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1、摘 要液压凿岩机是一种应用于建筑、采矿和地质工程的凿岩设备，因为效率高、凿岩速度快、环境污染低和易于实现自动化而逐渐取代气动凿岩机。随着计算机技术和机电一体化技术的发展，进一步提高液压凿岩机的凿岩效率，完善自动凿岩技术，成为目前国内外相关研究机构的研究热点。这些研究，将会促进液压凿岩机的进一步发展和应用。本文对液压凿岩机的结构进行改造设计。主要包括对冲击机构、转钎机构的结构设计及液压系统的设计，并对液压凿岩机普遍出现的卡紧问题予以提出了解决方案，及通过对冲击锤开均压槽来实现它的防卡紧作用。目前，我国液压凿岩机的推广处于“瓶颈”阶段，液压凿岩机在矿山开采的广泛使用将会推动矿山机械高效、安全、稳定
2、的发展。关键词 液压凿岩机 冲击机构 转钎机构 矿山机械 AbstractThe hydraulic pressure rock drill is a kind of cutting rock equipment which apply to architecture, mining and geologic engineering. This equipment has replaced pneumatic rock drill gradually because its apt to be roboticized and its high efficiency, high chisel r
3、ock speed, low environment pollution. With the development of computer science and Mechatronics technique, To improve the cutting rock efficiency, consummate the cutting rock technique has become new and important research content and which will accelerate the speed of The hydraulic pressure rock dr
4、ills development and applications.This paper designs The hydraulic pressure rock drills configuration and changes part of its structure. Including impact mechanism, rotary mechanism, and hydraulic pressure system. Furthermore, this paper solves the problem of clip and defending clip and now, The hyd
5、raulic pressure rock drill has not used in Mining machinery, its application abroadly will promote the development of Mining machinery efficiently, safely and steadily.Keywords hydraulic rock drill impact mechanism rotary mechanism Mining machinery 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1国内外液压凿岩机发展概况11.1.1国外液压凿
6、岩机发展概况11.1.2国内液压凿岩机发展概况21.2 液压凿岩机的基本功能与组成31.3液压凿岩机类型41.3.1液压凿岩机分类41.4研究的意义与研究内容5第2章 液压凿岩机的常规设计62.1 总体方案设计62.2 活塞的设计62.3 缸体的设计102.3.1液压缸性能参数的计算102.3.2 液压缸主要几何尺寸的计算112.4 凿岩转钎轴的设计122.5 液压凿岩机回油蓄能器的设计152.6转钎齿轮的设计及强度校核192.6.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数192.6.2 按齿面接触强度设计202.6.3 按齿根弯曲强度计算222.7液压凿岩机卡紧的改进设计242.7.1改进的目的
7、和意义242.7.2液压卡紧危害252.7.3改进措施25第3章 液压凿岩机液压系统设计263.1典型系统介绍、分析与比较263.2液压系统的合理性分析323.3 液压系统设计要点323.4.1液压凿岩机用油34结 论38致 谢39参考文献40附录142附录245第1章 绪 论 液压凿岩机是七十年代生产并得到应用的一种新型凿岩机械。这种凿岩机一出现就受到各国采矿界的重视，是凿岩技术史上的一项重大突破。1.1国内外液压凿岩机发展概况1.1.1国外液压凿岩机发展概况 自1861年气动凿岩机开始应用以来，经过不断改进、完善，各类气动凿岩机在矿山、铁路、公路、水电、煤炭和建筑工程施工中发挥了巨大的作用
8、。进入20世纪以来，随着各类工程在岩石断面上掘进的工作量日益增加，生产效率要求越来越高，气动凿岩机的钻凿能力与生产发展需要之间的矛盾日益加剧.生产的发展迫切要求使用效率高、生产能力大的新型凿岩机来取代气动凿岩机。 20世纪20年代，英国人多尔曼在斯塔福德制造出第一台液压凿岩机。大约40年之后，另一位英国人萨特立夫也制成了一台液压凿岩机。不久，美国Gardner-Denver公司根据尤布科斯专利制成了MP- III型液压凿岩机。以上几种液压凿岩机都因一些关键的技术问题没能很好地解决，所以未能在生产中得到推广应用。 1970年，法国蒙塔贝特(Montabert)公司首先研制成功第一代可用于生产的H
9、50型液压凿岩机，开始在世界范围内应用液压凿岩设备。由于液压凿岩机和气动凿岩机相比具有明显的优越性 (表1.1),瑞典、英国、美国、德国、芬兰、奥地利、瑞士和日本等国陆续研制出各种型号的液压凿岩机，使液压凿岩机技术和生产在30多年间有了很大发展 (表1.2)。目前在国外，液压凿岩机已经成为导轨式凿岩机产品的主流。90年代先进国家的岩石开挖工程采用的液压凿岩设备占凿岩设备总量的80%以上。其瑞典Atlas Copco、芬兰Tamrock、法国Secoma等公司的液压凿岩机及配套产品在世界上具有代表性.前两者的液压凿岩设备销售量占世界销售总量的一半以上。目前国外的液压凿岩机正向重型、大功率和自动化
10、方向发展，超重型大功率液压凿岩机己能钻凿直径180-275毫米的炮孔，凿岩速度是牙轮或潜孔钻机的2-4倍，而能耗仅为潜孔钻机的1/4。它可以完成自动移位和定位、自动开孔、自动防卡钎、自动凿岩、自动退钎等凿岩循环，并可遥控的全自动液压凿岩机械己较多应用于隧道开挖。液压凿岩机器人技术和产品也在20世纪80年代开始开发。日本东洋公司的AD系列、法国Montabert公司的Robofore系列、瑞典Atlas Copco公司的系列以及芬兰Tamrock公司的Datamatic系列凿岩机器人都已问世。 表1.1、液压和气动凿岩机的比较比较性能 气动凿岩机 液压凿岩机能量利用率 10% 30-40%噪声
11、液压凿岩机比气动凿岩机降低10-15Db（A）排气油污 有 无凿岩效率 液压凿岩机比气动凿岩机提高1倍以上主要零部件寿命短长钎具消耗 多 少工作介质 压缩空气 液压油、乳化液介质压力，Mpa 0.4-0.5 14-20每米炮孔成本 1：0.77实现自动化的难易程度 困难 容易使用维护 方便 较困难 表1.2 液压凿岩机的发展进步20世纪70年代20世纪80年代20世纪90年代 凿岩机型号 近40个 近100个 超过100个 年产量接近2000台10000台以上20000台以上冲击功率，KW 10 20 401.1.2国内液压凿岩机发展概况 我国从上世纪70年代开始研制液压凿岩机。1973年11
12、月制造出第一台YYG- 80型液压凿岩机样机，后几经改进，于1980年9月在湘东钨矿通过了部级鉴定。目前我国己有北京科技大学、中南工业大学、长沙矿冶研究院、煤炭科学研究院北京建井研究所、沈阳风动工具厂、天水风动工具厂和衢州煤矿机械厂等十多个单位研制的二十多种型号的液压凿岩机通过了省部级鉴定。 为发展我国的液压凿岩机技术和产品，近十多年来，莲花山冶金机械厂、沈阳风动工具厂、天水风动工具厂、宣化风动工具厂、南京工程机械厂先后耗资1000万美元从Atlas Copco和Secoma公司引进4种重型导轨式液压凿岩机制造技术。但由于各方面原因，除莲花山冶金机械厂的HYD200和HYD300型液压凿岩机产
13、品产量和质量比较稳定外，其余的产品均未形成批量能力，质量也有很大差距。这远远不能满足我国工程部门需求。近10年来，我国大型矿山及大型工程均采用了引进的大型液压钻车。共从5个国家7个公司购进全液压凿岩设备近30个型号500多台套，重型液压凿岩机1200余台，耗资几十亿人民币。 我国一些单位也看到具体国情对轻型液压凿岩机的大量需求。长沙矿冶研究院等十多家科研单位和企业曾经研制过多个型号的支腿式液压凿岩机，但大都没有成功。其主要原因是:1)这些产品大多不合理地采用了内回转结构，从结构设计上就不满足液压凿岩机高频率、大扭矩的需要:2)在材料选择和制造工艺方面仍受气动凿岩机的影响，达不到液压凿岩机的性能
14、要求。1.2 液压凿岩机的基本功能与组成冲击凿岩作业由冲击、推进、回转、冲洗四种功能组成。冲击的主要功能是使岩石破碎。供给凿岩机的能量，推动缸体内活寒作往复运动，当活塞向右运动，加速到一定速度时，冲击钎具将能量以应力波的形式通过钎具传递给岩石，使岩石破碎。凿岩机完成冲击功能的部分称为冲击机构(通称冲击器)。冲击能和冲击频率是其主要指标。 推进有两个功能，一是推动凿岩机和钎具压向岩石工作面，并使钎头在钻凿炮孔时始终与岩石接触;二是从炮孔中退出钎具，准备钻凿下一个炮孔。借助链条或油缸等给凿岩机施加推进力。推进力也是凿岩作业的主要工作指标之一。回转的主要功能是使钎头每冲击一次回转到一个新的位置，进行新的岩石破碎，同时在回转过程中也可将已发生裂纹的岩石表面部分剥落下来。这一功能由凿岩机的回转机构完成。转钎转矩和转钎速度为其主要指标。 冲洗作用是从钻孔内清除被破碎下来的岩屑。如果冲洗不足，钻孔中将发生重复凿磨，不但使钻孔速度减慢，且使钎头加速磨损，甚至在个别情况下卡钻。冲洗介质多用压力水或压缩空气。用压缩空气时，为防止产生粉尘，必须有岩粉收集器等除尘装置，或气水合用。用压力水作冲洗介质时，因通过凿岩机的部位不同，可分为中心给水和旁侧给水两种形式。由上可知，整个凿岩系统是由液压凿岩机和钎具组成的(
