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当今国际金属矿山,非金属矿山的岩巷掘进;石材荒料或碎石的露天开采:铁路公路地道的开挖:水利工程,国防地下工程硐室的建筑,都需要爆炸岩石。施工标明钻爆法是破碎岩石最有成效,也最经济并且运用最广泛的一种施工技能。因而钻凿岩石炮眼的东西与设备——掘进机械是工程机械大种类中重要的一类。
(一)传统的凿岩技能与设备简述
自1896年美国人乔治·莱纳制作具有现代凿岩机特征的锤式冲击设备至今近两百年钻凿岩石炮眼一向袭用风动凿岩技能。该技能的中心是以紧缩空气为动力。相应的凿岩设备就是各种不一样布局,不一样标准的风动凿岩机。
跟着紧缩机制作技能,钎杆钎头资料及制作技能的开展,风动凿岩机呈现了手持式,气腿式、导轨式、潜孔式等多种类型的机型。钻凿岩石的孔径由Φ12~Φ18,Φ34~Φ42,Φ36~Φ45,Φ50~Φ80,Φ65~Φ100直至潜孔钻凿Φ250mm的大炮孔。所钻炮孔深度由一次修磨钎头钻0.6~0.9m到一次修磨钎头后钻9~12m。而潜孔冲击器乃至可钻孔达60m。所运用的风压由开始的0.5~0.6mpa,到上世纪70时代,风压增加到2.12~2.46mpa。
由于风动凿岩技能传递能量的作业介质是紧缩空气,气态流体传递的便利致使在钻凿岩石的施工现场风动凿岩设备成为掘进设备长时间凿岩施工的主体。
据计算风动凿岩机的分类大致如下:
我国自行研发且投放商场运用的风动凿岩机如表1,表2所示:
表1.国产气动凿岩机技能参数特征
类型 项目 | 手持式 | 手持式 | 柱式 | 气 腿 式 | ||||
Y3 | Y26 | YSP45 | 7655 | YT24 | YT26 | YTP26 | YT27 | |
机重 (Kg) | 4.5 | 26 | 44 | 24 | 24 | 26 | 26.5 | 27 |
全长 (mm) | 355 | 650 | 1420 | 628 | 678 | 717 | 680 | 668 |
运用气压(mpa) | 0.5-0.6 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
气缸直径(mm) | 34 | 65 | 95 | 76 | 70 | 75 | 95 | 80 |
活塞行程(mm) | 32 | 70 | 47 | 60 | 70 | 70 | 50 | 60 |
冲击频率(Hz) | ≥43 | ≥27 | ≥45 | ≥33 | ≥30 | ≥33 | ≥43 | ≥36.7 |
冲击能(J) | ≥5 | ≥45 | ≥70 | ≥60 | ≥60 | ≥70 | ≥60 | ≥65 |
气耗量 (m3/min) | ≤0.7 | ≤2.5 | ≤5 | ≤3.2 | ≤2.9 | ≤3.5 | ≤3 | ≤3.3 |
扭矩(Nm) | ≥2 | ≥8.8 | ≥18 | ≥15 | ≥13 | ≥15 | ≥18 | ≥18 |
运用水压(Mpa) | 0.3-0.4 | 0.2-0.3 | 0.2-0.3 | 0.2-0.3 | 0.2-0.3 | 0.3-0.5 | 0.3 | |
炮眼直径(mm) | 12—28 | 34—42 | 35-42 | 34—42 | 34—42 | 34—42 | 36-45 | 35-42 |
炮眼深度(mm) | 0.3 | 5 | 6 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
钎尾尺度(mm) | 22X108 25X108 | 22.2X108 | 22.2X108 | 22.2X108 | 22.2X108 | 22.2X108 25.4X108 | 22X108 | |
气腿类型 | 轴向气腿 | FT160 | FT140B | FT160 | FT170(专用气腿) | FT160A FT160B | ||
注油器类型 | FY500A(落地式) | FY200A | FY200A | FY200A | FY170(落地式) | FY250 | ||
配气阀方式 | 片状被迫阀 | 筒状自动阀 | 环状被迫阀 | 环状被迫阀 | 碗状自动阀 | 碗状自动阀 | 无阀 | 筒状自动阀 |
制作厂家 | 沈阳风动东西厂 | 沈阳风动东西厂 | 沈阳风动东西厂 | 沈阳风动东西厂 | 天水风动东西厂 | 天津风动东西厂 | 湘潭风动东西厂 | 沈阳风动东西厂 |
表2.国产气动凿岩机技能参数特征
类型 项目 | 导 轨 式 | |||||
YGP28 | YG40 | YG80 | YGZ70 | YGZ90 | YGZ170 | |
机重 (Kg) | 30 | 36 | 74 | 70 | 90 | 170 |
全长 (mm) | 630 | 680 | 900 | 800 | 883 | |
运用气压(mpa) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5-0.7 | 0.5-0.7 | 0.5-0.7 |
气缸直径(mm) | 95 | 85 | 120 | 110 | 125 | 125 |
活塞行程(mm) | 50 | 80 | 70 | 45 | 62 | 102 |
冲击频率(Hz) | ≥45 | ≥27 | ≥29 | ≥42 | ≥33 | ≥29 |
冲击能(J) | 80 | ≥100 | 180 | ≥100 | ≥200 | |
气耗量 (m3/min) | ≤4.5 | ≤5 | 8.5 | ≤7.5 | ≤11 | 15.6 |
扭矩(Nm) | ≥30 | 38 | 100 | ≥65 | ≥120 | ≥350 |
运用水压(Mpa) | 0.2-0.3 | 0.3-0.5 | 0.3-0.5 | 0.4-0.6 | 0.4-0.6 | |
炮眼直径(mm) | 38—62 | 40—55 | 50—75 | 40-55 | 50-80 | 65-100 |
炮眼深度(mm) | 15 | 40 | 8 | 30 | ||
钎尾尺度(mm) | 22.2X108 | Φ32X97 | Φ38X97 | Φ25X159 | Φ38X97 | |
气腿类型 | 专用推动器 | 专用推动器 | 专用推动器 | 专用推动器 | 专用推动器 | 专用推动器 |
注油器类型 | 专用注油器 | 专用注油器 | 专用注油器 | 专用注油器 | 专用注油器 | 专用注油器 |
配气阀方式 | 筒状自动阀 | 环状被迫阀 | 碗状自动阀 | 无阀 | 无阀 | 无阀 |
制作厂家 | 沈阳风动东西厂 | 天水风动东西厂 | 天水风动东西厂 | 南京战役机械厂 | 南京战役机械厂 | 天水风动东西厂 |
疑问的局限性在于虽然风动凿岩设备一向是钻凿岩石炮孔的主导设备,也正是由于紧缩空气作为传递能量的介质,其物理的特性无法处理能耗高,噪音大的技能难题。由于至今停止,空气紧缩机无法前进紧缩空气压强的增值空间,简直到了极值。由于压气的压强有限,所以风动凿岩设备的冲击活塞其与钎尾的冲击端直径与接受压气推力的承压端直径比值均偏大,依据碰击体系的应力波理论剖析,风动凿岩机的冲击活塞碰击钎具输出的应力波构成锯齿波,这对能量的利用率是非常晦气的。计算与实验标明,风动凿岩设备的能量利用率最高是13%左右,这说明空气紧缩机的输入能量大多数是作无效的功率。由于输入凿岩机的紧缩空气有必要排出机体,气体从紧缩状况转入扩容状况,其气流构成的噪音高达120dB(A)以上便天经地义了。这样跟着经济的不断开展,传统的风动凿岩技能与其设备凸显其高耗能、高噪声的坏处已显着成为采掘机械开展的瓶颈。
(二)液压凿岩技能与液压凿岩设备的开展
大概必定,液压凿岩技能与液压凿岩设备是风动凿岩技能与风动凿岩设备开展的必定。大家为了处理风动凿岩设备的高耗能、高噪声以及油雾等技能难题,对空压机体系,压气传输体系,风动凿岩设备布局等进行了很多的研讨,但结尾打破的切入点是上国际七十时代,用液压流体代替紧缩气体来传递能量。也就是用高压的液压流体代替紧缩的气体作为传递能量的介质。1968年法国蒙塔贝尔公司研发成功国际上榜首台全液压凿岩机正式用于钻凿岩石。出产实践标明,液压凿岩技能用于凿岩较之风动凿岩技能有非常显着的长处:1.纯钻孔速度比同量级气动凿岩机快一倍至二倍;2.能量耗费低,测验标明,约为同量级气动凿岩机耗能的1∕3~1∕4;3.首要零件寿数长,钎具耗费少,钻孔作业本钱大幅度的下降:4.由于无很多的带油雾的紧缩气体排出,作业面明晰,大大改进了作业环境;5.正由于无很多气体从紧缩状况进入自在状况,不发生爆炸声,全部液压凿岩技能施工时噪声较风动凿岩下降10dB(A)~15dB(A)以上;6.液压凿岩设备首要性能参数可依据岩石条件予以调理,以取得最佳凿岩作用。7.跟着液压技能的开展,完成钻孔作业自动化打下了坚实的根底。
鉴于液压凿岩技能较之风动凿岩技能无与伦比的优越性,所以大家将液压凿岩技能称为凿岩施工的工业革命,并迅速地得到了开展。
依据采掘机械职业研讨所—天水风动东西研讨所主办的杂志《凿岩机械气动东西》2011年榜首期报导:当前液压凿岩设备仍首推Atlas·copco公司,该公司从上国际八十时代推出cop1038,cop1238,极有影响力的全液压凿岩机。此后又推出cop1440 ,cop1550新式高速液压凿岩机。其功率简直比cop1038前进一倍。至2004年,Atlas·copco公司研发成功cop3038型液压凿岩机,其冲击功率达30kw,冲击频率为102HZ,冲击能﹤300J,而钻孔速度达4-5m∕min.
而最新推出的cop4050型重型液压凿岩机冲击功率高达40 kw,与之配套的simbaH4000系列全液压钻车,用于井下深孔采矿凿岩,钻凿孔径为89~127mm.这是传统的潜孔冲击器钻孔的作业范围,用cop4050液压钻不仅是可行,并且钻孔速度两倍于潜孔钻,其所钻出的炮孔是全直的孔。
从前仅次于copco公司的芬兰Tamrock公司被瑞典山特维克公司收买后,(该公司是国际东西之王),其在液压凿岩技能与液压凿岩设备方面不亚于Atlas·copco公司。如Tamrock公司最新研发的4000系列是大功率超重型液压凿岩机。用于露天矿山钻凿直径Φ180~230mm的炮孔,最大炮孔孔径可达275mm,而凿岩速度是同级牙轮钻机或潜孔钻机的2~4倍,而耗能仅为潜孔钻机的1∕4。
信息标明,液压凿岩技能及液压凿岩设备在上个世纪七十时代初至今,三十余年的开展,现已到达了一个适当高度。尤其是Atlas·copco公司作为职业的巨子,不仅在钻机上并且在钻车上运用了Copligc逻辑凿岩控制体系,能依据岩石的状况,经过实时调理推动速度、冲击力、推动力,始终保持与岩石的贴合,以完成任何状况下的最佳凿岩作用。液压凿岩技能的前进标明,全液压凿岩设备代替传统的风动凿岩设备的方针现已完成。
重要的疑问是中国宽广的采掘商场对液压凿岩设备的需要与运用情形怎么?资料标明,中国对液压凿岩技能及液压凿岩设备的认知并不晚。1980年长沙矿冶研讨院研发的YYG80导轨式液压凿岩机经过冶金部判定。这是我国榜首台自行研发成功的能运用于出产施工的全液压凿岩设备。1984年机械部部属湘潭风动机械厂自行研发的YYT30型支腿式液压凿岩机经过机械部判定。这是分量与气腿式风钻等级的全液压轻型凿岩机,一面世地质部坑探处便予以推行,此后天水风动东西厂拷贝cop1038液压凿岩机投入商场,中南工大研发的YYG90导轨式液压凿岩机用于铁道部施工现场,并取得国家科技前进三等奖。北京钢铁学院研发成功TYYG-20型液压凿岩机等前后10年间(80-90时代)共有12种液压凿岩机的机型经过国家判定。其间冲击能在150J以下的有5种,其他7种冲击能在150~250J之间。这些机型中除3种为测绘拷贝国外商场其时已出售的机型外,另外已判定的9种机型都是自行设计,自行制作的,且以YYG80,YYT30,YYG90出售最多。实践运用标明这些自行研发的国产液压凿岩机都表现了液压凿岩的领先性,与同级另外气动凿岩机比较,钻凿相同的岩石炮孔,其钻速均前进1~2倍。运用的钎具(国产的)寿数也延伸50%~100%,,作业条件显着改进。在铁道,矿山及水电部门运用的成果证明,钻凿每米炮眼的能耗和本钱比照,其比值是1:3.85和1:1.3倍。
疑问的严重性在于,至今停止,在我国宽广的采掘商场,即真实运用凿岩设备的施工现场至今没有一种国产的机型在持续运用。虽然都供认液压凿岩技能的领先性是无疑的,缘由在于国产的液压凿岩设备其可靠性达不到现场施工的工程需求。具体地说,国产大多数厂家出产的设备以不拆机检修为方针。只能保持在500m左右的水平,同种凿岩条件下,国际领先水平—瑞典Atlas copco的液压凿岩机按产物的规则方针,可达6000m。这关于施作业业现场是岩石、工况条件杂乱恶劣,当然是非常重要的。由于液压凿岩设备一拆机修补,就会呈现液压油的走漏。何况作业现场的粉尘岩渣等等,不可能供给格外清洗无污染的清洗场所。至于风动凿岩设备,一是漏点风不会形成走漏油的污染,二是风动凿岩设备本钱低,制作精度远不及液压凿岩设备需求高,所以关于液压凿岩设备可靠性的需求远远高于领先性的需求。用长沙矿冶研讨院赵统武教授的话来说(他是应力波法测验液压凿岩设备的奠基人,也是YYG80液压凿岩机的首要研发人)若是国产的液压凿岩机其领先性到达了国外同类产物的50%-70%,而可靠性到达工程施工的基本需求,比如说挨近国外领先方针,那么国产的液压凿岩机也会迅速地得到推行和运用,由于当今的现场施工已非常火急地寻求功率与节能。
正是根据这一信息,普隆重工关于液压凿岩设备的首要研发者,当年作为我国最早参加这一范畴研发的年轻人,今天虽是苍苍青丝,但他深知在中国现阶段推动液压凿岩技能的开展不是盲目寻求一分钟凿孔速度超风钻钻速的几倍,重要的是在现已到达每分钟较快进尺的前提下,如PL-YYG65经测验,钻凿f=16长沙丁字湾花岗岩达每分钟开展1.7-1.97m/min。能否确保接连掘进几千米、钻机作业正常、无需拆机修补。普隆研发的PL-YYT26支腿式液压钻选用独立外反转组织,实践凿岩已到达接连两个月、每天作业两个班累计开展超越5000m而无需拆机修补的水平。普隆以可靠性为寻求的榜首方针,在制作技能上、资料选材上、热处理技能上投入了较多的精力与财力,其意图是希望把前三十年一大批曾致力于液压凿岩设备研发的、静静做出奉献的科技作业者的辛劳予以延伸,变为真实的产物,为液压凿岩技能的开展奉献一份力气。由于自身从事这一范畴的作业,深知研发液压凿岩设备之苦、之累、之难,普隆提议大概为在中国液压凿岩技能开展过程作出过不懈尽力的李大贻、高澜庆、陈定远、王勉林、赵统武、张荷芬、黄自强、杨襄壁、陈泽南、何清华、齐任贤、李砚耕、杨务兹、郭孝先、曹贵良、甘海仁、胡大帮、周志鸿等这一批优异的科技作业者予以敬意。普隆人将以他们为典范,持续发奋尽力。
固然,任何一项技能的开展,除了技能自身之外,重要的是本钱的撑持,液压凿岩设备只所以开展缓慢,其间加工精度之高,所用资料之优,检测技能之精,所耗资金之多等等均不是风动凿岩设备能够比较的.普隆重工的投资人陈学智先生以企业家的胆识,置危险而投之以重金,今取得了榜首步的成效。PL-YYT26支腿式液压钻钻凿花岗岩f=16 , Φ40一字钎头钻速达0.85~0.96m∕min,耗能仅12KW,PL-YYG65导轨式液钻钻凿f=16花岗岩,Φ40一字钎头钻速达1.7M~1.97m∕min,冲击流量65升∕分,冲击油压18mpa.普隆仅以此为起步在寻求可靠性方面再加大投入,并虔诚地希望,联合全部有志于这一工作的有志者共同为中国的液压凿岩技能开展作出更新更强的尽力。