淺談一種液壓鉆機(jī)動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)及功能分析

摘要： 一種液壓鉆機(jī)動(dòng)力頭是工程機(jī)械的輔助機(jī)械，我國(guó)整個(gè)社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程尚未完成，有大量的鐵路、公路、水利和基礎(chǔ)建設(shè)將要進(jìn)行。未來(lái)工程方面對(duì)各類(lèi)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備的需求將會(huì)越來(lái)越大，給液壓動(dòng)力頭等提供了大量的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。因此要求對(duì)頂錘式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭性能上進(jìn)行改進(jìn)，提升產(chǎn)品的品質(zhì)，能夠提高工作效率，使其更有效的應(yīng)用于工程建設(shè)。本文分析了一種液壓鉆機(jī)動(dòng)力頭的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)述其結(jié)構(gòu)及功能分析。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力頭;錨固鉆具;液壓系統(tǒng);液壓沖擊錘

一、前言

液壓錨桿鉆機(jī)主要應(yīng)用于電站、公路及鐵路等山體邊坡治理錨索加固、隧道管棚超前支護(hù)、基坑斜拉樁錨索、抗浮錨桿、地源熱泵井、路基加固等工程。傳統(tǒng)液壓錨桿鉆機(jī)動(dòng)力頭是旋轉(zhuǎn)式液壓動(dòng)力頭，不具備沖擊功能，在遇到巖層，砂卵石層時(shí)，需要借助潛孔沖擊器來(lái)進(jìn)行破巖作業(yè)，需要匹配空壓機(jī)和沖擊器，施工費(fèi)用高，作業(yè)效率低。一些廠(chǎng)家采用液壓破碎錘接到回轉(zhuǎn)式動(dòng)力頭后面進(jìn)行沖擊功能擴(kuò)充，由于液壓破碎錘沖擊頻率低，單次沖擊力大，整體缺少打擊緩沖，所以容易損壞動(dòng)力頭。

鉆機(jī)頂錘式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭是一種破碎工具，它由液壓沖擊錘和旋轉(zhuǎn)部分組成，以液體壓力驅(qū)動(dòng)液壓缸種的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)外作功，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。而在當(dāng)今，由于大量的工程建設(shè)等，就需要大型的機(jī)械來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭更多被作為一種輔助設(shè)備。

二、國(guó)內(nèi)外頂錘式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭技術(shù)現(xiàn)狀與差距

舊式的錨固鉆機(jī)動(dòng)力頭多數(shù)只有旋轉(zhuǎn)功能，需配套的設(shè)備有空壓機(jī)、沖擊器、跟管鉆具等，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于巷道圍巖的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、煤巷頂板常存在夾層等局部堅(jiān)硬巖層，其硬度超過(guò)旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)的適應(yīng)范圍，致使旋轉(zhuǎn)錨桿鉆機(jī)使用受到了限制，降低了效率。在現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)結(jié)構(gòu)上，增加一個(gè)沖擊機(jī)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)作業(yè)的同時(shí)，輔以沖擊，使孔底巖石產(chǎn)生微觀(guān)裂縫，以使旋轉(zhuǎn)鉆孔更為有效，當(dāng)遇到局部堅(jiān)硬巖層時(shí)，可以充分發(fā)揮沖擊破的特點(diǎn)，大大減低了成本，提高了效率。液壓沖擊錘是從最原始的破碎錘經(jīng)過(guò)層層改進(jìn)而來(lái)的，而且因?yàn)槠淞己玫慕?jīng)濟(jì)及社會(huì)效益而發(fā)展迅速[1]。

國(guó)外液壓沖擊錘形成了當(dāng)今的產(chǎn)品多樣化、系列化的形式。液壓沖擊錘在歐美和日韓得到大量生產(chǎn)和飛速發(fā)展。國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀與國(guó)外液壓沖擊錘相比，我國(guó)液壓沖擊錘的總的發(fā)展現(xiàn)狀是：起步不晚，但發(fā)展緩慢。20世紀(jì)70年代啟動(dòng)開(kāi)發(fā)研制液壓沖擊錘，80年代初得以研制開(kāi)發(fā)且規(guī)模變大。液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭的發(fā)展綜合來(lái)看，有以下幾個(gè)趨勢(shì)：

（1）產(chǎn)品系列化：根據(jù)的物塊形狀和硬度決定選用沖擊能的大小。

（2）智能化：在各種技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)上，希望能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)能來(lái)應(yīng)對(duì)于不同工況。

（3） 沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)形式多樣化：按沖擊能源的分類(lèi)、裝配的分類(lèi)、及沖擊能分類(lèi)等。

（4）功能多樣化、結(jié)構(gòu)柔性化：為了適用現(xiàn)代施工要求，功能的多層化和多種附加功能使液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭在功能上也具有了很大的柔性[2]。

三、液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)及功能分析

3.1 液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)如圖1所示

1—打擊組;2—頻率組;3—限位組;4—液壓馬達(dá);5—旋轉(zhuǎn)組;

6—倒打組;7—花鍵軸;8—倒打緩沖器;9、10—打擊緩沖器

3.2 液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭工作原理[3]

a、最初情形：

活塞14在最下端（自重作用），閥芯212在最上端（液壓力作用），閥芯212在第四油腔217內(nèi)的受力面積小于閥芯212在第一油腔214內(nèi)的受力面積，所述閥芯212在第一油腔214內(nèi)的受力面與閥芯212在第四油腔217內(nèi)的受力面之和大于閥芯212在第五油腔218內(nèi)的受力面，所述活塞14在第六油腔17內(nèi)的受力面小于活塞在第七油腔18內(nèi)的受力面。

b、活塞14回程：

高壓油從進(jìn)油口211進(jìn)入限位組2，通過(guò)油道進(jìn)入第六油腔17，第七油腔18與出口連接，活塞14向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)前緩沖器15受壓蓄能，第七油腔的液壓油從出口流出，由于出口孔徑截面積與后緩沖器進(jìn)口孔徑截面積小于第七油腔的孔徑截面積，導(dǎo)致后緩沖器受壓，起到緩沖和背壓的作用，防止活塞14撞擊后基座13的端蓋;

c、閥芯212換向：

當(dāng)活塞14向上運(yùn)動(dòng)到第六油腔17與第四油腔連通時(shí)，此時(shí)第一油腔214、第四油腔217和第五油腔218都受高壓，由于所述閥芯212在第一油腔214內(nèi)的受力面與閥芯212在第四油腔217內(nèi)的受力面之和大于閥芯212在第五油腔218內(nèi)的受力面，從而使得閥芯212向下運(yùn)動(dòng);

d、活塞14沖程：

當(dāng)閥芯212向下運(yùn)動(dòng)到一定的距離后，進(jìn)油口211的高壓油同時(shí)進(jìn)入第六油腔17和第七油腔18，由于所述活塞14在第六油腔17內(nèi)的受力面小于活塞在第七油腔18內(nèi)的受力面，使得活塞14向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)前緩沖器15提供一個(gè)瞬間動(dòng)能，推動(dòng)活塞14迅速向下運(yùn)動(dòng)，沖擊做功;

e、閥芯212換向;

當(dāng)活塞14向下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，會(huì)使第六油腔17與第四油腔217斷開(kāi)，此時(shí)第一油腔214和第五油腔218受高壓，由于所述閥芯212在第五油腔218內(nèi)的受力面積大于閥芯212在第一油腔214內(nèi)的受力面積，閥芯212會(huì)閥上運(yùn)動(dòng);

這樣完成一個(gè)工作循環(huán)，當(dāng)停鉆機(jī)時(shí)，控制動(dòng)力頭的液壓閥的中位技能為O形，進(jìn)出口油路都封閉，前緩沖器15提供高壓，使閥芯212一直保持初始狀態(tài)。

頻率組工作時(shí)，高壓油從進(jìn)油口進(jìn)入限位組，通過(guò)油道進(jìn)入前腔5中，油壓推動(dòng)活塞14向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞14向上運(yùn)動(dòng)到與①號(hào)油道口連通時(shí)，高壓油通過(guò)④號(hào)油道進(jìn)入限位組6中，切換方向，入口高壓油同時(shí)進(jìn)入前腔5和后腔7，由于后腔的受力面積小于前腔的受力面積，使得活塞14向下運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)控制口的油壓增大時(shí)，頻率活塞3克服彈簧2力向上運(yùn)動(dòng)，頻率活塞3會(huì)堵住①號(hào)油道口，活塞14向上運(yùn)動(dòng)到②號(hào)油道口時(shí)才連通，切換方向，從而改變了活塞14的運(yùn)動(dòng)行程，依次類(lèi)推，活塞行程越長(zhǎng)打擊頻率越慢，打擊力越大。

打擊組、限位組和頻率組與旋轉(zhuǎn)組、倒打組配合的原理如下：

高壓油通過(guò)進(jìn)油口211進(jìn)入限位組2的同時(shí)，也進(jìn)入了倒打組中，由于倒打組出口安裝了節(jié)流接頭，進(jìn)入的油的流量大于出口的流量，使倒打組中的倒打活塞51向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)花鍵軸6保持位置不變，當(dāng)打擊組的打擊活塞14沖擊花鍵軸6時(shí)，倒打組中的流量在節(jié)流接頭的作用下不能快速流出和倒打緩沖器54共同起到了緩沖的作用。

當(dāng)通過(guò)頻率控制口時(shí)，油壓進(jìn)入頻率組中，油壓克服頻率組中的彈簧壓力，關(guān)閉油道口，使其與打擊組1前腔連通的位置發(fā)生變化，改變打擊活塞的行程，起到控制打擊組打擊頻率的效果。

四、結(jié)束

液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種解決不同圍巖頂板條件下的錨桿支護(hù)問(wèn)題，沖擊頻率快，大大減低了成本，提高了效率。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的講解和其結(jié)構(gòu)及功能分析，對(duì)改變我國(guó)鑿巖設(shè)備技術(shù)相對(duì)落后的現(xiàn)狀，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，并具備自主開(kāi)發(fā)液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭的技術(shù)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許同樂(lè)，夏明堂.液壓破碎錘的發(fā)展與研究狀況[J].液壓.氣動(dòng).密封，2005;

[2]朱建新，鄒湘伏等.國(guó)內(nèi)外液壓破碎錘研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具，2001，（4）：33—38.

[3] 吉偉，一種液壓鉆機(jī)頂錘式?jīng)_擊器旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭 ZL 2014 1 0657153.3