第三节气动凿岩机

第三节气动凿岩机主要性能参数•气动凿岩机主要性能参数包括：•活塞冲击功和冲击功率•冲击频率•转数和扭转力矩•合理轴推力和气耗量等与性能相关的因素•各性能参数均与•凿岩机气缸内压气压力•温度和容积的变化•活塞运动的速度和加速度•以及活塞冲击钎尾时的不均匀回跳现象等有关这些假设条件有1．凿岩机处于水平状态工作，故可不计活塞与钎子重量的影响；2．气缸中往返移动活塞的压气压力用平均指示压力表示；3．每次进入凿岩机的压气量是常量；4．冲程时，活塞运动的初速度为零，然后作等加速运动；5．不计因钻孔深度增加而钻具重量增加对活塞反弹速度的影响；6．忽略各运动件间的摩擦阻力（误差仅为3~5%）。一、冲击功•冲程时，作用在活塞上的力为•活塞冲击功率为二、冲击频率•冲击频率系指活塞每分钟冲击钎尾的次数•为了计算冲击颇率，首先应计算出活塞运动的加速度和一次循环所需的时间•在P1力作用下，活塞运动的加速度为•回程的时间与气缸中压气压力、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来表示回程的时间，即•还应考虑在冲程前活塞处于静止状态的时间，利用系数K2将其折算成冲程时间，即•活塞一个冲击循环的时间为则活塞的冲击频率了为三、钎子转数钎子的转动是借助螺旋棒转钎机构来实现的。在活塞回程时，由于棘轮棘爪机构的向逆止作用而迫使钎子转动，这种转动是间断进行钎子转数的大小可以通过活塞回时转动的角度刀来计算。三、钎子转数当活塞沿着螺旋棒轴线方向移动距离S（行程）时，则螺旋棒（或活塞）即将转动一个角度β，而其所对应的弧长三、钎子转数四转拒•凿岩机转矩的大小，取决于回程时压缩空气对活塞的作用力P2，以及螺旋棒的导角a。四转拒•转矩值关系到凿岩机运转的稳定性•转矩过小，易于引起卡钎现象，特别是在节理发达的岩石中钻孔时更为明显•转矩过大则会增加凿岩机的结构尺寸和重量•实践经验表明，对用于浅孔凿岩，孔径在40毫米左右的气腿凿岩机，其设计转矩以12~20Nm为宜，对于中深孔接杆凿岩的导轨式凿岩机，转矩应在35Nm以上四转拒•活塞回程时，由于棘爪的作用，螺旋棒不能转动，P2力必须克服各运动副间的阻力，才能使活塞沿着螺旋方向带动钎子转动。根据力学关系可写出五耗气量•耗气量是气动凿岩机在单位时间内所消耗的自由空气的体积。它是衡量气动凿岩机使本指标之一。•耗气量的大小，主要与凿岩机结构型式有关。同时也与机器零件制造质量和装配质量有关。•外回转凿岩机冲击部分的耗气量与内回转凿岩机的耗气量可按下式计算六耗水量•目前普遍采用湿式凿岩。•在凿岩机凿岩时，需要保证用水的压力适当、水量充足和清除水中杂质。•凿岩机耗水量一般用下式确定六耗水量•通常手持式和气腿式凿岩机的耗水量为3~51/min；•上向式和导轨式凿岩机的耗水量为5~15l/min。•内回转凿岩机多采用中心供水，并实行“风水联动”，其水压应低于风压，水压一般在0.3MPa左右七凿岩机的轴推力•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。•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，称为后座力七凿岩机的轴推力•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。•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，亦即不能满足高奋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七凿岩机的轴推力•探求最优轴推力的方法，可以通过对凿岩机工作过程的分析进行理论上的探讨，最后得出近似的计算公式；•也可以通过对现有凿岩机的大量试验，经过分析和归纳，总结出一个经验公式•前者计算起来繁琐且误差较大，可供分析各结构参数间的关系时今考。现以后者为例，加以介绍七凿岩机的轴推力•当前，多选用应力波理论来探讨和计算最优轴推力。•认为，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七凿岩机的轴推力•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七凿岩机的轴推力第四节液压凿岩机•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，作为与液压凿岩钻车相配套的液压凿岩机发展尤为迅速。一液压凿岩机的结构和工作原理•液压凿岩机是由冲击器与外回转转钎机构组成一液压凿岩机的结构和工作原理•冲击器采用活塞双腔回油、滑阀配油的工作原理；转钎机构采用摆线液压马达驱动，一级齿轮减速后带动钎杆回转。凿岩时，可通过水套向钻孔内供除尘用水。1．冲击器•冲击器采用活塞双腔回油、滑阀配油的工作原理；转钎机构采用摆线液压马达驱动，一级齿轮减速后带动钎杆回转。凿岩时，可通过水套向钻孔内供除尘用水。2．转钎机构•如图2-l所示，转钎机构是由液压马达14、小齿轮15和大齿轮5、转动套3等构成。•液压马达为摆线齿轮式。大齿轮通过转动套带动钎尾转动。•可传递扭矩150Nm•转钎速度为0～300r/min•可以实现旋转冲击凿岩二、液压凿岩机的优缺点1．动力消耗少，能量利用率高。•由于采用高压油作动力，其能且利用率可高达30%～40%•而气动凿岩机一般仅为10％左右•故其动力消耗仅为后者的1/3~1/4二、液压凿岩机的优缺点•2．凿岩机性能和凿岩速度可大大提高；•3．液压凿岩机的所有运动件都是在液压油中工作，润滑条件好，零件寿命高；•4．采用全液压传动，可一人多机操作，台斑工效高二、液压凿岩机的优缺点•但由于采用高压油作动力，故对机器零件制造和装配精度要求比较严格；•维护保养技术和费用较高；•液压油的质量要求高，滴损多；•对管道、接头质量要求亦高；•还必须对辅助设备、泵、仪表、控制器、电源等进行严格的维护保养，管理费用较高•并应设法控制温升以免在温度升高过多时引起油质的变化，从而影响机械性能和凿岩速度第六节凿岩工具•向岩石传递凿岩机冲击和回转能量的工具是钎子。目前常用的钎子有整体钎子和组合钎子两种。•整体钎子是将钎杆和钎头做成一体，它适用于软岩和小直径浅孔的钻孔工作。使用这种钎子时，需有大量的储备钎子，当钎头磨损后，需要大量的修磨工作和运搬工作；同时材料消耗也大。•组合钎子的钎头是活装在钎杆上的，其钎头磨损后只需更换和修磨钎头即可，同时还可以用较好的材料制造钎头以提高钎头使用寿命第六节凿岩工具•为了钻一定深度的孔，可选择若千根钎子作为一组，称为钎子组。每两根相邻钎子的长度差，与岩石硬度有关。对于硬岩（f12）时其差约为300mm，中硬岩石（f=6~~12）时为400～500mm；而对于软岩（f6）时约为500～700mm。对于导轨式凿岩机和上向式凿岩机，其差不应大于推进机构的长度。后一根钎子的钎头直径还应略小于前一根钎子的钎头直径（l~~3mm）。最大的钎头直径应比终孔直径大2~~3mm第六节凿岩工具•在深孔接杆凿岩时，亦可使几根钎杆连接起来以达到所需的长度。•两根钎杆之间常采用带有波形螺纹的套管来连接。•波形螺纹连接的特点是套筒与钎杆之间有径向间隙，因而上卸钻杆比较容易。•又由于这种螺纹连接能使钎杆端部直接接触，所以冲击能里的传递效率较高第六节凿岩工具•钎头•根据所钻凿岩石的物理机械性质及赋存条件，钻头的结构型式可有一字形、十字形、Ⅰ字形和T字形等，其中一字形和十字形钎头应用较广第六节凿岩工具•钎头第六节凿岩工具•钎头•一字形钎头结构简单，便于制造和修磨。在松软岩石以及节理不发达的中硬岩石和小直径钻孔中，一字形钎头凿岩速度较快。•十字形钎头最好用在坚硬的岩石中，可用于钻凿较大孔径的炮孔。在钻大孔径的深孔时，一般还都采用带一字形超前刃的十字形钻头（图2-27）。•使用超前刃钻头时，钻进速度可提高30~~50％二．钎杆•凿岩用的钎杆断面形状有六角形、圆形和矩形的。•在凿岩过程中钎杆承受三种应力，即轴向压应力，扭转应力和弯曲应力。•弯曲应力及弯曲疲劳是钎杆承受的主要应力和主要破断因案．•目前常用的钎杆钢为35硅锰钼钒和55硅锰钼两种材料。第三章凿岩钻车第一节概述•凿岩钻车是将一合或几台凿岩机连同自动推进器一起安装在特制的钻臂或钻架上，并配以行走机构，使凿岩作业实现机械化。•凿岩钻车广泛地用于矿山巷道掘进和回采作业、铁路隧道和国防工程等方面的施工。•凿岩钻车在生产建设中愈来愈显示出它的优越性。如巷道的凿岩作业、平巷掘进的直线掏槽法对钻孔平行度的要求、无底柱分段崩落的要求等，都是人力自由控制所难以保证的。•但若采用凿岩钻车进行凿岩作可以满足上述各种要求，而且也为采矿过程自动控制创造了可能的前提条件第三章凿岩钻车第一节概述•凿岩钻车的种类很多。按照凿岩钻车的用途可分为平巷掘进钻车、采矿钻车、锚杆钻、露天开采用凿岩钻车等；•按照钻车的行走机构可分为轨轮、轮胎和履带式；•按照架设机台数可分为单机、双机和多机钻车。•各类钻车的类型、主要特点和适用性列于下表第三章凿岩钻车第一节概述•各类钻车的类型、主要特点和适用性列于下表第二节平巷掘进凿岩钻车一、平巷凿岩钻车的组成及工作原理•根据平巷掘进作业和钻孔布置的要求，以CGJ-2Y型全液压凿岩钻车为例，来说岩钻车必须具备的主要组成部分和它们的工作原理。•如图3-l所示，该钻车是具有两个钻臂的双机凿岩钻车。•它的组成有两组钻臂、转柱、推进器，以及它们各自的操纵机构；•还有车体、行走装置、气、水、电和液压供应系统以及操纵机构；•两台凿岩机及其钻具等。第二节平巷掘进凿岩钻车一、平巷凿岩钻车的组成及工作原理•根据平巷掘进作业和钻孔布置的要求，以CGJ-2Y型全液压凿岩钻车为例，来说岩钻车必须具备的主要组成部分和它们的工作原理。•如图3-l所示，该钻车是具有两个钻臂的双机凿岩钻车。•它的组成有两组钻臂、转推进器，以及它们各自的操纵机构；•还有车体、行走装置、气、水、电和液压供应系统以及操纵机构；•两台凿岩机及其钻具等。第二节平巷掘进凿岩钻车•一、平巷凿岩钻车的组成及工作原理•全液压凿岩钻车钻臂8的运动方式为直角坐标式。•按钻孔布置的要求，可利用摆臂油缸12使转柱套及铰接在其上的钻臂8与支臂油缸19绕转柱10的轴线左右摆动，可利用支竹油缸使钻臂绕铰点上下摆动，从而使利用托架5铰接在钻臂前端的推进器4淤上下左右的摆动。推进器亦可借助恰仰角油缸20和摆角油缸6的控制作俯仰和左右摆动．通过推进器的作用，可使安装在推进器滑架上的液压凿岩机前进或后退。凿岩时，推进器将给凿岩机以足够的推进力。借助由支臂油缸、推进器俯仰角油缸和摆角油缸以及应的液压控制系统等组成的液压平移机构，可以获得相互平行的钻孔。如单独控制俯仰角助扭角油缸时，可钻凿具有一定角度的倾斜孔。通过翻转油缸使推进器绕油缸的轴心口较，以便获得靠近巷道两侧和底部的钻孔。由于上述各机构的相互配合，即可在巷道内的任何部位钻凿各种方向的钻孔。