1.前言

高速凿岩作业时，常有卡钎事故发生。以前的防卡钎系统大多没有卡钎前的预处理功能，个别有预处理功能的防卡钎系统，也因响应速度慢，难以处理复杂的卡钎事故。工作原理多为当转钎油压升高到某规定值时，即停止推进自动退回。然而，钎头并未通过岩石缺陷区，一旦推进力恢复，又会产生二次卡钎，并且对钎具产生推进力和扭矩的最大峰值，不仅降低了钎具寿命，而且使得接卸钎具发生困难。

瑞典Atlas Copco公司经过近十多年的生产实践，露天全液压履带式钻车从ROC712HC、ROC812HC型发展为ROC722、ROC812HCS等型。进入90年代，又发展为ROC742、ROC842型钻车，相应的防卡钎系统也有了很大的变化，其中ROC842HC型钻车的防卡钎系统有效地解决了以前防卡钎系统的不足，从而保证了凿岩机连续高效地进行凿岩作业。本文主要对该防卡钎系统进行一些分析比较。

2.几种防卡钎系统的工作原理与特点

引起卡钎的原因很多，主要是由于岩石的节理发育、裂隙、溶洞等造成缓慢卡钎、溶洞卡钎和突然卡钎。对此，防卡钎系统应具备两方面的能力，一方面要能自动预防卡钎；另一方面，如果发生卡钎，要能自动消除卡钎，使凿岩机恢复正常凿岩状态。附表将国内外的几种防卡钎系统及其特点作了简单的对比分析。图1~图4所示的防卡钎原理已有资料介绍，现对ROC812HC和ROC842HC型钻车的防卡钎原理(见图4、图5)作如下对比分析。

图4为ROC812HC型全液压露天钻车的防卡钎原理图。当正常凿岩推进时，推进油压高于推进回路中压力继电器F119的调定压力，此时，该压力继电器不动。当钎头遇到溶洞、泥夹层时，推进阻力突然下降，引起推进回路的油压下降到压力继电器F119的某规定值时，F119动作，使冲击回路的顺序阀Y128通电，凿岩机进入低压冲击状态，实现卡钎时的低压冲击。当正常凿岩转钎时，回转油压低于压力继电器F112的动作压力，该压力继电器不动。若发生卡钎现象使回转压力上升到F112的调定压力时，该压力继电器动作，使电磁换向阀Y111通电换向，推进马达反转带动凿岩机自动退回。消除卡钎后，回转压力下降到压力继电器F112的复位压力时，该继电器复位，使电磁换向阀Y111断电而复位，凿岩机自动恢复正常凿岩状态。显然，这种防卡钎系统具有自动消除卡钎的功能，并能实现卡钎时的低压冲击，但不具备预防卡钎的功能。

90年代初，Atlas Copco公司对该防卡钎系统进行了改进，并首先将新的防卡钎系统RPC-F系统用于ROC812HCS型钻车上，并在实践的基础上，将推进回路上的各种控制元件集中到一个阀块上，推广应用于目前生产的配新一代COP1550、COP1838重型凿岩机的ROC842型钻车上。该防卡钎系统如图5所示。该系统针对引起卡钎的不同原因，有不同的控制方式:

(1)当钎头遇到溶洞、泥夹层时，推进阻力突然下降，推进压力也随之降低。当低于压力继电器F27的调定压力ρ₁时，继电器F27闭合，使电磁换向阀Y13换向，推进压力进入低压推进状态。同时，控制电磁换向阀Y14换向，使冲击回路进入低压冲击状态。当钎头通过溶洞或泥夹层后，推进压力上升，压力继电器F27复位断电，Y13、Y14两阀复位，推进压力和冲击压力恢复正常。这种情况发生在推进压力突然降低，而回转压力还来不及升高的情况下，优先调控推进压力和冲击压力，使钎头通过会突然卡钎的溶洞或泥夹层。

(2)当钎头由于某种原因卡钎时，回转压力升高到ρ₂(RPC-F阀开始动作的压力)，RPC-F阀开始动作，即作用在该阀阀芯上的压力克服弹簧力，使阀芯开始移动(见图6)，使推进压力和流量因阀芯开口面积的减小而减小。在这种情况下分三种工况讨论: ①如果推进压力下降后，回转压力不再上升，使阀芯处于某种平衡状态，则凿岩作业继续进行，直到钎头通过这段复杂岩层后凿岩作业恢复正常状态为止。②如果回转压力继续升高到ρ3而关闭RPC-F阀的出油口，则推进压力进入低压推进状态，直到钎头通过这段复杂岩层。即回转压力在ρ₂到ρ₃之间波动时，始终控制推进压力和流量，使转钎力矩和凿岩推进力达到适当的匹配，在复杂岩层中达到最佳的凿岩效率，有效地预防了卡钎事故的发生。③如果回转压力继续升高，当达到并超过压力继电器F29的调定闭合压力ρ₃时，F29闭合，控制电磁换向阀Y21换向，使推进器自动退回。如回转压力下降到ρ₃以下，F29断电，电磁换向阀Y21复位，推进器恢复推进，凿岩作业处于推进器反复推进与退回状态，直至凿岩钎头通过这段复杂岩层。

3.分析比较

对上述几种防卡钎系统原理的分析就可看出，过去的防卡钎系统多为ROC842HC型钻车防卡钎系统的第3种状态，当回转压力升高到某调定值时，推进进入低压推进状态或使推进器自动退回。而ROC842HC型钻车的防卡钎系统使得当回转压力升高在进入第3种状态前，回转压力使推进压力和流量成比例地减小，以达到推进器的推进力与凿岩机的回转扭矩互相匹配，即推进力与回转扭矩成反比变化，起到了卡钎前预防卡钎的作用，一般情况下可使钎头通过这段复杂岩层，增强了钻车对于复杂岩层的适应能力，同时降低了在卡钎时的最大转钎力矩，减小了卡钎时的钎杆最大内应力，有利于延长钎具寿命。

4.结论

ROC842HC型钻车的防卡钎系统能有效地传递凿岩机的冲击能，降低了卡钎时钎杆的最大内应力，延长了钎具寿命。由于钎具的最大扭矩得以控制，便于实现装卸钎杆的机械化与自动化。在复杂岩层，能自动调整推进力及回转扭矩，具有卡钎前的预处理功能，一般情况下能平稳地通过复杂岩层。但该系统由电、液相互交叉控制，结构复杂，生产成本高，对系统调试要求高。应在保持基本防卡钎功能的基础上，尽量简化结构，降低成本，以得到更广泛的应用。