第二章钻孔机械(2)

1、第二章第二章 掘进机械掘进机械 2-1 概述概述 n掘进设备掘进设备按掘进工艺分按掘进工艺分为为钻眼爆破法掘进设备钻眼爆破法掘进设备和和综合机械化掘进设备综合机械化掘进设备。n完成钻爆法掘进工序所需设备：完成钻爆法掘进工序所需设备： 钻钻(凿凿)孔机械、装载机械、转载机械及巷道支孔机械、装载机械、转载机械及巷道支护及修整机械护及修整机械等。等。第二章第二章 掘进机械掘进机械 2-1 概述概述一、掘进机械的分类2-1 2-1 概述概述 设备配套机械化作业线主要形式有：设备配套机械化作业线主要形式有： 耙斗装载机为主的机械化作业线：耙斗装载机为主的机械化作业线：该作业线实该作业线实现凿孔和装载平行

2、作业，且结构简单，在国内煤矿现凿孔和装载平行作业，且结构简单，在国内煤矿广泛使用；广泛使用； 凿岩台车为主的机械化作业线：凿岩台车为主的机械化作业线：该作业线适用该作业线适用于大断面巷道掘进，效率高，劳动强度低；于大断面巷道掘进，效率高，劳动强度低； 钻装机为主的机械化作业线：钻装机为主的机械化作业线：钻装机钻凿炮孔、钻装机钻凿炮孔、锚杆孔和装载转运煤岩，并将岩石装入矿车。巷道锚杆孔和装载转运煤岩，并将岩石装入矿车。巷道支护采用锚杆安装机和混凝土喷射机。支护采用锚杆安装机和混凝土喷射机。2-1 2-1 概述概述 综合机械化掘进设备直接用掘进机完成破落煤岩、综合机械化掘进设备直接用掘进机完成破落

3、煤岩、装载、转载及支护等工序，实现工序的平行作业。装载、转载及支护等工序，实现工序的平行作业。 综合机械化掘进设备优点：综合机械化掘进设备优点： 安全、快速、高效安全、快速、高效掘进机械化发展方向。掘进机械化发展方向。 综合机械化掘进设备：悬臂式掘进机、连续采煤机、综合机械化掘进设备：悬臂式掘进机、连续采煤机、掘锚联合机组、全断面掘进机。掘锚联合机组、全断面掘进机。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 用钻眼爆法掘进巷道时，钻凿炮眼机具的总称为用钻眼爆法掘进巷道时，钻凿炮眼机具的总称为钻孔机械。钻孔机械。 凿岩机凿岩机冲击破碎原理冲击破碎原理 四个动作：冲击钎杆；旋转钎杆；推进钎

4、杆；排渣四个动作：冲击钎杆；旋转钎杆；推进钎杆；排渣1-凿岩机缸体；凿岩机缸体；2-活塞；活塞；3-钎杆；钎杆；4-钎头钎头 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械一、钻孔机械一、钻孔机械 按动力不同可分为气动、液压、电动和内燃凿按动力不同可分为气动、液压、电动和内燃凿岩机四类。岩机四类。（一一） 气动凿岩机气动凿岩机 按操作方式不同分按操作方式不同分手持式手持式、支腿式支腿式和和导轨式导轨式。 按频率分按频率分低频凿岩机低频凿岩机( (冲击频率冲击频率42Hz42Hz以下以下) )和和高高频凿岩机频凿岩机( (冲击频率冲击频率42Hz42Hz以上以上) )。 按转钎机构分内按转钎机

5、构分内回转式凿岩机回转式凿岩机和和外回转式凿岩外回转式凿岩机机。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械支腿式气动凿岩机支腿式气动凿岩机用用支腿支承和推进，减支腿支承和推进，减轻劳动强度，提高钻轻劳动强度，提高钻孔效率，用于在岩石孔效率，用于在岩石巷道钻凿孔径巷道钻凿孔径2442mm，孔深，孔深25m的水平或倾角较小的的水平或倾角较小的孔，使用广泛。孔，使用广泛。 手持式气动凿岩机手持式气动凿岩机以手托持，无其他支承，靠凿以手托持，无其他支承，靠凿岩机自重或操作者施加的推压力推进凿岩。功率小、岩机自重或操作者施加的推压力推进凿岩。功率小

6、、机重较轻，手持作业劳动强度大、钻孔速度慢，钻凿机重较轻，手持作业劳动强度大、钻孔速度慢，钻凿小直径浅孔。小直径浅孔。l导轨式气动凿岩机导轨式气动凿岩机装在凿岩台车钻臂的推进器上，沿导装在凿岩台车钻臂的推进器上，沿导轨推进凿孔。重量较重，冲击能大，采用独立外回转机构，轨推进凿孔。重量较重，冲击能大，采用独立外回转机构，转矩较大，凿孔速度较快，显著减轻劳动强度，改善作业转矩较大，凿孔速度较快，显著减轻劳动强度，改善作业条件，适用钻凿孔深条件，适用钻凿孔深510m、孔径、孔径4080mm硬岩炮眼。硬岩炮眼。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 气动凿岩机组成：气动凿岩机组成： 冲击配气

7、机构、转钎机构、排屑冲击配气机构、转钎机构、排屑 机构和润滑机构等机构和润滑机构等2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械1-钎杆；钎杆；2-凿岩机；凿岩机；3-注油器；注油器；4-水管；水管；5-风管；风管；6-气腿气腿支腿式凿岩机支腿式凿岩机 1冲击配气机构冲击配气机构作用：作用： 将由操纵阀输入的压气将由操纵阀输入的压气依次依次输送到气缸的后输送到气缸的后腔和前腔，推动活塞往复运动腔和前腔，推动活塞往复运动获得活塞对钎尾的获得活塞对钎尾的连续冲击动作。连续冲击动作。 常用配气机构有常用配气机构有被动阀配气机构被动阀配气机构、控制阀配气机控制阀配气机构构和和无阀配气机构无阀配气机构

8、。 被动阀配气机构被动阀配气机构依靠活塞往复运动时压缩前后腔依靠活塞往复运动时压缩前后腔气体，形成高压气垫推动配气阀变换位置。气体，形成高压气垫推动配气阀变换位置。 配气阀有球阀、环状阀和蝶状阀。配气阀有球阀、环状阀和蝶状阀。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械环状阀配气机构环状阀配气机构1-压气入口；压气入口；2-气道；气道；3-配气阀；配气阀；4-气缸后腔；气缸后腔；5-活塞；活塞；6-排气口；排气口；7-气动前腔；气动前腔；8-气路通道气路通道 (a) 冲击行程冲击行程 (b) 返回行程返回行程2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 2转钎机构转钎机构使气动凿岩机钎

9、杆回转的机构。使气动凿岩机钎杆回转的机构。内回转内回转和和外回转外回转(独立回转独立回转)转钎机构。转钎机构。(1)内回转转钎机构内回转转钎机构1-棘轮；棘轮；2-棘爪；棘爪；3-螺旋棒；螺旋棒；4-活塞；活塞；5-转钎套；转钎套；6-钎尾套；钎尾套；7-钎钎杆杆 内回转机构多用于轻型手持式或支腿式气动凿岩机。内回转机构多用于轻型手持式或支腿式气动凿岩机。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 (2)外回转外回转(独立回转独立回转)转钎机构转钎机构 由独立的由独立的气动马达气动马达经经齿轮减速齿轮减速驱动钎杆转动，驱动钎杆转动，具有转速可调、转矩大、转动方向可变等特点，有具有转速可

10、调、转矩大、转动方向可变等特点，有利于装拆钎头、钎杆。利于装拆钎头、钎杆。 多用于重型导轨式气动凿岩机。多用于重型导轨式气动凿岩机。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 3排屑机构排屑机构 : 用水冲洗排除孔内岩屑的机构。用水冲洗排除孔内岩屑的机构。 4 4润滑机构润滑机构 向凿岩机各运向凿岩机各运动件注润滑油，动件注润滑油，以保证正常凿岩以保证正常凿岩作业的机构。作业的机构。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械（二）（二） 液压凿岩机液压凿岩机 以循环高压油为动力，驱动钎杆、钎头，以冲击以循环高压油为动力，驱动钎杆、钎头，以冲击回转方式在岩体中凿孔的机械。回转方式在

11、岩体中凿孔的机械。 液压凿岩机一般安装在凿岩台车的钻臂上工作，液压凿岩机一般安装在凿岩台车的钻臂上工作，可钻凿任何方位的炮孔，钻孔直径通常为可钻凿任何方位的炮孔，钻孔直径通常为3065mm，适用于以钻眼爆破法掘进的矿山井巷、硐室和隧道的适用于以钻眼爆破法掘进的矿山井巷、硐室和隧道的钻孔作业。钻孔作业。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 液压凿岩机优缺点：液压凿岩机优缺点： 优点：优点：1、能量利用率能量利用率3040%，风动凿岩机，风动凿岩机10%；2、机械性能好，凿岩速度快机械性能好，凿岩速度快(冲击频率每分钟上万次，冲击频率每分钟上万次，风动凿岩机每分钟三千次左右风动凿岩机每

12、分钟三千次左右)，速度提高一倍以上；，速度提高一倍以上； 3、消除风动凿岩机的排气噪音和油雾，改善作业条件；消除风动凿岩机的排气噪音和油雾，改善作业条件； 4、运动件在油液中工作，润滑条件好，提高零件寿命。运动件在油液中工作，润滑条件好，提高零件寿命。 缺点：缺点：投资大，单位功率的重量较大，技术要求和维投资大，单位功率的重量较大，技术要求和维护费用较高。护费用较高。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 液压凿岩机组成：钎杆、冲击机构、配流阀、冲击液压凿岩机组成：钎杆、冲击机构、配流阀、冲击锤、供水机构、缓冲装置、液压马达和蓄能器等组成。锤、供水机构、缓冲装置、液压马达和蓄能器等组

13、成。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 1冲击机构冲击机构 按配油结构分为按配油结构分为有阀式有阀式和和无阀式无阀式两种。有阀式冲两种。有阀式冲击机构由活塞、缸体和配油阀等组成。压力油通过配击机构由活塞、缸体和配油阀等组成。压力油通过配油阀和活塞的相互作用不断改变活塞两端的受压状态，油阀和活塞的相互作用不断改变活塞两端的受压状态，使活塞在缸体内往复运动并冲击钎尾做功。有阀式冲使活塞在缸体内往复运动并冲击钎尾做功。有阀式冲击机构按回油方式可分为击机构按回油方式可分为单腔回油单腔回油和和双腔回油双腔回油。 液压凿岩机多采用液压凿岩机多采用单腔回油套阀式冲击机构单腔回油套阀式冲击机构、

14、单单腔回油柱阀式冲击机构腔回油柱阀式冲击机构和和双腔回油柱阀式冲击机构双腔回油柱阀式冲击机构。 双腔回油柱阀式冲击机构原理如图所示。活塞两双腔回油柱阀式冲击机构原理如图所示。活塞两端直径相同。由配油柱阀控制，前后腔交替进油和回端直径相同。由配油柱阀控制，前后腔交替进油和回油，实现活塞往复冲击运动。油，实现活塞往复冲击运动。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械图2-6 双腔回油柱阀式冲击机构a-冲击行程；b-返回行程1，5-主油路；2，6，7，9-控制油路；3，4-回油油路；8，10-柱阀左右油室A-调节塞；B-活塞；C-柱阀；D-高压

15、蓄能器；E-回油蓄能器 2蓄能机构蓄能机构 采用一个或二个蓄能器，主要作用是蓄能和稳压。采用一个或二个蓄能器，主要作用是蓄能和稳压。冲击行程时活塞速度很高，在冲击机构的高压侧装有蓄冲击行程时活塞速度很高，在冲击机构的高压侧装有蓄能器，将回程过程中多余的流量以液压能形式储存于蓄能器，将回程过程中多余的流量以液压能形式储存于蓄能器中，待冲击行程时释放出来。蓄能器还能吸收液压能器中，待冲击行程时释放出来。蓄能器还能吸收液压系统的脉冲和振动，蓄能器有隔膜式和活塞两种，大多系统的脉冲和振动，蓄能器有隔膜式和活塞两种，大多采用隔膜式。采用隔膜式。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械缓冲装置多采

16、用液压缓冲机构，如图2-7所示。钎杆装在反冲套筒2内，反冲套筒的后面加反冲活塞5，在反冲活塞的锥面上承受高压油。当钎杆反弹力经反冲套筒2传给反冲活塞5后，反冲活塞向后运动，把反弹力传给高压油路中的蓄能器，蓄能器将反冲能量吸收。为提高反冲效果，蓄能器应尽量靠近缓冲器的高压油室。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械图2-7 液压缓冲装置原理1-钎杆；2-反冲套筒；3-缓冲器外壳；4-高压油路；5-反冲活塞；6-冲击锤 3转钎机构转钎机构 凿岩时使钎杆转动的机构，有内回转和外回转两种。内回转机构是利用冲击活塞回程能量，通过螺旋棒和棘轮机构，使钎杆每被冲击一次转动一定角度，为间歇回转。内

17、回转机构输出扭矩小，多用于轻型支腿式液压凿岩机。 外回转机构又称独立回转机构，一般用单独的液压回路驱动液压马达经过齿轮减速，带动钎杆旋转，为连续回转，可无级调速并可反向旋转。它输出扭矩大，多用于导轨式液压凿岩机，其液压马达有齿轮马达、叶片马达和摆线马达三种。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 4排屑机构排屑机构 用水冲洗排除孔内岩屑的机构。供水方式有中心供水和侧式供水两种。 中心供水与气动凿岩机相同，冲洗水从后部通过水针进入钎杆、钎头流入孔底，冲洗水压0.30.4MPa。这种冲洗方法多用于轻型液压凿岩机。 侧式供水的冲洗水直接从凿岩机机头水套进入钎尾、钎杆和钎头。这种结构水路短，

18、密封可靠，水压高(1.01.2MPa)，冲洗排屑效果好，多用于导轨式液压凿岩机。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械（三）三） 凿岩台车凿岩台车 支承、推进和驱动一台或多台凿岩机实施钻孔作业，支承、推进和驱动一台或多台凿岩机实施钻孔作业，并具有整机行走功能的凿孔设备。并具有整机行走功能的凿孔设备。 用于矿山巷道掘进及其他隧道施工。凿孔直径用于矿山巷道掘进及其他隧道施工。凿孔直径3065 mm，凿孔深度，凿孔深度25m。凿孔时能准确定位、定向，。凿孔时能准确定位、定向，并能钻凿平行炮孔。可与装载机械及运输车辆配套，组并能钻凿平行炮孔。可与装载机械及运输车辆配套，组成掘进机械化作业线。

19、成掘进机械化作业线。 1-钻臂；钻臂；2-凿岩机；凿岩机；3-行走机构行走机构4-操作台；操作台；5-动力源动力源 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 凿岩台车凿岩台车组成：组成：凿岩机、凿岩机、钻臂钻臂(包括推进器包括推进器)、行走机、行走机构、控制系统、操作台和动构、控制系统、操作台和动力源力源(泵站泵站)等。等。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 为完成平巷掘进，凿岩为完成平巷掘进，凿岩台车应实现下列运动：台车应实现下列运动：行走运动，以便台车行走运动，以便台车进入和退出工作面；进入和退出工作面；推进器变位和钻臂变推进器变位和钻臂变幅运动，以实现在断面任意幅

20、运动，以实现在断面任意位置和任意角度钻眼；位置和任意角度钻眼；推进运动，使凿岩机推进运动，使凿岩机沿钻孔轴线前进和后退。沿钻孔轴线前进和后退。 (1)推进器变位推进器变位 摆角液压缸摆角液压缸8实现推进器的水平摆实现推进器的水平摆动，俯仰液压缸动，俯仰液压缸7实现推进器的俯仰运动，以钻凿不同实现推进器的俯仰运动，以钻凿不同方向的炮眼。方向的炮眼。 在补偿液压缸的作用下，推进器作补在补偿液压缸的作用下，推进器作补偿运动，使导轨前端的顶尖始终顶紧在岩壁上以增加钻偿运动，使导轨前端的顶尖始终顶紧在岩壁上以增加钻臂的工作稳定性，并在钻臂因位置变化引起导轨顶尖脱臂的工作稳定性，并在钻臂因位置变化引起导轨

21、顶尖脱离岩壁时起距离补偿作用。离岩壁时起距离补偿作用。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械1.摆臂液压缸；2-钻臂座；3-转轴；4-钻臂液压缸；5-钻臂旋转机构；6-钻臂；7-俯仰液压缸；8-摆角液压缸；9-托盘；10-推进器；11-凿岩机 (2)钻臂变幅钻臂变幅 摆臂液压缸摆臂液压缸1使钻臂摆动，钻臂液压使钻臂摆动，钻臂液压缸缸4实现钻臂升降，液压马达实现钻臂升降，液压马达棘轮组成的旋转机构棘轮组成的旋转机构5可使钻臂绕自身轴线旋转可使钻臂绕自身轴线旋转360o。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 (3)推进运动推进运动 推进器推进器(图图2-10)为液压缸为液

22、压缸钢丝绳式，钢丝绳式，主要由导轨、托盘、液压缸、钢丝绳和绳轮等组成。主要由导轨、托盘、液压缸、钢丝绳和绳轮等组成。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械1-导向绳轮；2-推进液压缸；3-托盘；4-活塞杆；5-调节装置；6-钢丝绳7-导轨 控制系统包括液压控制系统、电控系统、气水路控控制系统包括液压控制系统、电控系统、气水路控制系统等。制系统等。 主要部件结构主要部件结构 1.推进器推进器 推进器用来使凿岩机移近或退出工作面，并提供凿推进器用来使凿岩机移近或退出工作面，并提供凿岩时所需的轴向推力。岩时所需的轴向推力。 推进器按工作原理不同有螺旋式推进器、推进器按工作原理不同有螺旋式推

23、进器、液压缸式液压缸式推进器推进器、链式推进器。、链式推进器。(1)螺旋式推进器螺旋式推进器1-气动马达；气动马达；2-减速器；减速器；10-推进螺母；推进螺母；4-托盘；托盘；5-丝杠；丝杠；6-滑架；滑架；7-扶钎器扶钎器 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械(2)链式推进器链式推进器(3)液压缸式推进器液压缸式推进器1-张紧装置；张紧装置；2-导向链轮；导向链轮；3-导轨；导轨；4-滑板；滑板；5-减速器；减速器；6-气动马达；气动马达；7-链条链条 气动马达通过蜗杆气动马达通过蜗杆蜗轮减速器驱动装在导轨中间的封蜗轮减速器驱动装在导轨中间的封闭传动链带动托盘。闭传动链带动托盘

24、。 特点：特点： 工作可靠，调节方便，行程不受限制，适用于长行程推工作可靠，调节方便，行程不受限制，适用于长行程推进器，但传动平稳性不如螺旋式推进器，推力过大时易出进器，但传动平稳性不如螺旋式推进器，推力过大时易出现断链事故。现断链事故。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械2.钻臂钻臂 用于支承和推进凿岩机，并可自由调节方位以适应用于支承和推进凿岩机，并可自由调节方位以适应炮孔位置需要的机构。炮孔位置需要的机构。按钻臂结构特点及运动方式不同有直角坐标式和极坐按钻臂结构特点及运动方式不同有直角坐标式和极坐标式两类。标式两类。(1)直角坐标式钻臂直角坐标式钻臂 利用钻臂液压缸利用钻臂

25、液压缸4和摆臂液压缸和摆臂液压缸1使钻使钻臂上下左右按直角坐臂上下左右按直角坐标位移的运动方式确标位移的运动方式确定孔位的位置。定孔位的位置。2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械 推进器通过俯仰液压缸推进器通过俯仰液压缸7和摆角液压缸和摆角液压缸8调整钻孔角度调整钻孔角度和位置。和位置。 直角坐标式钻臂结构简单，通用性好，操作直观性好，直角坐标式钻臂结构简单，通用性好，操作直观性好，适合于钻凿各种纵横排列的炮孔。但确定炮眼操作程序多，适合于钻凿各种纵横排列的炮孔。但确定炮眼操作程序多，定位时间长，多用于轻型钻臂。定位时间长，多用于轻型钻臂。 2-22-2钻孔机械与装载机械钻孔机械与装载机械(2)极坐标式钻臂极坐标式钻臂1-回转机构；回转机构；2-摆臂液压缸；摆臂液压缸；3-平动液压缸；平动液压缸；4-钻臂液压缸；钻臂液压缸；5-臂杆；臂杆；6-俯仰液压缸；俯仰液压缸；7-摆角液压缸；摆角液压缸；8-托盘；托盘；9-推进器推进器 利用回转机构利用回转机构1使整个钻臂绕后部轴线旋转使整个钻臂绕后部轴线旋转360o