液压凿岩机主要工作参数对凿岩速度影响的试验研究
煤矿用冲击式液压凿岩机钻孔速率研究
【 摘 要 ｌ本文论 述 了 冲击式液压 凿岩机 的四种分解功 能对钻孔速率
的影响，以及如何结合岩石的可钴性和可凿性给 出最佳分解参数 ， 从理论
面时就 出现碎 裂。 当大 裂纹延伸到表 面时， 将阻 止材 料内部 的一 些裂纹 扩 展。 与钎 头相邻 的岩石发 生变 形 ， 目的是 消除 钎头下的应 力， 使应 力 近十年来 ， 煤 矿上 岩 巷 掘 进 作 业 机 械 化 程 度 越 来 越 高 ， 随 着 在高压带 中变 得均匀。 在这个带 中破 碎的产 物是 细粉。 如 果它们来 自断
度。 冲击能量 及冲击频率共 同构成冲击输 出功 率 ， 其影响穿透 速度的 函 数 关系见图１ 。
不同的 岩石对不 同的凿 岩机 来讲 效 果是 不相 同的 ， 当衡量 穿透能
力时应选 用相 同的条件 ， 其值才有 可比性 。 在很轻 的冲击下岩石 不会变 化， 随 着岩石的开 裂， 冲击能 量的增加 将使 岩石破 裂加剧 。 如达 到某一 点后 （ 和 岩石性 能有关） ， 由于 钻进前 方的破碎岩石起到 了衬垫 作用 ， 冲 击能量即 使增加 ， 钻进 效果也 不会有 明显 的提高 ， 因此对不 同的 岩石应 对 液压凿 岩机的单次 冲击能 进行调节 ， 同时应冲洗孔底 粉屑 才会使凿 岩机 的冲击能不被浪 费。 如果 进给 量适 当， 一定 量的冲击能可 以最大限 度 的破碎 岩石 。 岩石钻进 中除了岩石的 抗压 强度外， 岩石的 脆性和 韧性 对 钻进 速度也 有明显 的影 响， 因此进 给力和 冲击能 量需 要调节 以满足 不 同岩石的凿岩 情况。 液压凿岩 机在使用过 程 中由于钻孔 速率快， 功能组合而成 ： 冲击 、 进给、 回转， 冲洗 。 头 上的载荷 （ 进给力） 和钎 头的几何形状来实现 。 １ ． 冲击功能 ＝． 岩石 的 可钻 性和 可凿 性 凿岩机 所产生的能 量借助 于机器 中的活 塞通过钎杆 和钎 头传 递给 岩石 可钻． 陛是指钻进 靠 回转扭 矩和 推进 压力在岩石 中钻孔 所得 的 岩石。 在 冲击式 凿岩 中， 活塞加 速到一 定速度 来冲 击钎尾 ， 冲击能 量以 穿透 速度。 而可凿性是指用 回转 一冲击 式凿岩机加 推进压 力而穿凿炮孔 应 力波 的形式传给 钎杆。 当应 力波传到钎 头时， 能 量以钎头 作用 的形式 所 得的穿透速 度。 对粘性和 韧性的 岩石采用 回转钻 机钻孔 ， 而 对脆性岩 传给 岩石使之 破碎 。 应 力波的形 状 及能量 的传 递将直 接影 响其 凿孔 速 石 采用回转 冲击 式凿孔会得到更理 想的效果 。
新型液压凿岩机部分结构参数设计研究_罗生梅
图1
新型液压凿岩机冲击机构工作原理示意图
左腔 C 中的油液通过 U 口、 液控单向阀 4 、 二位四通液 控换向阀 9 的 B 口及 O 口回油箱， 冲击活塞 D 开 始 向 W 口 与 F 腔 接 通， 左运 动 ， 冲击活塞 D 到达最左位时， 压力油经过单 向阀 11 、 节 流 阀 10 进 入 二 位 四 通 液 控
3
(1)
— — 前后腔与中间腔的压力差( Pa) 式中: Δp i — — — 间隙处油液的动力黏度 ( Pa·s) μi — li — — — 台肩长度( m) d— — — 活塞台肩公称直径( m) — — 活塞与缸体的间隙( m) δi — — — 相对偏心比 ε— 式( 1 ) 中， 等号后第二项的正号为 i = 2 时选取， 负 号为 i = 1 时 选取。 则 由 缝 隙 泄 漏 和 摩擦引 起 的 功 率 损失为: E f， i =
黏度可表示为: μ i = μ0 e
αp i － λΔT i
液压与气动
W1 + W2 = W ， δ1 = δ2 即可求得允许的最大间隙 δ max 。 2 ) 最小间隙的计算
107
( 3)
由于液压凿岩 机 冲 击 机构的 冲 击 频 率很高， 即活 ， ， 塞的运动周期极短 因此 可以认为活塞在一个周期内 的运动过程为绝热过程， 根据热平衡原理可得: E f， i = ρ cQ i Δ T i ( 3) 、 ( 4 ) 式中: 在( 2 ) 、 — — 油的黏压系数( 1 / Pa) α— pi — — — 前后腔的压力( Pa) — — 油的黏温系数( 1 / k) λ— — — 油的密度( kg / m3 ) ρ— c— — — 油的比热容 J / ( kg·K) — — 常温常压下油的动力黏度( Pa·s) μ0 — — — 缝隙中油的局部温升( K) ΔT i — ( 2) 、 ( 3 ) 代入式( 4 ) 并整理得: 将式( 1 ) 、
液压凿岩机凿岩原理及应用
液压凿岩机凿岩原理及应用摘要：本文主要是以atlascop1838ME液压凿岩机为原形，通过对液压凿岩机凿岩原理的分析，凿岩机基本结构和部分部件在凿岩过程中的作用，以及简单的日常维护保养工作的介绍，阐述了液压凿岩机在水利水电、交通和市政等工程的隧道支护施工中的作用。
关键词：凿岩机、原理、作用、维护保养1.液压凿岩机概况随着各领域在岩石掘进的工作量日益增加，液压凿岩机在凿岩速度、能量消耗、振动和噪音等性能指标方面远远高于气动凿岩机，被广泛应用于水利水电、交通和市政等工程项目；并为开挖后岩层的首道支护工序提供锚固孔施工，其凿岩速度快，孔成形好，减少人员在裸露岩层下的时间，提高了人员安全。
液压凿岩机作为支护工序的关键设备，必不可少。
2.液压凿岩机工作原理和基本结构2.1液压凿岩机工作原理Atlascop1838ME冲击式液压凿岩机凿岩作业包括冲击、推进、回转、冲洗四个动作，如图1所示。
此凿岩机冲击过程采用前后腔交替回油方式，其工作原理：在冲程开始阶段，配流阀芯位于阀腔左端，冲击活塞位于缸体右端，高压油经油路进入缸体后腔，推动活塞向左作加速运动。
活塞向左运动到预定位置，打开冲程换向信号孔口，高压油经推阀油路作用在配流阀芯的左推阀面，推动配流阀芯向右运动进行冲程换向，配流阀右端腔室中的油经推阀油路进入活塞中间腔，再经回油通道返回油箱，为回程运动作好准备，与此同时，活塞打击钎尾。
在完成冲程运动的瞬时，活塞即刻进入回程运动，高压油经进油路进入缸体前腔，推动活塞向右作加速运动。
活塞向右运动打开回程换向信号时，高压油经推阀油路作用在配流阀芯的右端面，推动配流阀芯回程换向，配流阀左端腔室中的油经推阀油路、活塞中间腔和回油通道返回油箱，配流阀芯运动到左端，为下一循环作好准备。
推进主要是利用外部推进油缸（推进马达）推动凿岩机和钻具压向岩石工作面，保证冲击活塞的每次冲击能量都能通过钎尾和钻具传递到岩面，并破碎岩石和保持钻头与孔底岩石时刻有良好的接触；回转主要是利用液压马达和回转机构驱动钎尾带动钻具旋转，从而使钻具具有剪切力，在每次活塞冲击后，利用钻具产生的剪切力剥落破碎的岩石，并使钎头旋转一个角度到新的位置，进行新的破碎凿岩工作。
液压凿岩机技术参数分析与归纳
１ ２ ３ ４
表 ４液 压 凿 岩 机 的 输 出 参 数
序 号 １ ２ ３ ４ ５
６ ７ ８ ９
１ ０
参数 名 称 冲击 频 率 冲击 能 量 回转 扭 矩 回转 速 度 冲击 输 出功 率
回转 输 出 功率 总输 出功 率 冲击 效 率 回 转效 率
４
ｌ
０
２
３ 液 压 凿 岩机 输 出参 数
液 压凿 岩 机 的输 出参 数 有 冲击 能量 、 冲
接 口 凿岩机与外部设 备的接 口 参 数
总计
１ ６
５
２ 转 速 度 、 冲击 功 率 等
尺 寸
１ 个 。 击 能量 与 冲击 频 率 的乘 积等 于 冲击 ０ 冲
６ ７
冲击 输 入 功 率 回转 输 入 功率
ＰＮＰ Ｉ ＰＮｒ Ｉ
ｋ Ｗ ｋ Ｗ
ＰＮｐ Ｐ Ｉ ＝Ｐ ×ＱＰ ＰＮ ＝Ｐ × Ｉ ｒ Ｑｒ ｒ
表 ３ 液 压 凿 岩 机 其 他 输 入 参 数
序 号
，
参数 名 称 冲 洗 水 压力 冲洗 水 耗 水 量 油 雾 空 气 压 力 油 雾 空气 耗 气 量
关 键 词 ： 压 凿 岩机 ； 液 技术 参 数 ； 分类 ； 冲击 能
中 图分 类 号 ：Ｄ４ １ Ｔ ２． Ｔ２ 文 献标 识 码 ： Ａ
１ 液压 凿 岩 机 技术 参 数 的分类
机 械 设 备 的 技术 参 数 又 常 常 称 为 技 术 特征 、 术规 格 等等 ， 三 者常 常混 用 ， 实 技 这 其
ｐ ｐ Ｑｐ Ｐ ｒ Ｑｒ Ｐ ｃ ａｅ
ＭＰ 或 ｂ ｒ ａ ａ Ｌｍ ｎ或 Ｌｓ ／ｉ ／ ＭＰ 或 ｂｒ ａ ａ Ｉｍ ｎ或 Ｕｓ Ｊｉ ＭＰ 或 ｂｒ ａ ａ
液压凿岩机的基本性能
液压凿岩机的基本性能液压凿岩机的基本性能可分为冲击性能、回转性能、凿岩性能与噪声特性四个方面，所以，分析液压凿岩机时，忽略某一方面都是不恰当的。
当然，岩石条件不同，对液压凿岩机的要求有所不同，例如煤矿用液压凿岩机的转矩应当高些，而冲击能数值可比某些铁矿山低，但基本性能的指标值必须保证。
1液压凿岩机冲击性能参数液压凿岩机冲击性能参数包括冲击能、冲击频率、冲击功率以及工作条件参数：工作压力、工作流量。
液压凿岩机的冲击功率表示它的冲击机构具有的冲击能力高低，由下式决定：p=10-3e.f(1)式中p——冲击功率，kwe——冲击能，jf——冲击频率，hz液压凿岩机冲击机构的工作压力是影响冲击能与冲击频率的决定性因素。
试验确认，液压凿岩机冲击工作压力的建立，应当以一定的工作流量为保证，流量不足以建立起某一工作压力时，增加流量可以提高工作压力，从而提高冲击能与冲击频率；当流量能满足冲击机构建立起某一工作压力时，增加流量不会提高冲击性能。
产品结构确定后，冲击活塞行程一定，冲击活塞的运动速度越高，冲击频率越高，因而冲击频率高低可直接反映液压凿岩机冲击能的高低，用液压凿岩机冲击机构的工作压力—冲击频率—工作流量的对应关系可以判断产品冲击性能是否符合要求。
2液压凿岩机回转性能参数液压凿岩机的回转性能是重要性能，液压凿岩机与传统的气动凿岩机相比，回转机构转矩提高的幅度大大超过了冲击能提高的幅度。
适于钻凿孔径φ30～60mm的液压凿岩机中，冲击能多在100～250j，比气动的独立回转式凿岩机提高不多，但转矩达200～300n.m，提高1倍以上。
经试验研究，液压凿岩机凿岩效率高于气动凿岩机，除因冲击功率增加外，回转机构转矩的提高起了明显的作用。
北京科技大学的研究人员提出了液压凿岩“冲击—扭切综合破岩作用”的观点；我们在大量凿岩试验研究中也发现，在冲击性能参数不变的情况下，调整液压凿岩机回转性能参数，凿孔速度往往可以提高20％～30％。
我国液压凿岩机设计研究现状与建议
问题 ， 对 我 国液 压 凿 岩 机 产业 的研 究 与发 展 提 出 了学 术 建议 及 政 策 建 议 。
关键 词 ： 液压 ； 凿岩机 ； 设计研究 ； 建议
士论文 ， 硕 士论 文 ， 学 士论 文 ， 有期 刊论 文 ， 也有
２ ． １ ． １ 设计 计算 型论 文 此类 论文数 量 多 。
网络 论 文 ， 在 整个 液 压 凿 岩 机 技术 论 文 中 ， 占据
了很 大 一部 分 。
设计 计 算 型论 文 包 括 了仿 真 计 算 ．优 化 设 计， 活塞 间 隙优 化设 计 ， 蓄 能器设 计优 化 ， 换 向阀 设计 优化 ， 活 塞缓 冲设 计 ， 钎尾 缓 冲设 计 。 冲击 频
量不 多 。 列举 如下 ：
产 品历 史 发 展综 述 型 论 文包 括 介 绍 国 内外
液压 凿岩 机历 史发 展 ，产 品型号 推 出的年 代 ， 市
场情 况 等等 ，此类 论 文数 量不 多 ， 但 大 多是 介 绍
蒙 特 贝塔 、 阿特 拉 斯 、 山特 维 克 公 司 的液 压 凿 岩 机产 品历史 ， 介绍 国 内产 品历史 的较 少 。
２ ． ２ ． ３ 产 品 技 术 综 述 型 论 文
煤 科 总 院北 京 建 井 所黄 园月 、 李耀武 、 郭 孝 先“ 液 压凿 岩机 的故 障分析 与防治 ” ； 广 东 省 水 利 水 电 第 二 工 程 局 何 雄 彬
“ ＨＤ ｌ ３ ５ Ａ和 Ｃ Ｏ Ｐ １ ２ ３ ８ ＭＥ型液 压凿 岩机 工作 原 理
液压凿岩的动力特征分析研究
国 内的 推 广 应 用 。 为 了研 制 国产 液 压 钻 车（ 配用液压凿岩机） ， 本 文 对 液 压 凿 岩 的 动 力 特 性进 行 分析 研 究 。
机械 钻 孔 的方 法 可分 为 冲 击一 转
式中 Ｄ ＿ 一 气缸直径 ， ｍ
机 型
＼
气 动 Ｙ Ｇ ８ ０ Ｙ Ｇ Ｚ ９ Ｏ
利用缸径计算公式 ． 计算所需气缸
内径 ， 经 过 圆整 ， 选用标准缸径值 。 再 根 据 实 际需 要 ， 确 定 气 缸 的行 程 及 安 装 方
式， 从而选取气缸 的型号及规格 。
４ 结 论
气 动 凿 岩 机 试 验 台改 进 后 ， 对 本 厂
『 ２ １ 徐灏 等． 机械 设计手 册 （ 第 ５卷 ） ｆ Ｍ ］ ． 北京 ：
— —
生 产 的 气 动 凿 岩 机 进 行 了 性 能 测 试 试 验， 测 试 效 率 和 测试 精 度 都 得 到 大 幅度 提高 ， 可 以 全 面 准确 的得 到气 动 凿 岩 机
系数 。 ｋ取 １ ． Ｏ １ ～ １ ． ０ ９
气动凿岩机所需压力 ． Ｎ 气 缸 的工 作 压 力 ， Ｐ ａ 叼 ——载荷率 ， 取 ０ ． ７ — ０ ． ８ ５
原理 上 ， 除冲击 破碎外 ． 还 施 加 了强 力 剪切破碎岩石 ， 充 分 利 用 了岩 石 的 剪 切 强 度 远 小 于抗 压 强 度 这 一 岩 石 特 性 。 其 能 量 利 用 率 和 凿 岩 速 度 大 大 高 于 一 般 冲击一 转 动式凿 岩机 。同时 ， 由于 采 用 了大 推 力 ， 钻 具 在 大 多 数 时 间 内处 于 压 缩 状 态 ，减 少 或 消 除 了 钎 具 中 的 拉 应
液压凿岩机测试系统-修改.
液压凿岩机性能测试系统目录1性能指标测试方法 (3)1.1冲击机构性能测试方法 (3)1.2回转机构性能测试方法 (4)2测试系统与微机辅助测试原理 (5)2.1测试系统 (5)2.2数据采集处理原理 (6)2.3实时测试数据处理程序框图 (7)3测试信号的标定 (8)4测试系统技术方案设计 (9)4.1信号采集传感器清单 (9)4.2测试与数据采集处理技术方案框图 (10)4.2测试与数据采集处理仪器仪表清单 (11)5凿岩机测试计算参数 (13)液压凿岩机性能测试与数据采集处理技术方案液压凿岩机的主要性能指标有冲击能、冲击频率、钎杆转速、钎杆转矩、推进力等。
这些性能指标会影响凿岩机的凿岩速度，进而影响到凿岩的生产效率。
因此设计一个良好的液压凿岩机性能指标测试系统，正确测定凿岩机性能参数，有利于液压凿岩机的技术提高、性能改进，提高液压凿岩机的质量和使用寿命，对提高生产效率具有非常重要的作用。
1性能指标测试方法凿岩机的性能指标测试主要包括冲击机构和回转机构两部分。
冲击能和冲击频率是凿岩机的两个主要参数，是衡量凿岩机性能优劣的关键，凿岩机的设计主要围绕这两个参数进行，必须对其准确测量。
1.1冲击机构性能测试方法常用的液压凿岩机性能参数的测试方法主要有：应力波法、光电位移微分法、电磁感应法、触点法、气压法、示功图法和能量法等。
应力波法测试原理简单，可保持整机的原形，适合实验室采用。
应力波法是指冲击活塞冲击钎杆后在钎杆上产生应力波，然后通过测定应力波的波形来测定冲击能。
但其需要在钎杆上粘贴应变片，操作复杂，同时也存在着其它一些不足，因此对其进行改进，通过压电式传感器测试冲击力来得到液压凿岩机的冲击功和冲击频率。
图1 冲击力法测冲击能系统原理方框图压电传感器是利用有些晶体的压电效应制造而成，其动态响应好，特别适合测试周期变比的冲击力，其在外力作用下，表面上产生电荷，其电荷量是和所受力成正比，因此在测试过程中，通过采集电荷并经过放大处理，即可得到冲击力。