第3章凿岩钻车精选文档.ppt

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1、第3章凿岩钻车本讲稿第一页，共四十八页第三章第三章 凿岩钻车凿岩钻车武汉理工大学武汉理工大学 机电工程学院机电工程学院 当今科技，有一个非常明显的发展趋势，这就是科学技当今科技，有一个非常明显的发展趋势，这就是科学技术的重心正在由材料（物质）和能量转向信息，它意味着电术的重心正在由材料（物质）和能量转向信息，它意味着电子信息科学技术的崛起和信息技术时代的到来。信息技术的子信息科学技术的崛起和信息技术时代的到来。信息技术的渗透影响着产品和制造业的变革，也影响着设计技术的变革渗透影响着产品和制造业的变革，也影响着设计技术的变革与发展，并为设计技术的发展提供了条件，同时，对设计技与发展，并为设计技术

2、的发展提供了条件，同时，对设计技术也提出了要求。但任何学科的基本问题仍然是本质问题，术也提出了要求。但任何学科的基本问题仍然是本质问题，千万不要轻对象问题而重方法。千万不要轻对象问题而重方法。本讲稿第二页，共四十八页第三章第三章 凿岩钻车凿岩钻车武汉理工大学武汉理工大学 机电工程学院机电工程学院 第一节第一节概述概述第二节第二节平巷掘进凿岩钻机平巷掘进凿岩钻机第三节第三节钻车的选择钻车的选择第四节第四节采矿凿岩钻车采矿凿岩钻车将一台或几台凿岩机连同自动推进器一起安装在特制将一台或几台凿岩机连同自动推进器一起安装在特制的钻臂或钻架上，并配以行走机构，使凿岩作业实现机械的钻臂或钻架上，并配以行走机

3、构，使凿岩作业实现机械化。化。与气动凿岩机配套使用的液压钻车与气动凿岩机配套使用的液压钻车与液压凿岩机配套使用的全液压钻车与液压凿岩机配套使用的全液压钻车本讲稿第三页，共四十八页3.1 概述概述凿岩钻车是随着采矿工业不断发展而出现的一种新型凿岩作业设备。它是将一台或几台凿岩机连同自动推进器一起安装在特制的钻臂或钻架上，并配以行走机构，使凿岩作业实现机械化。凿岩钻车广泛用于矿山巷道掘进和回采作业、铁路隧道和国防工程等方面的施工。随着凿岩爆破工艺的不断改善，凿岩钻车在生产建设中愈来愈显示出它的优越性。如巷道断面大于10m2的凿岩作业、平巷掘进的直线掏槽法对钻孔平行度的要求，无底柱分段崩落法对钻孔角

4、度的要求等，都是人力自由控制所难以保证的。但若采用凿岩钻车进行凿岩作业，不仅完全可以满足上述各种要求，而且也为采矿过程自动控制创造了可能的前提条件。凿岩钻车可分为平巷掘进钻车平巷掘进钻车、采矿钻车采矿钻车、锚杆钻车锚杆钻车和露天开采用凿岩露天开采用凿岩钻车钻车等；按照钻车的行走机构可分为轨轮、轮胎和履带式；按照架设凿岩机台数可分为单机、双机和多机钻车。本讲稿第四页，共四十八页3.2 平巷掘进凿岩钻车平巷掘进凿岩钻车CTJY12.3全液压凿岩钻车外形轮廓图根据平巷掘进作业和钻孔布置的要求，以CGJ-2Y型全液压凿岩钻车为例，来说明凿岩钻车必须具备的主要组成部分和它们的工作原理。本讲稿第五页，共四

5、十八页一一 平巷钻车的组成、工作原理平巷钻车的组成、工作原理本讲稿第六页，共四十八页平巷钻车的组成平巷钻车的组成凿岩钻车钻臂8的运动方式为直角坐标式。利用摆臂油缸12可使转柱套及铰接在其上的钻臂8与支臂油缸19绕转柱10的轴线左右摆动；利用支臂油缸可使钻臂绕铰点上下摆动，从而使用托架5铰接在钻臂前端的推进器4作上下左右的摆动。推进器亦可借助俯仰油缸20和摆角油缸6 作俯仰和左右摆动运动。推进器可使安装在推进器滑架上的液压凿岩机前进或后退。凿岩时，推进器将给凿岩机以足够的推进力。借助由支臂油缸、推进器俯仰角油缸和摆角油缸以及相应的液压控制系统等组成的液压平移机构，可以获得相互平行的钻孔。单独控制

6、俯仰油缸和摆角油缸时，可钻凿具有一定角度的倾斜孔。通过翻转油缸使推进器绕油缸的轴心线翻转，以便获得靠近巷道两侧和底部的钻孔。由于上述各机构的相互配合，即可在巷道断面内的任何部位钻凿各种方向的钻孔。在推进器的前方安有钎杆托架2和顶尖3，借以保持推进器工作时的稳定性。补偿油缸7可使顶尖始终与工作面保持接触。在钻车车体上还布置着油箱与油泵站、操纵台、车架与行走装置、以及液压、供电、供水、供气等系统。为使车体在工作时保持平衡与稳定，在车体上还装有前后支腿18与15。本讲稿第七页，共四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：工作机构有推进器、钻臂、回转机构、平移机构等本讲稿第八页，共四十八页二二

7、 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：推进器推进器:推进器的作用是:在准备开孔时，使凿岩机能迅速地驶向(或退离)工作面，并在凿岩时给凿岩机以一定的轴推力。推进器的运转应是可逆的。推进器产生的轴推力和推进速度应能任意调节，以便使凿岩机在最优轴推力状态下工作。1.钢绳活塞式 2.风马达活塞式 3.气动螺旋副式本讲稿第九页，共四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：钻臂钻臂钻臂钻臂:钻臂是支撑凿岩机的工作臂。钻臂的结构和尺寸、钻臂动作的灵活性和可靠性等，都将影响钻车的适用范围及其生产能力。按照钻臂的动作原理:有直角坐标、极坐标和复合坐直角坐标、极坐标和复合坐标标三种。本讲稿第十页，共四十八

8、页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：直角坐标钻臂直角坐标钻臂为了满足钻孔布置的要求，直角坐标钻臂直角坐标钻臂应具有钻臂的升降和水平摆动、托架(推进器)的俯仰和水平摆动及推进器的补偿运动等基本动作。这些动作分别由支臂油缸19、摆臂油缸12、俯仰角油缸20、托架摆角油缸6和补偿油缸7来实现。简单,直观有死角本讲稿第十一页，共四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：极坐标钻臂极坐标钻臂按布孔的要求，只需使钻臂2升降和旋转。托架4俯仰和推进器5补偿即可实现。钻臂2可以围绕安在车架前端的某一水平轴线旋转360。支臂油缸3改变钻臂与水平面的夹角。极坐标钻臂的结构和操作程序均有所简化，油缸

9、数亦有所减少。这种钻臂可用以钻凿直线掏槽孔，亦可钻贴近顶板、底板和侧壁处钻孔，从而大大地减少凿岩盲区。操作时直观性较差，司机看不到钎杆的运转情况，不易及时发现和处理凿岩时发生的故障。仍存在着一定的凿岩盲区。油缸少,直观性差本讲稿第十二页，共四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：复合坐标钻臂复合坐标钻臂复合坐标钻臂综合了直角坐标钻臂和极坐标钻臂两者的特点，它既能钻凿正面孔，又能钻凿两侧任意方向的钻孔和垂直向上的锚杆孔及采矿用孔。它有主副两个钻臂4和6。借助齿轮油缸1、支臂油缸2、摆臂油缸3和俯仰角油缸5等的调幅动作，可以钻出所需要的钻孔。可以克服凿岩盲区。综合性能好本讲稿第十三页，共

10、四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：回转机构回转机构:摆动式转柱螺旋副式转柱螺旋副式转柱螺旋副式转柱螺旋副式转柱极坐标钻臂回转机构极坐标钻臂回转机构极坐标钻臂回转机构极坐标钻臂回转机构本讲稿第十四页，共四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：摆动式转柱:摆动式转柱的结构特点是在转柱轴3 外面有一个可转动的转套2。钻臂下端部和支臂油缸下铰分别铰接于转动套上。当摆臂油缸1伸缩时，使转动套绕轴线转动，从而带动钻臂左右摆动。摆动式转柱结构简单、工作可靠维修方便。直角坐标钻臂用本讲稿第十五页，共四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：螺旋副式转柱螺旋副式转柱:结构特点是

11、转柱本身即是一个内部带有螺旋副的液压油缸极坐标钻臂用本讲稿第十六页，共四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分析：极坐标钻臂回转机构极坐标钻臂回转机构:极坐标钻臂回转机构采用齿条传动活塞油缸结构。由轴齿轮5、活塞杆齿条6、油缸2、液压锁1和回转机构外壳等构成。钻臂借助联接器与中空齿轮5相联，当向油缸一侧供油时，随着活塞的移动，通过齿条使齿轮转动，从而带动钻臂转动。为平衡齿轮的受力状态和提高其运转的稳定性多采用双缸结构。这种回转机构的主要特点是机构紧凑、外形尺寸小、运转工作平稳而灵活，钻臂可绕自身轴线旋转360。复合坐标钻臂用本讲稿第十七页，共四十八页二二 钻车工作机构分析：钻车工作机构分

12、析：在钻车中常用的平移机构有机械式平移机构和液压平移机构两大类。属于机械式平移机构的有:剪式、平面四连杆式和空间四连杆式等几种;属于液压平移机构的有无平移引导缸式和有平移引导缸式等。剪式平移机构因外形尺寸较大、机构繁冗和凿岩盲区较大，故巳被淘汰。推进器平移机构本讲稿第十八页，共四十八页平面四连杆式平移机构平面四连杆式平移机构 常用的有内四连杆式和外四连杆式两种。两者工作原理相同。只是因四连杆机构安装在钻臂的内部或外部而有所区别。当钻平行孔时，只需将俯仰油缸3处于中间位置即可。当钻倾斜钻孔时，只需向俯仰油缸3的任一侧输入压力油，使连杆2伸长或缩短，即可获得相对应的向上或向下的倾斜钻孔。此时，因A

13、B=CD、BC=AD，构成四边形ABCD的四个连杆实质上是一个平行四边形杆件系统。其中AB杆垂直于车架，CD杆垂直于推进器水平轴线。当通过支臂油缸4使钻臂升降时，AB杆与CD杆始终保持平行，使推进器的轴线亦始终保持平行状态，从而获得一组相互平行的钻孔。本讲稿第十九页，共四十八页空间四连杆平移机构空间四连杆平移机构 由MP、NQ、OR三根相互平行而长度相等的连杆，通过球铰与两个三角形端面相连接，从而构成一个棱柱形体的空间四连杆平移机构，该棱柱体即是钻臂。当钻臂在支臂油缸作用下升降时，利用棱柱体的两个三角形端面始终保持平行的原理，铰接的活动端使推进器始终在垂直平面与水平平面内平移。国产BYC-1钻

14、车即采用这种平移机构。本讲稿第二十页，共四十八页液压平移机构液压平移机构 使平移引导油缸2与俯仰油缸5两者作并联连接。当钻臂1在支臂油缸4作用下升起(落下)一个角度时，平移引导油缸2的活塞杆即被拉出(缩回)。此时，引导缸某腔中的压力油经油路将排入俯仰油缸的相联通的腔中，并使后者的活塞杆缩回(伸出)，从而使推进器下俯(上仰)角。在设计时，通过合理地确定两油缸的安装位置，即可得到如下关系：本讲稿第二十一页，共四十八页无平移引导油缸的液压平移机构无平移引导油缸的液压平移机构 这种机构的工作原理是在设计时，严格控制支臂油缸在钻臂和回转支座上的安装尺寸与俯仰角油缸在钻臂和托架上的安装尺寸之间保持一定的比

15、例，并通过相应的油路系统以实现 液压平移机构的优点是结构筒单、尺寸小、重量轻和工作可靠，且适用于各种不同结构的大、中和小型钻臂，平移精度较高。本讲稿第二十二页，共四十八页液压锁本讲稿第二十三页，共四十八页三三 全液压凿岩钻车液压系统全液压凿岩钻车液压系统本讲稿第二十四页，共四十八页DZ10型全液压掘进钻车型全液压掘进钻车DZ型全液压掘进钻车湖北省科技攻关项目,主要用于引水隧道、地质坑探以及小断面矿山巷道掘进，适用断面为4-10m，钻孔直径27-42mm。首批产品已销往国外。本讲稿第二十五页，共四十八页DZ10型全液压掘进钻车外形轮廓图型全液压掘进钻车外形轮廓图 本讲稿第二十六页，共四十八页DZ

16、10型掘进钻车型掘进钻车主要技术规格主要技术规格 整整车车总重：2.5t总长：6.8m总宽：1.35m用电瓶车拖行：用电瓶车拖行：轨距600mm动动力力油泵电动机：18.5kW空压机：1.5kW加压水泵：1.5kW电压：380V照明系统24V钻钻臂臂型号：AB321回转：左右180升角：55降角：16摆动：左右各30推推进进器器俯仰：仰角15；俯角45摆角：左右各45推进长度：3000mm补偿长度：1500mm推进形式：油缸-钢丝绳钻杆长度：2600mm液压凿岩机液压凿岩机型号：DZYG25冲击压力：18.5MPa冲击频率：50Hz钻孔直径：27-42mm最大回转压力：10MPa本讲稿第二十七

17、页，共四十八页CLJY12.1覆带式全液压凿岩钻车覆带式全液压凿岩钻车 本讲稿第二十八页，共四十八页CLJY12.1主要技术性能主要技术性能 油泵电动机：45kW 空压机：1.5kW 加压水泵：1.5kW电压：380V照明系统：24V钻杆长度：2600mm型号：AB321回转：左右各180升角：55 降角：16摆动：左右各30俯仰：仰角15 俯角105 摆角：左右各45 推进长度：2100mm 补偿长度：1500mm推进形式：油缸钢丝绳 型号：DZYG38B冲击压力：21MPa冲击流量：80L/min冲击功率：15kW 钻孔直径：45-100mm回转流量：48L/min回转压力最大：10MPa

18、前部两个液压千斤顶动 力钻 臂推 进 器液压凿岩机稳车本讲稿第二十九页，共四十八页CLJY12.2全液压履带式掘进钻车全液压履带式掘进钻车 CLJY12.2全液压钻车外形轮廓图 本讲稿第三十页，共四十八页CLJY12.2主要技术性能主要技术性能 整整 机机 性性 能能 总重：19.5t 总长：11400mm 总宽：1700mm 总高：2250mm底底 盘盘 最大行走速度：1.2km/h 爬坡能力：10最小离地间隙：316mm钻钻 臂臂 自重：2380kg总长：7450mm 伸缩长度：1600mm钻臂摆动角度：左右各50钻臂举升角度：向上57 向下55靠帮角度：4补偿角度：1750mm推推 进进

19、 器器自重：360kg总长：5295mm钎杆长度：3660mm最大推进力：1270kg推进器俯仰角度：向上57 向下55推进器摆动角度：左右各60推进器翻转角度：180本讲稿第三十一页，共四十八页CTJY12.1全液压凿岩钻车全液压凿岩钻车 CTJY12.1技术参数技术参数底盘DC10钻臂1BUT25推进器1BMH1200凿岩机1COP1032总功率50kWCTJY12.1全液压凿岩钻车工作断面图 本讲稿第三十二页，共四十八页CTJY12.3全液压凿岩钻车全液压凿岩钻车 本讲稿第三十三页，共四十八页CTJY12.3全液压凿岩钻车全液压凿岩钻车 本讲稿第三十四页，共四十八页CTJY12.3技术参

20、数技术参数总重32t总长13m、宽2.6m、高(顶棚最低)3.0m液压凿岩机液压凿岩机DZYG38B3台、机重150kg冲击频率40-60Hz钎杆扭矩500Nm液压钻臂液压钻臂AB7413支伸缩长度1600mm液压推进器液压推进器AT15413支推进长度4005mm、延伸长度1600mm液压工作平台液压工作平台AF3211支伸缩长度4000mm、最大载重500kg底盘底盘发动机VOLVOTD60D功率117kw爬坡能力1:4转弯半径9.4m液压动力站液压动力站总功率345kW最大压力25MPa空压机空压机功率7.5kW工作气压0.4-0.65MPa电压等级电压等级380V/50Hz本讲稿第三十

21、五页，共四十八页3.3 凿岩钻车的选择凿岩钻车的选择考虑考虑技术水平经济指标分析对比择优选用合理性和先进性设备投资能源消耗材料消耗维修管理设备折旧所有费用换算成每钻一米钻孔时所需的费用设备的先进性对凿岩爆破工艺要求的适应性凿岩速度快、工作稳定可靠、结构简单、便于操作和维修 满足各种凿岩爆破工艺对钻孔布置和深度的要求，以及巷道断面尺寸和运输方式等方面的要求本讲稿第三十六页，共四十八页生产率计算和凿岩机台数的确定生产率计算和凿岩机台数的确定 凿岩钻车每班生产率计算 钻车上同时工作的凿岩机台数 纯工作时间，min 钻进速度，其值与钻车构造有关，cm/min 凿岩机的时间利用系数 时间利用系数K是凿岩

22、机纯工作时间与每个掘进循环中凿岩工序所占时间的比值(%)，它与钻臂结构、推进器行程、岩石物理机械性质及操作技术熟练程度等有关。见表33。凿岩钻车上安装凿岩机的台数，亦即选用带有几台凿岩机的钻车，主要根据工作面尺寸和所需钻孔总深度来确定。凿岩机类型及台数的确定 所需钻孔数 每班所钻孔的平均深度，m 所需钻孔的总深度，m；L=Zh 本讲稿第三十七页，共四十八页3.4 采矿凿岩钻车采矿凿岩钻车采矿凿岩钻车是为适应无底柱分段崩落采矿法的需要而研制的、在采矿场中进行凿岩的钻车。采矿钻车的应用可以提高采矿工效，加快回采速度，也可以促使改进采矿工艺，提高资源回收率。这些钻车大都具有行走方便、移位迅速、布孔准

23、确、凿岩稳定、劳动强度小和凿岩工效高等特点。国产采矿凿岩钻车的技术特征见表3-4。本讲稿第三十八页，共四十八页CTCY12.1全液压采矿钻车全液压采矿钻车 本钻车用于井下采矿钻凿上向平行及扇形炮孔。运输状态长度4100mm重量5t宽度 1810mm最大推进行程1400mm运输状态宽度2430mm最大工作压力21MPa最小转弯半径 内 5.4m巷道最小断面（高宽）2.8m2.5m外 7.2m 钻孔直径45100最大孔深35m20m本讲稿第三十九页，共四十八页采矿台车本讲稿第四十页，共四十八页JSZY-90M隧道凿岩机器人隧道凿岩机器人本讲稿第四十一页，共四十八页JSZY-90M隧道凿岩机器人隧道

24、凿岩机器人 本讲稿第四十二页，共四十八页关键技术关键技术“隧道凿岩机器人”是国家“863计划”重大项目产业化的目标产品，是一种机、电、液一体化的智能凿岩设备，主要应用于铁路、公路、水电、矿山等基本建设领域中隧道的开挖。本公司在项目产品研制中，自主开发的SUNWARD智能控制系统、液压系统和特殊机构等关键技术，集成度高、创新性强，主要技术性能指标达到国外同类产品先进水平。该产品填补了国内空白，已列入国家“工程机械 十五重点发展方向”目录。与传统的隧道开挖设备相比，具有如下优点：有效提高爆破断面精度，减少施工中的“超挖”、“欠挖”量，大幅度降低隧道开挖成本；极大地改善劳动条件；减少辅助时间，显著提

25、高施工效率25%左右；提高爆破效率5%以上此前，该产品我国完全依赖进口，每台折合人民币12001500万元。现我国已开始小批量生产，有力地打破进口产品在该领域一统中国的局面，对促进民族大型工程机械的发展，改善我国隧道开挖现状，具有十分重要的意义。本讲稿第四十三页，共四十八页技术参数技术参数 项项目目 参参数数/说说明明整机形式 伸缩式门架结构工作臂数2个工作臂移位方式直接定位方式工作臂驱动方式电液比例驱动 推进方式 链式推进凿岩功率（电动）552=110kW 配套液压凿岩机COP1238同类型排渣方式高压水冲洗一次钻孔深度3900mm辅助作业臂数1个辅助臂方式控制室操作与吊篮内操作任意选择行走

26、方式4轨3线制轨轮行走工作模式 手动操作、电脑导向、自动移位任意切换机载计算机由上/下位机组成 车体定位方式 激光经纬仪、坐标自动转换本讲稿第四十四页，共四十八页技术参数工作臂校准方式 以车体上安装的激光束为基准，定期校准消除机构变形、传感器信号变化引起的误差或传感器新安装时产生的基零变化 适用隧道断面 最高 8500mm最宽 12000mm位姿特性位置准确度（偏差圆半径）50mm资态准确度（偏差圆锥角）0.3整机尺寸（长宽高）工作状态 17350mm4400mm5540mm运输状态 14130mm3400mm3000mm 整机质量39500kg本讲稿第四十五页，共四十八页典型图例典型图例本讲稿第四十六页，共四十八页典型图例典型图例本讲稿第四十七页，共四十八页思考题本讲稿第四十八页，共四十八页