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凿岩台车发展现状及发展趋势

作者: 添加时间:2019/1/21 10:04:57 浏览:

国外凿岩台车的研究及发展现状
国外研制液压凿岩机始于20世纪70年代,先后有美国Ingersoll2Rand公司、Gardner2Denver公司、瑞典AtlasCopco公司、Linden2Alimak公司、芬兰Tamrock公司、法国Eimco2Secoma公司、德国Krupp公司和日本古河(FURUKAWA)公司等投入力量研制液压凿岩机及相关配套钻车。其中瑞典AtlasCopco公司和芬兰Tamrock公司生产的液压凿岩机及配套钻车最具代表性,占有60%以上的市场份额。截止2009,无论是井下或露天掘进或采矿,都有相应的液压凿岩机供选用。如芬兰Tamrock公司80年代初液压凿岩机只有3个系列,2009该公司的产品已发展到7个系列,从小型手持式到超重型,品种规格齐全。在发展回转-冲击式产品的同时,适用于软岩上钻孔的纯回转液压凿岩机也得到相应的发展。尤其是瑞典AtlasCopco公司能够灵活地根据用户的某些特殊要求,在某种基型产品上稍加改进,就可以组装成专用产品,产品上的配套部件可随不同地区和国家的不同环境而改变,在轻型产品的研制中,大量采用塑料件来减轻整机的重量。液压凿岩机的外壳等多采用精密铸造,从而使机器的结构紧凑,布局合理,外形也较美观 。
如今AtlasCopco公司生产的Cop系列液压凿岩机已经从Cop1022发展到最新推出的Cop4050型重型液压凿岩机,Cop4050的冲击功率可达40kW,装配于Simba4450系列全液压钻车上,1993年成功用于瑞典卢基公司基律纳铁矿井下深孔采矿凿岩,钻凿孔径达115mm,这是传统的潜孔冲击器的工作范围。潜孔凿岩虽然能得到较好的孔直度,但速度较低。Cop4050能在两倍于潜孔凿岩速度的情况下,得到几乎全直的孔,并能使用通常的钻管、钎杆或二者的组合。Tamrock公司生产的HL4000系列大功率超重型液压凿岩机,1984年在挪威年产2500万t的比约纳湖(Bjornevatn)铁矿装配Herbert钻车用于露天矿山钻凿直径230~275mm的炮孔,其凿速相当于同级牙轮钻机的116倍,而能耗仅为牙轮钻机的1/2。由于液压凿岩机具有节能、高效、成本低和作业条件好等显著优点,国外除地下凿岩已推广应用外,在中小型露天矿和岩石工程应用方面也有不小进展。
国内凿岩台车的研究及发展现状
1980年由长沙矿冶研究院、株洲东方工具厂等单位研制成功我国第一台用于生产的液压凿岩机YYG80,装配于CGJ2Y型全液压钻车上在湘东钨矿进行了工业试验并通过了部级技术鉴定。由此拉开了国内研制液压凿岩机的序幕。相继有北京科技大学、中南工业大学、长沙矿冶研究院、马鞍山矿山研究院、中国矿业大学、煤炭科学院建井研究所、沈阳风动工具厂、天水风动工具厂、衢州凿岩机厂和宣化风动工具等10多个单位开发研制液压凿岩机和配套钻车[5],到了九十年代末期,我国先后有YYG80、TYYG20、YYGJ145(仿Cop1038H)、YYT30、YYG30、GGT70、YYG80A、YYG90、YYG250A、CYY20(仿法国RPH200)、YYG90A和DZYG38B(仿Cop1238ME)等十二种机型通过了国家鉴定。其中冲击能在150J以下的5种,其余的7种冲击能均在150~250J之间。可钻孔径大部分在40~50mm之间,只有YYG250A、YYGJ145、TYYG20和DZYG38B型液压凿岩机可钻孔径大于50mm,最大可达120mm。其中已形成量产的主要有YYG80、YYT30和YYG90A三种机型。12种型号中除3种为测绘仿制国外当时市场销售的机型外,其余都是我国自行研制的 [1] 。
由中南工业大学研究设计,广东有色冶金机械厂制造的CGJ25-2Y型全液压钻车,装配两台YYG90型液压凿岩机,,1988年在汝城钨矿使用时,与铲插式装岩机、搭接式梭车组成掘进机械化作业线,创造了在214m×216m断面中月进尺250m,掘进工效稳步超过1m/工班的好成绩,1991年在桓仁铜锌矿创造过单台单班进尺514~6m的好成绩。
与法国水星系列液压钻车配套的HYD200和HYD300液压凿岩机由莲花山有色冶金机械厂引进法国Eimco2Secoma公司技术生产,其国产化率已达95%,主要部件冲击活塞寿命可达2万m以上,各项指标均已达到国外同类机型的水平,已形成批量生产。
天水风动工具厂生产的CTJY12-3型全液压轮胎式掘井钻车配置三台YYGJ145型大功率液压凿岩机、三个AB741型液压钻臂、AT1541型液压推进器及一个AF321型液压工作平台,是我国最大的具有80年代世界先进水平的地下掘进钻车。
从上述可以看出,我国液压凿岩机的发展走的是一条自主研发与引进消化国外技术相结合的道路,经过几十年的发展与探索已经初步形成了自己的产品规格与系列,达到了一定水平。但大多数厂家生产的液压凿岩机稳定性指标均在500m左右(不拆机检修),而世界先进水平的瑞典产品则规定为6000m。国内只有中国地质大学生产的DZYG38B型液压凿岩机样机的工业性试验才达到这一世界水平的指标[3]。因此,国内液压凿岩机与国际先进水平尚存在很大差距,引进机型尚未完全国产化,其关键零部件仍依赖进口。究其原因主要有如下几个问题:一是高速、高压下的密封结构和支承活塞运动的前、后导向套的结构;二是活塞、钎尾、导向套和密封材料的选择与应用,以及材料热处理和高精度加工;三是蓄能器隔膜的材料及寿命等。从而导致零件寿命低,密封不可靠,内外泄漏严重,以及活塞研缸和导向套咬合等故障,造成国产液压凿岩机可靠性指标下降。
根据平巷掘进作业和钻孔布置的要求,以CGJ-2Y型全液压凿岩钻车为例,来说明凿岩钻车必须具备的主要组成部分和它们的工作原理。凿岩钻车钻臂8的运动方式为直角坐标式。利用摆臂油缸12可使转柱套及铰接在其上的钻臂8与支臂油缸19绕转柱10的轴线左右摆动;利用支臂油缸可使钻臂绕铰点上下摆动,从而使用托架5铰接在钻臂前端的推进器4作上下左右的摆动。推进器亦可借助俯仰油缸20和摆角油缸6作俯仰和左右摆动运动。推进器可使安装在推进器滑架上的液压凿岩机前进或后退。凿岩时,推进器将给凿岩机以足够的推进力。借助由支臂油缸、推进器俯仰角油缸和摆角油缸以及相应的液压控制系统等组成的液压平移机构,可以获得相互平行的钻孔。单独控制俯仰油缸和摆角油缸时,可钻凿具有一定角度的倾斜孔。通过翻转油缸使推进器绕油缸的轴心线翻转,以便获得靠近巷道两侧和底部的钻孔。由于上述各机构的相互配合,即可在巷道断面内的任何部位钻凿各种方向的钻孔。在推进器的前方安有钎杆托架2和顶尖3,借以保持推进器工作时的稳定性。补偿油缸7可使顶尖始终与工作面保持接触。在钻车车体上还布置着油箱与油泵站、操纵台、车架与行走装置、以及液压、供电、供水、供气等系统。为使车体在工作时保持平衡与稳定,在车体上还装有前后支腿18与15。

凿岩台车的发展趋势
随着电液比例技术和自动化技术的发展及其在凿岩台车上的应用,凿岩台车呈现出从机械化向自动化 、环保化、多样化发展的趋势 。
凿岩台车的全自动化发展趋势
随着液压控制和电子技术的发展和应用,凿岩循环已实现自动化,即自动开孔、防卡钎、自动停机、自动退钎、台车和钻臂自动移位、定位以及遥控操作系统等。全自动化的台车被称为凿岩机器人。由于这类凿岩机器人主要用于隧道的开挖,又被称为隧道凿岩机器人。挪威、日本、法国、美国、英国、德国、芬兰、瑞典及俄罗斯等国家的多家企业相继参与了全自动化凿岩机的研制工作。特别是近年来,液压控制技术和计算机技术的结合更促进了凿岩技术的进步,自动化凿岩及自动凿岩台车也相继出现,并已达到实用化的程度。
凿岩台车的环保化发展趋势
为了降低噪声,保护操作人员的健康和改善工作环境,一般选用液压凿岩机。这是因为液压凿岩机噪声小,不会排出油雾和有害气体。与气动凿岩机相比,液压凿岩机还具有动力消耗少、能量利率高、凿岩效率高、没有排气噪声等优点。但是,液压凿岩机产生的噪声声压级仍高于90dB(A),达到100dB(A)左右,且声能主要集中于1kHz一5kHz频率段,仍在人耳敏感频率范围内。若不采取噪声防护措施,对施工人员的身体健康仍然有害。液压凿岩机的噪声源主要有冲击机构产生的噪声、回转机构产生的噪声和钎头破碎岩石产生的噪声。液压凿岩机的噪声主要由结构噪声引起,液压凿岩机结构间隙、蓄能器参数、撞击材料的特性以及连接件的松紧度等都是影响液压凿岩机噪声的因素。要降低液压凿岩台车的噪声,应综合采取多种措施。研究人员除了对液压凿岩机结构进行技术攻关、技术改造外,还在远距离有线无线控制和设计研制全隔音驾驶室等方面取得了很大突破。
凿岩台车的多样化发展趋势
2009年世界上各大公司液压凿岩台车的钻臂、推进器和操纵系统等主要部件都已实现标准化和系列化。适用范围广,零件通用率高,可根据用户的不同要求组装成各种型式的台车,实现了品种的多样化,同时缩短了产品设计周期,产品更新换代快。
国外大型台车有定型和非定型两类。定型台车的工作断面规格、钻臂及其布置、凿岩机、推进器配套规格,钻臂安装基座构件型式、钻车底盘等均是定型的。当定型钻车不能适应工程要求(主要是工作断面、凿岩生产率和臂数不足)时,则采用专门设计的非定型钻车。它的主要工作部件如钻臂、凿岩机、推进器等与定型钻车是通用的,不同之处在于根据用户对掘进尺寸、形状、掘进速度等不同的要求选配钻臂数、钻臂在断面的布置、安装基座构件型式、底盘型式、举升工作平面数量、液压系统等[8]。
另外为了适应各种施工的需要,凿岩台车还向着大型化和小型化的方向发展。


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