第5章牙輪鉆機(jī)

1、 讓人真正得到全面發(fā)展，這是教育理讓人真正得到全面發(fā)展，這是教育理論的核心和本質(zhì)問題；論的核心和本質(zhì)問題； 如何塑造社會(huì)發(fā)展進(jìn)步所需要的人，如何塑造社會(huì)發(fā)展進(jìn)步所需要的人，這是教育的本質(zhì)問題。這是教育的本質(zhì)問題。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 第一節(jié) 牙輪鉆機(jī)的發(fā)展概況牙輪鉆機(jī)的發(fā)展概況第二節(jié) 牙輪鉆頭的類型牙輪鉆頭的類型第三節(jié) 牙輪鉆頭運(yùn)動(dòng)學(xué)及鑿巖原理牙輪鉆頭運(yùn)動(dòng)學(xué)及鑿巖原理第四節(jié) KY250A型牙輪鉆機(jī)型牙輪鉆機(jī)第六節(jié) 牙輪鉆機(jī)的發(fā)展牙輪鉆機(jī)的發(fā)展第五節(jié) 牙輪鉆機(jī)工作參數(shù)的確定牙輪鉆機(jī)工作參數(shù)的確定 我國從1958年

2、起研制牙輪鉆機(jī)，自1976年定型并批量生產(chǎn)HYZ-250C牙輪鉆機(jī)以后，牙輪鉆機(jī)的研制和應(yīng)用迅速發(fā)展起來。首先研制了KY系列牙輪鉆機(jī)，鉆孔范圍為120310mm，有五種機(jī)型，其中KY-250鉆機(jī)已有近五十臺(tái)應(yīng)用于各種大型露天礦，其性能相當(dāng)于美國45-R鉆機(jī)；近年來，又開發(fā)了YZ系列牙輪鉆機(jī)，鉆孔范圍為90380mm，有三種機(jī)型。其中YZ-35、YZ-55鉆機(jī)的性能與美國的同類型產(chǎn)品45-R、60-R鉆機(jī)不相上下，且略高于原蘇聯(lián)同類型鉆機(jī)250MH、C320的水平。當(dāng)前，我國牙輪鉆機(jī)的設(shè)計(jì)、制造水平和鉆孔技術(shù)己經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。國產(chǎn)牙輪鉆機(jī)的技術(shù)特征列于表5-1。國外牙輪鉆機(jī)的技術(shù)特征列于表

3、5-2。 三牙輪鉆頭由切削元件（牙輪），軸承和鉆頭體（牙爪）三個(gè)主要部分組成。牙輪安裝在軸承上，繞著軸承芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承芯軸則與鉆頭體連成一體，當(dāng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，具有一定軸芯偏移和軸芯傾角的牙輪將產(chǎn)生擠壓擠壓，鏟鑿鏟鑿和刮削刮削作用，在地層中產(chǎn)生最佳的鉆進(jìn)效果。比較主要部件是牙爪、牙輪和軸承主要部件是牙爪、牙輪和軸承。三。三個(gè)牙爪個(gè)牙爪12合并在一起，焊接成一個(gè)合并在一起，焊接成一個(gè)整體。與鉆桿連接的端部螺紋，一整體。與鉆桿連接的端部螺紋，一般為英制圓錐管螺紋。三個(gè)牙輪般為英制圓錐管螺紋。三個(gè)牙輪l分分別套在三個(gè)牙爪別套在三個(gè)牙爪12下端的軸頸下端的軸頸10上。滾珠上。滾珠6從牙爪背上的塞銷孔送從牙

4、爪背上的塞銷孔送入滾珠軸承跑道內(nèi)，滾珠將牙輪限入滾珠軸承跑道內(nèi)，滾珠將牙輪限定在牙爪軸頸上。將塞銷定在牙爪軸頸上。將塞銷11尾部堵尾部堵焊在牙爪背上。焊在牙爪背上。 為了防止軸承過熱和被異物堵塞，為了防止軸承過熱和被異物堵塞，采用壓氣或氣水混合物冷卻并吹洗采用壓氣或氣水混合物冷卻并吹洗軸承。由中空鉆桿通入鉆頭的壓縮軸承。由中空鉆桿通入鉆頭的壓縮空氣或氣水混合物，大部分經(jīng)中央空氣或氣水混合物，大部分經(jīng)中央噴管噴出，用于排碴；少部分經(jīng)由噴管噴出，用于排碴；少部分經(jīng)由軸承風(fēng)道軸承風(fēng)道13進(jìn)入滾珠軸承跑道和小進(jìn)入滾珠軸承跑道和小軸端部，用以冷卻和吹洗軸承。為軸端部，用以冷卻和吹洗軸承。為了防止突然停風(fēng)

5、時(shí)巖碴倒流入軸承了防止突然停風(fēng)時(shí)巖碴倒流入軸承風(fēng)道，在鉆頭內(nèi)腔安裝有止逆閥。風(fēng)道，在鉆頭內(nèi)腔安裝有止逆閥。 牙爪是形狀復(fù)雜的異形體。其主要部牙爪是形狀復(fù)雜的異形體。其主要部分是各軸承的軸頸分是各軸承的軸頸2、3、4，爪背，爪背9以及牙爪體上部與鉆桿相聯(lián)接的螺紋以及牙爪體上部與鉆桿相聯(lián)接的螺紋8。軸頸軸線與鉆頭軸線的夾角。軸頸軸線與鉆頭軸線的夾角叫叫做軸傾角，一般為做軸傾角，一般為5055。 為了減少爪背為了減少爪背9的磨損，在爪背與的磨損，在爪背與孔壁之間有孔壁之間有1305的夾角。為的夾角。為了增強(qiáng)爪尖了增強(qiáng)爪尖1的抗磨損能力，在爪尖的抗磨損能力，在爪尖外表堆焊一薄層硬質(zhì)合金粉，并鑲焊外表堆

6、焊一薄層硬質(zhì)合金粉，并鑲焊一些平頭合金柱一些平頭合金柱(如圖如圖5-2)。 鉆機(jī)施加給鉆頭上的軸壓，通過軸鉆機(jī)施加給鉆頭上的軸壓，通過軸頸及軸承傳給牙輪。為了增強(qiáng)軸頸的頸及軸承傳給牙輪。為了增強(qiáng)軸頸的耐磨性，在軸頸耐磨性，在軸頸4和小軸端面和小軸端面10上堆上堆焊有耐磨合金層焊有耐磨合金層5。 在牙輪的外表面上在牙輪的外表面上鉆有若干排孔，用冷鉆有若干排孔，用冷壓方法將硬質(zhì)合金柱壓方法將硬質(zhì)合金柱壓入孔內(nèi)。壓入孔內(nèi)。 每一排柱齒都構(gòu)成每一排柱齒都構(gòu)成一個(gè)齒圈。各齒圈之一個(gè)齒圈。各齒圈之間有一定寬度的齒槽，間有一定寬度的齒槽，滿足排渣需要。滿足排渣需要。 在背錐上在背錐上鑲嵌有平頭鑲嵌有平頭硬質(zhì)

7、合金柱硬質(zhì)合金柱7、8，防，防止背錐磨損。止背錐磨損。牙輪內(nèi)部設(shè)有滾柱跑道、滾珠跑道、滑套和止推塊空腔。 各牙輪的中間齒圈相間布置，互不重復(fù)自潔式布齒。內(nèi)齒圈部分重復(fù)；內(nèi)齒圈部分重復(fù)；邊齒圈相互重復(fù)；邊齒圈相互重復(fù)；布齒原則布齒原則各齒圈上的柱齒齒痕能完全各齒圈上的柱齒齒痕能完全覆蓋孔底；覆蓋孔底；各牙輪任何時(shí)候接觸孔底的各牙輪任何時(shí)候接觸孔底的齒數(shù)相等齒數(shù)相等三牙輪負(fù)載均勻；三牙輪負(fù)載均勻； 牙輪鉆頭按軸承的類型一般分為兩類：滑動(dòng)軸承鉆頭和滾動(dòng)軸承鉆頭，具有滑動(dòng)滾珠軸承結(jié)構(gòu)的鉆頭叫滑動(dòng)軸承鉆頭滑動(dòng)軸承鉆頭，而具有滾柱滾珠軸承結(jié)構(gòu)的鉆頭叫滾動(dòng)軸承鉆頭滾動(dòng)軸承鉆頭。 為了防止鉆井液進(jìn)入軸承，并適

8、應(yīng)各種不同轉(zhuǎn)速的要求，密封軸承鉆頭采用了特殊的密封件材料和結(jié)構(gòu)。在鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，儲(chǔ)存在壓力補(bǔ)償儲(chǔ)油密封系統(tǒng)中的潤滑脂，不斷的供給軸承，減少了磨擦扭矩和磨損。為了延長鉆頭壽命，承受極大沖擊載荷的軸承采用優(yōu)質(zhì)合金鋼材制成，并對(duì)軸承表面進(jìn)行特殊熱處理。在牙輪內(nèi)孔表面嵌有能減少磨擦的合金，在軸頸上焊有抗咬合的耐磨合金，因此滑動(dòng)軸承的使用壽命較長。密封軸承密封軸承 三牙輪鉆頭按齒形分為兩大類：銑齒鉆頭銑齒鉆頭和鑲齒鉆鑲齒鉆頭頭。為了在具有不同硬度的各類地層中鉆進(jìn)，銑齒鉆頭的切削齒和鑲齒鉆頭中所用的硬質(zhì)合金齒被加工成各種不同的形狀和尺寸。（川石牌）三牙輪鉆頭所用的鑲齒有以下幾種：球形，錐球形，瓢形，偏頂瓢形

9、，多邊形，平頭形以適應(yīng)各類地層。（川石牌）三牙輪鉆頭的硬度分為七個(gè)等級(jí)：極軟，軟，中軟，中等，中硬，硬，極硬等，銑齒鉆頭的硬度等級(jí)分別由數(shù)字1至7代表，鑲齒鉆頭的硬度等級(jí)分別由數(shù)字11至77代表。正確選擇適合地層硬度等級(jí)的齒形正確選擇適合地層硬度等級(jí)的齒形是獲得最大機(jī)械鉆速的關(guān)鍵。是獲得最大機(jī)械鉆速的關(guān)鍵。 最佳的布齒位置和齒所選用的優(yōu)質(zhì)硬最佳的布齒位置和齒所選用的優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金鋼材，有助于鉆頭在鉆進(jìn)中獲得質(zhì)合金鋼材，有助于鉆頭在鉆進(jìn)中獲得最大效率；最大效率； 選用最佳密封壓縮量、具有特殊密封選用最佳密封壓縮量、具有特殊密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化密封設(shè)計(jì)，有效地提高了軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化密封設(shè)計(jì)，有效地提高了軸承密

10、封的性能；承密封的性能； 改善的外排齒結(jié)構(gòu)和表面硬化處理的改善的外排齒結(jié)構(gòu)和表面硬化處理的裙部使鉆頭具有更好的規(guī)徑保護(hù)；裙部使鉆頭具有更好的規(guī)徑保護(hù)； 可限制壓差并防止泥沙堵塞傳壓孔的可限制壓差并防止泥沙堵塞傳壓孔的先進(jìn)貯油補(bǔ)償結(jié)構(gòu)增加軸承潤滑的可靠先進(jìn)貯油補(bǔ)償結(jié)構(gòu)增加軸承潤滑的可靠性；性； 牙爪軸頭堆焊耐磨合金材料，牙輪內(nèi)牙爪軸頭堆焊耐磨合金材料，牙輪內(nèi)孔表面進(jìn)行特殊工藝處理，因此提高軸孔表面進(jìn)行特殊工藝處理，因此提高軸承承載能力和延長使用壽命。承承載能力和延長使用壽命。 1.SHJ系列鑲齒鉆頭不僅保留了系列鑲齒鉆頭不僅保留了SH系列鉆頭的優(yōu)點(diǎn)，而且采用系列鉆頭的優(yōu)點(diǎn)，而且采用了世界最新的金

11、屬密封技術(shù)，了世界最新的金屬密封技術(shù)，確保軸承密封更有效，更持久，確保軸承密封更有效，更持久，適應(yīng)更高轉(zhuǎn)速；適應(yīng)更高轉(zhuǎn)速；2.采用最佳的布齒結(jié)構(gòu)和選用采用最佳的布齒結(jié)構(gòu)和選用優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金齒材料有助于鉆優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金齒材料有助于鉆頭在鉆進(jìn)中獲得最大效率；頭在鉆進(jìn)中獲得最大效率；3.牙爪軸頸堆焊耐磨合金材料，牙爪軸頸堆焊耐磨合金材料，牙輪內(nèi)孔表面進(jìn)行特殊工藝處牙輪內(nèi)孔表面進(jìn)行特殊工藝處理。因此提高了軸承承載能力、理。因此提高了軸承承載能力、延長了使用壽命。延長了使用壽命。 1.SHT系列鑲齒鉆頭不僅保留了系列鑲齒鉆頭不僅保留了SH系列鑲齒鉆頭的優(yōu)點(diǎn)，而且采用系列鑲齒鉆頭的優(yōu)點(diǎn)，而且采用了最新的了最新

12、的GT技術(shù)，大幅度的增加鉆頭的規(guī)徑保護(hù)能力和機(jī)械轉(zhuǎn)速；技術(shù)，大幅度的增加鉆頭的規(guī)徑保護(hù)能力和機(jī)械轉(zhuǎn)速；2.切削元件采用最新的瓢形硬質(zhì)合金齒，具有更大的直徑和出刃高切削元件采用最新的瓢形硬質(zhì)合金齒，具有更大的直徑和出刃高度，提高了鉆進(jìn)速度；度，提高了鉆進(jìn)速度；3.特殊的橡膠密封結(jié)構(gòu)和新型的膠圈材料加強(qiáng)了大軸密封系統(tǒng)的可特殊的橡膠密封結(jié)構(gòu)和新型的膠圈材料加強(qiáng)了大軸密封系統(tǒng)的可靠性，延長了密封壽命；靠性，延長了密封壽命；4.新型的壓差式儲(chǔ)油密封補(bǔ)償系統(tǒng)更可靠。新型的壓差式儲(chǔ)油密封補(bǔ)償系統(tǒng)更可靠。 1.特殊的鉆頭結(jié)構(gòu)適合于礦山鉆進(jìn)使用；特殊的鉆頭結(jié)構(gòu)適合于礦山鉆進(jìn)使用；2.最佳齒面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使鉆頭既具有

13、最大的最佳齒面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使鉆頭既具有最大的井底覆蓋率，又增大了牙輪體間的排屑通井底覆蓋率，又增大了牙輪體間的排屑通道，因此鉆頭鉆進(jìn)更平穩(wěn)，能保持更高的道，因此鉆頭鉆進(jìn)更平穩(wěn)，能保持更高的鉆進(jìn)速度；鉆進(jìn)速度；3.軸承具有更高的負(fù)荷強(qiáng)度，更強(qiáng)的耐磨軸承具有更高的負(fù)荷強(qiáng)度，更強(qiáng)的耐磨性，適應(yīng)更快的轉(zhuǎn)速和具有更長的使用壽性，適應(yīng)更快的轉(zhuǎn)速和具有更長的使用壽命；命；4.SK系列的三牙輪鉆頭使用壓縮空氣作系列的三牙輪鉆頭使用壓縮空氣作為穿孔介質(zhì)。合理的噴嘴角度不僅增加排為穿孔介質(zhì)。合理的噴嘴角度不僅增加排屑率，而且將噴屑對(duì)牙輪的沖蝕減至最??；屑率，而且將噴屑對(duì)牙輪的沖蝕減至最小；5.牙爪背部鑲嵌平頭硬質(zhì)合金

14、保徑齒，牙牙爪背部鑲嵌平頭硬質(zhì)合金保徑齒，牙爪裙部敷焊碳化鎢耐磨合金粉以延緩規(guī)徑爪裙部敷焊碳化鎢耐磨合金粉以延緩規(guī)徑磨損。磨損。 XMP系列滾動(dòng)密封軸承鑲齒鉆頭1.優(yōu)化牙輪齒面結(jié)構(gòu)布置和優(yōu)選硬優(yōu)化牙輪齒面結(jié)構(gòu)布置和優(yōu)選硬質(zhì)合金齒材料、齒形，有助于提高質(zhì)合金齒材料、齒形，有助于提高牙輪齒的破巖效率。牙輪齒的破巖效率。2.滾動(dòng)加鋼球鎖緊牙輪軸承結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)加鋼球鎖緊牙輪軸承結(jié)構(gòu)，具有承受較高鉆壓和適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的具有承受較高鉆壓和適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的能力。能力。3.止推軸承副表面焊敷耐磨合金和止推軸承副表面焊敷耐磨合金和減磨處理，提高了鉆頭承受軸向載減磨處理，提高了鉆頭承受軸向載荷和止推面抗咬合的能力。荷和止推

15、面抗咬合的能力。4.加強(qiáng)牙輪外排齒，牙爪裙部焊敷加強(qiáng)牙輪外排齒，牙爪裙部焊敷高耐磨合金增強(qiáng)鉆頭保徑。高耐磨合金增強(qiáng)鉆頭保徑。 090 軸傾角軸傾角的大小的大小，直接影響著牙輪軸承的受力狀況和軸承的強(qiáng)度。減小軸傾角，可以使軸承的徑向負(fù)荷減小。隨著巖石硬度的提高，軸壓力必須增大。為了減小軸承的徑向負(fù)荷以延長鉆頭的壽命，而適當(dāng)?shù)販p小軸傾角。但是軸傾角減小后，相鄰兩牙輪之間的軸間角減小了，軸承的結(jié)構(gòu)尺寸也隨之減小，從而削弱了軸承的強(qiáng)度。從增加軸承尺寸來提高軸承強(qiáng)度的方法來說，希望盡量增大軸傾角。礦用牙輪鉆頭的軸傾角多采用=54。 孔底角孔底角應(yīng)保證有足夠的軸向推力。當(dāng)牙輪磨損后，可通過止推軸承的磨損并

16、在軸向推力的作用下，使牙輪向外移位，保證鉆孔直徑不因牙輪的磨損而變小。 牙輪鉆頭使用中常見的問題是規(guī)徑的極度磨損，牙輪鉆頭使用中常見的問題是規(guī)徑的極度磨損，這一問題的嚴(yán)重性隨著地層硬度的增加而增加。為這一問題的嚴(yán)重性隨著地層硬度的增加而增加。為了加強(qiáng)規(guī)徑保護(hù)，在牙輪規(guī)徑面嵌有硬質(zhì)合金保徑了加強(qiáng)規(guī)徑保護(hù)，在牙輪規(guī)徑面嵌有硬質(zhì)合金保徑齒，并且在鉆頭裙部和鋼齒鉆頭的齒面焊敷耐磨性齒，并且在鉆頭裙部和鋼齒鉆頭的齒面焊敷耐磨性強(qiáng)的合金材料。強(qiáng)的合金材料。 鉆井液是直接影響鉆井工作成功的最重要因素之鉆井液是直接影響鉆井工作成功的最重要因素之一。在操作中所需要的鉆井液隨不同的鉆井條件而一。在操作中所需要的鉆

17、井液隨不同的鉆井條件而不斷更換。川石牌三牙輪鉆頭適合在所有鉆井液中不斷更換。川石牌三牙輪鉆頭適合在所有鉆井液中工作工作。 工作時(shí)，加壓機(jī)構(gòu)通過鉆桿給鉆頭施以很工作時(shí)，加壓機(jī)構(gòu)通過鉆桿給鉆頭施以很高的軸向壓力，牙輪則被壓在孔底上。當(dāng)回高的軸向壓力，牙輪則被壓在孔底上。當(dāng)回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)使鉆具以一定的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時(shí)，鉆轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)使鉆具以一定的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時(shí)，鉆頭上的各個(gè)牙輪，既繞鉆桿軸線公轉(zhuǎn)，又可頭上的各個(gè)牙輪，既繞鉆桿軸線公轉(zhuǎn)，又可以繞本身軸線自轉(zhuǎn)。以繞本身軸線自轉(zhuǎn)。 在設(shè)計(jì)牙輪鉆頭時(shí)，需要確定牙輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)；在選用牙輪鉆頭時(shí)，必須了解因牙在選用牙輪鉆頭時(shí)，必須了解因牙輪的布置方式不同，致使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，

18、其輪的布置方式不同，致使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，其破碎巖石的效果也不同。破碎巖石的效果也不同。 牙輪在孔底的運(yùn)動(dòng)是非常復(fù)雜的，其運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)不僅與鉆桿的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、軸壓力、牙輪布置方式、牙輪形狀有關(guān)，而且還與孔底的環(huán)境、軸承的好壞、鉆桿的變形等因素有關(guān)。(1)只考慮鉆頭上一個(gè)單錐牙輪的運(yùn)只考慮鉆頭上一個(gè)單錐牙輪的運(yùn)動(dòng)，鉆頭的孔底角為零；動(dòng)，鉆頭的孔底角為零；(2)鉆桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；鉆桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；(3)孔底為剛體；孔底為剛體；(4)不超頂不移軸布置和移軸布置的不超頂不移軸布置和移軸布置的牙輪作純滾動(dòng)，超頂布置的牙輪由于牙輪作純滾動(dòng)，超頂布置的牙輪由于軸壓力的作用獲得最大轉(zhuǎn)速。軸壓力的作用獲得最大轉(zhuǎn)速。 牙輪錐體的

19、牙輪錐體的頂點(diǎn)落在鉆頂點(diǎn)落在鉆桿軸線上，桿軸線上，稱為不超頂稱為不超頂不移軸布置。不移軸布置。 假設(shè)假設(shè)牙輪錐體的牙輪錐體的頂點(diǎn)落在鉆頂點(diǎn)落在鉆桿軸線上，桿軸線上，稱為不超頂稱為不超頂不移軸布置。不移軸布置。 以牙輪軸以牙輪軸OA為動(dòng)參考系，則為動(dòng)參考系，則OA軸連同牙輪軸連同牙輪繞鉆桿軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)為牽連運(yùn)動(dòng)，牙輪繞繞鉆桿軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)為牽連運(yùn)動(dòng)，牙輪繞OA軸軸的自轉(zhuǎn)為相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成原理，的自轉(zhuǎn)為相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成原理，有有 LTHvvv動(dòng)點(diǎn)的相對(duì)速度矢量動(dòng)點(diǎn)的相對(duì)速度矢量 動(dòng)點(diǎn)的牽連速度矢量動(dòng)點(diǎn)的牽連速度矢量 動(dòng)點(diǎn)的絕對(duì)動(dòng)點(diǎn)的絕對(duì)速度矢量速度矢量 孔底接觸線孔底接觸線Om上的最外一

20、點(diǎn)上的最外一點(diǎn)m，其，其vT、vL方向如方向如圖所示，它們?cè)趫D所示，它們?cè)趚軸上的投影為零軸上的投影為零 0LxTxHxvvv0LyTyHyvvv0LTrR0LTrnRnsinTTLnrRnn牙輪錐半頂角牙輪錐半頂角牙輪錐體的頂點(diǎn)落在鉆桿軸線上，稱為不超頂不移軸布置。牙輪錐體的頂點(diǎn)落在鉆桿軸線上，稱為不超頂不移軸布置。牙輪作純滾動(dòng)，牙輪作純滾動(dòng)，m點(diǎn)的絕對(duì)速度在點(diǎn)的絕對(duì)速度在y軸上的投影為零軸上的投影為零 牙輪轉(zhuǎn)速牙輪轉(zhuǎn)速鉆桿轉(zhuǎn)速鉆桿轉(zhuǎn)速牙輪軸線牙輪軸線OA相對(duì)于鉆頭相對(duì)于鉆頭X軸線移動(dòng)一垂直軸線移動(dòng)一垂直距離距離s，稱為移軸布置。，稱為移軸布置。 點(diǎn)m的速度為 、 ，將它們投影到x軸上，有

21、TvLvTTLxTxHxsmOvvvsinm點(diǎn)在x方向的絕對(duì)速度，即沿接觸線方向的滑動(dòng)速度，負(fù)號(hào)表示速度方向?yàn)樗O(shè)x軸的負(fù)方向，mm/s； 移軸距，mm Om與x軸正向的夾角， 同樣，根據(jù)假設(shè)(4)，對(duì)于m點(diǎn) 0HyLyTyvvv0cosLTrmO03030LTnrmomonmo sinTTLnnrmon 移軸引起牙輪沿接觸線方向滑動(dòng)，滑動(dòng)移軸引起牙輪沿接觸線方向滑動(dòng)，滑動(dòng)速度的大小與移軸距和鉆桿轉(zhuǎn)速成正比；當(dāng)速度的大小與移軸距和鉆桿轉(zhuǎn)速成正比；當(dāng)牙輪錐半頂角和鉆桿轉(zhuǎn)速相同時(shí)，移軸布置牙輪錐半頂角和鉆桿轉(zhuǎn)速相同時(shí)，移軸布置與不超頂不移軸布置的牙輪轉(zhuǎn)速大小相等。與不超頂不移軸布置的牙輪轉(zhuǎn)速大小相

22、等。 結(jié)論結(jié)論牙輪軸線與鉆桿軸線相交，但錐頂點(diǎn)不在鉆桿牙輪軸線與鉆桿軸線相交，但錐頂點(diǎn)不在鉆桿軸線上，對(duì)副錐來說就是超頂布置軸線上，對(duì)副錐來說就是超頂布置 設(shè)超頂量為設(shè)超頂量為K，以錐頂點(diǎn)，以錐頂點(diǎn)0為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。TTKxv)(sinLLxv此兩式即為此兩式即為 、 的分布函數(shù)，它們的方向和在接觸線上的分布函數(shù)，它們的方向和在接觸線上的分布如圖中的速度圖所示。由圖可見，的分布如圖中的速度圖所示。由圖可見， 、 在在x軸上的軸上的投影為零，所以投影為零，所以 0LxTxHxvvvTvLv速度矢量在速度矢量在y方向上的分量表達(dá)式方向上的分量表達(dá)式 TLTLTLyTyHyK

23、xxKxvvv)sin(sin)(TvLv由疊加后的速度圖可見，在接觸由疊加后的速度圖可見，在接觸線上存在一個(gè)絕對(duì)速度為零的純線上存在一個(gè)絕對(duì)速度為零的純滾動(dòng)點(diǎn)滾動(dòng)點(diǎn)o“。令上式的左邊為零，。令上式的左邊為零，可求得這個(gè)純滾動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)為可求得這個(gè)純滾動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)為LTvvLvTvsinLTTKx對(duì)于在接觸線上到錐頂點(diǎn)對(duì)于在接觸線上到錐頂點(diǎn)0的距離為的距離為x的點(diǎn)，其牽連速度和相的點(diǎn)，其牽連速度和相對(duì)速度的大小分別為對(duì)速度的大小分別為LTvvTvLv當(dāng)當(dāng)x=K時(shí)，則時(shí)，則L=0，此時(shí)牙輪卡死不轉(zhuǎn)；當(dāng)，此時(shí)牙輪卡死不轉(zhuǎn)；當(dāng)x增大時(shí)，增大時(shí)，L亦增大，純滾動(dòng)點(diǎn)亦增大，純滾動(dòng)點(diǎn)O向大端方向移動(dòng)。當(dāng)純滾動(dòng)

24、點(diǎn)向大端方向移動(dòng)。當(dāng)純滾動(dòng)點(diǎn)處于接觸線右端點(diǎn)處于接觸線右端點(diǎn)m時(shí)，牙輪的轉(zhuǎn)速最大，此時(shí)時(shí)，牙輪的轉(zhuǎn)速最大，此時(shí)sinrmoxsinmaxTLsinmaxTLnnrKsin1或稱為牙輪最大轉(zhuǎn)速時(shí)的速度降低系數(shù) 超頂布置使牙輪的轉(zhuǎn)速比不超頂不移軸布置時(shí)降低了，而且在超頂布置使牙輪的轉(zhuǎn)速比不超頂不移軸布置時(shí)降低了，而且在接觸線上除一個(gè)純滾動(dòng)點(diǎn)外，其余各點(diǎn)在截圓切線方向上有滑動(dòng)。接觸線上除一個(gè)純滾動(dòng)點(diǎn)外，其余各點(diǎn)在截圓切線方向上有滑動(dòng)。結(jié)論結(jié)論sinLTTKx代入得 sinTTLnrRnn不超頂不移軸布置時(shí) 上述運(yùn)動(dòng)分析中，為了簡化問題，把牙上述運(yùn)動(dòng)分析中，為了簡化問題，把牙輪看作是光面錐輪。輪看作是

25、光面錐輪。 事實(shí)上事實(shí)上牙齒在錐面外是有一定高度的。牙齒在錐面外是有一定高度的。鉆孔時(shí)，牙輪繞本身軸線旋轉(zhuǎn)而滾動(dòng)，交鉆孔時(shí)，牙輪繞本身軸線旋轉(zhuǎn)而滾動(dòng)，交替地由二個(gè)齒著地變?yōu)橐粋€(gè)齒著地，如圖替地由二個(gè)齒著地變?yōu)橐粋€(gè)齒著地，如圖所示。所示。 當(dāng)當(dāng)A、B兩齒同時(shí)著地時(shí)，齒圈中心兩齒同時(shí)著地時(shí)，齒圈中心C的的位置最低；當(dāng)位置最低；當(dāng)B齒離地變?yōu)辇X離地變?yōu)锳齒著地后，齒齒著地后，齒圈中心逐漸升高，齒圈中心達(dá)到最高位置圈中心逐漸升高，齒圈中心達(dá)到最高位置后，隨著牙輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)又逐漸降低，直后，隨著牙輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)又逐漸降低，直至與下一個(gè)齒同時(shí)著地。牙輪不停地滾動(dòng)，至與下一個(gè)齒同時(shí)著地。牙輪不停地滾動(dòng)，齒圈中

26、心則周而復(fù)始地運(yùn)動(dòng)在最高位置和齒圈中心則周而復(fù)始地運(yùn)動(dòng)在最高位置和最低位置之間。可見，由于牙齒的存在，最低位置之間?？梢姡捎谘例X的存在，使牙輪連同整個(gè)鉆進(jìn)部件作縱向振動(dòng)。使牙輪連同整個(gè)鉆進(jìn)部件作縱向振動(dòng)。 牙輪鉆機(jī)鉆孔時(shí)，依靠加壓機(jī)構(gòu)加壓機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)給鉆頭施加的軸壓力和回轉(zhuǎn)力矩軸壓力和回轉(zhuǎn)力矩，使巖石在軸壓靜載荷和縱向振動(dòng)動(dòng)載荷以及滑動(dòng)剪切力的聯(lián)合作用下，被牙輪上的牙齒壓碎、鑿壓碎、鑿碎和剪碎碎和剪碎，于是形成鉆孔。 牙輪鉆孔時(shí)，著地齒在軸壓力的作用下，牙齒會(huì)吃入巖石某一個(gè)深度，減小了牙輪縱向振動(dòng)的振幅。試驗(yàn)研究表明，對(duì)于硬巖牙齒吃入深度較淺，縱向振幅大，沖擊破碎巖石的效果好；而對(duì)

27、于軟巖和中硬巖牙齒吃入深度較深，縱向振幅小，沖擊破碎的效果較差。壓碎壓碎鑿碎鑿碎剪碎剪碎軸壓靜載荷軸壓靜載荷縱向振動(dòng)動(dòng)載荷縱向振動(dòng)動(dòng)載荷滑動(dòng)剪切力滑動(dòng)剪切力 為了提高鉆孔效率，對(duì)于硬及極硬對(duì)于硬及極硬的巖石，的巖石，常采用牙輪作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的牙輪作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的不超頂不移距的鉆頭不超頂不移距的鉆頭，以便能充分地利用牙齒著地時(shí)的沖擊力來破碎巖石，其破巖過程如圖5-15所示， 對(duì)于軟巖和中硬巖石，對(duì)于軟巖和中硬巖石，應(yīng)使牙輪除滾動(dòng)之外，還有一定程度的滑動(dòng)，以借助牙齒的刮削作用剪切破碎一部分巖石，故多采用移軸布置或復(fù)錐牙輪鉆頭，其破巖過程如圖5-16所示。 此外，破碎巖石的效果優(yōu)劣，不僅與巖石的性質(zhì)巖石

28、的性質(zhì)和牙輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)牙輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，而且還與牙齒的齒形牙齒的齒形等因素有關(guān)。試驗(yàn)研究表明，在硬和堅(jiān)硬而且有研磨性的脆性巖石中，宜采用球形齒和錐球齒；在軟巖中宜采用楔形齒或銑齒。主要由鉆具、鉆架與主要由鉆具、鉆架與機(jī)架、回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架、回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)、加壓提升機(jī)構(gòu)、接卸加壓提升機(jī)構(gòu)、接卸及存放鉆桿機(jī)構(gòu)、起及存放鉆桿機(jī)構(gòu)、起落鉆架機(jī)構(gòu)、穩(wěn)車千落鉆架機(jī)構(gòu)、穩(wěn)車千斤頂、行走機(jī)構(gòu)、除斤頂、行走機(jī)構(gòu)、除塵系統(tǒng)、司機(jī)室和機(jī)塵系統(tǒng)、司機(jī)室和機(jī)棚的凈化裝置以及風(fēng)、棚的凈化裝置以及風(fēng)、水、油、電的控制系水、油、電的控制系統(tǒng)等部分組成。統(tǒng)等部分組成。構(gòu)造特點(diǎn)：構(gòu)造特點(diǎn)：以三牙輪鉆頭作鉆具，滑架式頂部回轉(zhuǎn)，鉆

29、具轉(zhuǎn)速能無級(jí)調(diào)節(jié)無級(jí)調(diào)節(jié)，封閉鏈條齒條連續(xù)加壓，進(jìn)給速度能無級(jí)無級(jí)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)，可選用干式或濕式除塵并具有履帶自行式行走機(jī)構(gòu)。KY-250A型鉆機(jī)的型鉆機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 鉆孔時(shí)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)，鉆孔時(shí)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)，加壓機(jī)構(gòu)通過封閉鏈條向鉆頭施加軸加壓機(jī)構(gòu)通過封閉鏈條向鉆頭施加軸壓力并推進(jìn)鉆具，進(jìn)行連續(xù)鑿巖壓力并推進(jìn)鉆具，進(jìn)行連續(xù)鑿巖；由由空壓機(jī)供給的壓縮空氣，通過回轉(zhuǎn)供空壓機(jī)供給的壓縮空氣，通過回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)進(jìn)人中空鉆桿，然后由鉆頭的風(fēng)機(jī)構(gòu)進(jìn)人中空鉆桿，然后由鉆頭的噴嘴噴向孔底，巖碴沿鉆桿與孔壁之噴嘴噴向孔底，巖碴沿鉆桿與孔壁之間的環(huán)形空間吹到孔外。當(dāng)鉆完一個(gè)間的環(huán)形

30、空間吹到孔外。當(dāng)鉆完一個(gè)鉆孔后，開動(dòng)行走機(jī)構(gòu)使鉆機(jī)移位，鉆孔后，開動(dòng)行走機(jī)構(gòu)使鉆機(jī)移位，再鉆另一個(gè)鉆孔。再鉆另一個(gè)鉆孔。 鉆具由上鉆桿、下鉆桿及牙輪鉆頭組成。鉆桿是由無縫鋼管和兩端的接頭焊接而成的中空桿件。鉆桿的構(gòu)造如圖所示。下鉆桿的下端圓錐管螺紋與鉆頭相聯(lián)接，上端的圓錐管螺紋與上鉆桿或回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)接頭相聯(lián)接;而上鉆桿的上端只與回轉(zhuǎn)接頭聯(lián)接。為了保證排碴風(fēng)速，應(yīng)適當(dāng)選擇鉆桿外徑。通常當(dāng)鉆直徑220mm孔時(shí)，采用外徑為180mm或194mm的鉆桿，而鉆直徑250mm孔時(shí)，采用外徑為2l9mm的鉆桿。鉆架：鉆架：型鋼焊接的字型空間架 內(nèi)裝鉆桿架、液壓卡頭、鏈條張緊裝置等。前立柱：前立柱：上焊

31、有齒條，是回轉(zhuǎn)小車上下的軌道；也是加壓提升傳動(dòng)系統(tǒng)的支撐。用兩個(gè)錐型銷軸7用來固定鉆架。鉆機(jī)長距離運(yùn)行時(shí)，將鉆架落放在托架6上，鉆架立起后，作用：鉆機(jī)各種機(jī)構(gòu)和裝置的安裝基礎(chǔ)。機(jī)架機(jī)架結(jié)構(gòu)：以工字鋼為主梁的焊接結(jié)構(gòu)。組成：A型架、托架、平臺(tái)等。直流電機(jī)減速器進(jìn)風(fēng)管回轉(zhuǎn)減振裝置加壓齒輪 回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)的作用是回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)的作用是驅(qū)動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)，并將壓氣驅(qū)動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)，并將壓氣輸送給中空鉆桿?；剞D(zhuǎn)機(jī)輸送給中空鉆桿?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原動(dòng)機(jī)是構(gòu)原動(dòng)機(jī)是ZYZ-50/15型型直流電機(jī)，由磁放大器供直流電機(jī)，由磁放大器供電并調(diào)速，鉆具轉(zhuǎn)速能在電并調(diào)速，鉆具轉(zhuǎn)速能在088r/min范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)節(jié)。因此，能很好

32、地滿足節(jié)。因此，能很好地滿足在不同巖石硬度條件下對(duì)在不同巖石硬度條件下對(duì)鉆具調(diào)速的要求。左、右鉆具調(diào)速的要求。左、右立板立板13和和4安裝在減速器安裝在減速器2的兩邊，其間裝有一對(duì)導(dǎo)的兩邊，其間裝有一對(duì)導(dǎo)向鏈輪向鏈輪8和一對(duì)大鏈輪和一對(duì)大鏈輪11。大鏈輪裝在橫軸大鏈輪裝在橫軸7上，橫軸上，橫軸的兩端安裝有可以沿著鉆的兩端安裝有可以沿著鉆架兩邊的齒條滾動(dòng)的加壓架兩邊的齒條滾動(dòng)的加壓齒輪齒輪6。當(dāng)封閉鏈條帶動(dòng)大。當(dāng)封閉鏈條帶動(dòng)大鏈輪鏈輪11轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)回轉(zhuǎn)小車就沿鉆架立柱升降。小車就沿鉆架立柱升降。 氣缸斷氣、彈簧制動(dòng) 為了防止因封閉鏈條斷裂而造成回轉(zhuǎn)小車墜落事故，在KY一250A

33、型鉆機(jī)上設(shè)置了回轉(zhuǎn)小車防墜裝置。在回轉(zhuǎn)小車一對(duì)大鏈輪的輪轂上，各裝一套如圖5-23所示的防墜制動(dòng)器，作為斷鏈時(shí)回轉(zhuǎn)小車防墜的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 張緊狀態(tài)斷鏈狀態(tài) 在兩付鏈條張緊均衡裝置上，兩個(gè)上在兩付鏈條張緊均衡裝置上，兩個(gè)上鏈輪軸鏈輪軸4的外端各裝一個(gè)擦板的外端各裝一個(gè)擦板5，在上，在上鏈輪軸滑動(dòng)導(dǎo)槽的下邊安裝一個(gè)與擦板鏈輪軸滑動(dòng)導(dǎo)槽的下邊安裝一個(gè)與擦板對(duì)應(yīng)的斷鏈信號(hào)開關(guān)對(duì)應(yīng)的斷鏈信號(hào)開關(guān)6，作為斷鏈信號(hào)，作為斷鏈信號(hào)的引出機(jī)構(gòu)。當(dāng)鉆機(jī)正常工作時(shí)，圖的引出機(jī)構(gòu)。當(dāng)鉆機(jī)正常工作時(shí)，圖5-24中的上鏈輪軸僅在導(dǎo)槽的上部至中中的上鏈輪軸僅在導(dǎo)槽的上部至中部移動(dòng)，在提升狀態(tài)時(shí)處于導(dǎo)槽的上部部移動(dòng)，在提升狀態(tài)

34、時(shí)處于導(dǎo)槽的上部；當(dāng)封閉鏈條斷裂時(shí)，鏈條對(duì)張緊均衡裝當(dāng)封閉鏈條斷裂時(shí)，鏈條對(duì)張緊均衡裝置的張力同時(shí)消失，上鏈輪軸在上彈簧置的張力同時(shí)消失，上鏈輪軸在上彈簧3的作用下下移，使軸端所帶擦板的作用下下移，使軸端所帶擦板5觸觸動(dòng)斷鏈信號(hào)開關(guān)動(dòng)斷鏈信號(hào)開關(guān)6，發(fā)出斷鏈信號(hào)，使，發(fā)出斷鏈信號(hào)，使控制防墜制動(dòng)器的電磁氣閥切斷氣源。控制防墜制動(dòng)器的電磁氣閥切斷氣源。圖圖5-23中的氣缸中的氣缸1由快速排氣閥排氣，由快速排氣閥排氣，制動(dòng)器則在缸內(nèi)彈簧力的作用下緊急制制動(dòng)器則在缸內(nèi)彈簧力的作用下緊急制動(dòng)，回轉(zhuǎn)小車自動(dòng)停止下墜。動(dòng)，回轉(zhuǎn)小車自動(dòng)停止下墜。 用于加壓和進(jìn)給傳動(dòng)用于行走和提升 當(dāng)封閉鏈條傳遞軸壓或提升力

35、時(shí)，為了防止松邊跳鏈，在每條封閉鏈條上都裝有張緊均衡裝置張緊均衡裝置。張緊均衡裝置由上彈簧8、下彈簧16、框架7、上鏈輪凹和下鏈輪巧以及油缸6等組成，框架的一端同油缸活塞桿聯(lián)接、油缸耳座同鉆架鉸接在-起;框架的另一端為自由端?？蚣芸捎捎透讕?dòng)起落。左、右兩個(gè)油缸共用一個(gè)油路系統(tǒng)，即兩油缸的前腔相通，后腔也相通。在左右兩個(gè)框架上各裝有上鏈輪和下鏈輪，鏈輪軸可以沿著框架上的長槽上下滑動(dòng)。 鉆機(jī)工作之前，先操縱油缸將彈簧壓縮，使各鏈輪軸均處于長槽的上端，鏈條呈預(yù)緊狀態(tài)。加壓時(shí)，封閉鏈條2反時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，a為緊邊，b為松邊，上彈簧8便將上鏈輪10沿長槽壓下，使松邊保持必要的拉力；提升時(shí)，封閉鏈條順時(shí)針

36、方向運(yùn)動(dòng)，b為緊邊，a為松邊，下彈簧16將下鏈輪15沿長槽壓下，使松邊a亦受有必要的拉力。 在加壓或提升中，當(dāng)一側(cè)鏈條受力大于另一側(cè)時(shí)，受力大的鏈條就將這邊的鏈輪和框架一起抬高，以致頂動(dòng)油缸活塞，使油缸上腔的油壓升高。于是，通過聯(lián)通油路向另側(cè)油缸上腔排油，推動(dòng)另側(cè)油缸活塞下移，從而壓下另側(cè)的框架，拉緊了原來受力較小的鏈條，直到兩條鏈條受力均衡為止。此外，通過油缸的后腔油壓，可以反映鉆孔時(shí)的軸壓大小，當(dāng)鏈條工作時(shí)，彈簧還起到緩沖和減震的作用。 該機(jī)構(gòu)的作用是推進(jìn)鉆具并給該機(jī)構(gòu)的作用是推進(jìn)鉆具并給鉆具以足夠大的軸壓力，以及實(shí)鉆具以足夠大的軸壓力，以及實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)小車連同鉆具的快速提升現(xiàn)回轉(zhuǎn)小車連同鉆具

37、的快速提升和下放。如圖和下放。如圖5-18所示，加壓時(shí)所示，加壓時(shí)合上加壓齒輪離合器合上加壓齒輪離合器29，打開主，打開主制動(dòng)器制動(dòng)器35，同時(shí)使行走氣胎離合，同時(shí)使行走氣胎離合器器18和和28排氣，快、慢速加壓提排氣，快、慢速加壓提升氣胎離合器升氣胎離合器12或或13充氣，然后充氣，然后開動(dòng)滑差電機(jī)開動(dòng)滑差電機(jī)30，則動(dòng)力經(jīng)立式，則動(dòng)力經(jīng)立式主減速器主減速器33、鏈輪、鏈輪15或或34、鏈、鏈輪輪14、36和和10、封閉鏈條、封閉鏈條8，從，從而驅(qū)動(dòng)大鏈輪而驅(qū)動(dòng)大鏈輪2，使回轉(zhuǎn)小車以一，使回轉(zhuǎn)小車以一定速度向下加壓。提升時(shí)只要使定速度向下加壓。提升時(shí)只要使加壓齒輪離合器加壓齒輪離合器29脫開

38、，并開動(dòng)脫開，并開動(dòng)提升行走電機(jī)提升行走電機(jī)17，傳動(dòng)過程與加，傳動(dòng)過程與加壓時(shí)相同，就可實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)部件的壓時(shí)相同，就可實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)部件的快速升降?？焖偕怠?牙輪鉆機(jī)的工作參數(shù) 軸壓力鉆具轉(zhuǎn)速排碴風(fēng)量回轉(zhuǎn)功率正確地選擇和調(diào)配工作參數(shù)，即確定合理的穿孔工作制度，對(duì)提高鉆孔效率、延長鉆具使用壽命和降低鉆孔成本具有極重要的意義兩種工作制度高軸壓、低轉(zhuǎn)速的工作制度軸壓為300600kN，轉(zhuǎn)速為0150r/min 低軸壓、高轉(zhuǎn)速的工作制度 軸壓為150300kN，轉(zhuǎn)速為250350r/min 目前，對(duì)于牙輪鉆機(jī)的各項(xiàng)工作參數(shù)，尚不能用理論計(jì)算的方法來確定，只能在大量鉆孔實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)影響工作參數(shù)的主要因素

39、作定性的分析，或提出一些經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算合理的工作參數(shù)，為建立最佳的工作制度提供參考。 根據(jù)牙輪鉆頭的破巖原理，巖石是在軸壓的靜載荷和牙輪滾動(dòng)時(shí)的沖擊動(dòng)載荷聯(lián)合作用下破碎的。加在鉆具上的軸壓力愈大，破碎巖石的體積愈大，鉆進(jìn)速度愈快。 當(dāng)軸壓力增大到一定程度時(shí)，鉆進(jìn)速度增加的速率變緩。這是因?yàn)檩S壓力過高，牙齒吃入巖石較深，使牙輪的振幅減小，削弱了沖擊破碎效果；并且，軸壓力過高還會(huì)惡化孔底排渣狀況，降低鉆速，加速鉆頭軸承的磨損，甚至折斷牙齒，降低鉆頭壽命。因此，對(duì)于鉆鑿一定性質(zhì)的巖石，需要選擇一個(gè)合理的軸壓力。 經(jīng)驗(yàn)公式 (kN) 0DDfKp 使用的鉆頭直徑，mm 試驗(yàn)用鉆頭的直徑；D。=214m

40、m 巖石普氏硬度系數(shù) 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=1315 對(duì)于露天礦用牙輪鉆機(jī)，其合理的軸壓力可按下列經(jīng)驗(yàn)公式求得 p=(60一70)fD (N) 兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式都沒有考慮到鉆頭結(jié)構(gòu)因素的影響。如牙輪牙齒越鈍，所需的軸壓越大；此外，當(dāng)巖石有裂隙或夾塊時(shí)，鉆機(jī)會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)，應(yīng)適當(dāng)減小軸壓。 鉆進(jìn)速度不僅與軸壓力有關(guān)，而且與鉆具的轉(zhuǎn)速有關(guān)。實(shí)踐表明，在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，鉆進(jìn)速度隨鉆具轉(zhuǎn)速的增加而增加。但是，轉(zhuǎn)速過高時(shí)，鉆進(jìn)速度下降，而且會(huì)引起回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)烈振動(dòng)或造成機(jī)件的損壞。關(guān)于鉆具的最優(yōu)轉(zhuǎn)速問題，國內(nèi)外都在進(jìn)行試驗(yàn)探討，并提出了各種不同的看法。 60TLDnV牙輪大端齒圈的圓周速度。mm/s； 鉆頭直徑，m

41、m； 鉆桿轉(zhuǎn)速，r/min。 考慮到速度損失的系數(shù)，實(shí)驗(yàn)測得為0.95。 牙輪大端齒圈上牙齒與巖石的接觸時(shí)間為 ZVdVLtLL牙輪大端直徑，mm； 牙輪大端齒圈上的牙齒數(shù) 牙輪大端齒圈的齒間弧長，L=d/Z； DtZdnT95. 060（r/min）當(dāng)牙齒與巖石的接觸時(shí)間t=0.020.03s時(shí)，鉆桿的轉(zhuǎn)速應(yīng)為 DZdnT)31602100(國內(nèi)外牙輪鉆機(jī)的鉆具轉(zhuǎn)速多為0150r/min。低轉(zhuǎn)速用于鉆大孔徑孔、硬巖及接卸鉆桿；高轉(zhuǎn)速則用于小孔徑或軟巖。 （r/min）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸出功率主要消耗在以下幾個(gè)方面：回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸出功率主要消耗在以下幾個(gè)方面：使牙輪滾動(dòng)和滑動(dòng)破巖所需的功率；牙輪滑動(dòng)時(shí)

42、，用于克服牙齒與孔底的摩擦力所需的功率；用于克服鉆桿、鉆頭與孔壁的摩擦力所需的功率；用于克服鉆頭軸承的摩擦力所需的功率等。這些耗功因素都與巖石的物理機(jī)械性質(zhì)、鉆孔直徑、鉆具施于孔底的軸壓力、回轉(zhuǎn)速度、鉆頭的結(jié)構(gòu)型式及新舊程度、孔底排渣狀況諸因素有關(guān)。 美國休斯公司在實(shí)驗(yàn)室的大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出下列計(jì)算回轉(zhuǎn)功率的經(jīng)驗(yàn)公式 5 . 11096. 0PDKnNT鉆頭直徑，cm； 軸壓力，kN； 鉆頭轉(zhuǎn)速，r/min； 表征巖石特性的常數(shù)，見表5-4。 （kW ） 從影響回轉(zhuǎn)功率的因素來看，經(jīng)驗(yàn)公式的構(gòu)成形式是合理的，應(yīng)用起來也比較簡便。但沒有計(jì)入排渣狀況、鉆頭構(gòu)造及鉆頭磨損后對(duì)功率的影響。其計(jì)算

43、結(jié)果比實(shí)際使用值小。 實(shí)際上，由于在鉆孔過程中負(fù)荷頻繁波動(dòng)，特別是當(dāng)發(fā)生卡鉆事故或卸鉆桿時(shí)，需要的回轉(zhuǎn)扭矩往往達(dá)到正常鉆孔時(shí)的3倍以上。因此，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原動(dòng)機(jī)的功率及機(jī)件的強(qiáng)度都應(yīng)設(shè)計(jì)得足夠大，以便在正常鉆孔時(shí)，只使用額定功率(扭矩)的三分之二左右，而處理卡鉆或卸鉆桿時(shí)，則利用原動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷能力。 牙輪鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度是表征鉆機(jī)是否先進(jìn)的主要指標(biāo)。鉆孔時(shí)工作制度是否合理也反映在鉆進(jìn)速度上。國外一些研究者，提出了不少反映鉆進(jìn)速度與鉆孔工作參數(shù)之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。蘇聯(lián)的勒，阿捷賓格爾根據(jù)對(duì)露天牙輪鉆機(jī)鉆孔工作制度的研究，整理出以下估算鉆進(jìn)速度的經(jīng)驗(yàn)公式 DfPnVT375. 0 這一經(jīng)驗(yàn)公式比較全面地

44、反映了鉆進(jìn)速度與幾個(gè)主要鉆孔參數(shù)的一般關(guān)系，計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際。但事實(shí)上，影響鉆進(jìn)速度的因素還有很多。如排碴用介質(zhì)、排渣風(fēng)量、鉆頭型式及新舊程度、巖石的可鉆性等等。 鉆進(jìn)速度，cm/min 軸壓力，kN 鉆具轉(zhuǎn)速，r/min 鉆頭直徑，cm 普氏硬度系數(shù) 在大型露天礦中，牙輪鉆機(jī)取代了鋼繩沖擊式鉆機(jī)和潛孔鉆機(jī)，成為最主要的鉆孔設(shè)備。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)的發(fā)展，牙輪鉆機(jī)必將進(jìn)一步發(fā)展和完善，實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)代化。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助工程、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、有限元應(yīng)力應(yīng)變分析技術(shù)、彈性斷裂力學(xué)、診斷和監(jiān)測技術(shù)等技術(shù)，為科學(xué)地設(shè)計(jì)、制造和使用牙輪鉆機(jī)創(chuàng)造了有利條件。牙輪鉆機(jī)的發(fā)展趨勢主要有以

45、下幾個(gè)方面。 牙輪鉆機(jī)發(fā)展的根本目標(biāo)在于提高性能、增加可靠性和操作的靈活性、降低使用費(fèi)用、提高經(jīng)濟(jì)效益。 一、交流變頻傳動(dòng)將成為回轉(zhuǎn)傳動(dòng)的主要方式一、交流變頻傳動(dòng)將成為回轉(zhuǎn)傳動(dòng)的主要方式 目前，牙輪鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)傳動(dòng)普遍采用可控硅或磁放大供電和調(diào)速的直流傳動(dòng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)完全能滿足牙輪鉆機(jī)鉆孔工藝上的需要，但價(jià)格較高。交流變頻傳動(dòng)系統(tǒng)不僅能滿足無級(jí)寬范圍調(diào)速、反轉(zhuǎn)以及產(chǎn)生較高力矩的要求，而且由于沒有換向器和電刷使得維護(hù)方便，能適應(yīng)質(zhì)量較差的礦山電網(wǎng)。 二、加壓和提升共用一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)二、加壓和提升共用一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng) 由于提升和加壓速度的差別相當(dāng)大，而現(xiàn)行的直流傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍又比較窄，所以通常不得不采用兩個(gè)