液压凿岩机械

第十五章液压凿岩机械第一节概述在隧道和地下工程施工中，常采用的掘进方法有：钻孔爆破法、掘进机法和盾构法。从我国能源状态和电力供应情况、机械制造水平和材料工业水平出发，估计今后相当一部分工程仍然会采用钻孔爆破法。目前，钻爆破孔的主要机具，还是常用的各种规格的风动凿岩机.凿岩机的结构和工作原理是大家熟知的，它以压缩空气作为动力，推动机体内的活塞作往复运动，撞击钎尾作功，经由钎杆将冲击功传到钻头，使岩石破碎。在活塞往复运动的回程时，由螺旋棒、棘轮棘爪迫使活塞单向旋转一个角度，此旋转运动经转动套筒传给钎杆、钻头，剪切岩石。这种通用的风动凿岩机从工作原理上决定了它的两个主要工作动作（冲击和旋转）相互关联，既不可能进一步提高转速，又不能分别控制冲击能量、扭矩、转速、冲击次数这些主要参数，因此，不利于在钻凿不同的岩石时取得最好的凿岩效果。由于凿岩机支架结构逐渐完善与大量使用凿岩台车，要求凿岩机轻便性现已不是主要考虑的问题，从而出现了冲击和旋转动作分别驱动的风动凿岩机。可以分别调节控制其主要工作参数，称为独立回转式凿岩机。还有一种旋转冲击分别驱动式凿岩机采用不同的两种能源，即旋转为液压驱动，冲击为压缩空气驱动。其支架、导杆的运动也采用液压传动。既然如此，冲击动作也采用液压传动就更好一些。轻便、适应性、效率、环境影响是凿岩机研究的主要课题。既然轻便的重要性可以作次要考虑，适应性可以经由分别驱动解决，效率问题就突出了，而用压缩空气作动力，效率不能再提高。因此，一直在研究的液压凿岩机终于技术过关，并出现在国际市场上。液压凿岩机与风动凿岩机，可从以下方面进行对比。常用工作压力：因为高压压缩空气制备时热效率很低，输送时流动阻力很大而能量损失大，风动凿岩机的常用工作压力仅为0.5人-0.7MPa，难以再提高。液压凿岩机使用工作压力范围为3-25MPa，常用工作压力为14MPa。可见，当其活塞有效面积与风动凿岩机相近时，其冲击能量要大得多。而在相同的冲击能量时，活塞断面有效面积可以小得多。冲击频率：风动凿岩机为冲击频率大幅度提高，即其输出功率大大提高。意味了它的工作能力大大提高。效率：使用风动凿岩机时，效率为空气压缩机输入功率与风动凿岩机输出功率之比，其值约为10%。液压凿岩机的效率值为油泵的输入功率与液压凿岩机的输出功率之比，其值约为30%。适应性：液压凿岩机可随意调节供入机体或液压马达的压力油的流量和压力，从而随意调节其冲击次数、旋转速度，或冲击能量、扭转力矩。因此，液压凿岩机可根据岩石种类、所钻爆破孔直径、钻杆长度的不同，随意调节以获得与之相适应的最佳工况。风动凿岩机无法随意调节。噪音与污染：风动凿岩机的操作人员的工作环境特别不好，尤其在隧道及地下工程中。噪音高得使人难以忍受，凿岩机排出的湿雾状的废气使视界模糊，矿物油微粒使空气污染，操作人员呼吸着污染了的空气。液压凿岩机的操作人员可以明显感觉到工作环境改善。因为它采用闭式油路系统，使人厌烦的风动凿岩机排气噪音消除了。液压凿岩机噪音的分贝值使得只要戴一个耳罩就够了。大气保持清新，使操作人员舒适而视界良好。至于钻凿岩石产生的粉尘，两种凿岩机都要采取湿式凿岩等措施以消除之。如果在凿岩台车上装置隔音的司机室，可进一步改善操作人员的环境条件。在司机室内，噪音远比允许值为低，两个人可以不费力地正常地交谈。这比仅装一个防护顶篷好。动力传输：液压凿岩机以不可压缩的压力油液为中间介质，不能远距离输送，只能就近制备。因此液压凿岩台车要以内燃机作为动力，驱动油泵提供压力油；或者装电动机驱动油泵，这时要用电缆接入外电源。风动凿岩机以可压缩的压缩空气作为工作介质，制备压缩空气的机械可以距风动凿岩机一定距离。故工作面机械少。温度：风动凿岩机压缩空气的工作温度为0A-100°C，液压凿岩机油液的工作温度为5〜70°C。风动凿岩机排气过程中，气体膨胀要吸热，有降低环境温度的作用。液压凿岩台车的动力一大部分要转化为热能，散发到周围环境之中。前者降温、后者增温，这在洞内作业时颇起作用。加上内燃机的排气污染，液压凿岩台车作业的隧道工作面要更好地注意通风设计。其他：液压凿岩机可以用自身的工作油液对各摩擦副进行润滑，风动凿岩机则需另设润滑装置。液压凿岩台车作为一台液压设备，有复杂的构造和系统，在维修保养上也相应地复杂困难。此外，作为一种非大量生产的新产品，液压凿岩机目前造价会比风动凿岩机大得多。综上所述，由于液压凿岩机具备效率高、作业能力高、噪音污染小三大优点，将大量取代风动凿岩机。第二节 液压凿岩机的工作原理液压凿岩杭由液压马达使钎杆作旋转运动，而活塞的往复运动则由活塞与滑阀的相互作用实现，其工作原理如图15-1所示。图15-1YYG-80型液压凿岩机作用原理图I—活塞；I—滑阀I®—钎尾。当活塞I与滑阀II分别处于图15-1(a)所示位置，压力油经滑阀室、油道2进入机体后腔1，迫使活塞右行。前腔7内的油液则经油道6,滑阀室排入油箱。当活塞I右行到图15-1(b)所示位置，进入机体后腔的压力油经由油道3进入左推阀油室8,此时右推阀油室9则经油道5,4与回油道通连，乃将滑阀II推到图15-1(b)所示之右位，同时活塞撞击钎尾。这时，压力油经滑阀室、油道6进入机体前腔7,迫使活塞左行。机体后腔1内的油液则经油道2,滑阀室排入油箱。当活塞I左行到图15-1（a）所示位置，机体前腔内的压力油经由油道5进入右推阀油室9,而左推阀油室8此时与回油道通连，从而将滑阀B推回到图15-1（a）所示之左位，改变通向机体的供油回油油路。活塞右行。重新开始新的循环，如此往复不已，实现液压凿岩机活塞的往复冲击动作。油路中接有蓄能器，起贮放能量和稳定液压的作用。三、液压凿岩机的电控液压系统液压凿岩机的电控式液压系统见图15-7。此电控液压系统由电磁换向阀9A29保证液压系统空载启动。在阀9（PR）及阀29（PSM）失控（失电）的情况下，阀均呈通路，电动机1启动时，泵2,3分别经阀29,9空载卸荷，系统中不建立油压。只是在电动机启动以后，再使PR及PSM受电的情况，阀9与阀29才各呈断路，泵2及泵3油路系统分别建立25与11MPa的油压（溢流阀30及10的设定压力）。打开门眼时，使换向阀23（SML）受电，电磁换向阀23将15MPa溢流的溢流阀25载入系统，系统压力降低为15MPa。当其溢流时，因节流器28的节流作用，溢出的压力油的伺服作用使泵2排量减小，实现冲击机构的轻打、慢打（冲击次数小）及推进机构的慢进。由图15-7可见，电控液压系统在保证正常作业、作业完毕回程、自动防卡钎等工况时，工作原理均与气控液压系统同。四、液压凿岩机推进机构原理由于工程施工要求爆破孔孔深有时超过5m，而细长的推进油缸不易制造，因此，推进机构常采用图15-8所示结构原理。如图15-8所示，推进油缸的活塞杆及钢绳的C端、F端均固定在凿岩机导轨上，滑轮A,B的心轴则装在油缸上，故滑轮轴的水平位移量与油缸的水平位移量相等。凿岩机推进时，油缸大腔供油,HJ段长度不变,CD段伸长量等于EF段的缩短量；后退时，油缸小腔供油口HJ段长度不变,CD段缩短量等于EF段伸长量；钢绳总长度不变。而凿岩机行程则为油缸行程的二倍。从而使油缸长度缩为一半。第六节液压凿岩台车液压凿岩机作为强有力的钻孔机具，总是通过导轨、钻臂装在凿岩台车上作业。凿岩台车根据运行方式，有轮胎式、履带式及轨行式之分。图15-12示瑞典PROMECTH480型轮胎式四臂液压凿岩台车的总体布置简图。由于铰接式车架的工程机械具有转向半径小、制造较简单方便等优点，在轮胎式液压凿岩台车中，预计铰接式会应用日广，如图15-13所示。液压凿岩台车作为工程机械的一种，由下列主要部分组成。、工作装置：包括凿岩机、导轨、装药工作台、钻杆、钻头、钻臂及其动作的操纵机构（各个油缸）等。—由于液压凿岩台车的工作装置悬臂外伸距离比较长（参看图15-12,15-13），其上又需要有足够的机构保证其作业动作，故设计时应尽量采用高强度的轻金属，以尽可能地减轻工作装置的重量。动力装置：液压凿岩台车因其常用于地下工程，特别重视柴油机的排气对峒内的空气的污染作用，又因一般地下工程施工，都有专门的供电设施。所以，液压凿岩台车常用两套动力：工作装置作业时，因整个台车固定不动，一般用电缆向各电动机供电，驱动各工作油泵向各机构提供压力油;凿岩台车行走移位时，因拖着一根电缆很不方便，这时用装有废气净化装置的柴油机作为动力。行走系：除铰接车架轮胎式凿岩台车（见图15-13）外，均采用刚性整体式车架作为全机的机体。在地下工程采用有轨运输施工方案时，可采用轨行式行走系，轨距有600、750,900mm等几种，选择时应与其他机械（如立爪装岩机、梭车等）的轨距一致。因受轨距所限，轨行式液压凿岩台车一般为小型，其上装1-2台钻臂。采用无轨运输施工方案时，可采用履带式行走系，取其对地面的附着力大与单位面积的正压力低；更多的还是采用轮胎式行走系，取其具有较履带式高的运行速度，必要时又能在公路上行进；但比履带式重量略大、重心略高。转向系：履带式液压凿岩台车无专门的转向系，而转向却最灵活。轮胎式台车有偏转车轮转向（整体式车架的台车）与偏转车身转向（铰接式车架的台车）之分，一般均采用动力转向。制动系：视行走系的不同，按惯例采用不同的制动器及制动驱动机构。传动系：工程机械的传动系一般指行走传动