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液压凿岩机(一)


自从法国蒙塔贝特公司率先在凿岩机上采用液压动力取代压气动力以来,至今已近20年了。70年代初期,就已预计到液压凿岩机有许多优点:速度较快,动力费较低;控制精确;利于实现自动化;噪声小,作业场地的空气条件较好。这些优点现在事实上均已实现,但也许在初期对制造卓有成效的液压凿岩机要有精良的工程设计和制造工艺估计不足。与风动凿岩机相比,欲安装液压凿岩机需有更复杂和更昂贵的台车;液压线路必须有相应的冷却装置;软管、油管、联轴节及水和油的密封必须是高质量的,必须防止管路进入污染颗粒,或在出现这种情况时必须立即过滤。必须提高操作人员和维修人员的技术熟练程度。这些问题现已基本解决,液压冲击式凿岩机和台车已取得了高标准的性能和可靠性。

液压与风动的对比

有些凿岩场所,选用风动台车或气腿子,而不选用液压台车,特别是在有压缩空气可利用的地点和在需要用压气完成其它一些工作的地点。气腿子的优点是便于在狭窄的平硐、平巷、天井及采场内搬移。表1列出了加拿大35座硬岩矿山的基本情况,指出了每类凿岩机的特征。用气腿子凿岩机时,每米巷道的掘进成本低,但仅在小断面平巷掘进中有适宜的掘进速度。风动台车在中等断面平巷掘进中能保证一般良好效果。波压凿岩则保证单位开挖体积的成本最低和掘进速度最高,趋向于在大断面平巷中应用,不过随着新的小型液压台车进入市场,它也进入了小断面领域。

成功的小型液压凿岩台车正日益增多地涌入市场,并已证明成本低廉。19883月,《Mining Magazine》杂志发表了一篇关于加拿大多姆矿的文章,介绍了该矿在小断面平巷用液压凿岩代替风动凿岩降低成本的情况。用Long Tom 台车掘进断面为8.4m²的平巷时,平均掘进成本为519美元/m61.8美元/m³,而配用Cop 1032型液压凿岩机的Atlas Copco BoomexH2006型液压台车的成本则下降至 383 美元/m  45.6 美元/m³。

南非兰德方丹埃斯特兹金矿,在采场使用一台配有两台波压凿岩机的STOMEC台车证实它比手持式凿岩机可大大节省费用。这种台车采用履带式底盘,且为液压驱动和液压制动,可爬行15°的坡度。其电液机组的功率为55kW,最大凿岩速度可达50m/h,由一名操作工和一名助手操作。直接人员月劳动生产率,用手持式风动凿岩机为108t,而用STOMEC 台车时为152t

据报道,南非普雷米尔金刚石矿也获得了同样明显的效果。1979年,该矿引入一台风动凿岩台车,但未获得完全成功,主要是由于风压低,因此大部分凿岩工作仍继续用手持式风动凿岩机进行。1986年,引进了第一台单机电被凿岩台车,现在使用的有三台单机凿岩台车和一台双机凿岩台车,1989年还将增加两台双机台车。全部风动凿岩台车都将撤换,那时约75%的矿山掘进工作将实现机械化。一台双机台车的投资额约为100万兰特,因此应尽可能提高其利用率。已引进了机动装药车、有举升台的运药车和机动撬岩机与顶板锚杆台车,以便实现高效率作业循环。

液压动力

冲击、旋转、凿岩机推进和支臂移动由电动机或柴油机带动齿轮泵或径向活塞泵提供液动力。齿轮泵在给定速度和具有减压系统条件下可保证流量恒定。这类泵比较便宜和可靠,但为了保持其压力和性能,必须减少其磨损。凿岩机推进和支臂移动适于用齿轮泵;而冲击和旋转则以采用径向活塞泵为宜,其排量可变,能使线路适应凿岩条件的变化。径向活塞泵还能使凿岩台车配置不同型号和性能的凿岩机,但其线路一般必须重新调整。

由一可逆式液压马达驱动旋转卡盘以带动钎杆旋转。这种可逆式液压马达可安装在活寨缸体与机头之间,或者安装在机柄之后由传动轴带动卡盘旋转,或者安装在凿岩机外壳的一侧。

在转速较低和推进压力小的情况下,几乎全部由冲击作用破碎岩石,而在转速较高和推进压力大的情况下,切削作用才显得更为重要。

旋转速度、冲击次数及推进压力的优化组合的选择必须适应岩层条件。钻凿一组炮孔的时间将取决于凿岩速度、台车的利用率与停机时间、开进作业场地和调车时间,以及换孔速度,因此,在选购台车时,必须对其能力仔细予以评价。

当要求最快完成凿岩时,如在承包隧道掘进工程中加大凿岩速度和缩短凿岩时间比尽可能减少凿岩费用更为重要。然而,对于采矿生产凿岩,一般要求凿岩成本最低,而这是由如何保持凿岩速度、钻头磨损及钎杆寿命的平衡来实现的。其它方面的单位费用如维修、保养、动力及折旧则受凿岩速度的影响不大。有些液压凿岩台车装有自动推进控制装置,以确保凿岩机处于最优扭矩和冲击次数工作状况。当超过某调定扭矩时,凿岩机自动退回可防止卡钻,当扭矩降下后再恢复推进。通常还可实现自动开眼、停机及退回。

冲击

由油泵的进、出口控制液压系统的压力和流量,使活塞作往复运动。控制压力与流量的结果可决定冲击的输入功率、大多数制造厂家(2)都喜欢用适当的压力配合大流量,以便尽可能减少软管、管路及接头、密封、过滤和公差方面的问题,但利用高压、低流量时,可使用较小较轻的部件。

凿岩速度随冲击、旋转和凿岩机推进系统的压力与流量的变化、机械效率与系统间的平衡情况而异。在对比各制造厂家所给出的输出功率或单次冲击功的数值时,应以小心谨慎为要,因为通常并无一致的定义。报道的数字可由忽略了损失的理论计算进行评价,或由测定活塞的实测冲击速度,或由测定钎杆的冲击速度来评价。输出功率变化于输入功率的 30~65%之间,这种输入功率容易由液压压力和流量的结果计算得出,其差额主要是由于产生的热及冷却系统吸收的热造成的。

有些凿岩机可通过打开备选通道来调节活塞冲程长度。最近在制造厂家的报道中已注明了这一点。具有凿岩优化系统的SIGHBM100型凿岩机是独特的,其冲击能和冲击次数均可自调,以优化凿岩速度。旋转配流阀系由凿岩机的旋转马达驱动,并通过数排进、出口的流量来控制活塞的运动。若钻头或钎杆被卡,当旋转停止时,冲击也就停止。在坚硬磨蚀性岩石中,冲击凿岩要求的旋转速度约为300r/min,与之相关的冲击频率为40~60Hz;在中等硬岩中,旋转冲击凿岩要求的旋转速度约为450r/min,冲击频率则约为85Hz;而在极软岩层中,纯旋转的转速为350~500r/min时效果最佳。

制造厂家

据《Mining Magazine》杂志报道,1976年有12家制造厂生产21种液压凿岩机。到1985年,制造厂的数目增至17家,型号增至71(虽然其中包括一些变型产品)1989年,有些制造厂已被挤出了竞争行列,在本评述中仅选用了12家的材料。这种减少是由于公司的合并、兼并以及被挤出市场。研制卓有成效的凿岩机的那些厂家已得到了强有力的发展,而且越发强大了。根据来自这些制造厂(按字母顺序排列)的产品资料综合如下。

阿特拉斯·科普柯 MCT 公司

它是早期领先制造液压凿岩机并在研究、开发和改进方面一直保持领先地位的公司。COP1020是一种轻型架式液压凿岩机,具有可变速和可逆转的旋转马达。COP1032是一种中型凿岩机,具有可变冲程、抑制反冲和机头前端用压气增压的特性。

COP1238COP1440COP1550等重型凿岩机具有如下特性。

·独立给水,水压可达18(1=0.1MPa)

·活塞与钎杆的横断面面积相等,以便最大限度地减小应力;

·具有活塞反冲吸收装置,可防止应力反射波的破坏作用,并可确保钻凿较直的孔,减小弯曲应力和延长钎杆寿命;

·有两个高压蓄能器,置于凿岩机的一侧,可减少隔膜破损的机会,这种隔膜是用特殊的耐用材料制造的。

COP1238型可于三种可互换的旋转马达中任选一种,并可选用相应的冲程与冲击次数以适应凿岩条件的变化。COP1440型的特性与COP1238型类似,但功率更大。CO1550型是为使用4555mm接杆钻凿大直径孔而设计的。

露天履带式钻车包括ROC512HC612HC722HC及重型的812HCS,可配用COP1550型凿岩机。全系单机钻车,均配有柴油发动机、液压泵站及排粉用空压机。ROC512HC612HC型可利用折叠式支,722HC型可配用单一的折叠和接长支臂或可接长的折叠式支臂。在ROC612HC722HC(除用可接长的折叠式支臂外)ROC812HCS型钻车上均配用机械化给杆系统HDU102010301230型系统能快速简使地将反铲或挖掘机转变成钻车,其要求的底盘规格分别为8~14t10~16t15~30t

对于地下凿岩,阿特拉斯。科普柯公司提供约 30种单机、双机、三机和四机轮胎式柴油-被压行走台车。轨行式凿岩台车均装在轨道车上,并有单机和双机之别。Trakker 腰带式台车有单机和双机的,均专为窄巷道掘进设计的。凿岩机支臂能自动平行支撑,且能直接准确移位。自动化、半自动化和计算机控制系统均有供应。计算机控制的RobotBoomer是一种双机台车,能钻凿一组炮孔而无需任何手工操作,并确保由激光精确定位和优化孔网排列和凿岩顺序。

中型BoomerH128台车适于断面达45m²工作面应用,配用BUT28新型凿岩机支臂,可直接定位,在垂直方向和水平方向上均能平行支撑,并可旋转360°。推进器有一可更换的钢套和新式托盘结构,可配用COP1032型或COP1238型凿机。HI26XN型台车适于窄矿脉开采应用,其宽为1.26m,可覆盖的面积为5~22m²。Rocket BoomerH145型台车可配用COP1440型凿岩机和具有可更换的不锈钢滑杆的铝质推进器,配用RAS新型给杆系统可钻凿深孔,并可装配装药平台。Boltec机械化锚杆车是为钻凿锚杆孔和安装锚杆设计的,为适应各种条件可选用标准系列组件装配。

Simba系列深孔采矿台车既可配用波压凿岩机,也可配用潜孔冲击器,可进行梯段凿岩、扇形孔凿岩、环形孔凿岩及平行孔凿岩。这类台车采用轮胎式底盘、电-液动力机组、覆盖角为90°的摆动、旋转360°的传动器以及滑动平台、液压推进器、顶尖、钎杆架及给杆系统。HI50型台车配用COP1032HD型凿岩机;H250型台车则配用1238型;H350型台车配用12381550型;H450型台车配用两台1238型。SuperLong Hole深孔凿岩台车装有COP1032型凿岩机,是为通过窄巷道便于解体和运输设计的。

博特国际(Boart International)

该公司自1984年推出液压凿岩机以来已饮誉市场,在世界各地使用已达数百台,且在某些情况下成为其他一些凿岩设备的代用品。其产品系列目前由7种型号组成、具有适应所有凿岩条件的各种冲击功和扭矩。最近英国纽卡斯尔 RHL厂已获准进行制造。

主要特点是利用普通的设计方法吸收各种型号的优点使之有可能形成户好的结构。采用可更换的内衬,以防止报坏和磨损品贵的铸造部件,同时在凿岩机壳体的一侧配用内旋转马达。可配用阳螺纹或阴螺纹尾杆,在向上凿岩时用压气吹机头可防止岩粉进入机内。凿岩机用四个旁侧拉杆夹紧,配合体表面都经硬化处理;这种刚性结构实际上可避免配合组件表面的磨损。内部轴承都是大尺寸的,机头为抗腐蚀性的,而机柄则为左手或右手装配的双口式。阀的结构可使操作者能由控制部位调整活塞冲程长度,从而可改变冲程长度以适应岩层条件。无需进行日检,有些设备已工作1000多小时而无需保养。蓄能器是可拆卸的,以便进行场外维修。可用矿物油或乳化胶作液压液。据该公司报道,在瑞典有100多台博特国际公司制造的液压凿岩机,在基律纳铁矿即有40多台。

Minimaster单机四轮驱动的谐岩台车比单轴传动或铰接式台车要短些,底盘更稳定,一般而言,当需要时,可以购到轮式及轨轮式底盘。BDS-F-500型轻合金推进器是一种重要的新产品,配有可拆卸的不锈钢耐磨导轨。

加拿大有些矿山介绍了HD150型凿岩机的使用情况,它们安装在GetmanMine-jackM40底盘的或MultimasterR361型单机和R372型双机台车上。大部凿岩工作是在极硬的磨蚀性岩层进行的,工作面的条件十分困难,有时下倾。在魁尔克第二铀矿,用Multimaster台车配置HD125型凿岩机、4m针杆及45mmR32螺纹7齿钻头,每班钻孔70~80个,以54个孔为一组。

最近在杜塞尔多夫举行的采矿设备展览会上展出的Stopemastcr台车是目前市场上最小的凿岩设备,可在2.4mx2.4m的工作面作业,装于由两台被压马达驱动的六轮车体上,其转弯半径为1.8m,配置一台HD150型液压凿岩机,可以钻凿50~100mm直径的孔达 50m 深。

这家公司的Flexmaster系列台车由一组标准组件构成,适合快速在挖掘机或类似设备的铲臂上装卸,且由挖掘机液压系统供给液压动力。

最近的一项宣布证实,该公司与法国采矿设备公司协同进行市场合作,依此协议,后者将在法国和其他一些地方经销国际圆粒金刚石公司的产品,而前者则在英国、爱尔兰经销法国设备公司的铲运机。安格尔西的新帕里斯金属矿已订购了这两家公司的设备。

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