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1、内蒙古科技大学内蒙古科技大学 矿业工程学院矿业工程学院郑建军郑建军内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军牙轮钻机牙轮钻机衡阳机械衡阳机械KY-310DKY-310D牙轮钻牙轮钻KY-250DKY-250D牙轮钻牙轮钻SDY310SDY310全液压牙轮钻全液压牙轮钻阿特拉斯科普柯牙轮钻阿特拉斯科普柯牙轮钻阿特拉斯阿特拉斯DM45DM45牙轮钻牙轮钻1 1、阿特拉斯科普柯、阿特拉斯科普柯2 2、特雷克斯牙轮钻、特雷克斯牙轮钻第第一节一节 牙牙轮钻轮钻机的发展概况机的发展概况 牙牙轮钻机是在旋转钻机的基础上发展起来的一轮钻机是在旋转钻机的基础上发展起来的一种近代新型钻孔设备。种近代新型钻孔设备。190
2、71907年，美国石油工业部年，美国石油工业部门开始用牙轮钻机钻凿油井和天然气井门开始用牙轮钻机钻凿油井和天然气井。19391939年年应用于露天矿（试用）。应用于露天矿（试用）。19491949年美国采用压缩空年美国采用压缩空气排渣，提高了钻孔效率并延长了钻头的气排渣，提高了钻孔效率并延长了钻头的寿命，寿命，从从而推动了牙轮钻技术的发展，使在露天矿得到而推动了牙轮钻技术的发展，使在露天矿得到了实际应了实际应用。用。 过过去都用在了中硬以下岩石中，去都用在了中硬以下岩石中，19651965年，在年，在钻头上镶嵌硬质合金柱齿后，在坚硬岩石中钻孔，钻头上镶嵌硬质合金柱齿后，在坚硬岩石中钻孔，其技术
3、经济指标优于潜孔钻机，从而得到了广泛其技术经济指标优于潜孔钻机，从而得到了广泛的推广。的推广。 大批生产牙轮钻的国家有美国大批生产牙轮钻的国家有美国、前苏、前苏联。联。 我我国从国从19581958年起研制牙轮钻机，自年起研制牙轮钻机，自19761976年定型年定型并批量生产了并批量生产了HYZ-250CHYZ-250C牙轮钻以后，先后牙轮钻以后，先后研制制造研制制造了了KYKY系列的牙轮钻、系列的牙轮钻、YZYZ系列牙轮钻。有些产品与美系列牙轮钻。有些产品与美国国45-R45-R、60-R60-R牙轮钻水平不分上下，且略高于苏联牙轮钻水平不分上下，且略高于苏联水准水准。现在我国制造的牙轮钻已
4、经达到了很高水平。现在我国制造的牙轮钻已经达到了很高水平 国国产牙轮钻机的技术特征见表产牙轮钻机的技术特征见表5-15-1内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军 在金属矿山中，广泛使用的是三牙轮钻头。见图5-1 GJ滚动轴承金属密封钻头 第二节第二节 牙轮钻头的构造牙轮钻头的构造碳化钨镶嵌钻头碳化钨镶嵌钻头 SKFSKF浮动轴承橡胶密封钻头浮动轴承橡胶密封钻头 是一种三牙轮中心排碴式钻头。其主要部件是牙爪、牙轮和轴承。三个牙爪合并在一起，焊接成一个整体，然后车出与钻杆连接的端部螺纹，一般为英制圆锥管螺纹。 三个牙轮分别套在三个牙爪下端的轴颈上。滚珠从牙爪背上的塞销孔送入滚珠轴承跑道内。塞销尾部堵
5、焊在牙爪背上。为防止轴承过热和被异物堵塞，矿用牙轮钻头采用压气或气水混合物冷却并吹洗轴承。由中空钻杆通入钻头的压缩空气或气水混合物，大部分经中央喷管喷出，用于排碴；少部分经管道用以冷却和吹洗轴承。防止岩碴倒流，钻头内腔装有上逆阀。一、三牙轮钻头的构造1 1、牙爪、牙爪 图图5-35-3是一个异是一个异形体，主要部分是各形体，主要部分是各轴承的轴颈、爪背与轴承的轴颈、爪背与钻杆相连接的螺纹。钻杆相连接的螺纹。 轴颈线与钻轴线轴颈线与钻轴线的夹角的夹角叫做轴倾角。叫做轴倾角。一般为一般为50505555，在爪背与孔壁之间有在爪背与孔壁之间有1 130305 5的夹角。的夹角。在爪尖外表堆焊一薄在爪
6、尖外表堆焊一薄层硬质合金粉，并镶层硬质合金粉，并镶焊一些平头合金柱。焊一些平头合金柱。2 2、牙轮、牙轮 牙轮钻头多为柱牙轮钻头多为柱齿钻头。图齿钻头。图5-25-2 在在牙轮的外牙轮的外表面上表面上钻有若干钻有若干排齿孔，并用排齿孔，并用冷冷压方法将硬质合压方法将硬质合金柱压金柱压入孔内。每一排柱齿都构入孔内。每一排柱齿都构成一成一个个齿圈。各齿圈。各齿圈之间都车出一定宽度的沟槽，齿圈之间都车出一定宽度的沟槽，即齿槽。牙轮即齿槽。牙轮内设有内设有滚柱滚柱跑道、滚跑道、滚珠珠跑道、滑跑道、滑套套和止和止推块空推块空腔。腔。 为为保护牙轮的保护牙轮的背锥，背锥，防止被孔臂岩石过分磨损，防止被孔臂
7、岩石过分磨损，在背锥在背锥上镶嵌有平头硬质合金柱。上镶嵌有平头硬质合金柱。 布布齿方式齿方式：P P95 95 画、看图讲解。画、看图讲解。 柱齿齿柱齿齿痕见图痕见图5-45-4、三、三个牙轮上个牙轮上的布齿结果。的布齿结果。 牙轮的几何形状见牙轮的几何形状见图图5-55-5，单，单锥牙轮，复锥锥牙轮，复锥牙轮。牙轮。内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军3 3、轴承组、轴承组 轴承是牙轮钻头的重要部件。轴承是牙轮钻头的重要部件。 作用是保证牙轮灵活地转动，并把钻机施加在钻作用是保证牙轮灵活地转动，并把钻机施加在钻头上轴压和扭矩传给牙轮。据统计，牙轮钻头有头上轴压和扭矩传给牙轮。据统计，牙轮钻头
8、有606080%80%是因轴承损坏而报废是因轴承损坏而报废 矿用轴承组：常用滚柱矿用轴承组：常用滚柱滚珠滚珠滑动衬套组成的滑动衬套组成的轴承组。轴承组。二、三牙轮钻头的类型 矿用三牙轮钻头，按照钻头上凿岩刃具牙轮上牙齿的不同，可分为铣齿钻头和柱齿钻头；按排风排碴分为：中心、旁侧吹风排碴式。1、铣齿钻头 在牙轮锥体上直接铣制出楔形齿，在铣齿的刃部表面堆焊碳化钨硬质合金。主要用于软岩中。内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军2 2、柱齿钻头、柱齿钻头 在牙轮锥体上镶嵌硬质合金柱。硬质合金柱的在牙轮锥体上镶嵌硬质合金柱。硬质合金柱的形状图形状图5-65-6用于中硬和中硬以上的岩石钻孔，常用用于中硬和中
9、硬以上的岩石钻孔，常用球形柱齿球形柱齿3 3、中心吹风排碴式钻头、中心吹风排碴式钻头 如图如图5-25-2，小部分气流用于中心孔底排碴。，小部分气流用于中心孔底排碴。 缺点：缺点：压气不能充分吹洗孔底，将导致破碎下压气不能充分吹洗孔底，将导致破碎下来的岩碴重复破碎，降低钻进速度；来的岩碴重复破碎，降低钻进速度； 由于岩碴由孔底中央吹向周边，使牙轮受由于岩碴由孔底中央吹向周边，使牙轮受到带有磨蚀性的岩碴的喷射而磨损，从而降低了钻到带有磨蚀性的岩碴的喷射而磨损，从而降低了钻头的使用寿命。头的使用寿命。4 4、旁侧吹风排碴式钻头、旁侧吹风排碴式钻头 图图5-75-7，压气或气水混合物从布置在钻头周边
10、，压气或气水混合物从布置在钻头周边上的三个喷嘴喷出，并通过两相邻牙轮的间隙喷向上的三个喷嘴喷出，并通过两相邻牙轮的间隙喷向孔底，从而将岩碴从牙轮上吹走。孔底，从而将岩碴从牙轮上吹走。 优点：排碴效果好，钻进速度较高。同时减少了优点：排碴效果好，钻进速度较高。同时减少了牙轮磨损，有利于延长钻头的使用寿命。牙轮磨损，有利于延长钻头的使用寿命。 国产的均为此型号。国产的均为此型号。 主要结构参数：钻头主要结构参数：钻头直径、轴倾角、孔底角。直径、轴倾角、孔底角。 = = + + -90-90 角度不同，结果也不角度不同，结果也不同。同。第第三节三节 牙牙轮钻头运动学及其凿岩轮钻头运动学及其凿岩泵理泵
11、理 图图5-9 5-9 为牙轮钻机钻孔示意图。为牙轮钻机钻孔示意图。 工作时工作时加压机构加压机构钻杆钻杆钻头钻头轴向压力轴向压力牙轮则牙轮则被压在孔底上。被压在孔底上。 回转供风机构回转供风机构牙轮牙轮既绕钻杆轴线公转既绕钻杆轴线公转又绕本身又绕本身轴线自转。轴线自转。一、牙轮的运动分析及其转速的计算一、牙轮的运动分析及其转速的计算二、牙轮的纵向振动二、牙轮的纵向振动三、牙轮钻头的凿岩泵理三、牙轮钻头的凿岩泵理 牙轮钻机钻孔时，依靠加压机构和回转机构给牙轮钻机钻孔时，依靠加压机构和回转机构给钻头施加的轴压力和回转力矩，岩石在轴压静载钻头施加的轴压力和回转力矩，岩石在轴压静载荷和纵向振动动载荷
12、以及滑动剪切力的联合作用荷和纵向振动动载荷以及滑动剪切力的联合作用下，被牙轮上的牙齿压碎、凿碎和剪碎，于是形下，被牙轮上的牙齿压碎、凿碎和剪碎，于是形成钻孔。成钻孔。内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军 KY-250A型牙轮钻机是在KY-250的基础上改进完善后的新型牙轮钻机。它能在f=620岩石中钻垂直孔，孔径为220250mm,孔深为17m。适用于大、中型露天矿山。它的主要技术特征见表5-1特点：特点：1 1）三牙轮钻头做钻具；）三牙轮钻头做钻具；2 2）滑架式顶部回转；）滑架式顶部回转；3 3）钻具转速能无极调节；）钻具转速能无极调节；4 4）封闭链条）封闭链条齿条连续加压，进给速度能无
13、级调节齿条连续加压，进给速度能无级调节. .5 5）干式或湿式除尘；）干式或湿式除尘；6 6）履带自行式行走机构。）履带自行式行走机构。 下图为下图为KY-250BKY-250B牙轮钻机牙轮钻机第四节第四节 KY-250AKY-250A牙轮钻机牙轮钻机KY-250BKY-250B牙轮钻机牙轮钻机 构成构成 ：由钻具、钻架与机架、回转供风机构、加压提：由钻具、钻架与机架、回转供风机构、加压提升机构、接卸及存放钻杆机构、起落钻架机构、稳车千斤顶、升机构、接卸及存放钻杆机构、起落钻架机构、稳车千斤顶、行走机构、除尘系统、司机室行走机构、除尘系统、司机室 和机棚的净化装置、风、水、和机棚的净化装置、风
14、、水、电控制系统组成电控制系统组成. . 书图书图5-185-18为为KY-250AKY-250A型牙轮钻机的传动系统示意图。型牙轮钻机的传动系统示意图。 钻孔时，回转机构钻孔时，回转机构钻具回转钻具回转加压机构加压机构封闭链条封闭链条钻头轴压力钻头轴压力推进钻具推进钻具连续凿岩。连续凿岩。 空压机空压机压气压气回转供风机构回转供风机构中空钻杆中空钻杆钻头的喷钻头的喷嘴喷向孔底嘴喷向孔底岩碴从环形空间岩碴从环形空间孔外。孔外。一、钻具一、钻具 上钻杆、下钻杆、牙轮钻头组成上钻杆、下钻杆、牙轮钻头组成 钻杆：中空杆件见图钻杆：中空杆件见图5-19 5-19 ， 两端有接头。两端有接头。 选择：选
15、择：孔径为孔径为220mm220mm，杆外径选，杆外径选180194mm180194mm杆；杆； 孔径为孔径为250mm250mm， 杆外径选杆外径选219mm219mm。内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军二、钻架和机架二、钻架和机架 KY-250A KY-250A型钻机采用高钻型钻机采用高钻架、将上、下钻杆连接后，架、将上、下钻杆连接后，可一次连续钻完一个孔，有可一次连续钻完一个孔，有利用于提高钻孔作业率。利用于提高钻孔作业率。 见图见图5-20 5-20 机架是钻机各种机构和机架是钻机各种机构和装置的安装基础。装置的安装基础。 机架由机架由A A型架、托架和平型架、托架和平台组成。台组成
16、。内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军三、回转供风机构三、回转供风机构 机构见图机构见图5-21.5-21. 作用是驱动钻具回转，并将压气输送给中空钻杆。作用是驱动钻具回转，并将压气输送给中空钻杆。 由减速器、减震装置、直流电机、进风管路等组由减速器、减震装置、直流电机、进风管路等组成；装有回转小车防坠装置。成；装有回转小车防坠装置。 内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军四、加压提升机构四、加压提升机构 实现钻具的快速提升和下降；并给钻具施加轴实现钻具的快速提升和下降；并给钻具施加轴压力。压力。五、行走机构五、行走机构 采用履带自行式行走机构，由底盘和行走传动采用履带自行式行走机构，由底盘和行走传动机构组成。机构组成。六、接卸及存放钻杆机构六、接卸及存放钻杆机构 主要由液压卡头和钻杆架组成。主要由液压卡头和钻杆架组成。七、除尘系统七、除尘系统 干式和湿式除尘系统。干式和湿式除尘系统。八、液压千斤顶八、液压千斤顶 抬起并调平钻机，使钻机钻孔作业时支撑在稳抬起并调平钻机，使钻机钻孔作业时支撑在稳固的基础上。固的基础上。九、液压传动系统九、液压传动系统 KY-250A KY-250A型钻机的
