过程装备成套技术第2章水泥原料开采

第一篇水泥装备成套技术第2章水泥原材料开采

§2－1水泥矿山开采工艺

原材料取之于矿山，矿山为产品之源。水泥矿山开采主要以露天为主，因为没有选矿环节，相对于金属矿或煤矿其工艺和设备都要简单得多。（见后图比较）近年来环保工程和水土流失方面应引起足够的重视。

设备方面主要有钻孔机械和装载机械两大类，输送机械在第六章介绍。Miningandmineralprocessing第2章原材料开采§2—1水泥矿山开采工艺(露天）采石场泥灰岩石灰石钻孔及爆破原料爆破（制备）爆破原材料–

开采关键问题:矿石均化关键微量元素的控制矿山开采-装料&运输Aggregate-Drilling,blasting,hauling露天矿开采装料&运输90吨钻孔机械装载机械第2章原材料开采§2—2水泥矿山钻孔机械一.凿岩机：以冲击为主，旋转为辅的小型风(气）动钻孔机械。主要用于在坚硬的岩石中钻孔。有多种型号规格见下表。

孔径范围：36～42㎜

钻孔深度：12M气动凿岩机

类型7655牌和YT27型气腿式凿岩机主要用于各类矿山、铁路、水利建设和国防石方工程中的凿岩作业。手持式气腿式伸缩式导轨式76行程mm55缸经mmYT23,24,25(重量)气腿式凿岩机工作原理冲击转动式成孔原理

利用锤头周期性地给钎头以一个轴向力Ｐ，在此轴向力—冲击力的作用下，钎头凿入岩石一个深度τ，其破碎的岩石面积为Ⅰ—Ⅰ′。为了形成一个圆形的炮孔，钎子每冲击一次之后，还须回转一个角度β，然后再进行新的冲击，相应的破碎面积为Ⅱ—Ⅱ′。如此重复运动，即形成一个具有一定深度的钻孔。

在两次冲击之间留下来的扇形岩瘤，将借钎头切削刃上所产生的水平分力T剪碎。此外，为保证钎子持续有效地进行凿岩作业，还必须把凿岩过程中形成的粉尘从炮孔中及时地排出。风动凿岩机外部结构

气动凿岩机的主要组成机构气动凿岩机的主要组成机构冲击配气机构转钎机构推进机构排粉系统润滑系统操纵机构PneumaticRockDrill风动凿岩机装配动画凿岩工具

凿岩工具图片柱齿型钎头

十字型钎头

一字型钎头

气腿式凿岩机内部结构

凿岩机冲击原理风动凿岩机原理动画凿岩机转钎原理凿岩机注水冲洗孔底凿岩机强力吹扫

导轨式凿岩机YGZ100.YGZ170导轨式独立回转式凿岩机

型号YGZ100YGZ170重量(kg)100170长*宽*高890*316*310974*326*427冲击耗气量(L/s)108130回转耗气量(L/s)83100凿孔直径(mm)50-8065-100凿孔深度(m)2530·特点：

·YGZ170与CL15钻车配套,主要用于露天矿山及水电.交通等工程,特别适用于中硬或坚硬岩石上钻凿多方位炮孔.

·YGZ100与FJY27钻架配套.

·采用了特殊的无阀式配气机构和高效率回转减速机构的设计.

·安装了消声装置和回转驱动气马达与其合理的配置

DRIFTERDRILLS导轨式凿岩机外观举例DZYY22型全液压凿岩机

DZYY22型液压凿岩机是手持式凿岩机，适用于钻凿各种岩石。该机重量轻，操纵机构集中，启动灵活，工作平稳可靠，噪音低，效率高，寿命长，使用维修方便。此项目为地质矿产部“八五”攻关项目DZYY22技术参数

机重(kg)24工作压力(MPa)10-12冲击频率(Hz)50转数(r/min)0-300扭矩(N·m)30装机容量(kW)12

第2章原材料开采§2—2水泥矿山钻孔机械二.潜孔钻机：可在中硬或中硬以上(f≥8)的岩石中钻孔。它与凿岩机一样，都有冲击、转动、排碴和推进的凿岩成孔过程，同属冲击转动式钻孔。

不同的是潜孔钻机的冲击机构——（冲击器）装于钻杆的前端潜入孔底，冲击作功不会随钻孔的延伸而衰减。潜孔钻机即因冲击器潜入孔底而得名。孔径范围：80～200㎜

钻孔深度：12M

潜孔钻机作业示意图

冲击器

DrillHammer

冲击器是潜孔钻机的心脏部件，它的质量优劣，直接影响着钻孔速度和钻孔成本。对冲击器的基本要求是：性能参数好，钻孔效率高：结构简单，便于制造、使用和维修；零部件工作可靠，使用寿命长：能在各种岩层，如含水层里正常工作。国产冲击器主要有有阀冲击器和无阀冲击器两种类型。冲击器装配动画冲击器的构造冲击器通过活塞的运动把压气的压力能转变为破碎岩石的机械能冲击器原理动画凿岩机、冲击器原理比较外回转外回转内回转潜孔钻机柱齿钻头图片露天潜孔钻机KQ-200型露天潜孔钻机JZ-150型全液压潜孔钻机技术性能指标钻孔直径：F16mm～F254mm

钻孔深度：＞100m

空载推进速度：10m/min

回转速度：o～32rpm

行走速度：o～4.5km/h无级可调

推进力：0～44000N连续可调

回转扭矩(正转)：0～3400Nm连续可调

(反转)：o～5600Nm

爬坡能力：＞25°

钻孔角度：o～360°

台班效率：＞40m/班

偏斜率：＜1％

外形尺寸(长×宽×高)：4350×1580X2360mm

总重量：5200kgCTQ500履带式潜孔钻车KQLG165履带式高气压潜孔钻机

KQT系列轮胎式露天潜孔钻机KQL大孔径履带式露天潜孔钻机潜孔钻机湿式除尘系统潜孔钻机干式除尘系统第2章原材料开采§2—2水泥矿山钻孔机械三.牙轮钻机：与凿岩机、潜孔钻机不同，牙轮钻机属于旋转冲击式钻孔方式，它以旋转为主，冲击为辅，是钻孔机械的发展方向。冲击器是潜孔钻机的心脏，牙轮钻头则是牙轮钻机的心脏。孔径范围：250～380㎜

钻孔深度：12M

石油钻机孔径可达1000㎜；深达数百米。牙轮钻机外观结构牙轮钻头的图片

三牙轮钻头由切削元件（牙轮），轴承和钻头体（牙爪）三个主要部分组成。牙轮安装在轴承上，绕着轴承芯轴转动，轴承芯轴则与钻头体连成一体，当钻头转动时，具有一定轴芯偏移和轴芯倾角的牙轮将产生挤压，铲凿和刮削作用，在地层中产生最佳的钻进效果。

三牙轮钻头的构造主要部件是牙爪、牙轮和轴承。三个牙爪12合并在一起，焊接成一个整体。与钻杆连接的端部螺纹，一般为英制圆锥管螺纹。三个牙轮l分别套在三个牙爪12下端的轴颈10上。滚珠6从牙爪背上的塞销孔送入滚珠轴承跑道内，滚珠将牙轮限定在牙爪轴颈上。将塞销11尾部堵焊在牙爪背上。为了防止轴承过热和被异物堵塞，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；少部分经由轴承风道13进入滚珠轴承跑道和小轴端部，用以冷却和吹洗轴承。为了防止突然停风时岩碴倒流入轴承风道，在钻头内腔安装有止逆阀。牙爪（钻头体）牙爪是形状复杂的异形体。其主要部分是各轴承的轴颈2、3、4，爪背9以及牙爪体上部与钻杆相联接的螺纹8。轴颈轴线与钻头轴线的夹角β叫做轴倾角，一般为50°~55°。为了减少爪背9的磨损，在爪背与孔壁之间有1°30′~5°的夹角。为了增强爪尖1的抗磨损能力，在爪尖外表堆焊一薄层硬质合金粉，并镶焊一些平头合金柱(如图5-2)。钻机施加给钻头上的轴压，通过轴颈及轴承传给牙轮。为了增强轴颈的耐磨性，在轴颈4和小轴端面10上堆焊有耐磨合金层5。牙轮（切削元件）

在牙轮的外表面上钻有若干排孔，用冷压方法将硬质合金柱压入孔内。每一排柱齿都构成一个齿圈。各齿圈之间有一定宽度的齿槽，满足排渣需要。

在背锥上镶嵌有平头硬质合金柱7、8，防止背锥磨损。牙轮内部设有滚柱跑道、滚珠跑道、滑套和止推块空腔。轴承

牙轮内部设有滚柱跑道、滚珠跑道、滑套和止推块空腔。牙轮钻头运动学及凿岩原理

工作时，加压机构通过钻杆给钻头施以很高的轴向压力，牙轮则被压在孔底上。当回转供风机构使钻具以一定的转速回转时，钻头上的各个牙轮，既绕钻杆轴线公转，又可以绕本身轴线自转。

在设计牙轮钻头时，需要确定牙轮的运动学参数；在选用牙轮钻头时，必须了解因牙轮的布置方式不同，致使运动状态不同，其破碎岩石的效果也不同。

牙轮在孔底的运动是非常复杂的，其运动学参数不仅与钻杆的运动参数、轴压力、牙轮布置方式、牙轮形状有关，而且还与孔底的环境、轴承的好坏、钻杆的变形等因素有关。

牙轮钻头的凿岩原理

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，使岩石在轴压静载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，于是形成钻孔。

牙轮钻孔时，着地齿在轴压力的作用下，牙齿会吃入岩石某一个深度，减小了牙轮纵向振动的振幅。试验研究表明，对于硬岩牙齿吃入深度较浅，纵向振幅大，冲击破碎岩石的效果好；而对于软岩和中硬岩牙齿吃入深度较深，纵向振幅小，冲击破碎的效果较差。压碎凿碎剪碎轴压静载荷纵向振动动载荷滑动剪切力第2章原材料开采§2—3水泥矿山装载机械一.前端式装载机

原料经过钻孔、爆破之后，接下来大量的任务是装载和转运。装载机械在此发挥作用。装载机械的类型很多，前端式装载机以其机动灵活、适应性强而得到广泛应用。前端式装载机—俗称铲车。

铲斗式装载机示例ZL50D装载机介绍ZL50G装载机介绍

ZL型前端式装载机的主要组成柴油发动机液力变矩器行驶底盘转向铰接装置工作机构前端式装载机的工作机构前端式装载机的工作机构是铲装、卸载的机构(见图)，它包括铲斗a、动臂b、举升油缸c、转斗油缸d、转斗摇臂e和转斗拉杆，以及其液压操纵系统等。工作机构的液压系统

装载机的行走机构—传动系统ZL系列的前端式装载机采用液力机械式传动。传动系统包括：发动机、液力交矩器、变速箱、传动轴和驱动桥等。动力由柴油机1传递给液力变矩器2，同时还将一部分动力经齿轮u、t、轴v和超越离合器S等将动力传给变矩器补油油泵3、工作油泵4和转向油泵5。变矩器2输出的动力经超越离合器11传给行星变速箱。变速箱输出的动力由输出齿轮j、k,前后输出轴l、n，万向传动轴6、9传递给前、后桥7、10，再经主传动、差速器、半轴和轮边减速器传给车轮。超越离合器的结构原理

超越离合器由外圈A、内圈B及滚子C等组成。滚子C嵌在内圈B的楔槽内。内圈B经齿轮和轴与Ⅰ涡轮相连，外圈A经齿轮和轴与Ⅱ级涡轮相连。

当装载机处于轻载高速状态时，na<nb

，滚子C落在内圈B楔槽中的大腔，外圈A与内圈B脱开，这时只有Ⅰ级涡轮（内圈B）工作，Ⅱ级涡轮（外圈A）不工作，变矩器输出扭矩较小。

当装载机处于重载低速状态时，na>nb

，由于摩擦力的作用，滚子C挤入内圈B的楔槽小腔，卡住滚子，内圈B与外圈A接合，这时Ⅰ涡轮与Ⅱ涡轮同时工作，变矩器输出扭矩增大。

由于滚子和楔槽的摩擦作用，使内圈B只能相对于外圈A在一个方向上转动。

行走机构—驱动桥结构图差速器的

差速原理

它是一个差动轮系，其圆锥中心轮即是半轴齿轮1和2，它们是从动件；而行星架3是由主传动器的齿轮6传动的，故为主动件。

行星齿轮4不自转时，与行星架3如同一刚体一样，以同一角速度ω0绕中心轮轴线公转。在行星齿轮平均节圆直径上的三点A、B、C的圆周速度应该相等。

ω1＝ω2＝ω0

当行星轮4除公转外，还绕其自身的轴5以角速度ω4自转时，此时啮合点A、B的圆周速度为：

VA＝ω1×r＝ω0r＋ω4r4

VB＝ω2×r＝ω0r－ω4r4

VA＋VB＝ω1r＋ω2r＝ω0r＋ω4r4＋ω0r－ω4r4

ω1＋ω2＝2ω0

n1＋n2＝2n0

这就是说，左右两半轴齿轮转速之和等于差速器行星架转速的两倍。无论差动轮系的运动状态如何，该公式都是正确的。因此在铲运机转弯行驶或其它行驶状态下，都可以借行星齿轮以相应的转速自转，使两侧车轮以不同转速在地面上滚动而不滑磨。

设主动件行星架的角速度为ω0，两半轴的角速度分别为ω1和ω2。

液力变矩器的作用装载机的发动机和工作机构之间为什要增设液力变矩器？这由装载机的工作特性所决定，原料是爆破后直接装载，原料的分布状态十分复杂，有的爆开了，有的可能还没完全爆开，以置于装载机作业时经常会遇到超负荷的现象，假设不用液力变矩器，不是发动机频繁熄火就是工作机构受到损坏，所以液力变矩器的重要作用就是保护发动机和工作机构。附：液力变矩器—工作原理

典型的液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮组成，如左图，泵轮、涡轮和导轮统称为工作轮，每个工作轮上都有许多弯曲的叶片。工作腔内全部充满工作液体，泵轮随动力机旋转，在离心力作用下流道内液流动量矩增加，携带液体能的高速液流冲出泵轮流道进入涡轮流道作向心流动，释放液体能（动量矩降低）推动涡轮带动工作机旋转作功。液流由涡轮出来冲入导轮Ｄ，由于液流受导轮叶片的作用使液流方向改