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引进瑞典四臂液压凿岩台车试车综述


建国以来,我们开挖隧道,都是使用风动凿岩机,习惯称风钻。使用液压凿岩机,简称液压钻,还是第一回。过去用手持风钻,手抱肩抬是很费力的。后来逐渐发展为带气腿的风钻,能支撑并推进,觉得省力得多了。现在我们引进了瑞典四臂液压凿岩台车,在试钻过程中,行动迅速方便,对隧道全断面开挖效果良好。

四臂液压凿岩台车,它是将四台液压钻分别装于四条液压臂上,臂上并配有推进器。四条臂和一个工作平台装在一辆胎式牵引车上,这样便组成了一辆全液压四臂凿岩台车。(如图一)现将其技术规格和性能简介如下:

凿岩台车:型号     Promec   TH286-2

:Promec为瑞典文,意义为根据用户选购时特别设计的,也就是说铁道部为铁路双线隧道开挖而订购的。

液压臂:(如图二)4条,BUT   15   ERH

:BUT 15臂为At1asCopco目前最重型的臂。臂长3820mm(150英寸)'E'表示臂于工作时,臂能伸长1600毫米;'R'表示推进器梁能翻转180°,便于打底板眼和边墙的眼;'H'表示臂为液压操作,实际上液压臂就是机械手”。

推进器:4   BMH618

:BMH618Atlas Copco目前推进行程最长的一种,其梁长7180mm,行程5130mm,钻杆长5525mm(18英尺)

液压凿岩机:4   CoP1038D(如图三)

:Cop1038液压凿岩机有三种:1038HB1038HD1038HL1038HD专为隧道或巷道使用;'HB'为露天台阶式开挖钻孔使用;' HL'为打深孔使用。

钻杆与钻头:瑞典Sandrik Coromant产品

钻杆   R38L   5525mm(18英尺)   钻头 41-89mm

:实际已购钻头为48mm。十字型硬合金刃片,扩孔钻头为102mm,镶合金珠。

型号:BHU    38P-02(A8V)

电气系统:

电压:380/420/440/500/550660V

频率:5060Hz

油泵电动机:功率45kw  每台液压凿岩机配145kw油泵电动机。

合计4x45kw=180kw

电缆卷筒:2个电缆:4x70mm   x125M

液压系统:

液压油:在正常工作温度情况下的运动粘度应为25-35厘斯。

油泵:双斜轴柱塞泵,型号A8V-58

流量:2x105/分,转速1470/(50Hz)2x125/分,转速1760/(60Hz)

液压油箱容积:2x270升。

气控系统:

压气饥:型号 LE 8    压气机电动机功率5.5kw

能量:气压7巴时   11.7/   当打眼时,每台凿岩机耗气量约为2.3/秒。

冲洗水系统:

正常水压  10-12   选购水泵功率4kw  水接头25mm(1英寸)

水量消耗  6巴时,约为0.6/(35/),于10巴时,约为0.9/(50/)

工作平台:液压、提升、伸缩臂

型号:HL 91AC-IMB,臂长(收缩状态)5747mm;臂长(伸长状态)11347mm

伸缩杆节长度:2300+2300=4600mm

平台尺寸:1700mm1200mm1200mm(栏杆)

平台载重量:500公斤、工作平台自重1980公斤、满载时总重2480公斤。

牵引车:

型号:Plamak DC-250-H 挪威产品。

发动机:Volvo TD706柴油机,功率192马力/2200/分,瑞典产品。

传动变速器:2F    3WG181西德产品

前桥(发动机端):2F    ANI-B35西德产品(方向桥)

后桥(臂端):2F    AP-ST-40/R 西德产品(驱动桥)

一九八〇年九月瑞典ATLAS  COPCO派两位专家来大瑶山工地进行技术服务,历时35天。先后在两个工点,举办了学习班,培训了岩机工人和设备维修人员,主要着重实际操作。一边讲台车结构和性能,一边指导组装台车,一边讲钻爆作业,一边实际示范。事后并举行了座谈会,对台车操作、布孔、钻孔和爆破都进行了讨论。

这次技术服务,在两地试验,爆破效果都是比较好的,每个循环进尺达到4.85~4.90米。钻孔速变很高,5米深的孔,一般在3分钟内钻完,即达到1.5~1.7/分。铁路双线隧道,宽10米余,高9米余,断面约100M2,用四凿岩台车,约耗时300分钟,把全断面的孔钻完,效率很高。

现从以下几个方面、分析这次试验的结果。

一、液压凿岩机的钻进速度为何这样高?它还有哪些优点?

液压凿岩机的钻进速度之所以高,有以下几个原因:

(1)液压油为一种不可压缩的传递介质,它比可压缩性介质如压缩空气,效率高。

(2)液压凿岩机活塞设计为细长条形,其直径几乎与钻杆直径一样,这样有利于冲击波传递给钻杆钻头。液压系统可采用较高的工作压力,如本机冲击压力现为190巴,而一般风钻的工作压力仅为7-8公斤力/厘米²。

(3)液压钻采用的冲洗水压高达10巴,把钻孔内的石屑、粉尘冲洗干净,使钻杆、钻头不会在钻孔中卡着,从而也提高了钻进的效率。

COP1038HD液压凿岩机在试验中与水利部五局引分局试用CTJ-4Z四臂重型凿岩台车YG-80型风动凿岩机的钻进速度0.3/分相比,超过5倍以上。

液压凿岩机不仅钻进快,而且功率消耗与风钻功率消耗相比约为一半。如以TH286-2的功率装备4x45kw=180kw,与水利部郑州水工机械厂制的CTJ-4Z四臂风动凿岩台车装备功率相比,50M ³/分缩空气x7.5kw=375kw,不到一半。虽然液压钻第一次设备费用比风钻大,但耗能仅为风钻的31~21,从长远利益来看,还是合算的。

二、液压钻除钻进快,耗能少外,还有哪些优点呢?

(1)环境保护:液压钻的噪音比风钻低10-15分贝。据AtlasCoPco CoP1038HD的噪音最高为108分贝。

液压钻没有象风钻那样的排气,因此工作面没有雾气,较为清晰。

(2)CoP1038HD液压凿岩机的设计,有以下几个特点:

a)凿岩机头通有压缩空气,使石屑尘土不能进入机体。防止凿岩机零件的过早损。压缩空气内带有润滑油,用来润滑机头与钻杆尾部。

b)钻机的剖面中心高较低,剖面最高处离钻杆中心为82mm,因此,钻孔到帮时(到周边时)能尽量靠拢,帮射角能降至仅为2°。开挖成形的平巷和隧道,断面整齐,超挖较少。

c)钻机设有缓冲器,用以吸收钻杆的回弹力,从而减少了对凿岩机、钻杆、推进器和臂系统的冲击应力。

d)冲击机构设有可调节旋塞,可以改变冲击行程。为了适应各种不同的岩石,能调整冲击行程和系统油压,以获得最佳冲击效果。

e)设有独立液马达驱动回转机构,能无极变速,并能逆转。与一般风钻相比,后者没有独立的回转机构,风钻内活塞前后往复运动,带动螺旋棒旋转,经套筒驱动钻杆回转。由于采用了独立的液马达回转机构,对不同性质的岩石,可选择不同的转速,以获得最佳效果。台车设有防卡钎装置,就是运用了回转机构能逆转和独立工作的特性。

f)有两个隔膜式蓄能器,能均匀冲击机构中的压力变化;并能于冲击循环中,吸收和释放油液至冲击机构,隔膜是塑料的,易破损,但拆卸更换时很方便,不用解体凿岩机。

综观液压凿岩机有以上各种优点,我们在短短六个循环作业中,已初步认识到它的效率很高。关于液压凿岩台车的经济效益,据AKEERIKSSON工程师介绍,在运用中的成本将比风动凿岩台车低10%,这有待在今后长期的使用中,认真收集好原始资料,加以分析和比较。

三、臂的设计有哪些特点呢?

液压臂实际就是机械手。它有摆动油缸、提升油缸(2),保持垂直面平行度的先导油缸、臂延伸油缸(设在臂内部)、推进器倾斜油缸和摆动油缸等。所有油缸的连接,采用可调膨胀轴肖,使臂的定位精确而很少误差。

臂上下移动,但推进器能保持于垂直面的平行度;推进器亦能保持于水平面的平行度。其目的为了便利司钻工定位快,推进器能保持原有方向,连续钻孔,而所钻成的孔都是平行的。这是四臂台车打眼的一个特点。

臂长3820mm(150英寸)需要时还可延伸1600mm(63英寸),遇到大断面隧道时运用自如。臂长有一弧形块,设有三个孔。改变孔位后,可以钻隧道顶棚和钻台阶的孔。臂设有翻转油缸,能使推进器转180°,使凿岩机靠拢边墙。使钻孔的角度很小,从而减少超挖。除此以外,臂还设有帮射角装置。在臂不动的情况下,司钻工可将推进器在帮射角为0-4度范围内定位,使隧道在掘进过程中能保持断面始终不缩小,而整齐的向前发展。

BMH618推进器:推进器梁为铝合金铸成,具有耐磨,抗挠抗弯特性。其外侧有滚动面,供凿岩机的滚动导架滚动。内侧有槽,导向液压油缸。梁前后开口,便于排除水和石屑。

为了充分发挥液压凿岩机钻进快的优势,(每分钟为1.5~2.0)要考虑相应地把非钻时间缩短。如台车设计的半自动化或自动化程度,减少臂和推进器的定位时间和防止卡钎等所损失的时间。台车设有防卡钎装置,钻孔完毕,凿岩机自动复位装置,缺水凿岩机自动停钻装置等。台车还有各种指示信号。警告司机在故障可能发生前,以利及时处理,防止事故的发生。台车是汽车式牵引的,实际上就是一辆特种汽车。因此,其运动性能快,对隧道工作面适应性好,只要15分钟就位施钻,打完眼后,马上可以离,比起门架式或履带式台车要优越得多。

另钻孔作业中:为了缩短钻孔时间,避免钻孔时各钻臂相互干扰,防止上面打眼振动落石打坏在下半部工作的钻臂,各钻臂应分工明确。(如图四所示顺序打眼,上面12号臂打上半部的炮眼,34号臂打下半部炮眼,以其中一个臂专门打掏槽眼和先导导坑的眼)

AKEERIKSSON工程师在培训司钻工过程中,要求严格,一丝不苟,因此数次

循环作业,爆破后掏槽与先导导坑,断面成型和进尺都达到了予期效果。在装碴及运输上我们采用Volvo   B.M.2.6³米侧卸装载机装碴,张滩工点使用佩尔利尼T-2020吨自卸汽车运输,出碴运距50-100米,第一循环出60车。(因洞口顶部坍下一些大石头)第二循环出碴47。雷公尖工点,使用太拖拉15吨自卸汽车与Volvo  B.M侧卸装载机配合也合适。

循环进尺效果与作业时间上,在雷公尖工点第二循环完后,AKE  ERIKSSON工程师讲:“为什么1979年我在云南罗平乃格工地作技术服务,同样的凿岩台车,钻孔深5米,进尺只有3.5~3.8米。而你们这里,进尺这样好呢?可能与特制的42mm500mm长的炸药卷有关”。当天晚上他就给云南乃格水电三处写了一封信,请他们派人来乐昌作技术交流。爆破测量后,每次循环的进尺效果几乎与钻孔深相等,没有残眼,这是此次技术服务中的一大收获。

通过这次技术服务,我们有以下一些体会:

一、要继续进行技术培训,提高操作水平。AKE ERIKSSON工程师对我们讲过,要培养一名合格的司钻工,必须要经历20次循环作业,才能初步掌握。对液压技术电气和气控等基础理论课,还要继续组织学习、讨论,加以巩固提高。努力培养一支有理想、有知识、技术熟练的专业掘进队伍。

二、要组织专门的技术力量,对爆破技术和机械化开挖配套进行研究,以适应四臂液压凿岩台车在长隧道全断面开挖的需要。目前还缺乏光面爆破的小直径炸药,火工器材中非电毫秒雷管段数还不够,还缺半秒级雷管,这些问题如不适当解决,掘进效率不可能提高。AKE ERIKSSON工程师说过:“瑞典出了一个诺贝尔,他对炸药和爆破器材有过很多发明创造、现有一个诺贝尔爆破公司,中国在古代早就有人发明火药,这种技术后来流传到欧洲,历史上有记载。我相信不久中国将会究并生产出隧道掘进所需的炸药和火工器材。”

三、精心做好凿岩台车的维修保养,订出台车操作细则和维修保养规范。

四、存在问题:隧道开挖中还急需解决6kv电源进洞,装药工作平台,柴油机废气净化,撬顶设备和开挖后的喷锚设备,以及台车易损件的订购等,应全面规划,分期按序加以解决。

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