第十一单元 凿岩机械

第十一单元凿岩机械【学习目标】本单元由两个课题组成。

通过本单元的学习，学生应能够说出凿岩机和凿岩台车在煤矿生产中的作用，掌握凿岩机和凿岩台车的工作过程和结构组成，了解凿岩机和凿岩台车的操作要领和操作方法。

课题一凿岩机【任务描述】目前，煤矿巷道掘进工艺有钻（眼）爆（破）法和掘进机法两种。

钻爆法首先在工作面钻凿有规律的炮眼，在炮眼内装上炸药进行爆破，然后用装载机械把爆破下来的煤、岩装入矿车运出工作面。

掘进机法没有钻眼爆破工序，直接利用掘进机上的的刀具破落工作面上的煤、岩石，形成所需断面形状的巷道，同时将破落下来的煤、岩装入矿车或运输机运走，实现落、装、运一体化。

本课题要求学生掌握我国煤矿常用凿岩机的类型、结构和工作原理。

【知识学习】一、凿岩机的类型冲击式钻眼法使用的是凿岩机，凿岩机适宜在中等坚硬和坚硬的岩石上钻凿炮眼。

除用于煤矿的巷道掘进外，也是金属矿、铁路、公路、建筑、水利工程中的重要凿岩工具。

凿岩机按动力分为气动式（也称风钻）、电动式、内燃式和液压式，如图11-1所示；按支承和推进方式分为手持式、气腿式、伸缩式和导轨式；按冲击频率为分低频、中频和高频三种。

冲击频率在2000次/min以下的为低频，2000～2500次/min为中频，高于2500次/min为高频。

图11-1 典型凿岩机a—气动式凿岩机b—电动式凿岩机c—内燃式凿岩机d—液压式凿岩机二、凿岩机工作原理1．凿岩机工作原理凿岩机按冲击破碎原理进行工作，它主要由冲击机构、转钎机构、除粉机构和钎子等组成，在工作时需完成两个基本动作，即击钎和转钎。

如图11-2所示，凿岩机工作时，作高频往复运动的活塞a（冲击锤），不断地冲击钎子2尾端，在冲击力的作用下，冲击一次，使钎子的钎刃将岩石压碎并凿入一定深度，形成一道凹痕Ⅰ-Ⅰ。

活塞带动钎子在返回行程时，在转钎机构的作用下，使钎子回转一定角度β1，然后再次冲击钎尾，又使钎刃在岩石上形成第二道凹痕Ⅱ-Ⅱ。

两道凹痕之间形成的扇形岩块，被钎刃上所能产生的水平分力剪碎。

活塞不断的冲击钎尾，并从钎子的中心孔连续的输送压缩空气或压力水把岩粉排除，就可形成一定深度的圆形炮眼。

图11-2 凿岩机的工作原理a—活塞（冲击锤）b—缸体c—钎杆d—钎头1—凿岩机2—钎子2．钎子钎子是凿岩机破碎岩石和形成岩孔的刀具，由钎头、钎杆、钎肩和钎尾组成。

目前普遍使用活头钎子，如图11-3所示。

这类钎子的钎头磨损后，更换钎头可继续使用。

图11-3活头钎子1—钎头2—钎杆3—钎肩4—钎尾5—水孔钎头按刃口形状不同，分为一字形、十字形、X、Y形和球型等，如图11-4所示。

现场最常用的是镶嵌硬质合金片的一字形和十字形钎头，在致密的岩石中钻眼一般使用一字形钎头，在多裂缝的岩石中钻眼多使用十字形钎头。

钎头直接破碎岩石，要求它锋利、耐磨、排粉顺利、制造和修磨简便、成本低。

钎头通常使用的硬质合金牌号为Y G-8C、Y G-10C、Y G-11C、Y G-15X。

图11-4钎头形状钎杆是传递冲击和扭矩的部分，要求具有较高的强度。

常用硅锰钢和硅锰钼钢制成。

断面呈有中心孔的六角形。

钎杆中心孔通水或通压气以清理钻孔内的岩粉。

钎尾直接承受凿岩机活塞的频繁冲击和扭转，要求既有足够表面硬度，又有良好韧性，对钎尾应进行热处理。

制造钎杆的钢材称钎钢，我国使用的是中空8铬（ZK8Cr）、中空55硅锰钼（ZK55SiMnMo）、中空35硅锰钼钒（ZK35SiMnMoV）和中空锰钼钒（ZK40MnMoV）等。

它们具有强度高、抗疲劳性能好、耐腐蚀等优点。

钎尾部的长度比凿岩机内转动套的长度稍长，以便活塞始终冲击钎尾，这个尺寸一般在凿岩机技术性能中注明，以便配用所需钎尾。

钎肩用来限制钎尾插入机体的长度，并使钎卡能卡住钎杆不致从钎尾套中脱落。

三、典型凿岩机1．YT-23（7655）型气腿式凿岩机气动凿岩机结构简单、工作可靠、使用安全，广泛用于煤矿岩巷掘进。

气动凿岩机类型很多，但主机构造和动作原理大致相同，都设有操纵机构、冲击配气机构、转钎机构、吹洗机构和润滑机构等。

下面以YT-23型气腿式凿岩机为例介绍凿岩机的结构和工作原理。

YT-23型气腿式凿岩机的外形如图11-5所示，主机由柄体、汽缸和机头组成，利用两根螺栓固装在一起。

气腿支承着凿岩机并给以推动力，钎子的尾部装入凿岩机的机头钎尾套内，注油器连接在风管上，使润滑油混合在压缩空气中呈雾状而带入凿岩机内润滑各运动部，压力水经水管供至钎子中心孔冲洗炮眼内的粉尘。

图11-5YT-23（7655）型气腿式凿岩机外形1—手把 2柄体 3—操纵阀手把 4—汽缸 5—消音罩 6—机头 7—钎卡8—钎杆 9—气腿 10—自动注油器 11—水管 12—连接螺栓（1）冲击配气机构YT-23型气腿式凿岩机的冲击配气机构由气缸、活塞和配气系统组成。

借助配气系统可以自动变换压气进入气缸的方向，使活塞完成往复运动，即冲程和回程。

当活塞做冲程运动时活塞冲击钎尾，将冲击功经钎杆、钎头传递给岩石，完成冲击做功过程。

配气机构的作用是将由操纵阀输入的压气依次输送到气缸的后腔和前腔，推动活塞往复运动——获得活塞对钎尾的连续冲击动作。

常用配气机构有被动阀配气机构、控制阀配气机构和无阀配气机构。

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。

球阀已很少使用。

环状阀和蝶状阀配气机构动作原理基本相似，如图11-6所示。

冲击行程：压缩空气进入气缸后腔推动活塞，当活塞前进到关闭排气孔6时，气缸前腔成为密封腔，压力随活塞前移而上升→压力通过气孔作用于配气阀后腔，当压力超过压缩空气压力时配气阀换位。

返回行程：压缩空气进入前腔，活塞返回，待活塞关闭排气口后，后腔压力上升，推动配气阀换位。

配气阀的不断换位使活塞往复运动，冲击钎尾。

图11-6 环状阀配气机构a—冲击行程b—返回行程1—压气入口2—气道 3—配气阀 4—汽缸后腔 5—活塞 6—排气口 7—汽缸前腔 8—气路通道（2）转钎机构使气动凿岩机钎杆回转的机构称为转钎机构。

有内回转和外回转(独立回转)转钎机构。

YT-23型气腿式凿岩机采用内回转转钎机构，由棘轮、螺旋棒、活塞、导向棒、转钎套和钎尾套组成，如图11-7所示。

活塞4往复运动，通过螺旋棒3和棘轮机构，使钎杆每被冲击一次转动一定角度。

棘轮机构具有单向间歇转动特性，冲程时棘爪处于顺齿位置，螺旋棒转动，活塞依直线向前冲击。

回程时棘爪处于逆齿位置，阻止螺旋棒转动，迫使活塞转动，带动转钎套和钎杆转动。

内回转机构多用于轻型手持式或支腿式气动凿岩机。

图11-7 转钎机构1—棘轮2—棘爪3—螺旋棒4—活塞5—转钎套6—钎尾套7—钎杆冲程时各零件动作方向回程时各零件动作方向（3）吹洗机构吹洗机构是用水冲洗排除孔内岩屑的机构，如图11-8所示。

凿岩机驱动后，压力水经水针进入钎杆中心孔直通炮孔底，同时少量气体从螺旋棒或花键槽经钎杆渗入炮孔底部，与冲洗水一起排除孔底岩屑。

图11-8 气水联动冲洗机构a—进水阀 b—气水联动注水阀1—簧盖 2—弹簧 3—卡环 4、7、12—密封圈 5—注水阀芯 6—注水阀体 8—胶垫9—水针垫 10—水针 11—进水阀 13—水管接头 14—进水阀芯凿深孔和向下凿孔时，孔底岩屑不易排出，扳动操纵手柄到强吹位置，使凿岩机停止冲击，停止注水，压缩空气按强吹气路从操纵阀孔进入，经气缸气孔、机头气孔、钎杆中心孔渗入孔底，实现强吹，把岩屑泥水排除，如图11-9所示。

图11-9 YT-23凿岩机强吹气路1—操纵阀孔2—柄体气孔3—汽缸气道4—导向套孔 5—机头气路6—转钎套气孔7—钎杆中心孔 8—强吹时平衡活塞气孔（4）润滑机构润滑机构是向凿岩机各运动件注润滑油，以保证正常凿岩作业的机构。

在进气管上安装一台自动注油器，实现自动注油，油量大小用调节螺钉调节，如图11-10所示。

压缩空气进入注油器后，对润滑油施加压力，在高速气流作用下，润滑油形成雾状，在含润滑油的压缩空气驱动凿岩机的同时，各运动零件相应被润滑。

凿岩机每分钟冲击2000次以上，若不注意润滑很快便发热磨损。

为使凿岩机正常工作、延长机件寿命，凿岩机必须有良好的润滑系统。

现代凿岩机均采用独立的自动注油器实现润滑。

图11-10 FY200A 型自动注油器1—管接头 2—油阀 3—调油阀 4—螺帽 5、9—密封圈6—油堵 7—油管 8—壳体 10—挡圈 11—弹性挡圈（5）气腿YT23型凿岩机采用FTl60型气腿，该型气腿的最大轴推力为1600N ，最大推进长度为1362mm 。

FTl60型气腿的基本构造和动作原理如图11-11所示。

这种气腿有三层套管，即外管l0、伸缩管8及气管7。

外管的上部与架体2用螺纹连接，下部安有下管座11。

伸缩管的上部装有塑料碗5，垫套6和压垫4，下部安有项叉14和顶尖15。

气管安设在架体2上。

气腿工作时，伸缩管沿导向套12伸缩，并以防尘套13密封。

FTl60气腿用连接轴1与凿岩机铰接在一起。

连接轴上开有气孔A 、B 与凿岩机的操纵机构相沟通。

从凿岩机操纵机构来的压气从连接轴气孔A 进入，经架体2上的气道到达气腿上腔，迫使气腿做伸出运动。

此时，气腿下腔的废气，按虚线箭头所示路线，经伸缩管上的孔c ，气管7和架体2的气道，由连接轴气孔B 至操纵机构的徘气孔排入大气。

当改变操纵机构换向阀的位置时，气腿作缩回运动，其进、排气路线与上述气腿作伸出运动时正好相反。

2．液压凿岩机（1）概述液压凿岩机是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。

它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∅30～∅65mm ，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。

液压凿岩机优点是能量利用率高，可达30～40%，风动凿岩机一般为10%；机械性能好，凿岩速度快(冲击频率每分钟上万次，风动凿岩机每分钟三千次左右)，速度提高一倍以上； 消除风动凿岩机的排气噪音和油雾，改善作业条件；运动件在油液中工作，润滑条件好，提高零件寿命。

图11-11 FT160型气腿 1—连接轴 2—架体 3—螺母 4—压垫 5—塑料碗6—垫套 7—气管 8—伸缩管 9—提把 10—外管 11—下管座 12—导向套 13—防尘套 14—顶叉 15 顶尖液压凿岩机的缺点是投资大，单位功率的重量较大，技术要求和维护费用较高。

（2）YYG-80型液压凿岩机的结构与工作原理YYG-80型液压凿岩机的冲击机构属于前后腔交替进、回油式，采用滑阀配油，其结构如图11-12所示。

冲击机构由缸体4、活塞5和滑阀12等组成。

缸体做成一个整体，滑阀与活塞的轴线互相平行，在缸孔中，前后各有一个铜套3、6支承活塞运动，并导入液压油。