1 凿岩台车进行钻孔作业所需基本动作分析

 随着社会的不断发展，手锤打眼、手持式凿岩机钻孔掘进、支腿式凿岩掘进、柱架支撑推进等方式均不能满足现在高效率生产的要求，科学技术的逐渐进步，人们设计生产出更符合时代需求的凿岩设备，全液压双凿岩台车就是当今地下掘进工程中最为常用的凿岩工具，凿岩台车在进行钻孔作业时需能完成一系列动作来实现其钻孔功能(如图1所示)。

其需要完成的基本动作主要由以下几种: 冲击:冲击的目的是破碎岩体，主要依靠安装在推进梁上的凿岩机来实现，在油液的作用下，凿岩机液压缸内的冲击活塞不断换向进行往返动作，当活塞与钎尾碰撞后，将能量通过钎尾、钎杆、钎头传给岩体，使其破碎，能量传递如下图2所示。 

回转:液压马达安装在液压凿岩机的尾部，用来驱动一套齿轮，带动凿岩钎具的钎尾进行回转动作，钎尾与钎杆通过连接套筒进行连接，钎杆与钎头之间是螺纹连接，这样就使钎尾的回转动作传到给钎头，钎头就这样把冲击和回转的能量不断地变换位置施加给岩体，同时在回转过程中对损伤的岩体进行刮落。 冲洗:为了最大程度的减少对孔底重复凿磨、加快凿岩进度、减轻岩石对钻头的磨损、甚至避免卡钎现象，需要将所钻炮孔底部的岩石碎屑冲洗出来。 推进:操作凿岩台车上安装的推进梁，将凿岩钎头与岩石保持进行凿岩钻孔作业时具有合适的松紧度，同时在一个炮孔钻凿完毕后将钎具从冲退出，为下一个钻孔做准备。 变幅和移位:由于要钻凿的炮孔所在的工作面不一致，有些炮孔要求的角度也不相同，这就需要把钎具的钻凿角度和位置调整到位，这些需要操作凿岩台车的钻臂来完成，全液压双臂凿岩台车采用双三角悬浮支撑，可实现精确的液压全方位平行保持功能。 

2 双臂凿岩台车的基本结构及工作过程分析

 2.1 凿岩台车的基本结构 本文以 Atlas Copco 公司自主研发生产的常在隧道、土方工程中普遍使用的 RocketBoomer L2D型全液压掘进凿岩台车及其钎具为主要研究对象。该类凿岩台车广泛应用于隧道掘进、地下厂房开挖等各项地下工程施工，可进行爆破钻孔、锚杆钻孔、超前钻探、管棚等作业。如图3所示，本设备主要由以下各部分组成。凿岩机:使用液压驱动，配带有两个缓冲减震系统，各相互接触部分均采取压力油膜保护和润滑的方式，这些设计对于在很大程度上延长了液压凿岩机的寿命。BUT35 重型钻臂:此类工作钻臂采用双三角悬浮支撑的结构，在进行钻孔凿岩作业时，可以方便的进行全方位钻孔工作，且其可以实现精确的液压平行保持能力。BMH6000系列重型铝合金推进梁。液压控制钻进系统，久经考验的用于ML2D系列的控制系统，操作环境内具有更少的高压胶管，作业环境更安全。铰接式行走底盘，采用四缸柴油发动机驱动，柴油机尾气排放符合 EPAIII/COMII(Tier 3/Stage mA)标准，四个液压支腿用于牢固稳车。此外，还有可进行升降动作的保护顶棚、电缆卷筒、空压机、水泵、照明灯、驾驶室作，驱动辅助臂的上下升降、左右摆动与二级伸缩；另一套在辅助臂的服务台中，手动操作进行控制。 

 2.2 凿岩台车工作过程 (1)制定布孔方案。在开始钻凿隧道之前，设计隧道的断面轮廓，并进行隧道断面炮孔布置(包括爆破孔位置、姿态角度、深度、孔径大小等)，编排钻孔的次序。 (2)车体定位过程。将凿岩台车停放在待钻端面前，操纵控制手柄，移动钻臂位置至钎杆末端位于凿岩断面上，按照上述规划的炮孔钻凿顺序进行逐个定位钻凿。 (3)移位过程。在凿岩状态先将钎杆退回到后极限位置，将推进梁离开岩体断面，移动钻臂使钎杆末端位置和外插角均符合待钻孔的要求，推进梁前移将其顶尖顶紧凿岩，结束移位。 (4)正常的凿岩过程。大致可分为钎杆推进到位顶紧岩石，开眼、正常凿岩、推进到孔底后回退、退到后极限位置停止(钻孔完毕)等动作。

 2.3 液压凿岩机的基本结构 此凿岩台车所配备的凿岩机采用的是液压驱动，其基本结构及主要组成部分如下图4。此凿岩机含有两个新型的缓冲系统，可以有效吸收钻具回传的反冲能，保持最高的钻进效率，降低凿岩机、推进梁及钻臂等部件的磨损，提高了钻具使用寿命。该冲击活塞采用的是细长设计，整体直径变化小，工作时输出的有效功率较高，同时这样设计可以降低凿岩钎杆工作时的应力最大值。因该液压凿岩机具备有效冲击功率高、钻具寿命长、钻孔质量优、生产效率高等特点，使其得到普遍的使用和推广。

 2.4 液压凿岩机的工作原理 由图4可知该液压凿岩机配备的是双面回油型冲击活塞，采用前后腔交替回油的形式来推动活塞的往复运动，四通阀控制两腔油路。其工作过程主要分为冲程和回程两个部分，如图 5所示。图a:冲击活塞位于液压缸的最右侧，高压油迅速到达液压缸的后腔，使冲击活塞快速向前。图b:当缸内的冲击活塞运动到一定距离后，信号孔5被打开，阀芯改变方向，进行回油动作，为冲击活塞的返回做准备。图c:与回油动作同时进行，冲击活塞撞击钎尾，将能量传给钎尾后返回。图d:高压油经油路到达凿岩机液压缸的前腔，使冲击活塞向后返回，当冲击活塞运动到适当位置，信号孔4被打开，阀芯改变方向进行回油动作，为下一次冲击往返做好准备。