小型液壓挖掘機改微型液壓鑿巖機的研制

潘興榮，何克甜，肖彩飛

(廣西徐沃工程機械設備有限公司，南寧530105)

0 引言

小型挖掘機又稱小型挖掘機械，一般1～6 噸級的挖掘機可以很容易使用通用的運輸車輛進行轉場，故可稱為小型挖掘機。小型挖掘機得益于小巧的身姿，成為城市地區土方工程應用的主要設備，廣泛應用在市政建設及各中小型工程項目中。但是，由于工程項目、施工進度、氣候變化等原因，小型挖掘機經常會閑置不用，比如在冬季、雨季不但難保管、難保養還占地方，既浪費了資源，長期的閑置又影響設備的性能，使再次使用時往往不能發揮最好效能。因此，設備的應用的多元化，設備多功能、多用途、高效率成為了設備生產商和用戶的追求。

1 現有鑿巖機存在的問題

鑿巖機主要作用是帶動鉆具破碎孔底巖石，推進或提出在孔內的鉆具。可用于鉆取巖心、礦心、巖屑、氣態樣、液態樣等，以探明地質和礦產資源等情況。目前在礦山、煤炭、建材、水電施工、公路、鐵路工程等土石方工程爆破孔鉆鑿作業中廣泛使用到鑿巖機。

當前，基建行業混凝土或巖石鉆孔機械中，常規的機械有手持式風鎬、大中型移動鑿巖機等，手持式風鎬是最原始的鉆孔工具，需要人工手持風鎬在混凝土或巖石表面進行鉆孔，該作業方式雖然可以在狹窄的作業空間施工，但是人工勞動強度大、 效率低，工作環境惡劣、勞動強度大，而且安全隱患較大；鉆孔作業時，人就近操作，機械震動大，發出的噪聲大，常伴有粉塵和石片逸出，嚴重影響人的身體健康。而大中型移動鑿巖機，由于體積龐大，自身質量重，僅可在經過平整后寬敞的工作面上進行鉆孔作業，狹窄的作業空間顯然不支持該機械進場施工，加上設備成本高、運輸和停靠都不方便。因此，需要開發一種微型鑿巖機，能夠滿足使用要求并與挖掘機配套使用，拓展挖掘機應用范圍的同時還可以減少設備投入，將有很好的市場前景。

現有的鑿巖機鉆孔設備，在設計上存在一些缺陷，主要表現在：

(1)當需要對推進梁上的零部件進行維修保養時，將推進梁旋轉至水平位置后無支撐物，這不利于維修人員的安全。

(2)現有的鉆機推進梁采用槽鋼結構，因推進梁上承載較多的零部件，承重大，易于變形。

(3)捕塵器固定在推進梁下端，無法靈活調整位置，鉆孔作業過程中在沖擊力的作用下會與鉆孔口平面產生較大間隙，灰塵泄漏量大，不利于環保。

(4)現有鉆機鉆桿的更換采用人工手動更換的方式，不僅影響鉆孔作業的效率，而且增加操作人員的勞動強度。

(5)現有的鑿巖機推進小車與推進梁普遍采用滑動聯接的方式，滑動聯接的接觸面較大，鑿巖機在運行過程中推進小車受到的阻力較大，增加了動力源的能耗。

2 小型挖掘機改微型鑿巖機的主要結構

微型鑿裝置作為小型挖掘機屬具之一，配套安裝在挖掘機工作臂前端，構成微型鑿巖機，用于基建行業混凝土或巖石鉆孔作業。這樣改造得來的微型鑿巖機，結合小型挖掘機體積小巧以及自身靈活的操控優勢，可在狹窄的區域內工作，替代人力手工鉆孔作業。

2.1 對挖掘機的要求

挖掘機是微型鑿巖機的重要組成部分，挖掘機質量好壞直接影響鑿巖機的整機質量。鑿巖裝置的驅動源于挖掘機原有的液壓系統，往往容易發生故障，因此，出廠前必須對挖掘機液壓系統的性能作全面試驗［1］，以減少出廠后挖掘機故障的發生，也就減少了微型鑿巖機的使用故障。

2.2 微型鑿巖裝置的結構

鑿巖裝置的主要組成如圖1 所示。鑿巖機頭1固定在機頭走車2 上；推進器總成安裝在推進梁6的頂部；鏈條張緊器7 安裝在推進梁下部；鏈條3 的上段跨過推進鏈輪4 與鑿巖機頭走車的上部連接、鏈條3 下段跨過鏈條張緊器7 與機頭走車2 的下部連接；釬桿爪10 安裝在推進梁6 的底部；利用挖掘機原來裝有的液壓系統為動力源并通過各相關控制閥實現對液壓鑿巖機的驅動和控制，完成鑿巖作業。

圖1 微型鑿巖裝置結構

2.3 鑿巖裝置與挖掘機的聯接

挖掘機改造的鑿巖機，包括挖掘機本體、挖掘機工作臂和鑿巖裝置，用鑿巖裝置代替鏟斗。鑿巖裝置通過一渦輪蝸桿減速器與挖掘機工作臂的小臂前端聯接，具體聯接方案有多種，本方案如圖所示2。

(1)挖掘機工作臂與減速器外殼固定聯接。在減速器聯接法蘭6 上垂直焊接有聯接板5，該聯接法蘭直接與減速器外殼8 固定聯接，聯接板5 上設有與原挖掘機鏟斗聯接孔相對應的兩聯接孔A 和B，并通過原有鉸銷與挖掘小臂2 聯接，通過操作挖掘機工作臂(由挖掘小臂2 和挖掘大臂3 構成)可實現鑿巖裝置的縱向傾斜角度調整。

(2)鑿巖裝置推進梁與減速器輸出法蘭固定聯接。鑿巖裝置推進梁上焊接有安裝法蘭10，用以與減速器的輸出法蘭固定對接。調姿驅動馬達9 通過驅動蝸桿7、渦輪、驅動軸及輸出法蘭轉動，使鑿巖裝置總成1 側向偏轉，實現調整鑿巖裝置的側向傾斜角度。

圖2 鑿巖裝置與挖掘機的聯接

2.4 鑿巖機的工作原理

鑿巖機有三個主運動，其中：①鑿巖機的沖擊，是把液壓泵輸出的壓力油經鑿巖機換向閥供到沖擊活塞缸，隨著換向閥的頻繁自動換向實現沖擊活塞的往復運動，對外表現就是沖擊；②鑿巖機釬頭的回轉，是相應的換向閥控制鑿巖液壓馬達實現鉆桿的旋轉；③鑿巖機釬頭的推進和抽回，通過相應控制閥對進退油缸實施控制來實現。

鑿巖機的輔助動作有5 個，包括：

(1)扶釬。通過扶釬器，用于首次起鉆時對鉆桿的定位及接桿卸桿時夾住鉆桿。

(2)側擺。側擺是針對不同坡度鉆孔時調整推進梁的左右方向傾斜角度。

(3)機械手偏轉。功能是接桿卸桿時夾緊鉆桿進出桿庫。

(4)機械手夾緊。功能是夾住鉆桿，用于接桿卸桿。

(5)轉釬。用于存放備用鉆桿，轉動釬桿庫盤實現鉆桿的出入庫。

另外，在環保要求高的地方，還應配備除塵裝置。

微型鑿巖裝置配套安裝在小型挖掘機工作臂前端，構成自行式微型鑿巖機，結合小型挖掘機體積小巧以及自身靈活的操控優勢，可在狹窄的區域內工作，操作人員可以遠離惡劣的鑿巖工作中心區。操作員坐在挖掘機的駕駛位上作行走和調姿操作，使微型鑿巖機移至需要鉆孔的位置，再利用小型挖掘機的液壓動力源將動力傳至鑿巖機頭和推進器總成，進行鉆孔作業，完成混凝土或巖石鉆孔作業整個工作流程。

3 特點及優勢

在挖掘機改裝鑿巖機的過程中，無需拆卸挖掘機工作臂，只需要把挖斗替換為鑿巖裝置即可［2］，操作簡單、方便實用。從經濟的角度看，小型挖掘機改微型鑿巖機的成本比購買專門的鑿巖機要低，對原來的挖掘功能影響也不大，可以隨時更換挖掘機屬具從而得到不同的使用功能。并且具有如下優勢：

(1)通用性強：可裝配在任何品牌的液壓挖掘機上。

(2)回報率高：挖掘機改裝的鑿巖機，使用能耗低，能耗僅是同類型風動設備的三分之一；工作效率高，如90 mm 孔鑿巖速度每分鐘可達1.2 m，是風動設備的 8～10 倍。

(3)性價比高：將挖掘機改裝成為鑿巖機成本低、效率高、實用性強，為挖掘機找到了新的價值［3］，充分結合了挖掘機的行走方便和鑿巖機快速打孔等優勢，形成兩者優劣互補，還可以利用挖掘機工作臂調整打孔角度，適合于復雜工況的打孔作業，增加打孔的靈活性，可媲美于進口全液壓鑿巖機，又因不用拆除挖掘機工作臂而能夠方便恢復挖掘機功能，實現換挖掘機與鑿巖機的快速轉換。

(4)安全性高：由于挖掘機作為主機，具有自重大、功率大、可靠性高、能適應惡劣環境等特點，使設備操作事故風險低、作業環保、工作效率高。

(5)電腦精控：先進的挖掘機采用智能控制，操作簡單，一般的挖掘機手經過簡單培訓之后即可操作，無需專業人員。

(6)成本低：通過改造使挖掘機具備鑿巖臺車所擁有的打孔功能，并且不影響挖機本身的功能，而且由于挖掘機的爬坡性能、 打孔角度調整等都更優于鑿巖臺車，所以更為靈活，而價格僅是液壓鑿巖臺車的1/10，甚至低于風動鑿巖臺車。顯然，其推廣應用的前景看好。

4 結束語

設備改造與技術革新開啟了挖掘機新的使用途徑，比如將挖斗改成破碎錘、切削鉆機、鑿巖鉆機、潛孔鉆機、機載液壓膨脹機、夾木器等，便可輕易的拓展挖掘機的功能，分別應用于土建工程、隧道工程、采石業、采礦業、林業、運輸業、路橋工程、鋼鐵工業或水利工程等領域，不用改變挖掘機的性能，便可實現一機多用，從而減少挖掘機的閑置時間，大大降低設備投入的成本，解決了許多傳統方法無法實現或成本太高的難題。隨著我國城鎮化建設進程加快和基礎設施的建設不斷增加，今后小型工程機械設備及其屬具的需求將逐步升溫，微型挖掘機多功能改造的市場前景為業內人士普遍看好［4］。