液压凿岩机结构

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刖言

冲击凿岩是破碎中硬以上岩石的主要工序，在采掘与开挖岩石工程中广泛应用。在冲击凿岩系统中，凿岩机是完成能量转换的动力机构，钎杆是动力传递机构，钎头是破碎岩石的工作机构。凿岩机输出的能量借助钎杆和钎头(凿岩钎具) 传递给岩石，达到破碎岩石形成炮孔的目的。凿岩机的性能好坏是影响凿岩生产率和成本最关键的设备。

液压凿岩机与气动凿岩机相比，因具有节能、高效、作业条件好等显著优点, 近十几年来，在国外得到迅速发展，在国内一些矿山也逐步扩大使用。液压凿岩机的理论研究在国内外都取得很大进展，但系统论述液压凿岩机的理论、设计和应用方面的书籍非常少。

本次设计是针对液压凿岩机机构和液压系统设计，在设计中选择合理的结构和液压系统会使液压凿岩机的工作性能有很大的改善，效率高等优点。

参数:

冲击功率: 5.5 kw

冲击频率: 50 Hz

回转速度: 350（r/min ）

最大转矩: 175 N.m

冲击压力: 17 Mpa

YM系列液压隔膜计量泵，最大流量4000L/h，供油压力25-32Mpa。

XHM11-70Cf罢线马达，理论排量682ml/r,额定压力25 Mpa,最高压力35 Mpa, 额定转矩

2667N.m,单位理论转矩114 (N.m/ Mpa),最大功率175Kw最高可连

续转速240r/min,马达重量94kg。

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1绪论

液压凿岩机是以高压液体作动力的一种新型高效凿岩设备。 相比具有能量消耗少、凿岩速度快、效率高、噪音小、易于控制、 钻具寿命长等许多有点，在近十几年获得了迅速发展。

自1861年气动凿岩机开始应用以来，经过不断改进、完善, 机在矿

业开发和开挖工程中发挥了巨大的作用。 但气动凿岩机是以压缩空气作为 传递能量的介质，因此存在着两个根本性弱点： 一是能耗大，它的能量利用总效 率只略咼于10%二是作业环境恶劣，噪声咼、油雾大，特别是在地下作业，此 问题更加突出。为了解决这些问题，人们一直在进行新的传递能量介质的探索。

本世纪20年代，英国多尔曼在斯塔福德制成一台液压凿岩机。由于当时工业水 平还不高，液压技术也不够完善，故未能用于生产。 60年代国外出现了多种液 压凿岩机专利，并有多家公司开始研制液压凿岩机。 1970年蒙塔贝特公司首先

制成第一代可用于生产的野鸭凿岩机。随后，瑞典、英国、美国、德国、芬兰、 奥地利、瑞士和日本等国陆续研制出各种型号的液压凿岩机投放市场。 研制液压凿岩机的还有前苏联、波兰、南非和我国等。一经生产实践，就显示出

了液压凿岩机的优越性。它与气动凿岩机相比， 大幅度降低了能耗(仅为同两级

气动凿岩机的1/3-1/4 );提高了纯钻孔速度一倍以上；改善了作业环境(噪音 可降低10dB(A)-15dB(A),无油雾)；主要零件寿命长，钎具消耗少；为凿岩作 业实现自动化创造了有利条件。70年代初期，投放市场的野鸭凿岩机虽然显示 出巨大优越性，但也暴露出设计中的种种缺陷，各公司都在改进、完善设计，并 向系列化迈进。80年代是液压凿岩机迅速发展和成熟阶段。各国公司为了加强

竞争，都加快了产品的更新换代，并向多品种方面发展，如 1981年市场上销售 的约有48个型号，到1984年已有71个型号，至1989年初已超过100个型号。

但有竞争能力的仅有12家公司，50多个型号，销售量也大幅度增加了。液压凿 岩机在发展趋势是：增大冲击功率，以提高钻孔速度；改进结构设计和钎具质量，

提高钻孔经济性和精确性；深孔凿岩增设反冲装置，提高成孔率；

采用智能化控 制

等。 为了提高劳动生产率和节能降耗、降低成本，采矿向深孔大直径发展，要求 凿岩的深度和

直径增大，而液压凿岩机钻孔机深度超过 35m 后，钻孔精度不易保 证，故 90年代又出现了水力潜孔冲击器，它是液压凿岩技术的新发展。

我国从 70年代初开始研制液压凿岩机。 1973年11月制出第一台样机。几

经改进，定名为YYG-80型液压凿岩机，于1976年8月装于CGJ-2丫型全液压掘 进钻车上，开始进行工业试验， 1980年 9月通过部级鉴定。这是我国最早用于

生产的第一台液压凿岩机，为芯阀式双面回油型。 1975 年开始研制采矿型液压 凿岩机， 1976年研制出第一台样机，经试验后，又做改进设计，定名为 TYYG-20

它与气动凿岩机

卡钻事故少、

各类气动凿岩

70年代

型，1980年配制凿岩台架和液压泵站，于1981 年进行工业试验，1983年通过部级鉴定。这

是我国最早的套阀式后腔回油型液压凿岩机。1976 年开始研制芯阀式前腔回油型液压凿岩

机，1977年试制出样机，定名为FYYG-20型。经试验，

改进为芯阀式后腔回油型YYG-250A型液压凿岩机，1986年通过省级鉴定。同时,

70年代以来还研制出YYG-65型液压凿岩机，经多次改进，定名为YYG-90型液

压凿岩机。80年代又研制出YYG-30和YYT-30型手持式和支腿式液压凿岩机, 芯阀式后腔回油型YYG-90A型液压凿岩机，CYY-20型液压凿岩机，YYGJ-145型

液压凿岩机。80 年代中期我国又引进了4 种液压凿岩机制造技术。据不完全统计，我国已有16家工厂制造并鉴定了近30种各类轻、中、重型的液压凿岩机。

属于引进技术的5种，属于消化的4种，国内自行设计的近20种。

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2液压凿岩机的基本机构

液压凿岩机主要由冲击机构、回转机构、钎尾反弹吸收装置组成。

2.1 冲击机构

冲击机构是冲击作功的关键部件，它由缸体、活塞、换向阀、蓄能器等主要部件和导向与

封闭装置等组成。

在设计冲击机构前，首先应根据各方面的制造水平和外购件的质量水平等情

况，确定采用单面回油前腔常压油型，还是采用双面回油型液压凿岩机。双面回油型的主要优点是：活塞形状最为合理，有利于提高活塞与钎具的寿命，增强破岩效果；排油时间长，回油管中峰值流量较小，减少了回油阻力和压力脉动；采用较高的压力油，供油流量较小，可使各方面的尺寸小一些。缺点是：阀和缸体结构复杂、工艺性差、要求加工精度高；回程制动阶段前腔可能有吸空现象；采用高压油需要加强密封。故只有加工设备与技术等个方面能够保证，此方案才可行。前腔常压油型的优点是：结构简单、工艺性好、制造成本低、回程制动阶段无吸空现象。缺点是：活塞形状不如双面回油型好、排油时间较短、回油管中峰值流量大、回油阻力和压力波动较大（此缺点可用回油蓄能器来减少其影响）。

以上分析可知采用单面回油前腔常压油型较好。具体设计如下。

2.1.1 活塞

这是冲击机构的主体。设计的已知参数是冲击能E=90J和冲击频率f=50Hz, 由用户或生产需要而定。需要设定的参数是冲击末速度V m和供油压力P。根据我国目前钎尾允许应力计算，V m一般不大于10m/s,国外也不大于12m/s。供油压力各厂家根据自己的情况，选择是不同的。有的采用较高压力，这样容易在小流量下得到较高的冲击能，使机器、管路和泵等尺寸小些，但对加工精度和密封要求高。有的采用较低压力，虽然供油流量大些，但加工与密封要求较低，维修性好。我国目前自己研制的液压凿岩机多选择较低压力，一般在（10-15）Mpa本