鑿巖機械沖擊能試驗方法的研究

摘要：在闡述鑿巖機械沖擊能主要測試方法工作原理的基礎上，結合國內外應用情況，對測量方法的優缺點進行了分析，最后給出了各方法的適用范圍。

關鍵詞：鑿巖機械；沖擊能；試驗方法

Abstract： On the basis of the main impact energy test methods of rock drilling machines is explained， works on the combination of domestic and international applications， advantages and disadvantages of test methodswere analyzed. Finally， the scope of application of each method is gived.

Keywords： rock drilling machines；impact energy；test methods

前言

鑿巖機械是以氣（液、電）為動力，具有沖擊和回轉功能的設備，主要包括氣動（液壓、電動）鑿巖機、氣鎬、液壓錘等（電動鑿巖機在煤礦井下已禁止使用，此文不再進行闡述），在煤礦、冶金礦山中廣泛應用于掘進與放頂等工程的爆破孔、錨桿孔、探水探瓦斯孔、瓦斯抽放孔、注漿孔等煤巖孔鉆進以及井巷成孔鉆進，另外液壓鑿巖機在鋼廠的高爐開鐵口也得到了廣泛應用。而沖擊能作為鑿巖機械的主要性能指標，直接影響其工作效率；準確測試分析鑿巖機械沖擊能，對提高該類產品技術水平有極其重要的作用。

目前，國際上尚無統一的沖擊能測試方法。國內各研究院所、高校、生產企業均對鑿巖機械的沖擊能測試方法進行了廣泛研究，現有沖擊能測試方法主要有：應力波法、末速度法（電磁感應法、光電位移微分法、活塞端面反射法等）、受沖腔法、變形量法（金屬變形量法、彈簧變形量法等1.2.優缺點

應力波法測試沖擊能已被國際標準ISO2787-1984《回轉式和沖擊式氣動工具—性能試驗》、GB/T5621—2008《鑿巖機械與氣動工具性能試驗方法》采用[2][3]，主要適用于氣動鑿巖機械，該方法操作方便、效率高，目前在我國使用較為普遍。但在歐洲普遍采用應變片法，不同于應力波法的是，該方法使用油墊或鋼板橡膠組合板代替吸能裝置。應力波法在實際使用過程中主要存在以下問題。

1.2.1.上述2項標準要求“吸能裝置的反射能量不能超過入射能量的20%[2][3]”，而在實際應用中，吸能裝置的反射能量只能通過理論計算得出，不能通過試驗準確確認，造成吸能裝置是否符合標準要求不得確認；并且標準要求的反射系數20%以內范圍太大，造成每個試驗臺吸能裝置的反射系數均不一樣，不好進行一致評價。

1.2.2.應變片粘貼及連接線的引出需專業人員操作，不能有絲毫馬虎，而在試驗過程中，由于鑿巖機械的高頻振動，應變片極易松動或脫落，直接影響試驗結果。

1.2.3.上述2項標準對應力波法測試精度的描述為“按照該方法測量沖擊能，則測量精度可估計在±10%[2][3]”，可見，該方法對于產品檢測來說精度偏低。

1.2.4.由于應力波法測試的是作用于釬桿上的沖擊能，既不是鑿巖機械活塞本身沖擊釬尾時所具有的能量，也不是釬頭作用于巖石的能量，對用戶來說，其數據的可信度較低，并且還存在著能量傳遞損耗，造成此方法測得的沖擊能比其他方法測試結果偏低。據研究，相對于末速度法，其測試結果偏低20J～30J[4]。2.2.優缺點

末速度法在歐洲、日本、我國均有所研究，該方法具有測量精度高的優點，測量數據為鑿巖機械本身具有的沖擊能，對比性強。但在使用過程中還存在以下問題。

2.2.1.末速度法受外部環境（光線、磁場等）影響較大，只適用于在實驗室內部進行測試。

2.2.2.對于個別液壓鑿巖機械，由于沖擊活塞上無安裝測桿的孔，測試時需加工測試專用的活塞，造成測試結果與實際沖擊能有所出入。

2.2.3.由于需測試沖擊活塞質量，試驗過程中需對被測設備拆裝，工作效率較低。

3.受沖腔法

3.1.測試原理

受沖腔法是利用鑿巖機械工作時產生的沖擊能作用于受沖腔，引起安裝于受沖腔活塞上的測桿位移量變化（受沖腔內部壓力需保持恒定），或引起受沖腔內部的壓力變化，通過位移量或壓力與沖擊能的對應關系換算即可得出對應的沖擊能，其對應關系可通過落錘法進行校正，但需注意的是受沖腔內的油量、溫度應保持穩定。3.2.優缺點

受沖腔法已列為日本標準JIS M2001-1977《鑿巖機的性能試驗方法》（1987年確認）中三種沖擊能測試方法之一[5]，該方法具有精度較高、操作簡單、工作效率高等特點，適用于大批量產品的性能試驗。但國內對該方法研究深度不夠，只停留在初步階段，只能通過該方法對產品定性，即通過測試鑿巖機械沖擊受沖腔產生的壓力值是否達到設定值（該值與測試產品設計的沖擊能指標對應）來判定產品是否合格。該方法在使用過程中還存在以下問題。

3.2.1.受沖腔法測試沖擊能的試驗裝置不成熟，現有試驗裝置不能測量得出沖擊性能曲線。

3.2.2.試驗過程中，受沖腔需要承受鑿巖機械的往復沖擊，內部油液溫度急速提升，對試驗結果影響大，需加設油溫穩定裝置。

4.結語

4.1.應力波測試沖擊能操作簡單、效率高，適用于鑿巖機械生產企業大批量產品的性能試驗，但由于該方法精度低等原因，不宜作為產品性能判定、比對用。

4.2.末速度法測試沖擊能精度高，但操作復雜、效率低，適用于實驗室作為產品性能判定、不同產品間的比對用。

4.3.受沖腔法測試沖擊能操作簡單，精度介于末速度法和應力波法之間，但由于受沖腔法試驗裝置不成熟，試驗方法及裝置有待進一步研究。

參考文獻：

[1]郭孝先、狄志勇等，液壓鑿巖機性能與檢測，煤炭科研參考資料，1991.

[2]ISO2787-1984《回轉式和沖擊式氣動工具—性能試驗》.

[3]GB/T5621—2008《鑿巖機械與氣動工具 性能試驗方法》.

[4]郭孝先、王路等，液壓鑿巖機沖擊性能及其試驗方法，鑿巖機械氣動工具，1994（1）.

[5]JIS M2001-1977《鑿巖機的性能試驗方法》（1987年確認）.

作者簡介：林瑞波（1978-），天津人，工程師，主要從事煤礦鑿巖機械、噴漿機械的試驗研究。