礦山機(jī)電管理中牙輪鉆機(jī)的基本研究

摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。鑿巖作業(yè)作為整個(gè)礦山生產(chǎn)中的一環(huán)，對(duì)礦山生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)安全等有著極其重要的影響。

關(guān)鍵詞：礦山 機(jī)電管理 牙輪鉆機(jī)

1.牙輪鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）鉆機(jī)自動(dòng)化迅速發(fā)展：微電子和可編程控制器技術(shù)的迅猛發(fā)展，為牙輪鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過(guò)程的智能化在技術(shù)上提供了保障。國(guó)外牙輪鉆機(jī)的幾個(gè)主要生產(chǎn)公司都對(duì)其自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了各自的研發(fā)，采用現(xiàn)代微電子技術(shù)更新和改進(jìn)了原有的鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)：①以微機(jī)為基礎(chǔ)的屏幕顯示監(jiān)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(cè)功能，更重要的是可以隨時(shí)提供設(shè)備作業(yè)狀態(tài)和性能報(bào)告，把各種信息傳送給操作者。②自動(dòng)化鉆進(jìn)作業(yè)，隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的快速發(fā)展，早期的自動(dòng)化系統(tǒng)逐漸被取代。以微機(jī)為基礎(chǔ)，采用各種傳感器的新自動(dòng)化系統(tǒng)，將獲得的信息經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后，依據(jù)控制器內(nèi)設(shè)定的程序?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，把采集的模擬信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)各種動(dòng)作，使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆進(jìn)[1]。

（2）鉆機(jī)的主要系統(tǒng)不斷改進(jìn)和完善：牙輪鉆機(jī)隨著采礦作業(yè)對(duì)設(shè)備的要求不斷提高，其主要系統(tǒng)也在不斷地吸收新的科技成果和技術(shù)，逐漸的發(fā)展完善。①采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性更強(qiáng)和效率更高的無(wú)鏈齒條齒輪加壓提升系統(tǒng)，該系統(tǒng)依靠直流電機(jī)提供動(dòng)力，在性能上更優(yōu)于舊的封閉鏈齒條齒輪系統(tǒng)。②普遍采用了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)履帶行走，取消了鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)和離合器，使每條履帶都有自己獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng)，牙輪鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎，在條件不好的工作面上時(shí)便于把鉆機(jī)放置在合適位置，減少了維修和故障，提高了可靠性。③發(fā)展了新的靜態(tài)直流傳動(dòng)系統(tǒng)，采用靜態(tài)直流供電調(diào)速，擴(kuò)大了調(diào)速范圍，增加了鉆機(jī)的提升和推進(jìn)壓力；改變系統(tǒng)的傳動(dòng)比可以使回轉(zhuǎn)力矩滿足鉆進(jìn)的要求，實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益；新的直流電機(jī)系統(tǒng)具有更好的抗沖擊、抗震動(dòng)和溫度穩(wěn)定性，增強(qiáng)了保護(hù)功能；該系統(tǒng)采用數(shù)字控制代替了模擬控制，改善了電機(jī)及整機(jī)的控制特性[2]。

（3）改善了司機(jī)的作業(yè)環(huán)境：目前，國(guó)外牙輪鉆機(jī)主要制造商都在努力按照人機(jī)工程學(xué)的要求改善司機(jī)的作業(yè)環(huán)境，力爭(zhēng)為司機(jī)創(chuàng)造一個(gè)舒適無(wú)噪聲的工作環(huán)境，以發(fā)揮出其最大的能動(dòng)性，提高人和機(jī)器的作業(yè)效率。過(guò)去，牙輪鉆機(jī)一直被認(rèn)為是采場(chǎng)嚴(yán)重的污染源“跑冒滴漏”現(xiàn)象嚴(yán)重，油水滿地。現(xiàn)在這些都發(fā)生了改變，操縱著現(xiàn)代化的牙輪鉆機(jī)，極大地提高了生產(chǎn)效率。

2.牙輪鉆機(jī)的特點(diǎn)

（1）鉆進(jìn)過(guò)程自動(dòng)化：微電子技術(shù)快速發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和可編程序控制器技術(shù)的發(fā)展，在性能和可靠性方面獲得快速提高的同時(shí)成本大幅下降。采用微機(jī)、可編程序控制器等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)主參數(shù)的自動(dòng)控制，同時(shí)還可以對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，診斷鉆機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障[3]。

（2）供電調(diào)速方式：為了更好的適應(yīng)質(zhì)量較差的礦山電網(wǎng)，采用靜態(tài)交流變頻調(diào)速作為電力的鉆機(jī)供電調(diào)速方式，該方式能較好地適應(yīng)礦山的供電條件，利于實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）驅(qū)動(dòng)方式全液壓化：液壓系統(tǒng)可以在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)變速且傳動(dòng)平穩(wěn)，因此現(xiàn)代采礦設(shè)備的在行走、回轉(zhuǎn)和推進(jìn)的驅(qū)動(dòng)方式的選擇上，越來(lái)越多的采用全液壓驅(qū)動(dòng)方式。

（4）改進(jìn)工作機(jī)構(gòu)，降低故障率，提高作業(yè)效率：現(xiàn)有牙輪鉆機(jī)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(shù)以減少斷鏈?zhǔn)鹿剩珶o(wú)法徹底消除斷鏈?zhǔn)鹿省-E公司最新推出的49-R鉆機(jī)采用了一種全新的無(wú)鏈推壓系統(tǒng)，該鉆機(jī)取消了行走鏈條和加壓鏈條，徹底消除斷鏈?zhǔn)鹿孰[患，使鉆機(jī)機(jī)身工作平穩(wěn)，鉆頭載荷穩(wěn)定，從而提高了鉆頭壽命，減小回轉(zhuǎn)小車的振動(dòng)和漂移。這種全新的加壓方式以其鮮明的特點(diǎn)將逐步取代傳統(tǒng)的封閉鏈齒條加壓方式[4]。

（5）優(yōu)化主參數(shù)，提高穿孔效率：牙輪鉆機(jī)的主要參數(shù)包括：回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、提升速度、軸壓、行走速度、鉆孔孔徑等。現(xiàn)代鉆機(jī)提高了回轉(zhuǎn)功率和回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；提高了提升速度和行走速度；增大了軸壓，提高穿孔進(jìn)程；采用滑片式空壓機(jī)取代螺桿式空壓機(jī)，并加大排渣風(fēng)量、風(fēng)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(jìn)的設(shè)計(jì)理念：運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和人機(jī)工程學(xué)原理進(jìn)行鉆機(jī)設(shè)計(jì)，改善鉆機(jī)操作人員工作條件，提高鉆機(jī)實(shí)際工作效率和運(yùn)行可靠性。在設(shè)計(jì)手段上，牙輪鉆機(jī)制造廠家采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，大大提高設(shè)計(jì)工作效率和科技含量。鉆機(jī)本身則圍繞著提高生產(chǎn)能力和可靠性，改善操作人員工作條件等方面，而不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)，推出新機(jī)型。特別是大型鉆機(jī)，使用內(nèi)置計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)鉆機(jī)主要工作參數(shù)以及對(duì)鉆機(jī)主要工作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，提高穿孔效率，同時(shí)也降低了故障率和生產(chǎn)成本。

3.全液壓智能牙輪鉆機(jī)

全液壓智能牙輪鉆機(jī)是根據(jù)國(guó)內(nèi)大型露天礦現(xiàn)狀，針對(duì)國(guó)內(nèi)露天礦目前設(shè)備的不足之處而開(kāi)發(fā)的專用于露天礦鑿巖的大直徑中深孔鉆機(jī)，采用鑿巖、供氣、動(dòng)力三位一體化設(shè)計(jì)；可滿足各類露天礦山和巖土工程中各類炮孔的穿鑿作業(yè)。

智能鉆進(jìn)系統(tǒng)是最主要的控制部分，對(duì)牙輪鉆機(jī)自動(dòng)化鉆進(jìn)作業(yè)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，主要完成以下研究任務(wù)：

（1）全液壓牙輪鉆機(jī)鉆機(jī)系統(tǒng)的分析。首先了解全液壓牙輪鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)組成，進(jìn)而解釋牙輪鉆機(jī)的鉆進(jìn)過(guò)程，在此基礎(chǔ)上對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，為以后自動(dòng)鉆進(jìn)作業(yè)控制系統(tǒng)的研究提供理論依據(jù)。

（2）智能鉆進(jìn)控制系統(tǒng)的研究。設(shè)計(jì)一個(gè)能夠控制鉆桿回轉(zhuǎn)速度和扭矩，軸壓力和鉆進(jìn)速度及排渣風(fēng)量的控制系統(tǒng)，且該系統(tǒng)能以不超過(guò)預(yù)定的極限值為依據(jù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使鉆機(jī)始終保持平穩(wěn)鉆機(jī)作業(yè)。在鉆進(jìn)過(guò)程中智能地進(jìn)行故障預(yù)測(cè)、預(yù)防、處理及分析，從而實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)作業(yè)的智能化。

（3）智能鉆進(jìn)控制系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)。鉆桿導(dǎo)向、防卡、接卸等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、模塊化的研究，進(jìn)而確定智能化鉆進(jìn)作業(yè)控制系統(tǒng)的軟硬件和故障診斷模塊的組成，實(shí)現(xiàn)控制器、PC機(jī)和顯示屏人機(jī)界面之間的通訊。

（4）智能鉆進(jìn)系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)。在模塊設(shè)計(jì)指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)整個(gè)自動(dòng)鉆進(jìn)控制系統(tǒng)的程序。

4.結(jié)束語(yǔ)

在一些采礦業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，牙輪鉆機(jī)的應(yīng)用推廣要遠(yuǎn)早于國(guó)內(nèi)，到目前為止牙輪鉆機(jī)基本上已經(jīng)普及了這些國(guó)家的大中型露天礦山，成為礦山鑿巖開(kāi)孔的主要設(shè)備。自二十世紀(jì)七十年代起，牙輪鉆機(jī)在我國(guó)露天礦山的應(yīng)用得到迅速推廣，逐漸改變了我國(guó)露天采礦設(shè)備陳舊落后的局面。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳立平，張?jiān)魄澹?機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[2]李壯云，葛宜遠(yuǎn)，等.液壓元件與系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[3]馬延榮，騰子軍，等.智能型自動(dòng)鉆進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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.