液壓鑿巖機(jī)技術(shù)參數(shù)分析與歸納

周志鴻，馬飛，鄭利霞

(1北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院設(shè)備系，北京100083；2北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京100015)

1 液壓鑿巖機(jī)技術(shù)參數(shù)的分類

機(jī)械設(shè)備的技術(shù)參數(shù)又常常稱為技術(shù)特征、技術(shù)規(guī)格等等，這三者常常混用，其實這三者既有相同之處，又有區(qū)別。技術(shù)參數(shù)必須是數(shù)值；技術(shù)特征包含了技術(shù)參數(shù)與設(shè)備的部件配置；技術(shù)規(guī)格只包含設(shè)備最主要的技術(shù)參數(shù)與配置，一般作為采購依據(jù)。

液壓鑿巖機(jī)技術(shù)參數(shù)共有36個之多，按照技術(shù)參數(shù)的作用可以分為輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、幾何參數(shù)、重量參數(shù)、接口參數(shù)5大類；按照參數(shù)的獲得方式可以分為獨立參數(shù)與導(dǎo)出參數(shù)2種。獨立參數(shù)是基于測量而得到的基本參數(shù)，導(dǎo)出參數(shù)是根據(jù)獨立參數(shù)計算而得到的，詳見表1。

表1 液壓鑿巖機(jī)技術(shù)參數(shù)分類

2 液壓鑿巖機(jī)輸入?yún)?shù)

2.1 主要輸入?yún)?shù)

液壓鑿巖機(jī)主要輸入?yún)?shù)包括沖擊油壓、沖擊流量、回轉(zhuǎn)油壓、回轉(zhuǎn)流量等7個，見表2。

隨著液壓與密封技術(shù)的進(jìn)步，液壓鑿巖機(jī)的沖擊油壓與回轉(zhuǎn)油壓都有增高的趨勢，供油壓力高，也反映了液壓鑿巖機(jī)的制造質(zhì)量比較高。供油壓力高，供油流量就會相應(yīng)地減少，這就可以減輕液壓鑿巖機(jī)及其連接油管的重量。

阿特拉斯·科普柯公司液壓鑿巖機(jī)的沖擊油壓為20～25 MPa，回轉(zhuǎn)油壓為15～20 MPa。

2.2 其它輸入?yún)?shù)

液壓鑿巖機(jī)其他輸入?yún)?shù)有沖洗水壓力與潤滑用壓縮空氣壓力、流量等4個，見表3。

阿特拉斯·科普柯公司液壓鑿巖機(jī)的沖洗水壓力為1～2MPa，潤滑用壓縮空氣壓力為0.2MPa，壓縮空氣流量為5～6 L/s。

3 液壓鑿巖機(jī)輸出參數(shù)

液壓鑿巖機(jī)的輸出參數(shù)有沖擊能量、沖擊頻率、回轉(zhuǎn)扭矩與回轉(zhuǎn)速度、沖擊功率等10個，沖擊能量與沖擊頻率的乘積等于沖擊功率，見表4。

表2 液壓鑿巖機(jī)主要輸入?yún)?shù)

表3 液壓鑿巖機(jī)其他輸入?yún)?shù)

表4 液壓鑿巖機(jī)的輸出參數(shù)

3.1 沖擊頻率

液壓鑿巖機(jī)的沖擊頻率一般都高于氣動鑿巖機(jī)，大多數(shù)機(jī)型的沖擊頻率都大于或等于50 Hz，為了提高鑿巖鉆孔速度，國外大的制造廠商都不斷地提高液壓鑿巖機(jī)的沖擊功率，由于沖擊能受到零件材料強(qiáng)度與價格的限制，所以只能提高沖擊頻率，21世紀(jì)以來，國外最先進(jìn)的液壓鑿巖機(jī)的沖擊頻率已經(jīng)達(dá)到100 Hz，甚至還有繼續(xù)提高沖擊頻率的趨勢。阿特拉斯·科普柯公司于2004年推出的COP 3038型液壓鑿巖機(jī)的沖擊功率為30 kW，沖擊頻率為102 Hz，沖擊能不大于300 J,釬尾仍為T38，釬頭直徑仍為43～64 mm，鉆孔速度也已經(jīng)達(dá)到4～5 m/min。山特維克公司新機(jī)型HFX5T液壓鑿巖機(jī)，沖擊頻率為86 Hz，在花崗巖中鉆孔，用45 mm的鉆頭，鉆速達(dá)4.5 m/min。

有些廠家的液壓鑿巖機(jī)有2個或3個檔位的沖擊活塞行程調(diào)節(jié)器，應(yīng)該分別標(biāo)注每個檔位的沖擊頻率參數(shù)。

3.2 沖擊能量

液壓鑿巖機(jī)活塞的單次沖擊能量由下式定義

式中E——液壓鑿巖機(jī)活塞的單次沖擊能量

mp——活塞質(zhì)量

v——活塞沖程末速度

由于沖擊能的檢測很困難，而且容易引起爭議，所以國外許多液壓鑿巖機(jī)廠商并不標(biāo)明沖擊能的數(shù)值。

但是對于一個定型的液壓鑿巖機(jī)產(chǎn)品，是應(yīng)該進(jìn)行沖擊能測量的。手持式液壓鑿巖機(jī)的沖擊能一般為40～60 J，支腿式液壓鑿巖機(jī)的沖擊能一般為55～85 J，導(dǎo)軌式液壓鑿巖機(jī)的沖擊能一般為150～500 J。增大沖擊能，可以增大鑿巖鉆孔速度，導(dǎo)軌式液壓鑿巖機(jī)還可以達(dá)到更大的沖擊能，但是，沖擊能的選擇要與活塞、釬尾、釬桿、釬頭等零件壽命相匹配。沖擊能受到零件材料強(qiáng)度的限制，不能太大。

有些廠家的液壓鑿巖機(jī)有2個或3個檔位的沖擊活塞行程調(diào)節(jié)器，應(yīng)該分別標(biāo)注每個檔位的沖擊能的參數(shù)，沖擊頻率的最大值必然對應(yīng)沖擊能的最小值。

3.3 回轉(zhuǎn)扭矩

導(dǎo)軌式液壓鑿巖機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都是外回轉(zhuǎn)式，其扭矩一般都大于同級氣動鑿巖機(jī)。導(dǎo)軌式液壓鑿巖機(jī)最大扭矩的數(shù)值（Nm）一般都大于其沖擊能量的數(shù)值（J），有的鑿巖機(jī)扭矩值與沖擊能量值之比達(dá)到2倍以上。

3.4 回轉(zhuǎn)速度

液壓鑿巖機(jī)的回轉(zhuǎn)速度為0～300 rpm，一般來說，轉(zhuǎn)速隨沖擊頻率的增大而增大。

4 液壓鑿巖機(jī)的幾何參數(shù)

液壓鑿巖機(jī)的幾何參數(shù)包括長寬高與中心高等4個，見表5。

表5 液壓鑿巖機(jī)的幾何參數(shù)

鑿巖機(jī)的長度越小，適用性就越好，阿特拉斯·科普柯公司COP1132鑿巖機(jī)的長度（不含釬尾）只有735 mm,很適合于平巷掘進(jìn)與錨桿鑿巖作業(yè)。

中心高是鑿巖機(jī)的一個重要參數(shù)，在巷道掘進(jìn)鑿巖作業(yè)時，鑿巖機(jī)的中心高越小越好。阿特拉斯·科普柯公司的掘進(jìn)用液壓鑿巖機(jī)的中心高在77-88mm之間。

5 液壓鑿巖機(jī)的重量參數(shù)

液壓鑿巖機(jī)的重量參數(shù)有3個，液壓鑿巖機(jī)的重量也分為含釬尾與不含釬尾2種，單位為kg。將輸出功率除以重量，得出一個比功率的概念，見表6。阿特拉斯·科普柯公司COP1132鑿巖機(jī)沖擊功率Pp=11000 W，重量mass=75 kg，比沖擊功率Sp=Pp/mass=11000/75=146W/kg。比功率可以作為液壓鑿巖機(jī)技術(shù)水平的一個標(biāo)志，比功率越大，說明液壓鑿巖機(jī)的技術(shù)越先進(jìn)，技術(shù)含量越高。

6 液壓鑿巖機(jī)的接口參數(shù)

液壓鑿巖機(jī)的接口參數(shù)有8個，見表7，液壓鑿巖機(jī)的接口參數(shù)必須全部搞清楚，并且配好相應(yīng)的連接件。

表6 液壓鑿巖機(jī)的重量參數(shù)

表7 液壓鑿巖機(jī)的接口參數(shù)

7 結(jié)語

（1）將液壓鑿巖機(jī)36個技術(shù)參數(shù)歸納為輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、幾何參數(shù)、重量參數(shù)、接口參數(shù)五大類，并且列出了每一大類所屬的參數(shù)。

（2）36個技術(shù)參數(shù)又可以分為基于測量而得到的獨立參數(shù)與根據(jù)獨立參數(shù)計算而得到的導(dǎo)出參數(shù)，獨立參數(shù)是基本參數(shù)。

（3）五類參數(shù)各有各的用途，設(shè)備選型人員主要關(guān)心鑿巖機(jī)的輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)，設(shè)備安裝人員主要關(guān)心鑿巖機(jī)的接口參數(shù)。而設(shè)備設(shè)計人員要關(guān)心全部五大類技術(shù)參數(shù)。

（4）提出了鑿巖機(jī)的比沖擊功率與比總功率的概念，比沖擊功率與比總功率越大，鑿巖機(jī)的技術(shù)水平越高。

（5）液壓鑿巖機(jī)制造商應(yīng)該盡可能全面提供36個技術(shù)參數(shù)，但是以下5組（10個）主要技術(shù)參數(shù)（技術(shù)規(guī)格）是必不可少的最基本的參數(shù)：

沖擊頻率、沖擊功率；

回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度；

沖擊壓力與流量；

回轉(zhuǎn)壓力與流量；

釬尾規(guī)格與中心高。