1、第十二章 鉆孔機械,鉆孔機械主要用在巖巷掘進的鉆眼爆破法工作面中鉆鑿炮眼，是鉆孔施工中所使用的孔內(nèi)機具，主要指鑿眼機的釬頭、釬桿和鉆機的鉆頭、鉆桿等。,主要內(nèi)容： 第一節(jié) 鑿巖機 第二節(jié) 鑿巖臺車 重點：氣動鑿巖機的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。,第一節(jié) 鑿巖機,一、 氣動鑿巖機,氣動鑿巖機結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用安全，在煤礦中應(yīng)用較早且比較廣泛。按操作方式的不同，氣動鑿巖機分為手持式、支腿式和導(dǎo)軌式等幾種類型。支腿式氣動鑿巖機用支腿支撐和推進，可減輕勞動強度，提高鉆孔效率，使用廣泛。支腿式氣動鑿巖機的外形結(jié)構(gòu)如圖12-2所示，,鑿巖機是以沖擊破碎原理進行工作，如圖12-1所示。,圖12-2支腿式氣動鑿

2、巖機外形結(jié)構(gòu) 1-釬桿；2-鑿巖機；3-注油器； 4-水管；5-風管；6-支腿,圖12-1 鑿巖機鉆孔原理 1-鑿巖機缸體；2-活塞；3-釬桿；4-釬頭,按動力類型不同，鑿巖機分為氣動、液壓、電動和內(nèi)燃鑿巖機四類。,1.沖擊配氣機構(gòu),（1）被動閥配氣機構(gòu) 被動閥配氣機構(gòu)依靠活塞往復(fù)運動壓縮前后腔氣體形成氣墊，推動配氣閥變換位置。配氣閥的動作原理分沖擊和返回兩個行程，如圖12-3所示。壓縮空氣按圖（a）所示的箭頭方向進入氣缸后腔4推動活塞5進入沖擊行程，當活塞5行進到關(guān)閉排氣孔時，氣缸前腔7成為密封腔，其壓力隨活塞的前移而上升，此壓力通過氣孔作用于配氣閥3后腔；當壓力超過壓縮空氣壓力時配氣閥3換

3、位，壓縮空氣按（圖b）箭頭方向進入前腔，使活塞返回，待活塞關(guān)閉排氣口6后，后腔壓力上升，又推動配氣閥3換位。,圖12-3 環(huán)狀閥配氣機構(gòu) 1-壓氣入口；2-氣道；3-配氣閥；4-氣缸后腔；5-活塞；6-排氣口；7-氣缸前腔；8-氣路通道,沖擊配氣機構(gòu)是氣動鑿巖機實現(xiàn)活塞往復(fù)運動以沖擊釬尾的機構(gòu)。常用的配氣機構(gòu)有被動閥配氣機構(gòu)、控制閥配氣機構(gòu)和無閥配氣機構(gòu)三種類型。,（2）控制閥配氣機構(gòu) 控制閥配氣機構(gòu)中的壓縮空氣通過控制氣路推動配氣閥換向，其耗氣量比被動閥配氣機構(gòu)要小，結(jié)構(gòu)原理如圖12-4所示。沖擊行程開始時，壓縮空氣按圖 (a)箭頭方向進入氣缸后腔，推動活塞向前運動。當活塞越過控制氣孔時，一

4、部分壓縮空氣進入后腔室2，推動閥變換位置，此時前室10的廢氣從小孔逸入大氣。當活塞越過排氣孔7時，后腔室與大氣相通，活塞靠慣性沖擊釬尾。沖擊行程結(jié)束也是返回行程的開始，此時壓縮空氣由圖（b）箭頭方向進入氣缸前腔室，推動活塞反向運動?；钊竭^控制氣孔時，一部分壓縮空氣進入前腔室10，并推動閥變換位置，后腔室2的廢氣經(jīng)小孔逸入大氣。當活塞越過排氣口后，氣缸前腔室與大氣相通，返回行程結(jié)束。,圖12-4 控制閥配氣機構(gòu) 1-閥套；2-后腔室；3-閥柜；4-控制閥；5、11-通入氣小孔；6、8-控制氣孔；7-排氣孔；9-氣孔；10-前腔室,（3）無閥配氣機構(gòu) 無閥配氣機構(gòu)沒有獨立的配氣閥，靠活塞在運動過

5、程中的位置變換實現(xiàn)配氣，分活塞尾桿配氣和活塞大頭配氣兩種形式?；钊矖U配氣機構(gòu)如圖12-5所示，沖擊行程開始時，壓縮空氣按圖(a)所示箭頭方向經(jīng)柄體1、配氣體2進入氣缸3后腔，此時氣缸3前腔與大氣相通，活塞4向前運動。在活塞4的配氣桿關(guān)閉進氣孔后，活塞4在自身慣性作用下仍然向前滑行，并以很高的速度沖擊釬尾，完成沖擊行程。此時，配氣尾桿打開配氣體上的回程氣孔，壓縮空氣按圖(b)箭頭方向進入氣缸3前腔，活塞4開始返回。,圖12-5 活塞尾桿配氣機構(gòu) 1-柄體；2-配氣體；3-氣缸； 4-活塞；5-排氣口；6-導(dǎo)向套,2.轉(zhuǎn)釬機構(gòu),（1）內(nèi)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)釬機構(gòu) 內(nèi)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)釬機構(gòu)如圖12-6所示，內(nèi)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)釬機構(gòu)

6、多用于輕型手持式或支腿式氣動鑿巖機。,圖12-6 內(nèi)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)釬機構(gòu) 1-棘輪；2-棘爪；3-螺旋棒；4-活塞； 5-轉(zhuǎn)釬套；6-釬尾套；7-釬桿,轉(zhuǎn)釬機構(gòu)是使氣動鑿巖機釬桿回轉(zhuǎn)的機構(gòu)，有內(nèi)回轉(zhuǎn)和外回轉(zhuǎn)兩種類型。,（2）外回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)釬機構(gòu) 外回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)釬機構(gòu)又稱獨立回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)釬機構(gòu)，是由獨立的氣動馬達經(jīng)齒輪減速驅(qū)動釬桿轉(zhuǎn)動，具有轉(zhuǎn)速可調(diào)、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)動方向可變等特點，多用于重型導(dǎo)軌式氣動鑿巖機。,3.排屑機構(gòu),潤滑機構(gòu)是向鑿巖機各運動零件注潤滑油，以保證正常鑿巖作業(yè)的機構(gòu)。一般在進氣管上安裝一臺自動注油器，實現(xiàn)自動注油，油量大小可用調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)。壓縮空氣進入注油器后，對潤滑油施加壓力，在高速氣流的作用下，潤滑油

7、形成霧狀，在含潤滑油的壓縮空氣驅(qū)動鑿巖機的同時，各運動零件被潤滑。,排屑機構(gòu)是用水沖洗、排出孔內(nèi)巖屑的機構(gòu)。鑿巖機驅(qū)動后，壓力水經(jīng)水針進入釬桿中心孔直通炮孔底，與此同時有少量氣體從螺旋棒或花鍵槽經(jīng)釬桿滲入炮孔底部，與沖洗水一起排出孔底巖屑。在鑿深孔和向下鑿孔時，孔底的巖屑不易排出，可扳動鑿巖機的操作手柄到“強吹”位置，使鑿巖機停止沖擊，停止注水，壓縮空氣按強吹氣路從操縱閥孔進入，經(jīng)過氣缸氣孔、機頭氣孔、釬桿中心孔滲入孔底，把巖屑泥水排出。,4.潤滑機構(gòu),二、 液壓鑿巖機,液壓鑿巖機是以循環(huán)高壓油為動力，以沖擊回轉(zhuǎn)方式驅(qū)動釬桿、釬頭，在巖體中鑿孔。與氣動鑿巖機相比，液壓鑿巖機具有能量消耗少、鑿巖

8、速度快、效率高、噪聲小、易于控制、鉆具壽命長等優(yōu)點，但對零件的加工精度和使用維護技術(shù)要求較高。它一般安裝在鑿巖臺車的液壓鉆臂上工作，可鉆鑿任何方向的炮孔，鉆孔直徑通常為3065mm。 按操作方式分，液壓鑿巖機有支腿式和導(dǎo)軌式兩類；按重量分，液壓鑿巖機分輕型（50kg以下）、中型（50100kg）和重型（100kg以上）三類。 如圖12-7所示，液壓鑿巖機由沖擊機構(gòu)1、蓄能機構(gòu)5、轉(zhuǎn)釬機構(gòu)3和排屑機構(gòu)等部分構(gòu)成。,圖12-7 液壓鑿巖機外形結(jié)構(gòu) 1-沖擊機構(gòu)；2-機頭；3-轉(zhuǎn)釬機構(gòu)；4-轉(zhuǎn)釬進油口；5-蓄能器； 6-沖擊進油口,1.沖擊機構(gòu),（1）單腔回油套閥式?jīng)_擊機構(gòu) 單腔回油套閥式?jīng)_擊機構(gòu)原

9、理如圖12-8所示，沖擊由回程、回程換向、沖程及沖程換向四個過程組成。 回程（圖a）： 回程換向（圖b）： 沖程（圖c）：。 沖程換向（圖a）：,圖12-8 單腔回油套閥式?jīng)_擊機構(gòu)原理 1-釬尾；2-活塞；3-前腔受壓面；4-套閥；5-控制油口；6-后腔受壓面；7-低壓回油口；8-液壓缸后腔；9-低壓回油；10-高壓回油；11-蓄能器；12-配油腔；13-液壓缸前腔,沖擊機構(gòu)按配油機構(gòu)分為有閥式和無閥式兩種。有閥式?jīng)_擊機構(gòu)由活塞、缸體和配流閥等組成。 多數(shù)液壓鑿巖機采用單腔回油套閥式、單腔回油柱閥式和雙腔回油柱閥式等沖擊機構(gòu),（2）單腔回油柱閥式?jīng)_擊機構(gòu) 單腔回油柱閥式?jīng)_擊機構(gòu)如圖12-9所示

10、，沖擊動作原理與單腔回油套閥式?jīng)_擊機構(gòu)相似，只是配油閥不同。,圖12-9 單腔回油柱閥式?jīng)_擊機構(gòu)原理 1-釬尾；2-活塞；3-前腔受壓面；4-液壓缸前腔；5-配油腔；6-液壓缸后腔；7-后腔受壓面；8-低壓回油口；9-控制油口；10-柱閥； 11-蓄能器；12-高壓進油；,（3）雙腔回油柱閥式?jīng)_擊機構(gòu) 雙腔回油柱閥式?jīng)_擊機構(gòu)活塞兩端直徑相同，由配油柱閥控制，前后腔交替進油和回油，實現(xiàn)活塞往復(fù)沖擊運動，沖擊動作原理如圖12-10所示。 沖擊：如圖（a）所示，壓力油從P口進入，通過柱閥、主油路到活塞后腔，前腔油液經(jīng)過主油路柱閥回油箱?；钊诤笄粔毫τ妥饔孟麻_始沖程，當把活塞后端控制油孔打開時，高壓

11、油經(jīng)后端控制油路推動柱閥左移換向，同時活塞沖擊釬尾。 回程：如圖（b）所示，壓力油經(jīng)柱閥主油路進入活塞前腔，活塞后腔回油，經(jīng)主油路柱閥回到油箱，活塞開始回程。當打開調(diào)節(jié)塞的油孔時，高壓油經(jīng)前端控制油路進入柱閥左端油室，推動柱閥右移換向，柱閥換向后高壓油進入后腔，使沖擊活塞減速停止并進入下一個沖擊行程。,圖12-10 雙向回油柱閥式?jīng)_擊機構(gòu)原理 1、5-主油路；2、6、7、9-控制油路；3、4-回油油路；8、10-柱塞左右油室；A-調(diào)節(jié)塞；B-活塞；C-柱閥；D-高壓蓄能器；E-回油蓄能器,2.蓄能機構(gòu),液壓鑿巖機大都采用一個或兩個隔膜式蓄能器，主要作用是蓄能和穩(wěn)壓。在沖擊機構(gòu)的高壓側(cè)裝有蓄能器

12、，將回程過程中多余的流量以液壓能形式儲存于蓄能器中，待沖擊行程時釋放出來。蓄能器還能吸收液壓系統(tǒng)的脈動和振動能量。 緩沖裝置多采用液壓緩沖機構(gòu)，如圖12-11所示。,圖12-11 液壓緩沖器的結(jié)構(gòu) 1-釬桿；2-反沖套筒；3-緩沖器外殼； 4-高壓油路；5-反沖活塞；6-沖擊錘,3.轉(zhuǎn)釬機構(gòu),4.排屑機構(gòu),轉(zhuǎn)釬機構(gòu)分內(nèi)、外回轉(zhuǎn)式兩種，其結(jié)構(gòu)原理基本與氣動鑿巖機相同。,排屑機構(gòu)有中心供水和側(cè)式供水兩種形式。中心供水式排屑機構(gòu)與氣動鑿巖機相同，沖洗水從后部通過水針進入釬桿、釬頭流入孔底，沖洗水壓為0.30.4MPa，多用于輕型液壓鑿巖機。側(cè)式供水式排屑機構(gòu)的沖洗水直接從鑿巖機機頭水套進入釬尾、釬桿

13、和釬頭。這種結(jié)構(gòu)水路短，密封可靠，水壓高（1.01.2MPa），沖洗、排屑效果好，多用于導(dǎo)軌式液壓鑿巖機。,三、 電動鑿巖機,偏心塊式鑿巖機結(jié)構(gòu)如圖12-12所示，沖擊機構(gòu)為具有兩個自由度的連桿機構(gòu)。電動機通過滑槽帶動偏心塊高速轉(zhuǎn)動。偏心塊與滑槽之間由滾輪連接，偏心塊除可以轉(zhuǎn)動外，還能與沖擊錘一起沿鉆進軸線移動。偏心塊高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力分力，帶動沖擊錘往復(fù)運動，實現(xiàn)沖擊動作。,圖12-12 偏心塊式電動鑿巖機 1-電動機；2-滑槽；3-滾輪；4-偏心塊；5-沖錘；6-棘輪轉(zhuǎn)釬機構(gòu)；7-轉(zhuǎn)釬套；8-釬桿；9-氣室,電動鑿巖機是由電動機通過機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)驅(qū)動釬桿、釬頭，以沖擊回轉(zhuǎn)方式在巖體中鑿孔。一

14、般用于小型煤礦的巷道鑿孔，鑿孔直徑3243mm，鑿孔深度11.5m，最大孔深4m。 按推進方式分，電動鑿巖機有手持式和支腿式兩種類型，手持式又稱電錘，由人工手持推進；按沖擊機構(gòu)分，電動鑿巖機有偏心塊式和壓氣活塞式兩種類型。,1.偏心塊式電動鑿巖機,2.壓氣活塞式電動鑿巖機,壓氣活塞式電動鑿巖機傳動機構(gòu)為單級帶惰輪的直齒輪傳動，由它帶動曲柄連桿、壓氣活塞，使沖擊活塞重復(fù)動作沖擊釬尾做功。沖擊機構(gòu)為曲柄連桿壓氣活塞，動作原理如圖12-13所示。 其工作循環(huán)如下： （1）啟動（圖a）。 （2）回程加速（圖b）。 （3）配氣（圖c）。 （4）回程減速（圖d）。 （5）沖擊加速。,圖12-13 壓氣活塞

15、式電動鑿巖機沖擊原理 1-曲柄；2-連桿；3-壓氣活塞； 4-沖擊活塞5-缸體；6-釬桿,四、 內(nèi)燃鑿巖機,圖12-14 內(nèi)燃鑿巖機工作原理 1-曲柄；2-連桿；3-發(fā)動機活塞；4-進氣閥；5-燃燒室；6-沖擊錘；7、9-排氣閥；8-環(huán)形空間；10-壓氣室；11、12-進氣閥；13-火花塞；14-排氣閥,內(nèi)燃鑿巖機是一種以小功率（多為二沖程汽油機）為動力的新型鑿巖機械，可用在沒有其他動力的野外作業(yè)。 內(nèi)燃鑿巖機的結(jié)構(gòu)原理如圖12-14所示,第二節(jié) 鑿巖臺車,一、 結(jié)構(gòu)原理,鑿巖臺車又稱鉆車，是支撐、推進和驅(qū)動一臺或多臺鑿巖機實施鉆孔作業(yè)，并具有整機行走功能的鑿巖設(shè)備，用于礦山巷道掘進及其他隧道

16、施工。,圖 12-15鑿巖臺車 1-鉆臂；2-鑿巖機；3-行走機構(gòu)；4-操作臺；5-動力源,如圖12-15所示，鑿巖臺車主要由鑿巖機2、鉆臂1（包括推進器）、行走機構(gòu)3、操作臺4、控制系統(tǒng)和動力源5（泵站）等組成。,二、 部件結(jié)構(gòu),圖 12-16液壓缸式推進器的結(jié)構(gòu) 1-導(dǎo)繩輪；2-推進液壓缸；3-托盤；4-活塞桿； 5-調(diào)節(jié)裝置；6-鋼絲繩；7-導(dǎo)軌,1.推進器,推進器用來使鑿巖機移近或退出工作面，并提供鑿巖時所需的軸向推力。根據(jù)鑿巖工作的需要，推進器產(chǎn)生的軸向推力的大小和推進速度應(yīng)能調(diào)節(jié)，以使鑿巖機在最優(yōu)軸向推力下工作。按工作原理不同，推進器有螺旋式、液壓缸式和鏈式三種類型。 圖12-16

17、所示是液壓缸式推進器的結(jié)構(gòu)。,圖 12-17直角坐標式鉆臂 1-擺臂液壓缸；2-鉆臂座；3-轉(zhuǎn)軸；4-鉆臂液壓缸；5-鉆臂旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；6-鉆臂；7-俯仰液壓缸；8-擺角液壓缸；9-托盤；10-推進器；11-鑿巖機；,2.鉆臂,鉆臂對臺車動作的靈活性、可靠性及生產(chǎn)率有很大影響。按結(jié)構(gòu)及運動方式的不同，鉆臂有直角坐標式和極坐標式兩類。,（1）直角坐標式鉆臂 如圖12-17所示，直角坐標式鉆臂主要由臂桿、推進器、自動平行機構(gòu)和各個起支撐作用的支撐缸等組成。它利用鉆臂液壓缸和擺臂液壓缸使鉆臂上下左右按直角坐標位移的運動方式確定孔位。鉆臂上裝有翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，推進器在翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的推動下可繞臂桿軸線旋轉(zhuǎn)任意角度。推

18、進器還可通過俯仰液壓缸和擺角液壓缸靈活調(diào)整鉆孔的角度和位置。直角坐標式鉆臂操作程序多，定位時間長，但其結(jié)構(gòu)簡單，適用于鉆鑿各種縱橫排列的炮孔。,圖 12-18極坐標式鉆臂 1-回轉(zhuǎn)機構(gòu)；2-擺臂液壓缸；3-平行液壓缸；4-鉆臂液壓缸；5-臂桿；6-俯仰液壓缸；7-擺角液壓缸；8-托盤；9-推進器,（2）極坐標式鉆臂 如圖12-18所示，極坐標式鉆臂主要由臂桿、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、推進器、自動平行機構(gòu)和各個起支撐作用的支撐缸等組成，利用鉆臂后部的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，可使整個鉆臂繞后部軸線旋轉(zhuǎn)360。鉆臂液壓缸調(diào)節(jié)鉆臂夾角，以調(diào)節(jié)鉆臂投影到工作面上的旋轉(zhuǎn)半徑。巖孔的位置由旋轉(zhuǎn)半徑和鉆臂旋轉(zhuǎn)角度來確定。極坐標式鉆臂確定孔位操作程序少，定位時間短，便于鉆鑿周邊孔，但對操作程序要求比較嚴格，司機操作的熟練程度對定位時間影響較大。,圖 12-19液壓自動平行機構(gòu) 1-回轉(zhuǎn)支座；2-平行液壓缸；3-鉆臂液壓缸； 4-鉆臂；5-俯仰液壓缸；6-托盤,3.平行機構(gòu),為了提高破巖效果，現(xiàn)代鑿巖機廣泛采用直線掏槽法作業(yè)，因而要求臺車能鉆鑿出平行炮眼，即鉆臂在改變位置時要求推進器始終和初始位置保持平行。在鑿巖臺車上采用液壓平行機構(gòu)可以滿足此要求。 液壓平行機構(gòu)如圖12-1