牙輪鉆機履帶行走機構

金龍元

摘要：介紹了一種牙輪鉆機履帶行走機構，它包括由橫軸和均衡梁相連接的兩個履帶行走單元構成，所述每個行走單元均是由設置有驅動輪、支重輪、引導輪、托輪、張緊裝置的履帶支架以及安裝在所述履帶支架上的履帶板組成，所述每個履帶支架上還設置有液壓馬達，所述液壓馬達輸出軸上設置有減速機，所述減速機的輸出軸與所述驅動輪相配合連接。該行走機構的結構簡單、傳動效率高、裝配維修方便。

關鍵詞：牙輪鉆機;履帶行走;液壓馬達;減速機

0? 引言

目前，國內的露天礦用牙輪鉆機的履帶行走機構多為普通的履帶式結構，包括橫軸和平衡梁以及由它們聯接的兩個履帶行走單元構成，每個行走單元均是由設置有驅動輪、鏈輪、導向輪、支重輪、托輪、張緊裝置等安裝構建的履帶支架，以及安裝在各履帶安裝構件上的履帶組成的，所述驅動輪設置在履帶支架的一端，驅動輪與履帶內側相嚙合。現有履帶行走機構是由位于牙輪鉆機主平臺的主電動機作動力源，即由主電動機輸出軸經過兩組中間傳動軸、三組傳動鏈條來驅動行走單元上的驅動輪，驅動輪運轉帶動履帶運行，從而實現對行走機構的驅動。該驅動方式需要通過長距離的三級鏈條傳動來驅動鉆機行走，不僅結構復雜，機械效率低下，而且傳動鏈條容易出現滑落或斷鏈的故障，給設備的安裝、維修帶來極大的不方便，存在著故障率高、鉆機作業率低下的問題。

牙輪鉆機是大型露天礦山爆破的主要鉆孔設備。隨著露天礦山大型化和數字化，國外牙輪鉆機也在向大型化和自動化、智能化發展，穿孔直徑由早期的270mm、311mm逐步向更大孔徑發展。如美國BI公司49RⅢ型孔徑達406mm，59R孔徑達到444mm，P&H公司100XP和120A分別達到349mm和559mm，以適應特大型重型金屬礦山的穿孔作業，但大型露天礦使用最多的炮孔直徑仍為310～380mm。

隨著IT技術的快速發展，國外著名的牙輪鉆機制造商及時集成應用最新技術成果，加速了牙輪鉆機的升級換代，正在向著全自動化和智能化方向發展，為數字化礦山創造了條件。

美國BI公司開發的Holepro炮孔可編程控制系統更新了早期的局部自動化。它由PLC和顯示器構成的PLC-視屏系統，可顯示鉆機的運行參數，在孔深程序控制下，使鉆孔深度準確無誤，通過鉆孔參數，可繪出炮孔縱向礦巖石剖面結構圖，精確區分礦巖性質的微觀地質資料。

Harnisch Feger公司在鉆機上裝有CommandTMcontrol 控制系統，以PLC為基礎的控制裝置將全部控制和顯示功能集中在一個現代化的司機控制盤上，可控制鉆進參數，監控設備狀態，實現自動鉆進、自動調平和自動潤滑，各種參數的自動監測和調整。

加拿大Wenco公司開發了鉆機導航與傳感器監視系統。應用GPS技術的導航系統可精確紀錄行車路線和鉆桿擺動，精確確定鉆頭位置。

加拿大Aquila采礦公司開發了用于露天礦山鉆孔作業的計算機輔助監視系統和導航系統，其范圍從生產監視和礦巖自動識別到GPS。

我國從20世紀60年代起開始研制牙輪鉆機，經過多次改良和淘汰，現在還在生產和使用的只有KY和YZ兩大系列的12種型號。主要研制單位有：洛陽礦山機械工程設計研究院、江西采礦機械廠和衡陽有色冶金機械廠等。KY系列牙輪鉆機，全部配套件均立足于國內，制作成本相對低廉。

我國露天礦用牙輪鉆機研制雖然起步晚，但起點高，發展較快，1985年已生產YZ和KY二個系列，達到美國八十年代技術水平，實現替代進口，但以后技術發展緩慢，與國外先進技術差距拉大，主要表現在自動控制技術。

中鋼衡重早在上世紀八十年代初便開始牙輪鉆機的研制。在原冶金部組織下，聯合鞍鋼礦山研究所、長沙礦山研究院、東北大學和北京科技大學，通過消化吸收美國BI公司45R牙輪鉆機，開發YZ-35型牙輪鉆機，1982年12月通過部級鑒定。1982年中鋼衡重又開始開發YZ-55牙輪鉆機，1985年通過部級鑒定，1984年開始自主開發YZ-12牙輪鉆機，1987年通過部級鑒定，中鋼衡重形成了三種系列，鉆孔直徑從95～310mm的牙輪鉆機。

江西南昌凱馬有限公司采礦機械分公司也從上世紀八十年代開始按洛陽礦山設計院設計圖紙研制牙輪鉆機，生產KY-150、KY-250、KY310三種型號牙輪鉆機，其電氣控制依賴專業電控設備制造廠配套。

我國牙輪鉆機差不多相當于美國20世紀80年代的水平，在某些方面還具有創新，但總的來看，我國的技術水平與世界先進水平還有較大差距。

1? 牙輪鉆機介紹

2007年開始進行牙輪鉆機自動化研究，2008年開發的牙輪鉆機電氣系統，在YZ-35型牙輪鉆機上實現了局部自動化。2008年對YZ-55型牙輪鉆機也進行局部自動化開發。公司的牙輪鉆機已經應用交流變頻調速、PLC、現場總線、觸摸屏、自動測深、數據無線傳輸等技術，簡化了鉆機的電氣線路，實現自動調平和測深，降低司機勞動強度，提高作業效率。公司現已獨立完成牙輪鉆機的電氣、液壓系統配套，掌握了牙輪鉆機整機核心技術。

國內某研究院在上世紀九十年代也開展了牙輪鉆機鉆進參數自動調節研究，并在牙輪鉆機進行了試驗，提高了鉆孔速度，延長鉆頭使用壽命，取得了一定的經驗。

牙輪鉆機即一種鉆孔設備，多用于大型露天礦山。半個世紀以來，露天穿孔設備經歷了“磕頭鉆”、噴火鉆、沖擊（潛孔）鉆的發展，最終牙輪鉆機以鉆孔孔徑大、穿孔效率高等優點成為大、中型露天礦目前普遍使用的穿孔設備。

牙輪鉆機鉆孔時，依靠加壓、回轉機構通過鉆桿，對鉆頭提供足夠大的軸壓力和回轉扭矩，牙輪鉆頭在巖石上同時鉆進和回轉，對巖石產生靜壓力和沖擊動壓力作用。牙輪在孔底滾動中連續地擠壓、切削沖擊破碎巖石，有一定壓力和流量流速的壓縮空氣經鉆桿內腔從鉆頭噴嘴噴出，將巖渣從孔底沿鉆桿和孔壁的環形空間不斷地吹至孔外，直至形成所需孔深的鉆孔。

2? 履帶行走機構

履帶式行走機構是依靠接地履帶與底板之間相對運動產生的摩擦力驅動機器行走的。其最大摩擦力取決于機器重量，以及履帶板與底板之間的粘著系在行走機構電動機（或油馬達）容量一定的情況下，行走阻力如小于粘著力;主動鏈輪旋轉時，鏈輪口的槽齒撥壓履帶鏈板上的凸臺。由f粘著力的存在，阻止了履帶鏈運動，而迫使機器向前移動。履帶架上的支重輪起支承導向作用。反之，若行走阻力大于粘：著力時，主動鏈輪的槽齒撥動履帶鏈板上的凸臺，履帶鏈能夠克服履帶板與底板之間的粘著，會出現履帶鏈空轉即履帶打滑現象。因此，為了保證掘進機正常行走，行走機構必須具有足夠的引力。

本設計提供一種牙輪鉆機履帶行走機構，該行走機構的結構簡單、傳動效率高、裝配維修方便。

為實現上述目的，本設計的牙輪鉆機履帶行走機構包括：由橫軸和均衡梁相連接的兩個履帶行走單元構成，所述每個行走單元均是由設置有驅動輪、支重輪、引導輪、托輪、張緊裝置的履帶支架以及安裝在所述履帶支架上的履帶板組成，其特殊之處在于，所述每個履帶支架上還設置有液壓馬達，所述液壓馬達輸出軸上設置有減速機，所述減速機的輸出軸與所述驅動輪相配合連接。

進一步地，所述液壓馬達的輸出軸、減速機的輸出軸與驅動輪的軸心相重合。將液壓馬達、減速機與驅動輪按如此方式相連接，液壓馬達輸出功的利用效率最高。

再進一步地，所述減速機為行星減速機。采用行星減速機后，該履帶行走機構的結構緊湊，傳動比更大，效率更高。

本設計的行走機構通過自帶液壓驅動馬達，工作時，只需通過操作設置在牙輪鉆機操作平臺上的液壓泵通過液壓管驅動液壓馬達運行，液壓馬達即可驅動減速機帶動驅動輪運轉，從而驅動整個行走機構。本實用新型將現有結構復雜的鏈輪鏈條式行走機構改變成液壓式行走機構，簡化了行走機構的結構，裝配維修方便，故障率低，而且提高了傳動效率。

3? 實例應用

以下結合附圖和具體實施例對本設計的牙輪鉆機履帶行走機構做進一步詳細說明。

如圖1和圖2所示的牙輪鉆機履帶行走機構，包括：由橫軸1和均衡梁2相連接的兩個履帶行走單元3構成，每個行走單元3均是由設置有驅動輪4、支重輪5、引導輪6、托輪7、張緊裝置8的履帶支架9以及安裝在履帶支架9上的履帶板10組成，每個履帶支架9上設置有液壓馬達11，液壓馬達11上連接有行星減速機12，減速機12與驅動輪4相配合連接，如圖3所示，液壓馬達11的輸出軸、行星減速機12的輸出軸與驅動輪4的主軸軸心相重合。

本設計的行走機構采用液壓馬達11為動力源，通過液壓馬達11帶動驅動輪4轉動從而驅動整個行走機構。工作時，只需要在液壓馬達上連接一個液壓管，工作人員通過操作設置在牙輪鉆機操作平臺上的液壓泵驅動液壓馬達運行，即可帶動驅動輪運轉，從而驅動整個行走機構。牙輪鉆機的操作平臺等設備安裝在該行走機構橫軸1和均衡梁2上方。

4? 結束語

本文介紹牙輪鉆機履帶行走機構，并就其原理予以較為詳實的闡述。通過試驗和應用得出：牙輪鉆機履帶行走機構的機械性能和液壓性能以及電氣性能同時滿足了我們的需求，通過對液壓馬達驅動行星減速機結構的特殊設計解決了驅動方面的一大難題，也大大減少了零件的數量，提高了安裝和拆卸的效率。

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