国外牙轮钻机的技术特点与新发展（一）

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1、国外牙轮钻机的技术特点与新发展 ( 一 ) 萧其林 中钢集团衡阳重机有限公司随着现代采矿工艺的发展，牙轮 钻在露天采矿作业中发挥着重工作用。 而判断牙轮钻机是否为现代主流牙轮 钻机主要看两个基本条件 ： 钻机的先 进技术水平是否占据了主导地位或相 当分量的主导地位 ； 钻机的市场占有 量是否较高或在某些特定的区域市场 占有量较高。由此 可 以 看 到 在 当 今， 符合上述现代主流牙轮钻机的两个基 本条件的牙轮钻机制造商主要有以下 几家 ： 阿特拉斯科普柯公司、卡特 彼勒公司、久益公司、山特维克公司 和 OMZ 矿山设备技术公司。1 可 以 看 到， 除 了 原 有 的 IR 公 司 的 DM

2、 系 列 钻 机 外， 又 增 加 了 PV235、 PV271、PV275、PV311、PV351 等机 型。图中浅黄色处为牙轮、潜孔共用 的机型，深黄色处为牙轮钻机型。Harnischfeger 公司的 P&H 钻机，但 其钻机的型号和 P&H 的商标依然维持 不变。山特维克公司 山特维克公司的钻机则源于其收 购的 Driltech 公司的 DxxKS 系列钻机， Driltech 公司的 DxxKS 系列钻机加入 山特维克公司的产品家族后其钻机的 型号也维持不变。卡特彼勒公司 与 阿 特 拉 斯 科 普 柯 公 司 类 似， 牙轮钻机系列产品加入卡特彼勒公司 的产品家族是在其将 Bucy

3、rus 国际公 司 收 购 之 后。 而 此 前 Bucyrus 国 际 公司则已经并购了特雷克斯公司的钻 机部分即原 Reedrill 公司，所以其机 型 中 增 加 了 SKF 系 列。 卡 特 彼 勒 公 司 收 购 了 Bucyrus 国 际 公 司 后， 将 Bucyrus 国际公司钻机的原有型号统 一改变为 MD6xxx 系列，Bucyrus 国 际公司原有的商标不再沿用。OMZ 矿 山 设 备 技 术 公 司（Uralmash） 俄罗斯重型机械联合公司矿山设 备 技 术 公 司 - 即 OMZ( 音 译“ 奥 姆 斯”) 公司的钻机为 SBSH 系列，需要 说明的是，尽管该产品的

4、市场份额较 低，但考虑到在原苏联地区仍然具有 一定市场，在技术上又属于另一流派， 所以将其列入本文，以加比较。主要制造商阿特拉斯科普柯公司 牙 轮 钻 机 系 列 产 品 加 入 阿 特 拉 斯科普柯公司的产品家族是在其将 英 格 索 兰（IR） 公 司 收 购 后， 其 调 整后的机型型号基本维持不变。从图久益公司 久 益 公 司 的 钻 机 源 于 其 收 购 的主要技术特点 进入 21 世纪以来，国外牙轮钻机 的技术水平提升的较快，主要表现在 主流牙轮钻机的工作范围、回转驱动、 加压提升、控制监测等系统和空压机 的主要技术特点。据笔者了解，目前在主流牙轮钻 机中穿孔直径覆盖范围最大的是卡

5、特 彼勒公司，其最大穿孔直径为 444 mm， 而最小穿孔直径为 152 mm，孔径差达图 1 阿特拉斯科普柯公司钻机主要机型穿孔直径工作区分布82201403到 292 mm。其次是阿特拉斯科普柯 公司，最大穿孔直径为 406 mm，孔径 差为 254 mm。在最大轴压力和钻头载 荷上，仍然以卡特彼勒公司为甚，其 最大钻头载荷达到 733 kN，久益公司 次之，其最大钻头载荷为 667 kN，而 阿特拉斯科普柯公司和山特维克公 司的最大钻头载荷则大体相当，分别 为 555 kN 和 523 kN.。此外，从钻杆的回转速度看，大 型钻机（标准穿孔直径在 300 mm 以 上 ） 的 最 高 回

6、 转 速 度 大 致 上 在 120278 kW，一般而言，同规格的钻机其 回转扭矩大致上在 20 000 Nm 左右， 回转功率在 150 kW 左右。在回转头 的驱动方式上，国外主流牙轮钻机的 绝大多数机型都是采用液压马达驱动， 只有少数机型使用直流电机驱动。从具体结构上看，阿特拉斯科 普柯公司钻机的回转动力是由两台变 量轴向柱塞液压马达提供的，每台马 达通过二级直齿圆柱齿轮减速器来驱 动主轴。这两台马达的排量可通过改 变旋转斜盘的间距加以改变。图 2 为 阿特拉斯科普柯公司钻机的回转动 力头的外形。山 特 维 克 公 司 的“S” 系 列 钻 机 都装备有动力强大的回转头（见图 4） ，

7、 通过回转头转速和扭矩良好的匹配可 获得更高的生产效率。回转头通过轴 向的单柱塞马达和行星传动，结构简 单可靠性高。 OMZ Uralmash 公司钻机回转头 的传动装置亦由液压机械传动装置传 动，后者则由行星齿轮减速器和联接 在减速器一齿轮上的以制动方式 ( 油 泵 ) 或以油马达方式工作的可调的制动 液压机械组成。通过液压机械传动装 150r/min 之 间， 当 然 也 有 例 外。图 4 山 特 维 克 公 司 的“S” 系 列 钻 机 回 转头置将所需的功率从电动机输送给输出 万向轴，后者与活动固定在靠近钻架 底部的主架轴上的直角传动装置 ( 回转 台 ) 相接。与 上 述 的 主

8、流 牙 轮 钻 机 的 工 作 范围、回转驱动的特点相对应，主流 牙轮钻机的加压提升系统则具有压下 力大、钻进速度快、加压型式多的技 术 特 点。 卡 特 彼 勒 公 司 MD6750 钻 机加压提升系统的最大压下力可高达738 kN，而规格相当的阿特拉斯科 普 柯 公 司 的 PV351 的 进 给 速 度 则 可 达 36 48 m/min，在钻机的加压提 升系统的加压型式上，更是各显神通， 如阿特拉斯科普柯公司的“液压缸 + 钢丝绳 + 滑轮”加压型式，卡特彼 勒公司的“齿轮齿条 + 电机”加压型 式，久益公司的“齿轮齿条 + 液压马 达”加压型式和 OMZ Uralmash 公司 的“

9、直流电机 + 钢丝绳 + 滑轮”加压 型式等，尽管其结构型式不一样，但 是无链加压已成为当今钻机发展的一图 2 阿特拉斯科普柯公司钻机的回转 动力头如阿特拉斯科普柯公司的 DM-M3 型、PV351 型 和 山 特 维 克 公 司 的 DR460 型 的 最 高 回 转 速 度 均 达 到170 r/min 及 以 上。 从 回 转 扭 矩 上 看 则 数 久 益 公 司 的 320XPC 最 高， 达 到 33 895 Nm，其回转功率也达到了图 3 卡特彼勒公司的钻机回转头83forum论 坛装 备MD6750 型钻机的“齿轮齿条 + 电机” 加压型式（图 6）是一个直流电机传 动的齿条、

10、齿轮的无链加压提升系统， 可消除链条破断所增加停机时间。该 系统取消了加压链条与链轮、链条均 衡张紧装置、加压液压马达、均衡油 缸和主传动机构 ； 齿条安装在钻架正 面，与由输出轴驱动的小齿轮啮合 ； 变速箱沿钻架运动，由双联导向滚轮 导 向， 以 保 持 精 确 校 整。 该 系 统 不 仅简化了结构、减少了故障源、提高 了可靠性，而且改进了力的传递方式， 提高了传动效率，并能使钻头负荷平 衡，增加钻头寿命，减少了回转机构 振动，增加轴压力，提高穿孔速度和提升速度。 加 压 提 升 机 构 和 回 转 机 构 均 安 装在回转加压小车上。由一台调速范 围较宽的直流电动机驱动加压提升减 速器，

11、带动加压齿轮沿齿条上下运动。 加压提升减速器安装在原来的大链轮 轴位置。无链式齿轮一齿条加压优点是钻 头负载平衡，钻头寿命增加，减小了 回转机构的振动和摇晃，增大了轴压 力，提高了钻孔速度和提升速度，降 低停机维护时间，钻孔效率明显增加。 无独有偶，久益公司钻机的加压 / 提升系统也是采用了新型的电传动无 链齿轮一齿条传动推进系统，该系统 由安装在回转齿轮箱上部的大功率电 机提供动力的齿条齿轮传动机构完成 加压 / 提升功能。系统取消了加压链条、 链条均衡张紧装置、链轮和液压马达。 齿条安装在钻架正面，与由输出轴驱 动的小齿轮啮合。回转齿轮箱沿钻架 上下运动，齿轮箱运动方向由双联导 向滚轮控制

12、与导向，以保持精确校整。在阿特拉斯科普柯公司牙轮钻 机的主要机型上普遍应用了这种“液 压缸 + 钢丝绳 + 滑轮”加压机构（图 7）代替老式的封闭链条式加压机构。 这 种 采 用 双 滑 轮 组 结 构 的 加 压 系 统 的 工 作 原 理 是 ：用 一 个 双 滑 轮 组架的滑动作为进给系统。系统的上 部和下部均被用钢绳连接在复式液压 进给缸上，当滑轮组沿钻架上下移动时， 动力头以 2 倍于滑轮组的速度运动， 钢 丝 绳 被 固 定 在 钻 架 的 中 部。 这 种 设 计 方 案 意 味 着 ：钻 机 钻 孔 时 所 产 生 的 应 力 集 中 在 钻 架 下 部， 从 而 降 低 了

13、钻 架 有 效 弯 曲 载 荷， 其 结 果 可 以 减 少 钻 机 的 重 量， 增 加 了 钻 机 穿 孔 能 力。 此 设 计 采 用 后， 可 增 加 全 部机械和液压功效大约 85% 90%。（未完待续）图 5 卡特彼勒公司钻机的“液压缸 + 钢 丝绳 + 滑轮”加压型式图 6 卡 特 彼 勒 公 司 钻 机 的“ 齿 轮 齿 条 + 电机”加压型式种主流加压型式。在国外牙轮钻机主 要制造商中唯一例外的山特维克公司， 不知其出于什么原因，至今仍然使用 “液压缸 + 重型链条”的加压方式。卡 特 彼 勒 公 司 MD6240 型、 MD6290 型、MD6420 型 及 MD6540 钻机的“液压缸 + 钢丝绳 + 滑轮”加 压型式（图 5）配有压下和提升的钢丝 绳 ( 直径 2.85 cm) Dyform8 型 . 钢丝绳 是可以互换的 ( 左右 ). 可以在钢丝绳的 两端通过螺纹的螺栓和螺母人工调整。 自动张力系统采用液压油缸实现压下 和提升钢丝绳的恒定张力，该系统的 显著特点是能使钢丝绳得到最大服务 寿命和最少的维护。该系统吸收了冲 击载荷，并且比链式系统更安全。卡 特 彼 勒 公 司 MD6640 型、图 7 阿特拉斯科普柯公司钻机的“液 压缸 + 钢丝绳 + 滑轮”加压型式84201403