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1、第十章 掘进机械,第一节 凿岩机 第二节 凿岩台车 第三节 掘进机 第四节 锚杆钻机 第五节 装载机 复习思考题,一、概述 煤矿中掘进巷道所使用的钻孔机械主要是凿岩机，它是利用冲击破碎岩石的原理进行工作的。在工作时，凿岩机需完成两个基本动作，即击钎和转钎。如图10-1所示，当凿岩机体1内的活塞2冲击钎杆3的尾端时，由于钎头4呈尖楔状，在冲击力的作用下，钎头凿入岩石一定深度形成一道凹痕，凹痕处岩石被压碎。为了形成圆形的炮眼，每冲击一次后，活塞回程时，还需使钎杆回转一定的角度，然后活塞再次,第一节 凿岩机,图10-1 凿岩机工作原理示意图 1-凿岩机缸体；2-活塞；3-钎杆；4-钎头,冲击钎尾，形
2、成新的凹痕，凹痕之间的扇形岩块将由钎头上产生的水平分力剪切破碎掉。活塞不断地冲击钎尾，即可在岩石上形成一定深度的炮眼。此外，为保证钎杆持续有效地凿岩，还必须给凿岩机施加适当的轴向推力，并将钻孔中的岩屑及时地排出。 凿岩机的类型较多，按其所用动力的不同，可分为风动凿岩机、液压凿岩机、电动凿岩机和内燃凿岩机。风动凿岩机使用压缩空气为动力，结构简单，使用安全可靠，在矿山中应用最多。液压凿岩机是20世纪70年代出现的凿岩设备，它使用高压液体作为动,力，其优点是动力消耗少，能量利用率高，凿岩速度快，所以发展很快。但机重较大，一般均与液压钻车配套使用，技术要求和维护费用较高。电动凿岩机用电作动力，效率较高
3、，但可靠性较差，由于可实现动力单一化，多用于小煤矿。内燃凿岩机多用于野外作业，在煤矿应用时废气净化和防爆问题较难解决。 二、风动凿岩机 (一)风动凿岩机类型与构造 风动凿岩机按照其安装和推进方式的不同，可分为手持式、气腿式、伸缩式和导轨式几种。 手持式凿岩机重量一般小于25 kg，手持作业，适,于钻较浅的小炮眼，钻孔直径不超过40 mm，孔深不超过3 m。 气腿式凿岩机带有起支撑及推进作用的气腿，重量小于30 kg，钻孔深度25 m，钻孔直径3442 mm，为矿山广泛使用。 伸缩式凿岩机的气腿与凿岩机主体刚性固定呈一条直线，适于打6090的向上炮眼，可用于打锚杆孔和挑顶炮眼。 导轨式凿岩机重量
4、一般在30100 kg，一般装在凿岩台车或架柱导轨上使用，以便改善作业条件，减轻劳动强度和提高凿岩效率。其钻孔深度为520 m，钻孔直径可达75 mm。,图10-2 YT-23型气腿凿岩机外形 1-手柄；2-柄体；3-气缸；4-消音罩；5、6-钎子；7-机头；连接螺栓； 9-气腿连接轴；10-自动注油器；11-气腿,风动凿岩机虽然类型很多，但其构造原理基本相同。不论哪种凿岩机，要能顺利地打成炮眼，必须具备下列机构：冲击配气机构、转钎机构、排粉机构、推进机构、操纵机构和润滑机构。 (二)转钎机构 凿岩机的转钎机构可以分为内回转和外回转两大类。内回转凿岩机依靠活塞往返运动带动钎杆间歇转动，转速不可
5、调节。YT23型凿岩机采用由螺旋杆和内棘轮组成的内回转转钎机构，如图10-3所示。棘轮1用定位销固定在气缸与柄体之间，螺旋杆3插入活塞4尾部的螺母中，其头部装有四个棘爪2。这些棘爪在弹簧,图10-3 YT23型凿岩机的转钎机构 1-棘轮；2-棘爪；3-螺旋杆；4-活塞；5-转动套；6-钎尾套；7-钎子,（图中未画出）作用下顶紧在棘轮内齿上，使螺旋杆只能朝一个方向转动。当活塞处于冲击行程时，棘轮不能阻止螺旋杆转动，在活塞尾端螺母的作用下，螺旋杆被带动沿图中虚线箭头方向转动一定的角度。当活塞返回行程时，棘轮阻止螺旋杆转动，迫使活塞一边后退一边沿图中实线箭头方向转动。由于活塞杆的直花键与转动套5的花
6、键孔相配合，而转动套右端固定有安装钎子的钎尾套6，六方形断面的钎尾插在其中，因此，冲击活塞每次冲击钎尾后，在返回行程中带动钎子转过一定的角度，转角的大小取决于螺旋杆的导程与活塞行程，一般为1015。这种内回转转钎,机构的特点是合理地利用了活塞返回行程的能量来转动钎子，具有零件少、结构紧凑、工作可靠的优点，应用最为普遍。其不足之处是转钎扭矩受到一定限制，棘爪等零件易于磨损。 YTP26型凿岩机采用一种无螺旋杆的外棘轮转钎机构（图10-4）。外棘轮4装在机头中，其内装有螺母与冲击活塞2上的螺旋槽3相配合。棘爪5装在机头内，并借助弹簧将它顶在外棘轮齿槽内。活塞上还有直花键6，与转动套7相配合，在活塞
7、返回行程时，即可带动钎子旋转。这种转钎机构的优点是没有单独的螺旋杆，零件少。它的缺点是螺旋槽与花键槽均开在,图10-4 无螺旋杆外棘轮转钎机构 1-配气圆杆；2-活塞；3-活塞螺旋槽；4-棘轮；5-棘爪；6-活塞花键；7-转动套；8-钎子,活塞杆上，削弱了活塞杆的强度。,在重型导轨式凿岩机上还采用一种带螺旋杆的双向外棘轮转钎机构，可以正反转，以便装拆钎子，这里就不介绍了。 外回转转钎机构是由单独的风动马达经减速后直接带动钎子旋转，其回转是连续的，转速可以调节，且与冲击机构互相独立。这种转钎机构扭矩大，不易夹钎，可以反转，便于接长和拆卸用螺纹连接的长钎杆，因此一般用于大功率深孔凿岩机（如 YGZ
8、90型凿岩机等）。,三、液压凿岩机 (一)概述 液压凿岩机是在风动凿岩机的基础上发展起来的。它与风动凿岩机一样，也是利用压力差作用，推动活塞在缸体内往复运动，冲击钎子来破碎岩石的。由于液压凿岩机采用循环的高压油作动力，因此能克服风动凿岩机存在的一系列问题和缺陷。与风动凿岩机相比，液压凿岩机具有以下优点： 1动力消耗少，能量利用率高。由于采用高压油作动力，其能量利用率可高达3040，而风动凿岩机一般只有10左右，故其动力消耗仅为风动凿,岩机的13l4。 2机械性能好，凿岩速度快。由于油压比风压高得多，故冲击功、冲击频率和能量传递效率等性能指标大为改善，如液压凿岩机的冲击频率可达每分钟上万次，而风
9、动凿岩机仅为每分钟三千次左右；凿岩速度也比同类型风动凿岩机高出一倍以上。另外，采用液压油作动力，便于根据岩石情况调整性能参数，使机器在最佳工况下工作，从而能充分发挥凿岩机的效能，减少事故，延长钻具寿命。 3消除了风动凿岩机的排气噪音和油雾，改善了作业条件。,4液压凿岩机的运动件均在油液中工作，润滑条件好，因而提高了零件寿命。此外，由于油压高，活塞直径可选得较小，这样可大大降低活塞和钎杆中的应力峰值，提高活塞和钎子的使用寿命。液压凿岩机也有它的缺点：由于需要和液压钻车配合使用，所以投资大；单位功率的重量较大；技术要求和维护费用都较高。 液压凿岩机的结构形式很多，其主要区别在于冲击机构的配油方式，
10、转钎机构则与外回转风动凿岩机的结构基本相同，只不过是以油马达代替了风马达。个别机型也有采用内回转方式转钎的。,按冲击机构的配油方式不同，液压凿岩机可分为有阀配油和无阀配油两种。有阀配油是借助配油阀，使油流换向实现配油；无阀配油机构是借活塞本身运动实现配油的，活塞既起冲击作用，又起配油作用。目前有阀配油机构应用较多，按照配油原理它还可分为油缸前后腔交替进、回油式，前腔常进油式和后腔常进油式三种。 液压凿岩机的排粉机构采用水或气水混合排粉，但为了提高凿岩速度，多采用压力高、流量大的冲洗水排粉。供水方式有中心供水和旁侧供水两种。中心供水是将水通过机器内部的水针进入钎子中心孔；旁,图10-5 YYG8
11、0型液压凿岩机结构 1-回程蓄能器壳体；2-活塞；3、6-铜套；4-缸体；5-活塞； 7-齿轮；8冲击杆；9-水套；10-齿轮；11-油马达；12-滑阀；13-进油管,侧供水是将水通过设在机器前面的水套，从旁侧进入钎子中心孔。 (二)YYG一80型液压凿岩机结构 下面以国产YYG80型液压凿岩机为例剖析其基本工作原理。YYG80型液压凿岩机的冲击机构属于前后腔交替进、回油式，采用滑阀配油，其结构如图10-5所示。,图10-6 YYG80型液压凿岩机冲击配油机构工作原理 1-活塞；2-滑阀；3-回程蓄能器；4-钎尾；5-主油路蓄能器,(三)RPH200型液压凿岩机工作原理 RPH200型液压凿岩
12、机属于中型液压凿岩机，机重90 kg，钻孔直径 2741 mm，适宜于钻凿锚杆孔。RPH200型液压凿岩机的冲击机构属于前腔常进油方式，依靠改变冲击活塞后腔的进、排油来实现冲击运动。其工作原理如图10-7所示。图中1为冲击活塞（冲击锤），6为蓄能器，3为筒状换向滑阀，在换向阀的前面设置了一个启动阀 4，当系统压力高于 8 MPa时才能克服启动阀中弹簧的作用力，使启动阀向下运动，凿岩机的冲击机构才能启动。这样可避免因油压过低，使蓄能器中的隔膜频繁接触蓄能器壳体而,图10-7 RPH200型液压凿岩机工作原理 1-冲击锤；2-缸体；3-换向阀；4-启动阀；5-机体；6-蓄能器,造成隔膜的损坏。 当
13、系统压力达到预定压力时，克服启动阀4中的弹簧压力，启动阀动作，油路接通，凿岩机启动。如图10-7（a）所示，启动阀动作后，高压油经启动阀进入油缸的前腔（同时也进入蓄能器，使其蓄能），并经阀孔A至换向阀3，换向阀凸肩的上下两面的压力差使换向阀芯向下运动，打开油路，使高压油进入后腔。由于冲击锤前后腔两侧的环形面积不同，使冲击锤向前运动，同时蓄能器释放能量向后腔补充油量，使冲击锤冲击钎尾。 在冲击锤打击钎尾之前的瞬间，阀孔A与回油路,接通，换向阀芯向上运动，关闭后腔的进油口，同时接通后腔的排油路，使后腔失压。冲击锤打击钎尾之后（图10-7b），在前腔压力油作用下，又开始返回行程。 该凿岩机冲击机构中
14、还设有冲程调节孔，可调整成三种行程和改变冲击次数，以适应钻凿不同岩石的要求。,第二节 凿岩台车 一、概述 凿岩台车是随着采矿工业的不断发展而出现的一种凿岩作业设备。它将一台或几台凿岩机连同推进器一起安装在特制的钻臂或台架上，并配以行走机构，使凿岩作业实现机械化。用钻爆法掘进较大断面岩石巷道时，使用凿岩台车可以大大提高凿岩效率，减轻劳动强度，改善劳动条件，还可以与装载机、转载机和运输设备配套，组成岩巷掘进机械化作业线。随着凿岩技术的不断发展，一批新型高效能的中型、重型凿岩机相继问世，凿岩台车为应用这些凿岩机准备了,技术条件和可能性。特别是液压凿岩机，由于其机型 重，推力大，凿岩速度快，没有相应的
15、凿岩台车就不能发挥其效能。而凿岩台车也只有配备高效能的凿岩机才能发挥其优越性。 目前煤矿中使用的均为钻臂式平巷凿岩台车。按照凿岩台车钻臂的数目，亦即安装凿岩机的台数不同，可分为单机、双机、三机和多机凿岩台车，一般以双机和三机凿岩台车为多。按照钻臂调位方式不同，可分为直角坐标调位方式和极坐标调位方式两种。按照行走装置的不同，凿岩台车亦可分为轨轮式、轮胎式和履带式三种。,二、CTJ3型凿岩台车 国产CTJ3型三机轮胎式凿岩台车如图10-8所示，它的主要组成部分为推进器1、两个侧边钻臂2和一个中间钻臂4、轮胎行走机构6，以及附属的液压系统、压气和供水系统等。 1推进器 推进器是导轨式凿岩机的轨道，并
16、给凿岩机以工作所需要的轴向推力。如图10-8所示，CTJ3型凿岩台车分别在两个侧边钻臂2和中间钻臂4的前端安装由活塞式风动马达驱动的螺旋推进器1，其结构如图10-9所示。,图10-8 CTJ3型掘进凿岩台车 1-推进器；2-侧边钻臂；3-YGZ70外回转凿岩机；4-中间钻臂；5-前支撑油缸； 6-轮胎行走机构；后支撑油缸；8-进风管；9-摆动机构；10-操纵台；11-司机座；12-配重,图10-9 CTJ3型掘进凿岩台车的推进器 1-风动马达；2-螺母；3-丝杆；4-补偿油缸；5-托盘；6-扶钎油缸； 7-顶尖；8-扶钎器；9-导轨；10-凿岩机底座；11-凿岩机；12-钎子,YGZ70型导轨式风动凿岩机11用螺栓固定在底座10上，装在底座下的螺母2与推进器丝杠3相结合，当风,动马达1驱动丝杠转动时，凿岩机就在导轨9上向前或向后移动。风动马达的功率为 IHP（IHP735 W），推进器推进力为 7 kN，推进行程为 2.5 m。调节风动马达进气量，可使凿岩机获得不同的推进速度。推
