【正文】 鑿巖機(jī)行走機(jī)構(gòu)總體方案和零部件參數(shù)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 課題的研究背景和意義 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，手錘打眼已不能滿足生產(chǎn)要求。通過前人的努力， 1887 年制造出第一臺(tái)輕型氣動(dòng)鑿巖機(jī)， 1938 年發(fā)明了氣腿和碳化鎢釬頭。氣腿式鑿巖機(jī)和釬頭的不斷完善，對(duì)鑿巖機(jī)的效率又提出了新的要求， 20 世紀(jì) 60 年代初，開發(fā)了獨(dú)立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)，隨后發(fā)展和完善了架柱式鑿巖機(jī)和鑿巖鉆車。在鑿巖機(jī)不斷發(fā)展的同時(shí)，注意到隨著孔深的增加，深孔鑿巖接桿釬具聯(lián)接處能量損失較大，提出了將鑿巖機(jī)送入孔底的設(shè)想，因而發(fā)明了潛孔沖擊器 。 鑿巖機(jī)是用來直接開采石料的工具 ，如圖 1 所示。 它在巖層上鉆鑿 出炮眼，以便放入炸藥去炸開巖石，從而完成開采石料或其它石方工程 ， 此外，鑿巖機(jī)也可改作破壞器，用來破碎混凝土之類的堅(jiān)硬層。 圖 1 鑿巖機(jī) 迄今為止，鑿巖爆破是實(shí)施巖石破碎的主要方法，破碎巖石首先需要在巖 (礦 ) 石中鉆鑿按爆破要求設(shè)計(jì)的炮孔。目前采用機(jī)械破碎巖石鉆孔的方法主要有以下三種類型： (1) 沖擊 旋轉(zhuǎn)破碎巖石鉆孔 采用沖擊載荷和轉(zhuǎn)動(dòng)釬具一定角度，并施加合理的推力來破碎巖石 ， 適應(yīng)在 中硬、堅(jiān)硬的巖石中鉆孔。此類鉆孔設(shè)備有潛孔鉆機(jī)和鑿巖機(jī)等； (2) 旋轉(zhuǎn)破碎巖石鉆孔采用旋轉(zhuǎn)式多刃釬具切割巖石，同時(shí)施加較大的推力破碎巖石。適應(yīng)在磨蝕性小及中硬以下的巖石中鉆孔。此類鉆孔設(shè)備有電鉆和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)； (3) 旋轉(zhuǎn) 沖擊破碎巖石鉆孔 ， 又稱為碾壓破碎鉆孔。它是施加很大的軸壓 (一般大于 300 kN) 給鉆頭，同時(shí)旋轉(zhuǎn)滾齒傳遞沖擊和壓入力，滾齒壓入巖石的作用比沖擊作用大，通過旋轉(zhuǎn) 沖擊破碎巖石。此類穿孔設(shè)備最典型的是牙輪鉆機(jī)。 鑿巖機(jī)按其動(dòng)力來源可分為 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī) 、 內(nèi)燃鑿巖機(jī) 、 電動(dòng)鑿巖機(jī) 和 液壓 鑿巖機(jī) 等四類。 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī) 。 如圖 2 所示， 風(fēng)動(dòng)式以壓縮空氣驅(qū)使活塞在氣缸中向前沖擊，使鋼釬鑿擊巖石，應(yīng)用最廣。電動(dòng)式 由電動(dòng)機(jī)通過 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)錘頭沖擊鋼釬，鑿擊巖石。并利用排粉機(jī)構(gòu)排出石屑，內(nèi)燃式利用內(nèi)燃機(jī)原理，通過汽油的燃爆力驅(qū)使活塞沖擊鋼釬，鑿擊巖石。適用于無電源、無氣源的施工場地。液壓式依靠液壓通過惰性氣體和沖擊體沖擊鋼釬，鑿擊巖石。這些鑿巖機(jī)的沖擊機(jī)構(gòu)在回程時(shí) ，由轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)強(qiáng)迫鋼釬轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使 釬頭 改變位置繼續(xù)鑿擊巖石。通過柴油的燃爆力驅(qū)使活塞沖擊鋼釬，如此不斷地沖擊和旋轉(zhuǎn)，并利用排粉機(jī)構(gòu)排出石屑，即可鑿成炮孔。 圖 2 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī) 內(nèi)燃鑿巖機(jī) 。 如圖 3 所示， 內(nèi)燃鑿巖機(jī)不用更換機(jī)頭內(nèi)部零件，只需按要求搬動(dòng)手柄，即可作業(yè)。具有操作方便，更加省時(shí)，省力，具有鑿速快、效率高等特點(diǎn)。在巖石上鑿孔，可垂直向下、水平向上小于 45176。 垂直向下最 深鉆孔達(dá)六米。無論在高山、平地，無論在 40176。 的酷熱或零下 40176。 的 嚴(yán)寒地區(qū) 均可進(jìn)行工作，本機(jī)具有廣泛的適應(yīng)性。 內(nèi)燃鑿巖機(jī)具有礦山開采鑿孔、建筑施工、 水泥路面、柏油路面等各種劈裂、破碎、搗實(shí)、鏟鑿等功能，廣泛用于礦山、建筑，消防，地質(zhì)勘探，筑路，采石，建筑，國防工程等。 圖 3 內(nèi)燃鑿巖機(jī) 電動(dòng)鑿巖機(jī)。 如圖 4 所示，電動(dòng)鑿巖機(jī) 具有能產(chǎn)生較大沖擊能量的錘擊機(jī)構(gòu)和連續(xù)或間 隙轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)，用于石方施工中鉆鑿炮眼的電動(dòng)工具。 圖 4 電動(dòng)鑿巖機(jī) 液壓鑿巖機(jī)。 如圖 5 所示， 用高壓油作為 動(dòng)力 推動(dòng) 活塞 沖擊釬子 ,，附有獨(dú)立回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一種鑿巖機(jī)械。由閥控制 (也有無閥的 )活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于 油壓比氣壓力高得多，達(dá) 10 兆帕以上。雖與 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī) 近似，但其活塞直徑較小、長度較大、波形較好。在活塞運(yùn)動(dòng)改變方向而產(chǎn)生高峰壓力時(shí)，機(jī)上裝有 蓄能 器 。其優(yōu)點(diǎn)：鉆速快 (比風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)高兩倍以上 )， 沖擊功 高、 扭矩 大、頻率亦高；具有可調(diào)性、能耗低 (為風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)的 1/3 左右 )；效率高；便于自動(dòng)化和電腦控制，卡鉆事故少，鉆具壽命長，使工作環(huán)境大為改善。 液壓鑿巖機(jī)是近幾年來出現(xiàn)的一種新型 鑿巖機(jī) ，基本可以分為二種類型：一種是小型手持式，其 沖擊能量 較小，主要是用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 風(fēng)鎬 ，大多數(shù)與小型 挖掘 —— 裝載機(jī) 、液壓工程車等配套使用；另一種是大型機(jī)載式，這類液壓鑿巖機(jī)大多是以 液壓挖掘機(jī) 的 反鏟 作業(yè)裝置為基礎(chǔ)，將反鏟斗換裝 成鑿巖機(jī)行工作，由 挖掘機(jī) 駕駛員在駕駛室內(nèi)進(jìn)行操作。此類鑿巖機(jī)的能量較大，一般在 1~6kNm范圍內(nèi)。 氣動(dòng)鑿巖機(jī)雖然具備很多優(yōu)點(diǎn)，但存在著能耗大和作業(yè)環(huán)境惡劣的缺點(diǎn)，1946 年研制成功礦用牙輪鉆機(jī)， 20 世紀(jì) 70 年代初期液壓鑿巖機(jī)投入市場。近年來，國外一些先進(jìn)礦山實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)、采礦鑿巖鉆車遙控和機(jī)器人化，并將支腿式水力鑿巖機(jī)和水壓潛孔沖擊器投入使用。 圖 5 液壓鑿巖機(jī) 液壓鑿巖機(jī)作為重要的旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔設(shè)備 ,廣泛應(yīng)用于中小型露天礦、巖土工程、鐵路、公路、水電等領(lǐng)域 ,進(jìn)行基礎(chǔ)施工、隧道開挖、勘探、采石、采礦作業(yè)爆破孔的鉆鑿。 液壓鑿巖機(jī)的前身是氣動(dòng)鑿巖機(jī) ,與氣動(dòng)鑿巖機(jī)相比 ,液壓鑿巖機(jī)有如下優(yōu)勢(shì) : 能量利用率高。一般可達(dá) 40%以上 ,據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示 :液壓鑿巖機(jī)與氣動(dòng)鑿巖機(jī)的能耗比為 1: ； 。液壓鑿巖機(jī)以液壓油為介質(zhì) ,工作壓力是氣動(dòng)鑿巖機(jī)的20~40 倍 ,沖擊能高 ,從而使液壓鑿巖機(jī)的鑿巖效率高出氣動(dòng)鑿巖機(jī) 1 倍有余 。 。液壓鑿巖機(jī)以液壓作為 動(dòng)力 ,便于根據(jù)不同的工況調(diào)整沖擊能、沖擊頻率和轉(zhuǎn)釬速度 ,使其處于最佳工作狀態(tài) 。 ,消除了排氣噪聲和油霧 ,改善工作面的環(huán)境 。 ,壽命長 。 ,克服了氣動(dòng)鑿巖機(jī)隨海拔高度升高而降低工作效率的缺陷 ,適用范圍廣。 鑿巖機(jī)的工作原理 鑿巖機(jī)是按沖擊破碎原理進(jìn)行工作的 ，如圖 6 所示 。工作時(shí)活塞做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷地沖擊釬尾。在沖擊力的作用下，呈尖楔狀的釬頭將巖石壓碎并鑿入一定的深度，形成一道凹痕?；钊嘶睾?，釬子轉(zhuǎn)過一定角度，活塞向 前運(yùn)動(dòng)，再次沖擊釬尾時(shí)，又形成一道新的凹痕。兩道凹痕之間的扇形巖塊被由釬頭上產(chǎn)生的水平分力剪碎?；钊粩嗟貨_擊釬尾，并從釬子的中心孔連續(xù)地輸入壓縮空氣或壓力水，將巖渣排出孔外，即形成一定深度的圓形鉆孔。 圖 6 鑿巖機(jī)工作原理 國外液壓鑿巖機(jī)研究現(xiàn)狀 隨著液壓技術(shù)發(fā)展和機(jī)械加工技術(shù)的進(jìn)步 ， 20 世紀(jì) 60、 70 年代 ， 液壓鑿巖機(jī)迎來了發(fā)展的春天。 1970 年 ,第一臺(tái)實(shí)用化液壓鑿巖機(jī)于法國 Montabert 公司誕生 ,并得到推廣。這一技術(shù)的突破 ,促使世界其他國家對(duì)液壓鑿巖機(jī)的重視 ,美國、瑞典、德國、芬蘭、 蘇聯(lián)、英國等國都組織力量競相研制。目前國外生產(chǎn)液壓鑿巖機(jī)的公司主要有 :美國 GardnerDenver 公司、 IngersollRand 公司、瑞典 Atlas Copco 公司、 LindenAlimak 公司、芬蘭 Tamrock 公司、法國 EimcoSea公司、 Montabert 公司、德國 Krupp 公司和 R 本古河 (FURU KAWA)公司等。瑞典 Atlas Copco、芬蘭 Tamrock 和法國 Montabert 等公司生產(chǎn)的液壓鑿巖機(jī)在當(dāng)今世界上具有一定的代表性 。 作為第一臺(tái)實(shí)用化液壓鑿巖機(jī)的生產(chǎn) 廠家 ,法國 Montabert 公司在液壓鑿巖機(jī)的研究有其獨(dú)到之處 :①為了提高鑿巖機(jī)破碎效率 ,采用頂端粗大的活塞結(jié)構(gòu) 。②配流閥與活塞同心布置 ,并與活塞一起輸出沖擊功 。③工作壓力相對(duì)較低 ,一般在 15MPa 左右 。與 Atlas Copco 和 Tamrock 同級(jí)別的液壓鑿巖機(jī)相比 ,Montabert的鑿巖機(jī)的流量較大 ,工作頻率更高 ，圖 7 為 Atlas Copco 的 Cop3060 液壓鑿巖機(jī) 。 圖 7 Cop3060 液壓鑿巖機(jī) 芬蘭 Tamrock 公司的液壓鑿巖機(jī)在世界上享有盛譽(yù)。在結(jié)構(gòu)及性能方面具有如下特點(diǎn) :①采用前腔常 高壓、后腔高低壓交替的后控式配流原理 。②配流閥采用套閥形式 。③設(shè)置釬尾反彈力緩沖及吸收裝置 ,提高釬具的壽命 。④工作壓力有增高的趨勢(shì) ,達(dá)到了 Atlas 液壓鑿巖機(jī)相近的程度 。⑤沖擊頻率、沖擊功率、鉆孔速度也有增高的趨勢(shì) ,如 HFX5T 在花崗巖中的鉆孔速度達(dá)到了 ，如圖 8所示 。 圖 8 HFX5T 鑿巖機(jī) 國內(nèi)液壓鑿巖機(jī)研究現(xiàn)狀 目前我國參與鑿巖機(jī)研制的單位主要有煤炭研究院北京建井研究所、北京科技大學(xué)、中南大學(xué)、山河智能裝備集團(tuán)、長沙礦冶研究院、天水風(fēng)動(dòng)工具廠、沈陽風(fēng)動(dòng)工具廠、瞿州鑿巖機(jī) 廠、蓮花山鑿巖釬具有限公司等 10 多個(gè)單位 ,成功研制了 20 多種型號(hào)的鑿巖機(jī)。 他們分別是 :YYG YYG80、 YYG80A、 YYG90、YYG90A、 YYG250