气液联动凿岩机研究

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摘 要： 气液联动凿岩机是兼具气动和液压凿岩机特色的新型凿岩设备，本文介绍了其主要特点、钻进速度预测、基本结构和技术参数，并给出了实验室试验结果，钻进速度室内试验和钻进速度预测计算基本一致。

关键词： 气液联动，凿岩机，岩石钻进

Abstract： the pneumatic-hydraulic rock drill is a brand-new rock drilling machinery which combines the features of the pneumatic and hydraulic rock drills. The paper describes its major characteristics， drilling speed prediction， basic construction and technical parameters； additionally， it provides the test results in the laboratory. The results of indoor drilling speed tests correspond with the drilling speed prediction computation.

Keywords： pneumatic-hydraulic； rock drill； rock drilling

1 前言

凿岩机是矿山、铁路、水利、电力、石方等工程爆破穿孔的重要设备。根据所采用动力的不同，目前可分为气动、内燃、电动、液压、水压凿岩机，但主要使用气动和液压两种类型。气动凿岩机的优点是结构简单、工作可靠，其缺点是能量利用率低、钻进速度慢。液压凿岩机的优点是能量利用率高、钻进速度快、工作面卫生条件好，其缺点是结构复杂、维修保养困难、购置费用高。

因此，研制一种结构简单、工作可靠、钻进速度快、价格便宜、即集气动凿岩和液压凿岩设备的优点于一身的新型凿岩设备――气液联动凿岩设备是市场的迫切需要。

针对上述情况，国外一些公司和研究单位正致力于气液联动凿岩机的开发，如瑞士的SIG公司、澳大利亚的BOHLER公司、俄罗斯的矿山机械研究所和吉尔吉斯的自动化研究所已开发出几种气液联动凿岩设备，初步试验表明：气液联动凿岩设备具有钻进速度快、结构简单、工作可靠、价格低廉的特点。长沙矿冶研究院和有关单位合作已研制出气液联动凿岩机，分别用于气液联动露天钻车、气液联动井下采矿钻车进行凿岩施工，取得了良好的效果。

2 主要特点和钻进速度预测

气液联动凿岩机采用压气作为冲击动力、液压作为旋转动力来共同驱动凿岩机进行凿岩，其主要优点是：

（1）气动冲击机构结构简单、工作可靠；

（2）旋转机构利用液压马达体积小、功率大的特点，可以使凿岩机在大扭矩条件下进行旋转-冲击式破岩，使之继续保持液压凿岩机钻进速度快的优势；

（3）由于冲击机构不需要以液压为动力，只旋转需要液压动力，故相对于液压凿岩机而言，简化了液压动力系统，从而大大降低了整机的造价，进一步提高了整机的可靠性，便于现场维护。

机械钻孔的方法可分为冲击-转动式、旋转式和旋转-冲击式三种类型。除旋转式主要应用于软岩钻进外，传统的冲击-转动方法主要利用冲击来破碎岩石，并不能利用钎头的转动来有效剪切破碎岩石，两个破碎坑之间的岩石破碎主要依靠反复冲击和震裂来完成，这是其凿速不快的重要原因。

气液联动凿岩机在大推力和大扭矩条件下采用旋转-冲击方法，是在破岩方法上，除冲击破碎外，还施加了强力剪切破碎岩石，充分利用了岩石的剪切强度远小于抗压强度这一岩石特性。其能量利用率和凿岩速度大大高于一般冲击-转动式凿岩机，接近液压凿岩机的钻进速度。同时，由于采用了大推力，钻具在大多数时间内处于压缩状态，减少或消除了钎具中的拉应力，避免了对称应力循环，从疲劳损伤的角度考虑，这将有利于提高钎具的使用寿命。

为了能使气液联动凿岩机以旋转-冲击方法有效地破碎岩石，必须：①旋转机构具有足够大的扭力和旋转功率；②对钎具施加较大的推力，使活塞冲击钎尾后，钎具不回弹，以保证钎头在两次冲击之间的转动不空转；③足够大的冲击能，在孔底岩面上形成一定深度的破碎坑，以使钎头转动时能剪切破碎较多的岩石；④钎头设计要保证适用于这种破岩方式。

钻进速度V钻预测如下：

3 基本结构和主要技术参数

如图1所示，气液联动凿岩机由气动冲击机构、液压转钎机构、排碴系统和钎具系统构成，冲击机构和转钎机构各自独立。

冲击机构：采用成熟的无阀配气冲击机构，能较好地利用压缩空气的膨胀作功，其耗气量较低。便于维护保养，具有较高的可靠性。

液压转钎机构：由液压马达通过齿轮和转动套带动钎尾转钎机构。

排碴系统：采用压气排粉。压气经凿岩机尾端进气接头、水针、钎尾进气孔、钎杆中心孔进入孔底排粉。按排碴空气流速要求12.2 m3/min计，当使用？准90钎头？准38钎杆钻孔时，排碴空气流量应为3.8 m3/min。

钎具系统，采用R38螺纹钎杆及相应的连接套筒，钎头根据钻孔直径确定。如有可能应尽量选用MF型钎杆，这将有利于提高钻速，便于拆卸，缩短辅助时间，提高台班效率。

气液联动凿岩机主要技术参数见表1。

4 气液联动凿岩机室内试验

气液联动凿岩机在凿岩速度测试台上进行，采用f=（14-16）的花岗岩，共进行5次凿岩试验，试验系统见图2，推进缸和液压转钎机构由液压站供给液压动力，冲击机构则由空压机提供气源，岩石固定在岩石架上，采用R32接杆钎杆和？准58柱齿形钎头，实验参数和结果见表2。

实验室试验表明：气液联动凿岩机参数匹配合理，采用较大扭矩（约330 N・m）实施旋转-冲击钻进，具有较高的钻进速度，高于一般的气动冲击凿岩机，已接近液压凿岩机的钻速。

钻进速度预测和实验室钻进实验值基本一致。

参考文献：

[1] 刘新强.气液联动凿岩设备在鲁中矿业集团的应用[J].矿冶工程，2003（6），第23卷.

[2] 赵锦桥.气液联动凿岩钻车应用于露天爆破穿孔[J].爆破，2003（3）.