采掘机械第四篇1章-凿岩机.

第四篇掘进机械•在井巷掘进中，传统的钻爆法仍占主要地位。主要工序为钻眼、爆破、装载、支护。使用综掘设备可一次成巷，但仅在煤巷，半煤岩巷道中应用。硬岩巷道的岩巷掘进机在煤矿中应用得不多。第一章钻孔机械•概述•气动凿岩机•液压凿岩机•凿岩台车•锚杆钻机第一节概述凿岩机发展过程•遥远的古代：石斧劈柴，用削尖的木棍和弓箭捕杀动物以及在岩石上钻孔等利用冲击做功的方法。•战国时代：人们根据冲击原理发明了弩机和抛石机；火箭、火炮、突火枪等武器，也都是利用火药引爆产生的反冲作用力发射。•1813年，英国人理查德·特里维锡科首先发明了以蒸汽为动力的冲击式凿岩机。•在1844年，英国人布隆顿发明了一种以压缩空气为动力的凿岩机。•1857年气动凿岩机诞生年：意大利工程师巴特里特和杰曼·萨梅特对以往的凿岩机进行了改进，于1857年8月以压缩空气为动力的一体式凿岩机实验成功。第一节概述•1868年，查理土·布莱建立了世界上第一个凿岩机的制造公司。•1890年C·H·绍星等人发展了锤式凿岩机，并在同年由登维尔凿岩机制造公司生产了第一批活塞与钎杆分开的锤式凿岩机。•具有现代凿岩机特色的锤式冲击设备出现在1896年。由美国人乔治·莱纳制造的凿岩机，其冲击频率已经达到30Hz，并具有棘轮棘爪螺旋棒转钎机构和湿式排扮装置。•1938年德国人制成了气腿和碳化钨钎头。•在20世纪60年代初期，发展了回转与冲击机构分开的独立回转式凿岩机。第一节概述•20世纪20年代，英国多尔曼制成一台液压凿岩机，由于当时工业水平还不高，液压技术也不够完善，故未能用于生产。•1970年法国蒙塔贝特公司首先制成第一代可用于生产的液压凿岩机。•1977年日本古河矿业公司推出重型液压凿岩机,把液压凿岩机安装在9个钻臂的大型液压钻车上。•1980年由长沙矿冶研究院、株洲东方工具厂等单位研制成功我国第一台用于生产的液压凿岩机。第一节概述凿岩机械发展趋势•凿岩机械趋向全自动化（凿岩机器人）自动开孔、防卡钎、自动停机、自动退钎、台车和钻臂自动移位、定位以及遥控操作系统等。•凿岩机械趋向环保化（一般选用液压凿岩机）•凿岩机械趋向多样化—标准化和系列化—定型和非定型—大型化和小型化第一节概述冲击式凿岩理论1、冲击式凿岩的过程：（1）呈跃进式破坏（2）产生承压核（3）形成破碎漏斗第一节概述2、冲击功的影响冲击功是破碎效果的基本因素，是冲击式凿岩机械的主要工作参数之一。•凿岩时，必须使冲击功大于临界冲击功，此时的凿岩速度与冲击功成正比。•评价凿岩工作的主要指标是凿岩速度和效率，两者与比功耗密切相关。•比功耗指的是破碎单位体积岩石所需要的功。第一节概述3、冲击频率的影响•冲击频率达到临界值以前，凿岩速度与冲击频率成正比；冲击频率超过临界值后，凿岩速度与冲击频率成反比。•原因：外载荷从零达到最大需要时间，冲击频率过大时，冲击载荷无法达到最大。•冲击频率临界值可达10000次/min以上。而目前使用的风动凿岩机冲击频率最高仅达3500次/min。第一节概述4、转角的影响两次相邻冲击之间钎头所转动的角度过大或过小，都会影响凿岩速度，转角存在最优值，一般介于22－30°之间。第一节概述凿岩机的原理主要动作：1前后冲击2转钎3除粉（冷却钎头）第一节概述类型：凿岩机根据动力的不同，可分为风动、液压、电动、内燃凿岩机。地下矿山的开采中，使用最多的是风动凿岩机。与其它三种凿岩机相比，风动凿岩机有以下优点：•结构简单•安全可靠•坚固耐用•修理简便第二节气动凿岩机结构•凿岩机•气腿•风管•注油器•水管•钎子钎子的尾端装入凿岩机的机头钎套内，注油器连接在风管上，使压气中混有油雾，对凿岩机内零件进行润滑，水管供给清除岩粉用的水，气腿支撑着凿岩机并给以工作所需的推进力。第二节气动凿岩机冲击配气原理•气动凿岩机的冲击运动是由活塞在气缸中作往复运动，并冲击钎尾来实现的。•冲击配气机构主要由缸体、活塞、配气阀等组成。第二节气动凿岩机•活塞冲击行程：此时活塞位于气缸左腔，配气阀10在极左位置，从柄体操纵阀气孔1来的压气，经气路2、3、4、5进入气缸左腔6，而气缸右腔8经排气孔7与大气相通，故活塞在压气压力的作用下，迅速向右运动，冲击钎尾。活塞在向右运动的过程，先封闭排气孔7，而后活塞左侧越过排气孔。这时气缸右腔的气体受压缩，压力升高，经气路9和11作用在气阀的左面，而气缸左腔已通大气，故作用在气阀右面的压力小，气阀便向右移动，封闭气孔5，使气路4和11联通，于是活塞冲击行程结束，返回行程开始。第二节气动凿岩机•活塞返回行程：此时活塞位于气缸右腔，配气阀10处于极右位置。压气经气路1、2、3、4、11、9进入气缸右腔，作用在活塞右端，因气缸左腔通大气，故活塞向左运动。在运动过程中，先是活塞左侧封闭排气孔，而后活塞右侧越过排气孔。这时气缸左腔的气体受到压缩，压力升高，而气缸右腔已通大气。气阀左面经气路11、9、8、7与大气相通，故气阀在气缸左腔被压缩气体的作用下，移至极左位置，由操纵阀气孔1输入的压气再次进入气缸左腔。于是第二次冲击行程开始。第二节气动凿岩机转钎原理•一般采用内棘轮机构在活塞回程阶段实现钎子的回转。•冲程时，螺旋棒转动，活塞不转；回程时，螺旋棒不能转动，活塞转动。•常用凿岩机每次转角15－30°，转速为150－200r/min。第二节气动凿岩机岩粉与排粉方法•排粉：凿岩过程中，炮眼底部的岩石不断受到钎头冲击破碎成岩粉，必须及时将它排除，才能继续钻进。•凿岩过程中产生的粉尘，对人体健康影响极大（矽肺病），所以常采用湿式凿岩。•中心式供水排粉方法。•先通气，再进水。第二节气动凿岩机润滑与润滑机构•作用：减少摩擦、防止生锈、保持间隙的密封。•润滑剂应具有的性质：①粘度适宜②形成乳剂③较高的化学稳定性、无毒和无腐蚀性•润滑机构第二节气动凿岩机推进与支撑机构1、气腿构造：由横臂、架体、活塞、外管、伸缩管、气管、顶叉和把手等组成。2、气腿工作原理•气腿工作是依靠调压阀和换向阀控制的。•调压阀是用来调节气腿轴推力；•换向阀的作用是控制气腿的换向动作。气腿伸出气腿快速缩回第二节气动凿岩机凿岩机具1、钎头•钎头形状：一字形、十字形和柱齿合金钎头•钎头构造：刃角、隙角、曲率半径、初始直径、排粉槽和吹洗孔•钎头材料：合金钢第二节气动凿岩机2、钎杆•中空六角形•非镍铬低碳合金钢和其他新材料•平均寿命150－250m•破坏形式：钎杆折断、钎尾堆顶和钎肩磨损第三节液压凿岩机优点：①动力消耗少，能源利用率高；②凿岩速度高，功率大；③作业条件好，无排气噪声，没有油雾造成的大气污染；④润滑好，提高的零件寿命；⑤操作方便，调速方便，易于实现自动化。缺点：零件加工精度高，维护使用技术要求高。第三节液压凿岩机类型按配油方式•有阀型：阀套式、芯阀式•无阀型按回油方式•单面回油：前腔回油、后腔回油•双面回油第三节液压凿岩机液压凿岩机的典型结构第三节液压凿岩机YYG-80型液压凿岩机工作原理•冲击机构属于前后腔交替进、回油式，采用滑阀配油。冲击机构由缸体4、活塞5和滑阀12等组成。缸体做成一个整体，滑阀与活塞的轴线互相平行，在缸孔中，前后各有一个铜套6、3支承活塞运动，并导入液压油。滑阀的作用是自动改变油液流入活塞前、后腔的方向，使活塞往复运动，打击冲击杆8的尾部，从而将冲击能量传给钎子。第三节液压凿岩机•转钎机构由摆线转子油马达11、减速齿轮10、7及冲击杆8等组成。齿轮8中压装有花键套，与冲击杆8上的花键相配合，钎尾插入冲击杆前端的六方孔内。因此，当油马达带动齿轮7转动时，冲击杆和钎子都将跟着一起转动。在油马达的液压回路中装有节流阀，可以调节油马达的转速。•排粉机构采用旁侧进水方式，压力水经过水套9进入钎子中心孔内。第三节液压凿岩机YYG-80型液压凿岩机冲击配油机构的工作原理•活塞冲程(a)：活塞与滑阀阀芯均处于左端位置，压力油经进油管P进入滑阀H腔后，经a孔进入活塞左端A腔，使活塞向右（前）运动，活塞右端M腔内的油液经孔e、滑阀K腔、Q腔流入回油管O回油箱。此时两端E腔、F腔均通油箱。阀芯保持不动。当活塞运动到一定位置时，A腔与b口接通，部分高压油经b孔至阀芯左端E腔，而阀芯右端F腔经孔d、缸体B腔和c孔回油箱，在压力差作用下，阀芯右移，同时活塞冲击钎尾，完成冲击行程，开始返回行程。第三节液压凿岩机•活塞返回(b)：此时压力油经滑阀H腔、e孔进入活塞右端M腔，活塞左端A腔经a孔、滑阀N腔回油箱，活塞被推动左移。当活塞移动到打开d孔时，M腔部分压力油经孔d作用在阀芯右端，推动阀芯左移，油流换向，回程结束并开始下一个循环的冲程。在活塞左移的过程中，当活塞左移关闭f孔后，D腔内油液被压缩，使回程蓄能器3储存能量，同时还可对活塞起缓冲作用。当冲程开始时，该蓄能器就释放能量，以加快活塞向前运动的速度，提高冲击力。•主油路蓄能器5，其作用是积蓄和补偿液流，减少油泵供应量，从而提高效率，并减少液压冲击。第四节凿岩台车凿岩台车是机械化程度较高的钻孔设备，配合使用导轨式凿岩机，提供推进、定位、行走等功能。凿岩台车分掘进台车、采矿台车和锚杆台车。工作原理由凿岩机及推进器、支臂及变幅机构、车架及行走机构、风水系统和液压系统等组成。包含下列运动：•台车进入和退出工作面；•在断面任何位置以任何角度钻眼；•凿岩机岩钻孔轴线前进和后退。第四节凿岩台车第四节凿岩台车主要部件的结构•推进器a、螺旋式推进器；b、液压式推进器；c、链式推进器。•支臂a、直角坐标式（摆动式）；b、极坐标式（回转式）。•平动机构a、液压平行机构；b、电业自动平行机构；c、机械四连杆式。第四节凿岩台车作业•P2421