鑿巖機(jī)釬頭防卡釬原理及防治原理

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1、謝洛陽理工學(xué)院液壓鑿巖鉆車釬頭以及卡釬的原理與防治班級(jí)：B090604學(xué)號(hào)：B09060425姓名：張鵬液壓鑿巖鉆車是用于鉆鑿炮孔的一種設(shè)備，它的核心部件是具有沖擊和轉(zhuǎn)釬兩大功能的液壓鑿巖機(jī)。鉆車液壓系統(tǒng)提供的壓力油驅(qū)動(dòng)鑿巖機(jī)轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)的液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)釬桿和釬頭旋轉(zhuǎn)；同時(shí)在壓力油作用下，活塞做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種高頻往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)作用于轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)的釬尾末端，通過釬桿把沖擊能傳遞到釬頭。推進(jìn)油缸也在液壓系統(tǒng)作用下，把整個(gè)液壓鑿巖機(jī)沿著導(dǎo)軌向前推進(jìn)，沖擊能被傳遞到巖石上，巖石破碎。釬頭巖石釬頭是直接接觸破碎礦

2、巖部分，要求形狀結(jié)構(gòu)合理，鑿速高,耐磨，強(qiáng)度高，壽命長，排粉性好，修磨方便，成本低，釬頭一般由釬頭體和合金片組成。一般可分為整體釬子和活動(dòng)釬子。整體釬子：傳遞沖擊能量損失小，鑿巖效率高；但修磨時(shí)搬運(yùn)工作量大?；顒?dòng)釬子：可以更換釬頭，提高釬桿的利用率，釬頭修磨時(shí)可減少釬桿的搬運(yùn)量。釬頭形狀（根據(jù)合金片排列和形狀分）：（1）片狀：一字釬頭（制造修理簡單，易卡釬）；I?字釬頭（不易卡釬，多用于中深孔）；X形（炮孔呈圓形，用于中深孔），及其它形狀：二字形，Y形，T形等。（2）球齒釬頭:炮孔圓，巖屑顆粒粗，鑿速

3、高，減少合金片消耗,廣泛推廣使用。釬頭構(gòu)造（1）刃角a，刃角大小與鉆速、耐磨有關(guān)，刃角小，轉(zhuǎn)速高，但不耐磨，用于軟巖；對(duì)于硬巖，a取大值，但a必須小于巖石的自然破碎角（110°）,一般a=100°?110。o（2）隙角卩（圖1）,釬頭體兩側(cè)面的傾角，0過大，易于磨損，過小,易于卡釬，對(duì)合金片釬頭p=3-5°o（3）釬刃的曲率半徑R,R保證合金片兩端不產(chǎn)生應(yīng)力集中和彎曲,R=120-180mm（圖1）（4）排粉槽和吹洗孔：一般布置于釬頭的頂部（圖2）和側(cè)部（圖1）釬頭材料（1）釬頭體要求耐沖擊，抗疲勞破

4、壞，改用40Cr鋼或27?30Si,Mn,Mo,V鋼制造，可減少斷裂，漲褲現(xiàn)象。（2）質(zhì)合金片材質(zhì)采用鋁r鉆合金制作，此合金性能具有高硬度，高耐磨性、高抗壓強(qiáng)度，乂有一定的韌性（鉆），抗彎，抗拉強(qiáng)度高。多用YG系列（還有YJ系列），鉆含量高，韌性高，抗沖擊和抗彎強(qiáng)度高，硬度和耐磨性低，故必須根據(jù)巖性選用牌號(hào)，見表2-2（P26）o此外，碳化磚的晶粒對(duì)合金片性能也有影響。合金片形狀有長片狀（用于一字形釬頭，用于硬巖）；短片狀（用于多刃釬頭，適用于裂隙發(fā)育巖石）；柱狀（用于柱齒釬頭，中硬以下的巖石）。在鑿

5、巖作業(yè)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)釬阻力矩M2大于鑿巖機(jī)液壓系統(tǒng)所能提供的最大扭轉(zhuǎn)力矩吋，出現(xiàn)卡釬。盡管目前各種鑿巖控制系統(tǒng)中都設(shè)置有自動(dòng)防卡釬功能，但由于巖石結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，易卡釬地礦段的存在（如裂縫、空洞或者巖石性質(zhì)差異太大的過渡區(qū)），卡釬現(xiàn)象仍無法杜絕?？ㄢF事故一旦發(fā)生，就需要費(fèi)時(shí)處理被卡的釬頭和釬桿，大大影響了鑿巖效率，而在許多情況下，卡釬后是無法排除的，即鉆頭和釬桿卡在孔壁中，向下無法繼續(xù)鉆進(jìn)，向上無法提鉆，因此只能放棄已經(jīng)鉆進(jìn)孔內(nèi)的釬桿和鉆頭，重新另外開孔，增加了鑿巖的直接成本。設(shè)計(jì)一種合理有效的防卡釬系統(tǒng)，對(duì)

6、提高液壓鑿巖設(shè)備工作可靠性具有非常重要的意義。1卡釬機(jī)理和防卡思路液壓鑿巖機(jī)鉆進(jìn)過程中，鉆具所承受的阻力矩M主要有：1）兩次沖擊巖瘤的剪切阻力矩Ml；2）球柱齒端部與孔底巖石摩擦所形成的摩擦阻力矩M2；3）鉆具外緣與鉆孔壁間巖粉摩擦力所形成的分布阻力矩M3o總阻力矩為

7、M2=m1+m2+m3(1)由上式可知，增大鉆機(jī)推進(jìn)油壓P,會(huì)直接導(dǎo)致Ml和M2的增大，使總扭轉(zhuǎn)阻力矩Mz急劇增大。因此，調(diào)節(jié)推進(jìn)力的大小，可直接調(diào)控鉆機(jī)所需輸出的扭轉(zhuǎn)力矩，有效地預(yù)防卡釬。監(jiān)控扭轉(zhuǎn)阻力矩的大小，實(shí)時(shí)地由扭轉(zhuǎn)阻力矩控制推

8、進(jìn)力矩的大小是自動(dòng)防卡釬的基本思路。從式(1)還可看出，當(dāng)采用重沖擊時(shí)，會(huì)使鉆頭弧形齒破碎的巖坑增大,直接使Ml和M3增大，總阻力矩M：增大。因此采用輕沖擊也是減少卡釬發(fā)生的一種有效方法。鑿巖鉆機(jī)捉供的轉(zhuǎn)釬力矩為T,T由回轉(zhuǎn)阻力矩決定，即T=Mz(2)另一方面，轉(zhuǎn)釬力矩可表述為T=咿5_Pb)V(3)式中：軸為機(jī)械效率；P為進(jìn)油腔壓力；Pb為馬達(dá)回油腔壓力;為馬達(dá)排量。rh式⑶可知鑿巖鉆機(jī)輸出扭矩t與系統(tǒng)壓力差p—p呈正比關(guān)系，隨系統(tǒng)油壓壓力差的增大而增大。由式(2)可知扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)油壓的變化又實(shí)時(shí)地反映

9、出扭轉(zhuǎn)阻力矩的變化，因此可用扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)油壓p的變化判斷轉(zhuǎn)釬力和扭轉(zhuǎn)阻力矩的大小。同理，可用鉆機(jī)推進(jìn)油壓p判斷鉆機(jī)推進(jìn)力的大小。Pa和Pb的壓力大小是否超過某一臨界值是進(jìn)行卡釬判斷的根本依據(jù)，本文研究的問題就是針對(duì)不同卡釬的種類來確定這一臨界值。鑿巖鉆孔時(shí)，扭轉(zhuǎn)阻力矩可表述為Mx=GWn需上(4)式中：M2為第一次沖擊接觸時(shí)間內(nèi)釬桿受阻變形的扭矩，G為扭切彈性模量，w為抗扭截面模量，R為釬桿半徑，，z為馬達(dá)轉(zhuǎn)速,z為釬桿長度，t為第一次應(yīng)力波的接觸時(shí)間。由式