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國(guó)外研制液壓鑿巖機(jī)始于20世紀(jì)70年代,先后有美國(guó)Ingersoll2Rand公司、Gardner2Denver公司、瑞典AtlasCopco公司、Linden2Alimak公司、芬蘭Tamrock公司、法國(guó)Eimco2Secoma公司、德國(guó)Krupp公司和日本古河(FURUKAWA)公司等投入力量研制液壓鑿巖機(jī)及相關(guān)配套鉆車(chē)。其中瑞典AtlasCopco公司和芬蘭Tamrock公司生產(chǎn)的液壓鑿巖機(jī)及配套鉆車(chē)最具代表性,占有60%以上的市場(chǎng)份額。截止2009,無(wú)論是井下或露天掘進(jìn)或采礦,都有相應(yīng)的液壓鑿巖機(jī)供選用。如芬蘭Tamrock公司80年代初液壓鑿巖機(jī)只有3個(gè)系列,2009該公司的產(chǎn)品已發(fā)展到7個(gè)系列,從小型手持式到超重型,品種規(guī)格齊全。在發(fā)展回轉(zhuǎn)-沖擊式產(chǎn)品的同時(shí),適用于軟巖上鉆孔的純回轉(zhuǎn)液壓鑿巖機(jī)也得到相應(yīng)的發(fā)展。尤其是瑞典AtlasCopco公司能夠靈活地根據(jù)用戶的某些特殊要求,在某種基型產(chǎn)品上稍加改進(jìn),就可以組裝成專用產(chǎn)品,產(chǎn)品上的配套部件可隨不同地區(qū)和國(guó)家的不同環(huán)境而改變,在輕型產(chǎn)品的研制中,大量采用塑料件來(lái)減輕整機(jī)的重量。液壓鑿巖機(jī)的外殼等多采用精密鑄造,從而使機(jī)器的結(jié)構(gòu)緊湊,布局合理,外形也較美觀 。
如今AtlasCopco公司生產(chǎn)的Cop系列液壓鑿巖機(jī)已經(jīng)從Cop1022發(fā)展到最新推出的Cop4050型重型液壓鑿巖機(jī),Cop4050的沖擊功率可達(dá)40kW,裝配于Simba4450系列全液壓鉆車(chē)上,1993年成功用于瑞典盧基公司基律納鐵礦井下深孔采礦鑿巖,鉆鑿孔徑達(dá)115mm,這是傳統(tǒng)的潛孔沖擊器的工作范圍。潛孔鑿巖雖然能得到較好的孔直度,但速度較低。Cop4050能在兩倍于潛孔鑿巖速度的情況下,得到幾乎全直的孔,并能使用通常的鉆管、釬桿或二者的組合。Tamrock公司生產(chǎn)的HL4000系列大功率超重型液壓鑿巖機(jī),1984年在挪威年產(chǎn)2500萬(wàn)t的比約納湖(Bjornevatn)鐵礦裝配Herbert鉆車(chē)用于露天礦山鉆鑿直徑230～275mm的炮孔,其鑿速相當(dāng)于同級(jí)牙輪鉆機(jī)的116倍,而能耗僅為牙輪鉆機(jī)的1/2。由于液壓鑿巖機(jī)具有節(jié)能、高效、成本低和作業(yè)條件好等顯著優(yōu)點(diǎn),國(guó)外除地下鑿巖已推廣應(yīng)用外,在中小型露天礦和巖石工程應(yīng)用方面也有不小進(jìn)展。
國(guó)內(nèi)鑿巖臺(tái)車(chē)的研究及發(fā)展現(xiàn)狀
1980年由長(zhǎng)沙礦冶研究院、株洲東方工具廠等單位研制成功我國(guó)第一臺(tái)用于生產(chǎn)的液壓鑿巖機(jī)YYG80，裝配于CGJ2Y型全液壓鉆車(chē)上在湘東鎢礦進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)并通過(guò)了部級(jí)技術(shù)鑒定。由此拉開(kāi)了國(guó)內(nèi)研制液壓鑿巖機(jī)的序幕。相繼有北京科技大學(xué)、中南工業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)沙礦冶研究院、馬鞍山礦山研究院、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、煤炭科學(xué)院建井研究所、沈陽(yáng)風(fēng)動(dòng)工具廠、天水風(fēng)動(dòng)工具廠、衢州鑿巖機(jī)廠和宣化風(fēng)動(dòng)工具等10多個(gè)單位開(kāi)發(fā)研制液壓鑿巖機(jī)和配套鉆車(chē)[5]，到了九十年代末期,我國(guó)先后有YYG80、TYYG20、YYGJ145(仿Cop1038H)、YYT30、YYG30、GGT70、YYG80A、YYG90、YYG250A、CYY20(仿法國(guó)RPH200)、YYG90A和DZYG38B(仿Cop1238ME)等十二種機(jī)型通過(guò)了國(guó)家鑒定。其中沖擊能在150J以下的5種，其余的7種沖擊能均在150～250J之間。可鉆孔徑大部分在40～50mm之間，只有YYG250A、YYGJ145、TYYG20和DZYG38B型液壓鑿巖機(jī)可鉆孔徑大于50mm,最大可達(dá)120mm。其中已形成量產(chǎn)的主要有YYG80、YYT30和YYG90A三種機(jī)型。12種型號(hào)中除3種為測(cè)繪仿制國(guó)外當(dāng)時(shí)市場(chǎng)銷(xiāo)售的機(jī)型外，其余都是我國(guó)自行研制的 [1] 。
由中南工業(yè)大學(xué)研究設(shè)計(jì)，廣東有色冶金機(jī)械廠制造的CGJ25-2Y型全液壓鉆車(chē),裝配兩臺(tái)YYG90型液壓鑿巖機(jī),，1988年在汝城鎢礦使用時(shí)，與鏟插式裝巖機(jī)、搭接式梭車(chē)組成掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線，創(chuàng)造了在214m×216m斷面中月進(jìn)尺250m，掘進(jìn)工效穩(wěn)步超過(guò)1m/工班的好成績(jī)，1991年在桓仁銅鋅礦創(chuàng)造過(guò)單臺(tái)單班進(jìn)尺514～6m的好成績(jī)。
與法國(guó)水星系列液壓鉆車(chē)配套的HYD200和HYD300液壓鑿巖機(jī)由蓮花山有色冶金機(jī)械廠引進(jìn)法國(guó)Eimco2Secoma公司技術(shù)生產(chǎn)，其國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)95%，主要部件沖擊活塞壽命可達(dá)2萬(wàn)m以上，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)外同類機(jī)型的水平,已形成批量生產(chǎn)。
天水風(fēng)動(dòng)工具廠生產(chǎn)的CTJY12-3型全液壓輪胎式掘井鉆車(chē)配置三臺(tái)YYGJ145型大功率液壓鑿巖機(jī)、三個(gè)AB741型液壓鉆臂、AT1541型液壓推進(jìn)器及一個(gè)AF321型液壓工作平臺(tái)，是我國(guó)最大的具有80年代世界先進(jìn)水平的地下掘進(jìn)鉆車(chē)。
從上述可以看出,我國(guó)液壓鑿巖機(jī)的發(fā)展走的是一條自主研發(fā)與引進(jìn)消化國(guó)外技術(shù)相結(jié)合的道路,經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展與探索已經(jīng)初步形成了自己的產(chǎn)品規(guī)格與系列,達(dá)到了一定水平。但大多數(shù)廠家生產(chǎn)的液壓鑿巖機(jī)穩(wěn)定性指標(biāo)均在500m左右(不拆機(jī)檢修)，而世界先進(jìn)水平的瑞典產(chǎn)品則規(guī)定為6000m。國(guó)內(nèi)只有中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生產(chǎn)的DZYG38B型液壓鑿巖機(jī)樣機(jī)的工業(yè)性試驗(yàn)才達(dá)到這一世界水平的指標(biāo)[3]。因此，國(guó)內(nèi)液壓鑿巖機(jī)與國(guó)際先進(jìn)水平尚存在很大差距，引進(jìn)機(jī)型尚未完全國(guó)產(chǎn)化,其關(guān)鍵零部件仍依賴進(jìn)口。究其原因主要有如下幾個(gè)問(wèn)題:一是高速、高壓下的密封結(jié)構(gòu)和支承活塞運(yùn)動(dòng)的前、后導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)；二是活塞、釬尾、導(dǎo)向套和密封材料的選擇與應(yīng)用,以及材料熱處理和高精度加工；三是蓄能器隔膜的材料及壽命等。從而導(dǎo)致零件壽命低，密封不可靠，內(nèi)外泄漏嚴(yán)重，以及活塞研缸和導(dǎo)向套咬合等故障，造成國(guó)產(chǎn)液壓鑿巖機(jī)可靠性指標(biāo)下降。
根據(jù)平巷掘進(jìn)作業(yè)和鉆孔布置的要求，以CGJ-2Y型全液壓鑿巖鉆車(chē)為例，來(lái)說(shuō)明鑿巖鉆車(chē)必須具備的主要組成部分和它們的工作原理。鑿巖鉆車(chē)鉆臂8的運(yùn)動(dòng)方式為直角坐標(biāo)式。利用擺臂油缸12可使轉(zhuǎn)柱套及鉸接在其上的鉆臂8與支臂油缸19繞轉(zhuǎn)柱10的軸線左右擺動(dòng)；利用支臂油缸可使鉆臂繞鉸點(diǎn)上下擺動(dòng)，從而使用托架5鉸接在鉆臂前端的推進(jìn)器4作上下左右的擺動(dòng)。推進(jìn)器亦可借助俯仰油缸20和擺角油缸6作俯仰和左右擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。推進(jìn)器可使安裝在推進(jìn)器滑架上的液壓鑿巖機(jī)前進(jìn)或后退。鑿巖時(shí)，推進(jìn)器將給鑿巖機(jī)以足夠的推進(jìn)力。借助由支臂油缸、推進(jìn)器俯仰角油缸和擺角油缸以及相應(yīng)的液壓控制系統(tǒng)等組成的液壓平移機(jī)構(gòu)，可以獲得相互平行的鉆孔。單獨(dú)控制俯仰油缸和擺角油缸時(shí)，可鉆鑿具有一定角度的傾斜孔。通過(guò)翻轉(zhuǎn)油缸使推進(jìn)器繞油缸的軸心線翻轉(zhuǎn)，以便獲得靠近巷道兩側(cè)和底部的鉆孔。由于上述各機(jī)構(gòu)的相互配合，即可在巷道斷面內(nèi)的任何部位鉆鑿各種方向的鉆孔。在推進(jìn)器的前方安有釬桿托架2和頂尖3，借以保持推進(jìn)器工作時(shí)的穩(wěn)定性。補(bǔ)償油缸7可使頂尖始終與工作面保持接觸。在鉆車(chē)車(chē)體上還布置著油箱與油泵站、操縱臺(tái)、車(chē)架與行走裝置、以及液壓、供電、供水、供氣等系統(tǒng)。為使車(chē)體在工作時(shí)保持平衡與穩(wěn)定，在車(chē)體上還裝有前后支腿18與15。
鑿巖臺(tái)車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著電液比例技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及其在鑿巖臺(tái)車(chē)上的應(yīng)用，鑿巖臺(tái)車(chē)呈現(xiàn)出從機(jī)械化向自動(dòng)化 、環(huán)?；?、多樣化發(fā)展的趨勢(shì) 。
鑿巖臺(tái)車(chē)的全自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)
隨著液壓控制和電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，鑿巖循環(huán)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，即自動(dòng)開(kāi)孔、防卡釬、自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)退釬、臺(tái)車(chē)和鉆臂自動(dòng)移位、定位以及遙控操作系統(tǒng)等。全自動(dòng)化的臺(tái)車(chē)被稱為鑿巖機(jī)器人。由于這類鑿巖機(jī)器人主要用于隧道的開(kāi)挖，又被稱為隧道鑿巖機(jī)器人。挪威、日本、法國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、芬蘭、瑞典及俄羅斯等國(guó)家的多家企業(yè)相繼參與了全自動(dòng)化鑿巖機(jī)的研制工作。特別是近年來(lái)，液壓控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合更促進(jìn)了鑿巖技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化鑿巖及自動(dòng)鑿巖臺(tái)車(chē)也相繼出現(xiàn)，并已達(dá)到實(shí)用化的程度。
鑿巖臺(tái)車(chē)的環(huán)保化發(fā)展趨勢(shì)
為了降低噪聲，保護(hù)操作人員的健康和改善工作環(huán)境，一般選用液壓鑿巖機(jī)。這是因?yàn)橐簤鸿弾r機(jī)噪聲小，不會(huì)排出油霧和有害氣體。與氣動(dòng)鑿巖機(jī)相比，液壓鑿巖機(jī)還具有動(dòng)力消耗少、能量利率高、鑿巖效率高、沒(méi)有排氣噪聲等優(yōu)點(diǎn)。但是，液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)生的噪聲聲壓級(jí)仍高于90dB(A)，達(dá)到100dB(A)左右，且聲能主要集中于1kHz一5kHz頻率段，仍在人耳敏感頻率范圍內(nèi)。若不采取噪聲防護(hù)措施，對(duì)施工人員的身體健康仍然有害。液壓鑿巖機(jī)的噪聲源主要有沖擊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲和釬頭破碎巖石產(chǎn)生的噪聲。液壓鑿巖機(jī)的噪聲主要由結(jié)構(gòu)噪聲引起，液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)間隙、蓄能器參數(shù)、撞擊材料的特性以及連接件的松緊度等都是影響液壓鑿巖機(jī)噪聲的因素。要降低液壓鑿巖臺(tái)車(chē)的噪聲，應(yīng)綜合采取多種措施。研究人員除了對(duì)液壓鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)改造外，還在遠(yuǎn)距離有線無(wú)線控制和設(shè)計(jì)研制全隔音駕駛室等方面取得了很大突破。
鑿巖臺(tái)車(chē)的多樣化發(fā)展趨勢(shì)
2009年世界上各大公司液壓鑿巖臺(tái)車(chē)的鉆臂、推進(jìn)器和操縱系統(tǒng)等主要部件都已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。適用范圍廣，零件通用率高，可根據(jù)用戶的不同要求組裝成各種型式的臺(tái)車(chē)，實(shí)現(xiàn)了品種的多樣化，同時(shí)縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，產(chǎn)品更新?lián)Q代快。
國(guó)外大型臺(tái)車(chē)有定型和非定型兩類。定型臺(tái)車(chē)的工作斷面規(guī)格、鉆臂及其布置、鑿巖機(jī)、推進(jìn)器配套規(guī)格，鉆臂安裝基座構(gòu)件型式、鉆車(chē)底盤(pán)等均是定型的。當(dāng)定型鉆車(chē)不能適應(yīng)工程要求(主要是工作斷面、鑿巖生產(chǎn)率和臂數(shù)不足)時(shí)，則采用專門(mén)設(shè)計(jì)的非定型鉆車(chē)。它的主要工作部件如鉆臂、鑿巖機(jī)、推進(jìn)器等與定型鉆車(chē)是通用的，不同之處在于根據(jù)用戶對(duì)掘進(jìn)尺寸、形狀、掘進(jìn)速度等不同的要求選配鉆臂數(shù)、鉆臂在斷面的布置、安裝基座構(gòu)件型式、底盤(pán)型式、舉升工作平面數(shù)量、液壓系統(tǒng)等[8]。
另外為了適應(yīng)各種施工的需要，鑿巖臺(tái)車(chē)還向著大型化和小型化的方向發(fā)展。
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