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第二章掘进机械§2-1概述掘进设备按掘进工艺分为钻眼爆破法掘进设备和综合机械化掘进设备。完成钻爆法掘进工序所需设备：钻(凿)孔机械、装载机械、转载机械及巷道支护及修整机械等。第二章掘进机械§2-1概述一、掘进机械的分类§2-1概述设备配套机械化作业线主要形式有：①耙斗装载机为主的机械化作业线：该作业线实现凿孔和装载平行作业，且结构简单，在国内煤矿广泛使用；②凿岩台车为主的机械化作业线：该作业线适用于大断面巷道掘进，效率高，劳动强度低；③钻装机为主的机械化作业线：钻装机钻凿炮孔、锚杆孔和装载转运煤岩，并将岩石装入矿车。巷道支护采用锚杆安装机和混凝土喷射机。§2-1概述综合机械化掘进设备直接用掘进机完成破落煤岩、装载、转载及支护等工序，实现工序的平行作业。综合机械化掘进设备优点：安全、快速、高效——掘进机械化发展方向。综合机械化掘进设备：悬臂式掘进机、连续采煤机、掘锚联合机组、全断面掘进机。§2-2钻孔机械与装载机械用钻眼爆法掘进巷道时，钻凿炮眼机具的总称为钻孔机械。凿岩机冲击破碎原理四个动作：冲击钎杆；旋转钎杆；推进钎杆；排渣1-凿岩机缸体；2-活塞；3-钎杆；4-钎头§2-2钻孔机械与装载机械一、钻孔机械按动力不同可分为气动、液压、电动和内燃凿岩机四类。（一）气动凿岩机按操作方式不同分手持式、支腿式和导轨式。按频率分低频凿岩机(冲击频率42Hz以下)和高频凿岩机(冲击频率42Hz以上)。按转钎机构分内回转式凿岩机和外回转式凿岩机。§2-2钻孔机械与装载机械§2-2钻孔机械与装载机械支腿式气动凿岩机用支腿支承和推进，减轻劳动强度，提高钻孔效率，用于在岩石巷道钻凿孔径24～42mm，孔深2～5m的水平或倾角较小的孔，使用广泛。手持式气动凿岩机以手托持，无其他支承，靠凿岩机自重或操作者施加的推压力推进凿岩。功率小、机重较轻，手持作业劳动强度大、钻孔速度慢，钻凿小直径浅孔。导轨式气动凿岩机装在凿岩台车钻臂的推进器上，沿导轨推进凿孔。重量较重，冲击能大，采用独立外回转机构，转矩较大，凿孔速度较快，显著减轻劳动强度，改善作业条件，适用钻凿孔深5～10m、孔径40～80mm硬岩炮眼。§2-2钻孔机械与装载机械气动凿岩机组成：冲击配气机构、转钎机构、排屑机构和润滑机构等§2-2钻孔机械与装载机械1-钎杆；2-凿岩机；3-注油器；4-水管；5-风管；6-气腿支腿式凿岩机1．冲击配气机构作用：将由操纵阀输入的压气依次输送到气缸的后腔和前腔，推动活塞往复运动——获得活塞对钎尾的连续冲击动作。常用配气机构有被动阀配气机构、控制阀配气机构和无阀配气机构。被动阀配气机构依靠活塞往复运动时压缩前后腔气体，形成高压气垫推动配气阀变换位置。配气阀有球阀、环状阀和蝶状阀。§2-2钻孔机械与装载机械环状阀配气机构1-压气入口；2-气道；3-配气阀；4-气缸后腔；5-活塞；6-排气口；7-气动前腔；8-气路通道(a)冲击行程(b)返回行程§2-2钻孔机械与装载机械2．转钎机构使气动凿岩机钎杆回转的机构。内回转和外回转(独立回转)转钎机构。(1)内回转转钎机构1-棘轮；2-棘爪；3-螺旋棒；4-活塞；5-转钎套；6-钎尾套；7-钎杆内回转机构多用于轻型手持式或支腿式气动凿岩机。§2-2钻孔机械与装载机械(2)外回转(独立回转)转钎机构由独立的气动马达经齿轮减速驱动钎杆转动，具有转速可调、转矩大、转动方向可变等特点，有利于装拆钎头、钎杆。多用于重型导轨式气动凿岩机。§2-2钻孔机械与装载机械3．排屑机构:用水冲洗排除孔内岩屑的机构。4．润滑机构向凿岩机各运动件注润滑油，以保证正常凿岩作业的机构。§2-2钻孔机械与装载机械（二）液压凿岩机以循环高压油为动力，驱动钎杆、钎头，以冲击回转方式在岩体中凿孔的机械。液压凿岩机一般安装在凿岩台车的钻臂上工作，可钻凿任何方位的炮孔，钻孔直径通常为30～65mm，适用于以钻眼爆破法掘进的矿山井巷、硐室和隧道的钻孔作业。§2-2钻孔机械与装载机械液压凿岩机优缺点：优点：1、能量利用率30～40%，风动凿岩机10%；2、机械性能好，凿岩速度快(冲击频率每分钟上万次，风动凿岩机每分钟三千次左右)，速度提高一倍以上；3、消除风动凿岩机的排气噪音和油雾，改善作业条件；4、运动件在油液中工作，润滑条件好，提高零件寿命。缺点：投资大，单位功率的重量较大，技术要求和维护费用较高。§2-2钻孔机械与装载机械液压凿岩机组成：冲击机构、转钎机构、蓄能机构、排屑机构等。§2-2钻孔机械与装载机械1．冲击机构按配油结构分为有阀式和无阀式两种。有阀式冲击机构按回油方式可分为单腔回油和双腔回油。液压凿岩机多采用单腔回油套阀式冲击机构、单腔回油柱阀式冲击机构和双腔回油柱阀式冲击机构。双腔回油柱阀式冲击机构原理如图所示。活塞两端直径相同。由配油柱阀控制，前后腔交替进油和回油，实现活塞往复冲击运动。§2-2钻孔机械与装载机械§2-2钻孔机械与装载机械图2-6双腔回油柱阀式冲击机构a-冲击行程；b-返回行程1，5-主油路；2，6，7，9-控制油路；3，4-回油油路；8，10-柱阀左右油室A-调节塞；B-活塞；C-柱阀；D-高压蓄能器；E-回油蓄能器2．蓄能机构采用一个或二个蓄能器，主要作用是蓄能和稳压。冲击行程时活塞速度很高，在冲击机构的高压侧装有蓄能器，将回程过程中多余的流量以液压能形式储存于蓄能器中，待冲击行程时释放出来。蓄能器还能吸收液压系统的脉冲和振动，蓄能器有隔膜式和活塞两种，大多采用隔膜式。§2-2钻孔机械与装载机械缓冲装置多采用液压缓冲机构，如图2-7所示。钎杆装在反冲套筒2内，反冲套筒的后面加反冲活塞5，在反冲活塞的锥面上承受高压油。当钎杆反弹力经反冲套筒2传给反冲活塞5后，反冲活塞向后运动，把反弹力传给高压油路中的蓄能器，蓄能器将反冲能量吸收。为提高反冲效果，蓄能器应尽量靠近缓冲器的高压油室。§2-2钻孔机械与装载机械图2-7液压缓冲装置原理1-钎杆；2-反冲套筒；3-缓冲器外壳；4-高压油路；5-反冲活塞；6-冲击锤3．转钎机构凿岩时使钎杆转动的机构，有内回转和外回转两种。内回转机构是利用冲击活塞回程能量，通过螺旋棒和棘轮机构，使钎杆每被冲击一次转动一定角度，为间歇回转。内回转机构输出扭矩小，多用于轻型支腿式液压凿岩机。外回转机构又称独立回转机构，一般用单独的液压回路驱动液压马达经过齿轮减速，带动钎杆旋转，为连续回转，可无级调速并可反向旋转。它输出扭矩大，多用于导轨式液压凿岩机，其液压马达有齿轮马达、叶片马达和摆线马达三种。§2-2钻孔机械与装载机械4．排屑机构用水冲洗排除孔内岩屑的机构。供水方式有中心供水和侧式供水两种。中心供水与气动凿岩机相同，冲洗水从后部通过水针进入钎杆、钎头流入孔底，冲洗水压0.3～0.4MPa。这种冲洗方法多用于轻型液压凿岩机。侧式供水的冲洗水直接从凿岩机机头水套进入钎尾、钎杆和钎头。这种结构水路短，密封可靠，水压高(1.0～1.2MPa)，冲洗排屑效果好，多用于导轨式液压凿岩机。§2-2钻孔机械与装载机械（三）凿岩台车支承、推进和驱动一台或多台凿岩机实施钻孔作业，并具有整机行走功能的凿孔设备。用于矿山巷道掘进及其他隧道施工。凿孔直径30～65mm，凿孔深度2～5m。凿孔时能准确定位、定向，并能钻凿平行炮孔。可与装载机械及运输车辆配套，组成掘进机械化作业线。1-钻臂；2-凿岩机；3-行走机构4-操作台；5-动力源§2-2钻孔机械与装载机械凿岩台车组成：凿岩机、钻臂(包括推进器)、行走机构、控制系统、操作台和动力源(泵站)等。§2-2钻孔机械与装载机械为完成平巷掘进，凿岩台车应实现下列运动：①行走运动，以便台车进入和退出工作面；②推进器变位和钻臂变幅运动，以实现在断面任意位置和任意角度钻眼；③推进运动，使凿岩机沿钻孔轴线前进和后退。(1)推进器变位摆角液压缸8实现推进器的水平摆动，俯仰液压缸7实现推进器的俯仰运动，以钻凿不同方向的炮眼。在补偿液压缸的作用下，推进器作补偿运动，使导轨前端的顶尖始终顶紧在岩壁上以增加钻臂的工作稳定性，并在钻臂因位置变化引起导轨顶尖脱离岩壁时起距离补偿作用。§2-2钻孔机械与装载机械1.摆臂液压缸；2-钻臂座；3-转轴；4-钻臂液压缸；5-钻臂旋转机构；6-钻臂；7-俯仰（补偿）液压缸；8-摆角液压缸；9-托盘；10-推进器；11-凿岩机(2)钻臂变幅摆臂液压缸1使钻臂摆动，钻臂液压缸4实现钻臂升降，液压马达—棘轮组成的旋转机构5可使钻臂绕自身轴线旋转360o。§2-2钻孔机械与装载机械(3)推进运动推进器(图2-10)为液压缸—钢丝绳式，主要由导轨、托盘、液压缸、钢丝绳和绳轮等组成。§2-2钻孔机械与装载机械1-导向绳轮；2-推进液压缸；3-托盘；4-活塞杆；5-调节装置；6-钢丝绳7-导轨控制系统包括液压控制系统、电控系统、气水路控制系统等。主要部件结构1.推进器推进器用来使凿岩机移近或退出工作面，并提供凿岩时所需的轴向推力。推进器按工作原理不同有螺旋式推进器、液压缸式推进器、链式推进器。(1)螺旋式推进器1-气动马达；2-减速器；10-推进螺母；4-托盘；5-丝杠；6-滑架；7-扶钎器§2-2钻孔机械与装载机械(2)链式推进器(3)液压缸式推进器1-张紧装置；2-导向链轮；3-导轨；4-滑板；5-减速器；6-气动马达；7-链条气动马达通过蜗杆—蜗轮减速器驱动装在导轨中间的封闭传动链带动托盘。特点：工作可靠，调节方便，行程不受限制，适用于长行程推进器，但传动平稳性不如螺旋式推进器，推力过大时易出现断链事故。§2-2钻孔机械与装载机械2.钻臂用于支承和推进凿岩机，并可自由调节方位以适应炮孔位置需要的机构。按钻臂结构特点及运动方式不同有直角坐标式和极坐标式两类。(1)直角坐标式钻臂利用钻臂液压缸4和摆臂液压缸1使钻臂上下左右按直角坐标位移的运动方式确定孔位的位置。§2-2钻孔机械与装载机械推进器通过俯仰液压缸7和摆角液压缸8调整钻孔角度和位置。直角坐标式钻臂结构简单，通用性好，操作直观性好，适合于钻凿各种纵横排列的炮孔。但确定炮眼操作程序多，定位时间长，多用于轻型钻臂。§2-2钻孔机械与装载机械(2)极坐标式钻臂1-回转机构；2-摆臂液压缸；3-平动液压缸；4-钻臂液压缸；5-臂杆；6-俯仰液压缸；7-摆角液压缸；8-托盘；9-推进器利用回转机构1使整个钻臂绕后部轴线旋转360o。钻臂液压缸4调节钻臂夹角，调节钻臂投影到工作面上的旋转半径。岩孔位置由旋转半径和钻臂旋转角度确定。确定孔位操作程序少，定位时间短，便于钻凿周边孔，对操作程序要求严格，操作熟练程度对定位时间影响大。§2-2钻孔机械与装载机械极坐标式钻臂的臂杆、推进器、自动平行机构等与直角坐标式钻臂基本相同。3．平移机构采用液压平移机构钻凿平行炮眼。1-回转支座；2-平移液压缸3-钻臂液压缸；4-钻臂5-俯仰液压缸；6-托盘§2-2钻孔机械与装载机械4．回转机构齿条齿轮式、液压缸圆盘式、液压马达—蜗轮副。(1)齿条齿轮式回转机构液压缸活塞杆末端有一齿条，通过齿条驱动齿轮旋转，齿轮与钻臂旋转轴相连，驱动钻臂旋转。多采用双齿条液压缸机构，使齿轮轴受力均匀，保证动作平稳。(2)液压缸圆盘式回转机构利用两个液压缸驱动圆盘的偏心轴旋转，以完成钻臂的旋转动作。(3)液压马达一蜗轮副回转机构通过液压马达驱动蜗杆一蜗轮副使蜗轮旋转，蜗轮与钻臂旋转轴相连，带动钻臂旋转。§2-2钻孔机械与装载机械