一、牙輪鉆機(jī)的工作原理

  

牙輪鉆機(jī)鉆孔時(shí)，依靠加壓、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)鉆桿，對(duì)

牙輪鉆頭

提供足夠大的軸壓力和回轉(zhuǎn)扭矩，牙輪

鉆頭在巖石上同時(shí)鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)，

對(duì)巖石產(chǎn)生靜壓力和沖擊動(dòng)壓力作用。

牙輪在孔底滾動(dòng)中連續(xù)地?cái)D壓、

切削沖擊破碎巖石；有一定壓力和流量流速的壓縮空氣，經(jīng)鉆桿內(nèi)腔從鉆頭噴嘴噴出，將巖渣從孔底

沿鉆桿和孔壁的環(huán)形空間不斷地吹至孔外，直至形成所需孔深的鉆孔。

 

    

二、牙輪鉆機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特征

 

1、鉆具

  

牙輪鉆機(jī)鉆具主要有牙輪鉆頭、鉆桿和穩(wěn)桿器。

  

1）牙輪鉆頭。牙輪鉆具工作原理：鉆機(jī)通過(guò)鉆桿給鉆頭施加足夠大的軸壓力和回轉(zhuǎn)扭矩，牙輪鉆頭

轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各牙輪又繞自身軸滾動(dòng)，滾動(dòng)的方向與鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。牙輪齒在加壓滾動(dòng)過(guò)程中，對(duì)巖

石產(chǎn)生碾壓作用；由于牙輪齒以單齒和雙齒交替地接觸巖石，當(dāng)單齒著地時(shí)牙輪軸心高，而雙齒著地

時(shí)軸心低，如此反復(fù)進(jìn)行，使巖石受到周期性沖擊作用；又由于牙輪的超頂、退軸（3個(gè)牙輪的錐頂與鉆頭中心不重合）、移動(dòng)（3個(gè)牙輪的軸線不交于鉆頭中心線）和牙輪的復(fù)錐形狀、使牙輪在孔底工作時(shí)還產(chǎn)生一定的滑動(dòng)，對(duì)巖石產(chǎn)生切削作用。因此，牙輪鉆頭破碎巖石實(shí)際上是沖擊、碾壓和切削的復(fù)合作用。

  

（1）牙輪鉆頭的分類與基本結(jié)構(gòu)。牙輪鉆頭按牙輪的數(shù)目分，有單牙輪、雙牙輪、三牙輪及多牙輪的鉆頭。單牙輪及雙牙輪鉆頭多用于直徑小于150mm的軟巖鉆進(jìn)。多牙輪鉆頭多用于炮孔直徑

180mm以上巖心鉆進(jìn)，礦山主要使用三牙輪鉆頭，三牙輪鉆頭又可分為壓縮空氣排渣風(fēng)冷式及儲(chǔ)油密封式兩種。壓氣排渣風(fēng)冷式牙輪鉆頭（簡(jiǎn)稱壓氣式鉆頭）是用壓縮空氣排除巖渣的。此種鉆頭使用于露天礦的鉆孔作業(yè)。通常鉆鑿炮孔直徑為150～445mm，孔深在20m以下。

  

壓氣式鉆頭由3片牙爪及在其軸頸上通過(guò)軸承（滾柱、鋼球、滑動(dòng)襯套）裝配3個(gè)互相配合的牙輪所

組成。牙爪尾部螺紋與鉆桿相連接。牙輪上鑲嵌硬質(zhì)合金柱齒，起著直接破碎巖石的作用。牙爪借助

滾柱、鋼球和襯套繞爪軸口轉(zhuǎn)，鉆機(jī)鉆壓通過(guò)軸承傳遞給牙齒并作用于巖石。徑向負(fù)荷主要由軸頸滾

柱軸承和襯套承受。滾珠軸承用以支持牙輪，在某些情況下用以承受徑向和軸向負(fù)荷。鋼球由塞銷孔

裝入，并由塞銷支持，牙輪襯套兩端設(shè)有止推面，牙輪內(nèi)端嵌有止推聲，平面止推軸承嵌有減磨柱用

以減少平面止推軸承的磨損。

  

為了減輕牙爪爪尖的磨損，牙爪尖部鑲嵌有平頂硬質(zhì)合金柱或堆焊碳化鎢耐磨合金。鉆頭內(nèi)腔有氣流

分配系統(tǒng)。壓氣通過(guò)鉆桿輸入牙輪鉆頭體內(nèi)腔，其中大部分壓氣由牙爪側(cè)邊3個(gè)或更換的噴嘴吹至炮

孔底，將巖渣由孔壁與鉆桿之間的環(huán)形空間排至孔外。噴嘴用固定螺釘固定在鉆頭體上。當(dāng)壓氣突然

中斷供應(yīng)時(shí)，為防止孔底巖渣或水侵入軸承，在噴嘴處設(shè)有逆止閥。另一部分壓氣通過(guò)擋渣管、冷卻

氣道進(jìn)入軸承各部冷卻軸承。

  

儲(chǔ)油密封式牙輪鉆頭是用清水或泥漿排除炮孔內(nèi)巖渣的。此種鉆頭使用于石油鉆孔、地質(zhì)勘探鉆孔及

地下礦山鉆孔或配套用于地下天井牙輪鉆機(jī)。

  

儲(chǔ)油密封鉆頭與壓氣式鉆頭的主要不同之處是：為防止巖渣、泥屑進(jìn)入鉆頭軸承內(nèi)腔，在軸承端部設(shè)

有徑向密封裝置。為儲(chǔ)存并向軸承腔補(bǔ)充潤(rùn)滑脂，在爪牙上端設(shè)有儲(chǔ)油囊，潤(rùn)滑脂經(jīng)由長(zhǎng)油孔進(jìn)入軸

承內(nèi)腔。牙輪鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆孔內(nèi)的水或泥漿壓力經(jīng)由壓蓋上的傳壓孔作用于儲(chǔ)油囊上。油囊中潤(rùn)滑

脂不斷流入軸承內(nèi)腔。鉆頭軸承長(zhǎng)時(shí)間工作后，其內(nèi)腔壓力增大。為防止因內(nèi)壓過(guò)大而破壞密封圈和

油囊，在鉆頭上設(shè)有泄壓閥。洗井液通過(guò)噴嘴形成高速射流，沖刷孔底，排出巖屑。

  

文檔沖億季，好禮樂(lè)相隨mini ipad移動(dòng)硬盤拍立得百度書包儲(chǔ)油密封軸承有滾動(dòng)及滑動(dòng)軸承兩種形式。兩者不同之處是：密封滑動(dòng)軸承的大軸承部位用滑動(dòng)軸承

代替了滾柱軸承，增大了軸承工作面，承壓面積大，接觸疲勞應(yīng)力小，軸承壽命長(zhǎng)。

  

（2）礦用牙輪鉆頭系列及其適用巖石。礦用壓氣式牙輪鉆頭可分為鋼齒及鑲齒（硬質(zhì)合金齒）兩種。

 

鋼齒牙輪鉆頭主要用楔形齒。根據(jù)巖石硬軟不同，楔形齒的高度、齒數(shù)、齒圈、齒圈距等都不同。巖石越硬，楔形齒的高度越低，齒數(shù)越多，齒圈越密。反之則相反。牙輪外排齒采用“T”形齒或“Π”形齒。 鑲齒鉆頭的齒形有球形齒、楔形齒和錐球齒等。在軟巖中使用楔形齒，在中硬巖中使用錐形齒及錐球齒，在硬巖中使用球形齒。隨巖石硬度的增加，硬質(zhì)合金齒的露齒高度減少，齒數(shù)增多，齒圈數(shù)增多。反之則相反。

2)鉆桿和穩(wěn)桿器。和牙輪鉆頭配套的鉆桿（又稱鉆管）。

  穩(wěn)桿器是牙輪鉆進(jìn)時(shí)防止鉆桿及鉆頭擺動(dòng)、炮孔歪斜、保護(hù)鉆機(jī)工作構(gòu)件少出故障和延長(zhǎng)鉆頭壽命的

有效工具。國(guó)內(nèi)穿孔實(shí)踐表明，牙輪鉆進(jìn)必須配備穩(wěn)桿器。

穩(wěn)桿器有兩種形式：輻條式及滾輪式。

  

輻條式穩(wěn)桿器由四根用耐磨材料做成輻條焊在穩(wěn)桿器上。有時(shí)在輻條上鑲有硬質(zhì)合金柱齒。輻條式穩(wěn)

桿器適用于巖石普氏堅(jiān)固性系數(shù)f＜16的中等磨蝕性的礦巖。不宜用于鉆鑿傾斜炮孔。

  滾輪式穩(wěn)桿器上裝有3個(gè)滾輪。滾輪表面鑲有硬質(zhì)合金柱齒。由于滾輪摩擦阻力小，故滾輪式穩(wěn)桿器使用壽命長(zhǎng)。適用于巖石硬度高和磨蝕性強(qiáng)的礦巖。特別適用于斜炮孔鉆進(jìn)。

2、鉆架  鉆架橫截面多為敞口“Π”形結(jié)構(gòu)件，4根方鋼管組成4個(gè)立柱，前立柱內(nèi)面上焊有齒條，供回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提升和加壓，外面為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)滾輪滑道。鉆架內(nèi)有鉆桿儲(chǔ)存和鏈條張緊等裝置。

  鉆架安裝在主平臺(tái)A型架軸孔上，由液壓油缸使鉆架繞該軸孔轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉆架立起和放倒。

鉆架有標(biāo)準(zhǔn)鉆架和高鉆架兩種，高鉆架鉆孔時(shí)，不用接卸鉆桿可一次連續(xù)鉆孔達(dá)到炮孔深度要求。

3、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

  回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)，由主傳動(dòng)通過(guò)封閉鏈條——齒輪齒條實(shí)現(xiàn)提升和加壓。采用偏心滾輪裝置，

使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沿鉆架的運(yùn)動(dòng)為無(wú)間隙滾動(dòng)，且使齒輪與鉆架齒條正常嚙合。  

為防止因鏈條斷裂引起小車墜落設(shè)有防墜裝置，防墜裝置有氣缸閘帶型和氣液增壓盤式制動(dòng)型。

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與鉆桿連接采用鉆桿連接器。現(xiàn)多采用減震器，可以吸收鉆孔時(shí)鉆桿的軸向和徑向振動(dòng)，使

鉆機(jī)工作平衡，提高鉆頭壽命。

  

回轉(zhuǎn)減速器，均為二級(jí)齒傳動(dòng)，第一軸有懸臂式和簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)支式改善了軸的受力和齒輪接觸情

況，減少故障。空心主軸上下部推力軸承分別承受提升時(shí)的提升力和加壓時(shí)軸壓力，多軸承的空心主

軸增加了徑向定心，并承受由于鉆桿的沖擊和偏擺引起較大的徑向載荷，改善了推力軸承的受力。雙

電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的回轉(zhuǎn)減速器，兩個(gè)二軸齒對(duì)稱地與空心主軸齒輪嚙合，加強(qiáng)了空心主軸的徑向穩(wěn)定和受

力狀況。

 

4、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

  

主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作用是驅(qū)動(dòng)鉆具的提升-加壓及鉆機(jī)行走，提升與行走由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，加壓有液壓馬達(dá)和直流或交流電動(dòng)機(jī)兩種方式，各動(dòng)作間實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖。

  

主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝有固定和懸掛式，如YZ-55型牙輪鉆機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)懸掛在主平臺(tái)A型架上，懸掛中心與鉆架起落轉(zhuǎn)動(dòng)中心在同一軸線上。

 

5、行走機(jī)構(gòu)

  

行走機(jī)構(gòu)完成鉆機(jī)遠(yuǎn)距離行走和轉(zhuǎn)換孔位，由主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速后，通過(guò)三級(jí)鏈條傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)履帶行走；

鉆機(jī)直行和拐彎，通過(guò)控制左右氣胎離合器完成。

  

行走機(jī)構(gòu)與主平臺(tái)的連接是通過(guò)剛性后軸上兩點(diǎn)及均衡梁上一點(diǎn)鉸接，成為三點(diǎn)鉸接式連接，使鉆機(jī)

在不平地面行走時(shí)鉆機(jī)上部始終處于水平狀態(tài)。

 

6、排渣系統(tǒng)

  

牙輪鉆機(jī)采用壓氣排渣，壓縮空氣通過(guò)主風(fēng)管、回轉(zhuǎn)中空軸、鉆桿、穩(wěn)桿器、鉆頭向孔底噴射，將巖

渣沿鉆桿與炮孔壁間的環(huán)形空間吹出孔外。

 

空氣壓縮機(jī)有兩種型式：螺桿式和滑片式。

 

7、除塵系統(tǒng)

  

用于處理鉆孔排出的含塵空氣。

  

1）干式除塵。利用孔口沉降、旋風(fēng)除塵和脈沖布袋除塵三級(jí)除塵。

  

2）濕式除塵。通常利用輔助空氣壓縮機(jī)壓氣進(jìn)入水箱的雙筒水罐內(nèi)壓氣排水，與主風(fēng)管排渣壓氣混

合形成水霧壓氣，

將巖渣中塵灰潤(rùn)濕后，

隨大顆粒排出孔外。

也可用水箱中潛水泵向主風(fēng)管排水方式，

達(dá)到除塵目的。

 

8、液壓系統(tǒng)

  

液壓系統(tǒng)操作油缸和液壓馬達(dá)，完成鉆架起落、接卸鉆桿、液壓加壓、收入調(diào)平千斤頂?shù)葎?dòng)作。液壓

系統(tǒng)有手動(dòng)拉桿滑閥和電液控制滑閥兩種，前者手感性強(qiáng)，后者動(dòng)作反應(yīng)快。

 

9、氣控系統(tǒng)

  

用于操作控制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提升制動(dòng)、提升-加壓離合、行走氣胎離合、鉆桿架鉤鎖、壓氣除塵、自動(dòng)潤(rùn)滑等作用，它由一臺(tái)0.8m3/min,0.1MPa的活塞式空氣壓縮機(jī)供氣。

 

10、干油潤(rùn)滑系統(tǒng)

  鉆機(jī)集中自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)由泵站、供油管路和注油器組成，潤(rùn)滑時(shí)間和潤(rùn)滑周期可自動(dòng)控制，并設(shè)有手動(dòng)強(qiáng)制潤(rùn)滑按鈕。

 

11、動(dòng)力及配置

  

牙輪鉆機(jī)動(dòng)力與機(jī)構(gòu)配置有多種形式。

  

集中驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)或柴油機(jī)全液壓牙輪鉆機(jī)，

需帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)和分配齒輪箱油泵，

油泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)、

油缸、控制閥等。

牙輪鉆機(jī)自帶變壓器，一般為3kV、6kV、和10kV供電，小型鉆機(jī)也可由380V電源直接供電，鉆機(jī)可配帶電纜卷筒。

直流電動(dòng)機(jī)多采用可控硅供電無(wú)級(jí)調(diào)速，交流電動(dòng)機(jī)變頻無(wú)級(jí)調(diào)速。

鉆機(jī)自動(dòng)化控制，如微機(jī)控制參數(shù)自動(dòng)參數(shù)調(diào)節(jié)、自動(dòng)潤(rùn)滑、故障顯示等。