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凿岩机 Maxdrill业务部培训之 1 1概述 2 凿岩机 凿岩机主要用于在坚硬的岩石中钻孔 它的动作原理是冲击转动式 1概述2气动凿岩机3气动凿岩机性能参数分析4液压凿岩机 3 一冲击转动式成孔原理 利用锤头周期性地给钎头以一个轴向力 在此轴向力 冲击力的作用下 钎头凿入岩石一个深度 其破碎的岩石面积为 为了形成一个圆形的炮孔 钎子每冲击一次之后 还须回转一个角度 然后再进行新的冲击 相应的破碎面积为 如此重复运动 即形成一个具有一定深度的钻孔 在两次冲击之间留下来的扇形岩瘤 将借钎头切削刃上所产生的水平分力T剪碎 此外 为保证钎子持续有效地进行凿岩作业 还必须把凿岩过程中形成的粉尘从炮孔中及时地排出 4 凿岩工具图片 柱齿型钎头 十字型钎头 一字型钎头 5 二凿岩工具 6 2气动凿岩机 7655牌和YT27型气腿式凿岩机主要用于各类矿山 铁路 水利建设和国防石方工程中的凿岩作业 手持式气腿式伸缩式导轨式 76行程mm55缸经mmYT23 24 25 重量 7 气动凿岩机产品图片 8 气动凿岩机产品图片 9 一 气腿式凿岩机工作原理 10 二气动凿岩机的主要组成机构 气动凿岩机的主要组成机构 冲击配气机构 转钎机构 推进机构 排粉系统 润滑系统 操纵机构 PneumaticRockDrill 11 二气腿式凿岩机结构及工作原理 7655型气腿式凿岩机的结构 12 环状阀配气机构配气原理 经过回程孔道 右腔与配气阀的左瑞气室 相通 于是气室 内的压力亦随着活塞继续向右运动而逐渐增高 有推环状阀右移的趋势 活塞冲程 操纵阀孔 缸盖气室 棘轮孔道 阀柜孔道 环形气室 前端阀套孔 缸体左腔 活塞向右 当活塞的右端面 越过排气口后 缸体右腔中余气受活塞压缩 其压力逐渐增高 缸体右腔 排气口与大气相通 此时活塞在压气压力作用下 迅速向右运动 冲击钎尾 当活塞左端面 越过排气口后 缸体左腔即与大气相通 气压骤然下降 在这瞬时 配气阀两侧出现压力差 于是 阀被右移并与前盖靠合 切断了通往左腔的气路 与此同时活塞冲击钎尾 结束冲程 开始回程 13 环状阀配气机构配气原理 3 阀芯的作用 位置 14 转钎机构工作原理 螺母与活塞借左旋螺纹固装成一体 螺旋棒上有六条右旋螺纹槽与螺母配合 螺旋棒的另一端 装有4个棘爪 利用弹簧和柱塞使之与固定在机体上的棘轮相啮合 参见图2 2 活塞杆与转动套是花键配合 在转动套的另一端压配合一个六方形的钎尾套 整个转动套装在机头之内 可以自由转动 棘轮机构只能单向旋转 当活塞冲程时 活塞只作直线运动 由螺母带动螺旋棒转动一个角度 此时棘爪是顺齿故可转动 当活塞回程时 螺旋棒受力方向使棘爪逆转 并抵到棘轮齿上 由于棘轮固定 故螺旋棒不能转动 于是迫使活塞转动一个角度 从而通过转动套 钎尾套带动钎杆转动 活塞每往复运动一次 钎子便转动一次 故钎子的转动是非连续性的 钎子每次转动的角度与活塞的行程长度和螺旋棒的导程有关 15 环状阀配气机构配气原理 骤然下降 同时使气室 内的气压亦骤然下降 配气阀两侧出现压力差而被推向左移与阀柜靠合 切断通往缸体右腔的气路和打开通往缸体左腔的气路 此刻活塞回到了缸体左端 结束了回程 活塞回程 压气由缸盖气室 棘轮孔道 阀柜孔道 阀柜与阀的间隙 气室 回程孔道进入缸体右腔 而活塞左侧缸腔经排气口与大气相通 故活塞开始向左移动 当活塞左端面 越过排气口后 缸体左腔余气受活塞压缩 压迫配气阀的右端面 随着活塞的左移 逐渐增加压力的气垫也有推动阀向左移动的趋势 而当活塞右端面 越过排气口后 缸体右腔即与大气相通 气压 16 排粉机构工作原理 凿岩机在工作过程中 将产生大量岩粉 必须及时地将其排出孔外 在7655型凿岩机中 采用了凿岩时注水冲洗加吹风和停止冲击强力吹扫两种方式排除岩粉 注水冲洗机构 水针 弹簧 7655型凿岩机设有风水联动冲洗机构 其特点是接通水管后 凿岩机一开动 即可自动向钻孔注水冲洗 凿岩机停止工作时 又可自动关闭水路 停止供水 17 排粉机构工作原理 当凿岩机开动时 压气从缸盖 柄体 气室经过进气孔道 到达注水阀的前端 克服弹簧的压力 使注水阀后移 从而开启水路 水即通过水针及钎子中心孔注入孔底 去冲洗 由水路来 弹簧 当机器停止运转时 注水阀前端无压气进入 故注水阀将在弹簧压力的作用下 向前移动并堵塞水路 停止注水 水压一般为0 2 0 3MPa 18 排粉机构工作原理 强力吹扫装置 压气从操纵阀孔 进入 经由气缸壁等相应的专用孔进入钎子中心孔中 然后通过水针与钎子孔间隙直达孔底实现强力吹粉 为了防止强吹时因活塞后退而从排气口漏气 在气缸左腔钻有与强吹风路相通的小孔8 使压气进入气缸左腔 保证强吹时活塞处于封闭排气口的位置 防止漏气 以免影响强吹效果 19 支承及推进机构 为了克服凿岩机工作时产生的后座力 并使活塞冲击钎尾时钎刃能抵住孔底 以提高凿岩效率 因此 必须对凿岩机施以适当的轴推力 7655型凿岩机采用FT 160A型气腿为其支承与推进机构 工作时 气腿轴心线与地平面成 角 当气缸上腔进压气时 活塞伸出 把凿岩机支持在适当的钻孔位置 顶叉抵住底板后 气缸上腔继续进压气 则对凿岩机产生一个作用力 此力可按力学原理分解 为了经常保持凿岩机工作时需要的最优轴推力和适当的推进速度 可借调节进气量的方法来实现 20 操纵机构 操纵阀 21 操纵机构 换向阀 换向阀装于调压阀内部 利用扳机可使它在调压阀内腔中左右移动 从而改变进气方向 压气经由弯管 如实箭头所示 操纵阀孔 柄体 缸盖 孔道及调压阀孔进到气腿上腔中而使气腿伸出 气腿下腔中的废气则经过换向阀的横槽及调压阀的相应孔排到大气中 如虚箭头所示 气腿伸出时 22 操纵机构 调压阀 调压阀是控制气腿工作的装置 它可以无级地调节气腿的轴推力 以适应凿岩机在各种不同条件下作业时对轴推力的要求 当气腿伸出时 从操纵阀来的压气经过调压阀端部进气口 偏心槽 进入通向气腿上腔的孔道 另外尚有一部分压气通过偏心槽 和横槽 泄入大气中 偏心槽 是进气槽 偏心槽 是泄气槽 二者偏心方向相反 当顺时针方向扳动调压阀时 随着偏心槽 的断面逐渐加大而偏心槽 的断面逐渐减小 则进入气腿的压气量逐渐加大 泄漏排出的气量逐渐减少 这时气腿的轴推力亦逐渐加大 当逆时针方向扳动调压阀时则相反 气腿轴推力逐渐减小 当进气口 完全对正孔 时 偏心槽 即全部脱离孔 这时气腿轴推力最大 而当横槽 完全对正孔 时 进气口 与偏心槽 全部脱离孔 而使气腿处于自由状态 23 凿岩机的气腿图片 24 导轨式凿岩机外观举例 25 三导轨式凿岩机 YGZ100 YGZ170导轨式独立回转式凿岩机 特点 YGZ170与CL15钻车配套 主要用于露天矿山及水电 交通等工程 特别适用于中硬或坚硬岩石上钻凿多方位炮孔 YGZ100与FJY27钻架配套 采用了特殊的无阀式配气机构和高效率回转减速机构的设计 安装了消声装置和回转驱动气马达与其合理的配置 DRIFTERDRILLS 26 导轨式凿岩机工作状态 27 碗状控制阀配气原理 配气原理是依靠活塞往返运动时 在打开排气口之前 使压气经专门的控制气路推动配气阀来变换阀的位置 冲程开始时 活塞及配气阀 均处于极左位置 压气由箭头所示气路进入气缸左腔 推动活塞向右运动 当活塞左端面超过气孔 时 一部分压气经孔 进入气室 并作用于阀的左端面 推阀右移 气室10的废气经小孔 逸入大气 当活塞左端面超过排气孔 后 气缸左腔与大气相通 活塞靠惯性力冲击钎尾 完成冲程运动 28 碗状阀与蝶状阀比较 1 形状不同2 换向气源不同 29 转子式自动推进器原理 转子式自动推进器是由叶片转子式风马达 行星减速装置和传动丝杆等组成 通过对风马达控制手柄的操纵 可以变换凿岩机的推进方向和调节其推进速度 压气由节气阀 通过通路 进到气缸 的下半部 推动叶片3使偏心转子 逆时针方向旋转 当叶片转过排气口 后 缸内废气由排气口 排到大气中 当叶片继续转动时 处于其中的余气将从通路 和 排入大气中 动作原理 30 YGZ型凿岩机无阀配气原理 当冲击部分的操纵阀打开后 压气经风管进入缸盖气室 由活塞尾部的配气杆和相应的通路将压气导入气缸的后腔 或前腔 推动活塞作高速往复运动 不断打击钎尾 在活塞运动过程中 前后腔中的余气经排气口4排入大气 压气由进气孔 经配气杆 的颈部进入后腔 中 推动活塞加速向前运动 此时前腔 中余气经排气孔 排入大气 当活塞运动到配气杆 将进气孔 堵住之后 不再进气 后腔中的压气开始膨胀作功 推动活塞继续向前运动 当活塞前端面关闭排气孔 后 前腔中余气被压缩 此时后腔中的压气继续膨胀做功 直到活塞后端面打开排气孔 为止 此时 配气杆 的后端面即打开了通往前腔 的进气孔 压气开始进入前腔 这时后腔 与大气相通 余气经排气孔 排入大气 活塞依惯性克服前腔中的压气阻力向前滑行 打击钎尾 完成冲程 冲程 31 无阀配气原理 回程 当活塞冲击钎尾之后 在前腔中压气压力和冲击时的反跳力作用下使活塞加速返回 当配气杆 关闭前腔进气孔 后即停止向前腔进气 前腔中的压气开始膨胀做功 推动活塞向后运动 在关闭排气孔 之后 后腔 中余气被压缩 至活塞前腔与排气孔 相通后 配气杆亦打开后腔进气孔 压气开始进入后腔 此时前腔余气排入大气 压力降低 活塞依靠惯性克服阻力向后运动 直到速度降低到零 回程终了 在无阀配气机构中 有时会出现前后腔进气孔和排气孔恰好被配气杆和活塞所关闭的状态 这样即形成 死点 致使凿岩机无法启动 注意 YGZ型凿岩机常与凿岩钻车以及圆盘钻架等配套使用 32 死点问题与启动阀 转钎机构是由独立的可逆齿轮式风马达驱动 然后经过两级齿轮传动带动转动套转动 转动套与钎尾挡套借牙嵌离合器相互啮合 故当风马达工作时即可带动钎杆转动 传动的最大扭矩为117 6Nm 钎杆转动速度可在0 250r min之间任意调节 当向凿岩机供应压气时 压气由后腔进气孔和气孔 进入后腔推动活塞离开 死点 位置 完成启动作用 由于启动阀 前后两端面积大小不等 产生一定的压力差 则启动阀在此压力差作用下克服弹簧 的阻力迅速前移堵塞气孔 因此 在正常工作时 孔 始终是关闭的 当切断压气气路时 启动阀将在弹簧的作用下恢复原状 即打开气孔 的位置 转钎机构工作原理 33 FJZ25A单柱式钻架 重量 kg 114长 宽 高 mm 1680 620 2500柱架最高高度 m 7柱架最低高度 m 5耗气量 L s 27推进长度 m 1推进力 N 1470气管内径 mm 25注油器机型FY500 用于地下工程 可完成垂直面内多方位炮孔的凿岩作业 FJZ25A型凿岩柱架与YG40凿岩机配套 34 TC136双柱式钻架 重量 kg 500长 宽 高 mm 2200 976 1500柱架最高高度 m 1 8柱架最低高度 m 0 7耗气量 L s 275 含凿岩机 推进长度 m 1 5推进力 N 14700气管内径 mm 38注油器机型FY500 适用于钻凿全方位岩锚孔 预裂孔及石方工程中的中深爆破孔 TC136型双柱式钻机与YGZ100型凿岩机配套 35 FJY25A FJY27圆盘式钻架 36 一冲击功 冲击功率 式中 pi 冲程时后腔中气压的平均压力 c1 凿岩机冲程时的构造系数 见表 p0 管网压力 冲程时 作用在活塞上的作用力为 冲击功为 式中 S 活塞的设计行程 cm 活塞行程系数 一般取0 85 0 90 冲击功率为 kW 式中 f 活塞冲击频率 Hz 37 3气动凿岩机性能参数分析 气动凿岩机主要性能参数 冲击功率 轴推力 冲击频率 转速和转矩 耗气量 气体压力缸内温度容积活塞速度加速度冲击回跳 探求凿岩机内部动力传递 转换过程的变化规律 影响因素 38 二冲击循环时间 冲击频率 冲击频率指活塞每分钟冲击钎尾的次数 活塞运动的加速度 活塞冲程的时间 回程时间与气体压力 钎子质量 岩石性质以及活塞冲击钎尾时的反跳现象等有关 难以用计算方法求出 通常用冲程时间乘以系数K1来表示 活塞回程的时间 活塞一个冲程循环的时间 活塞的冲击频率为 冲程前活塞处于静止状态的时间 39 三钎子转数 钎子转动由螺旋棒转钎机构实现 转数可以用活塞回程时转动的角度 来计算 活塞移动距离 螺杆棒导角 活塞行程系数 弧长 弧长与螺杆棒转动角 的关系 螺杆棒平均直径 钎子每分钟转数 冲击频率 40 四凿岩机转矩 凿岩机转矩取决于回程时气压对活塞的作用力P2和螺旋棒导角 回程时 螺旋棒不能转动 P2力必须克服各运动副间的阻力才能使活塞沿螺旋方向带动钎子转动 阻力 转动圆周力 扭转力 扭矩 转矩影响凿岩机运行的稳定性 转矩过小 容易引起卡钎现象 转矩设计过大 则增加凿岩机尺寸 重量 摩擦角 41 五耗气量和耗水量 凿岩机单位时间消耗的自由空气的体积 耗气量 气动凿岩机使用经济性指标之一 考虑吹强风和气腿的耗气量时需增加15 左右 耗水量 凿岩速度 cm min 孔底面积 cm2 水与粉尘体积比 一般取12 18 手持式 气腿式 3 5 min 上向式 导轨式 5 15 min 注意 需保证用水的压力适当 水量充足 水中无杂质 耗气量修正系数 0 6 0 85 排气压力 取0 1MPa 42 六凿岩机的轴推力 寻求最优轴推力的方法 理论分析探讨 近似的计算公式 大量试验研究 经验公式 分析和归纳 美国学者赫斯特鲁利德认为 当应力波传至钎头与岩石的界面时 为保证二者接触所需要的最优轴推力由下式确定 脉冲应力 是时间函数 MPa 钎杆截面积 cm2 表示钎杆上的脉冲应力作用到凿岩机系统的冲量 该值等于活塞冲击钎尾的动量 冲击功与冲击速度的关系 我国根据实验研究总结的经验公式 修正系数 1 5 3 43 六凿岩机的轴推力 凿岩机的振动 凿岩机的后坐现象 一般凿岩机活塞冲程作用力P1大于回程作用力P2 因此 每一工作循环 凿岩机必然向后运动一段距离 这种现象称为凿岩机的后座现象 使之向后运动的力 称为后座力 凿岩机工作时 压气交变地进入气缸的后腔和前腔 推动活塞往返运动 同样压气也作用在气缸的后盖或前盖上 使凿岩机后退或前进 因此 凿岩机产生振动 最优轴推力 为了克服凿岩机的后座力 减小机器振动和保证钎刃经常与孔底岩石接触 保持较高的凿岩速度 在凿岩过程中 必须施加给凿岩机一定的轴推力 实践证明 施加于凿岩机的轴推力 应有一个合理值 过大或过小都将影响凿岩机的有效工作 亦即不能满足高凿岩速度和低钎刃磨损的基本要求 这个合理值即称之为最优轴推力 当活塞以一定的能量冲击钎尾时 促使钎尾产生弹性变形和压缩应力 这个变形和应力以波的形式通过钎杆向钎头传递 在应力波达到钎头端面并将此波传递给岩石 钎头和孔底岩石的接触状况对能量的传递起着决定性作用 而决定钎头和岩石接触状况的是轴推力 凿岩机理 44 4液压凿岩机 液压凿岩机是在气动凿岩机的基础上发展起来的 它们的共同特点 都是利用压差作用迫使活塞在缸体内作高速往复运动 在活塞冲程终了时冲击钎尾 液压凿岩机以高压油为驱动动力 近年来 国内外对液压凿岩机作了大量的研制工作 并已取得了较好的效果 作为与液压凿岩钻车相配套的液压凿岩机发展尤为迅速 下面简单介绍一些国产液压凿岩机产品 45 DZYY22型全液压凿岩机 DZYY22型液压凿岩机是手持式凿岩机 适用于钻凿各种岩石 该机重量轻 操纵机构集中 启动灵活 工作平稳可靠 噪音低 效率高 寿命长 使用维修方便 此项目为地质矿产部 八五 攻关项目 DZYY22技术参数 机重 kg 24工作压力 MPa 10 12冲击频率 Hz 50转数 r min 0 300扭矩 N m 30装机容量 kW 12 46 DZYG25液压凿岩机 DZYG25型液压凿岩机与钻车配套使用 使用于中硬和坚硬岩石上钻凿炮孔 冲击机构 旋转机构 DZYG25技术参数 油压 MPa 14 18 5额定冲击功率 kW 5 5冲击频率 Hz 50 回转压力 最大 MPa 10转数 r min 0 300最大扭矩 N m 120 47 DZYG28型全液压凿岩机 DZYG28型液压凿岩机是导轨式独立回转凿岩机 该机与钻车配套用于中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔 输出功率可调三档 额定冲击功率 kW 7 5工作压力 MPa 15 24冲击频率 Hz 40 53 回转压力 最大 MPa 10转数 r min 0 300最大扭矩 N m 200 旋转机构 冲击机构 DZYG28技术参数 48 DZYG38B全液压凿岩机 DZYG38B型液压凿岩机是采用液压驱动 独立回转的凿岩机 与液压钻车配套使用 适用于中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔 活塞行程和冲击频率可调 以适应不同硬度岩石 使用钎杆直径38或45毫米 主要用于深孔钻进及露天凿岩作业 钻孔直径为65 125毫米 该机是一种高效节能 可长期稳定工作的新型凿岩设备 稳定工作指标是6000延米不拆机检修 达到了瑞典AtlasCOP1238ME同等水平 技术参数机重 kg 150冲击机构压力 MPa 15 0 21 5回转压力 最大 MPa 11扭矩 最大 N M 500或700冲击频率 Hz 40 60回转速度 r min 0 300安装功率 kW 45 49 YYG系列液压凿岩机 YYG150和YYG110型 原SCOP1238 SCOP1032 液压凿岩机是我国引进瑞典ATLASCOPCO 阿特拉斯 科普科 公司液压凿岩机成套生产技术制造的 这两种类型的液压凿岩机 经过国内外众多用户使用 证明使用可靠 性能优良 是近代凿岩机具的最新成就 YYG系列液压凿岩机 主要用于主要与钻车配套 用于各种矿山巷道掘进中的凿岩作业 也广泛应用于铁路 水利建筑和国防石方工程中 50 一 液压凿岩机的结构和工作原理 各种类型液压凿岩机