礦山機電管理中牙輪鉆機的基本研究

摘要：隨著國民經濟的高速發展，礦產資源的開發利用成為我國社會經濟發展的重要支柱。鑿巖作業作為整個礦山生產中的一環，對礦山生產效率、生產成本和生產安全等有著極其重要的影響。

關鍵詞：礦山 機電管理 牙輪鉆機

1.牙輪鉆機的發展趨勢

（1）鉆機自動化迅速發展：微電子和可編程控制器技術的迅猛發展，為牙輪鉆機實現鉆進過程的智能化在技術上提供了保障。國外牙輪鉆機的幾個主要生產公司都對其自動化技術進行了各自的研發，采用現代微電子技術更新和改進了原有的鉆機自動化技術：①以微機為基礎的屏幕顯示監視器（LCD）取代了普通儀表盤，比普通儀表具有更多的功能，不但具有全面的診斷和檢測功能，更重要的是可以隨時提供設備作業狀態和性能報告，把各種信息傳送給操作者。②自動化鉆進作業，隨著現代微電子技術的快速發展，早期的自動化系統逐漸被取代。以微機為基礎，采用各種傳感器的新自動化系統，將獲得的信息經過相應處理后，依據控制器內設定的程序對執行機構進行控制，把采集的模擬信號，自動調節各種動作，使之實現自動化鉆進[1]。

（2）鉆機的主要系統不斷改進和完善：牙輪鉆機隨著采礦作業對設備的要求不斷提高，其主要系統也在不斷地吸收新的科技成果和技術，逐漸的發展完善。①采用結構簡單、可靠性更強和效率更高的無鏈齒條齒輪加壓提升系統，該系統依靠直流電機提供動力，在性能上更優于舊的封閉鏈齒條齒輪系統。②普遍采用了液壓傳動系統來驅動履帶行走，取消了鏈條傳動系統和離合器，使每條履帶都有自己獨立的動力系統，牙輪鉆機可以實現原地轉彎，在條件不好的工作面上時便于把鉆機放置在合適位置，減少了維修和故障，提高了可靠性。③發展了新的靜態直流傳動系統，采用靜態直流供電調速，擴大了調速范圍，增加了鉆機的提升和推進壓力；改變系統的傳動比可以使回轉力矩滿足鉆進的要求，實現最大的經濟效益；新的直流電機系統具有更好的抗沖擊、抗震動和溫度穩定性，增強了保護功能；該系統采用數字控制代替了模擬控制，改善了電機及整機的控制特性[2]。

（3）改善了司機的作業環境：目前，國外牙輪鉆機主要制造商都在努力按照人機工程學的要求改善司機的作業環境，力爭為司機創造一個舒適無噪聲的工作環境，以發揮出其最大的能動性，提高人和機器的作業效率。過去，牙輪鉆機一直被認為是采場嚴重的污染源“跑冒滴漏”現象嚴重，油水滿地?，F在這些都發生了改變，操縱著現代化的牙輪鉆機，極大地提高了生產效率。

2.牙輪鉆機的特點

（1）鉆進過程自動化：微電子技術快速發展，促進了計算機技術和可編程序控制器技術的發展，在性能和可靠性方面獲得快速提高的同時成本大幅下降。采用微機、可編程序控制器等設備來實現對鉆機主參數的自動控制，同時還可以對鉆進過程進行監控，診斷鉆機運行過程中出現的故障[3]。

（2）供電調速方式：為了更好的適應質量較差的礦山電網，采用靜態交流變頻調速作為電力的鉆機供電調速方式，該方式能較好地適應礦山的供電條件，利于實現鉆機的穩定運行。

（3）驅動方式全液壓化：液壓系統可以在運行過程中實現較大范圍的無級變速且傳動平穩，因此現代采礦設備的在行走、回轉和推進的驅動方式的選擇上，越來越多的采用全液壓驅動方式。

（4）改進工作機構，降低故障率，提高作業效率：現有牙輪鉆機常用的加壓方式為封閉鏈齒輪齒條式，該方式斷鏈頻繁，即便采用增加鏈條安全系數以減少斷鏈事故，但無法徹底消除斷鏈事故。B-E公司最新推出的49-R鉆機采用了一種全新的無鏈推壓系統，該鉆機取消了行走鏈條和加壓鏈條，徹底消除斷鏈事故隱患，使鉆機機身工作平穩，鉆頭載荷穩定，從而提高了鉆頭壽命，減小回轉小車的振動和漂移。這種全新的加壓方式以其鮮明的特點將逐步取代傳統的封閉鏈齒條加壓方式[4]。

（5）優化主參數，提高穿孔效率：牙輪鉆機的主要參數包括：回轉轉速、提升速度、軸壓、行走速度、鉆孔孔徑等?，F代鉆機提高了回轉功率和回轉轉速；提高了提升速度和行走速度；增大了軸壓，提高穿孔進程；采用滑片式空壓機取代螺桿式空壓機，并加大排渣風量、風壓；增大鉆孔孔徑，大孔徑利于降低穿孔成本，提高炸藥利用效果。

（6）先進的設計理念：運用現代設計理念和人機工程學原理進行鉆機設計，改善鉆機操作人員工作條件，提高鉆機實際工作效率和運行可靠性。在設計手段上，牙輪鉆機制造廠家采用計算機輔助設計，大大提高設計工作效率和科技含量。鉆機本身則圍繞著提高生產能力和可靠性，改善操作人員工作條件等方面，而不斷改進結構，推出新機型。特別是大型鉆機，使用內置計算機來自動控制系統對鉆機主要工作參數以及對鉆機主要工作過程進行監控，提高穿孔效率，同時也降低了故障率和生產成本。

3.全液壓智能牙輪鉆機

全液壓智能牙輪鉆機是根據國內大型露天礦現狀，針對國內露天礦目前設備的不足之處而開發的專用于露天礦鑿巖的大直徑中深孔鉆機，采用鑿巖、供氣、動力三位一體化設計；可滿足各類露天礦山和巖土工程中各類炮孔的穿鑿作業。

智能鉆進系統是最主要的控制部分，對牙輪鉆機自動化鉆進作業的控制系統進行研究，主要完成以下研究任務：

（1）全液壓牙輪鉆機鉆機系統的分析。首先了解全液壓牙輪鉆機鉆進系統的的結構組成，進而解釋牙輪鉆機的鉆進過程，在此基礎上對鉆進過程中系統進行運動分析，為以后自動鉆進作業控制系統的研究提供理論依據。

（2）智能鉆進控制系統的研究。設計一個能夠控制鉆桿回轉速度和扭矩，軸壓力和鉆進速度及排渣風量的控制系統，且該系統能以不超過預定的極限值為依據進行自動調節，使鉆機始終保持平穩鉆機作業。在鉆進過程中智能地進行故障預測、預防、處理及分析，從而實現鉆進作業的智能化。

（3）智能鉆進控制系統的模塊設計。鉆桿導向、防卡、接卸等實現自動化、模塊化的研究，進而確定智能化鉆進作業控制系統的軟硬件和故障診斷模塊的組成，實現控制器、PC機和顯示屏人機界面之間的通訊。

（4）智能鉆進系統軟件程序的設計。在模塊設計指導下，設計整個自動鉆進控制系統的程序。

4.結束語

在一些采礦業發達的國家，牙輪鉆機的應用推廣要遠早于國內，到目前為止牙輪鉆機基本上已經普及了這些國家的大中型露天礦山，成為礦山鑿巖開孔的主要設備。自二十世紀七十年代起，牙輪鉆機在我國露天礦山的應用得到迅速推廣，逐漸改變了我國露天采礦設備陳舊落后的局面。

參考文獻：

[1]陳立平，張云清，等.機械系統動力學分析及ADAMS應用教程[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2]李壯云，葛宜遠，等.液壓元件與系統[M].北京：機械工業出版社，1999.

[3]馬延榮，騰子軍，等.智能型自動鉆進系統設計方案[J].西部探礦工程，2003，2：17-20.

[4]T.M.Brady and T.W.Martin.Surface mining equipment[J].Mining Engineering.May，1992.