淺談一種液壓鉆機動力頭結構及功能分析

摘要： 一種液壓鉆機動力頭是工程機械的輔助機械，我國整個社會工業化進程尚未完成，有大量的鐵路、公路、水利和基礎建設將要進行。未來工程方面對各類現代化機械設備的需求將會越來越大，給液壓動力頭等提供了大量的市場機會。因此要求對頂錘式沖擊旋轉動力頭性能上進行改進，提升產品的品質，能夠提高工作效率，使其更有效的應用于工程建設。本文分析了一種液壓鉆機動力頭的國內外現狀及未來發展趨勢，簡述其結構及功能分析。

關鍵詞：動力頭;錨固鉆具;液壓系統;液壓沖擊錘

一、前言

液壓錨桿鉆機主要應用于電站、公路及鐵路等山體邊坡治理錨索加固、隧道管棚超前支護、基坑斜拉樁錨索、抗浮錨桿、地源熱泵井、路基加固等工程。傳統液壓錨桿鉆機動力頭是旋轉式液壓動力頭，不具備沖擊功能，在遇到巖層，砂卵石層時，需要借助潛孔沖擊器來進行破巖作業，需要匹配空壓機和沖擊器，施工費用高，作業效率低。一些廠家采用液壓破碎錘接到回轉式動力頭后面進行沖擊功能擴充，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，所以容易損壞動力頭。

鉆機頂錘式沖擊旋轉動力頭是一種破碎工具，它由液壓沖擊錘和旋轉部分組成，以液體壓力驅動液壓缸種的活塞往復運動外作功，驅動液壓馬達實現旋轉功能。而在當今，由于大量的工程建設等，就需要大型的機械來運轉，所以沖擊旋轉動力頭更多被作為一種輔助設備。

二、國內外頂錘式沖擊旋轉動力頭技術現狀與差距

舊式的錨固鉆機動力頭多數只有旋轉功能，需配套的設備有空壓機、沖擊器、跟管鉆具等，在實際應用時，由于巷道圍巖的結構的復雜性、煤巷頂板常存在夾層等局部堅硬巖層，其硬度超過旋轉式錨桿鉆機的適應范圍，致使旋轉錨桿鉆機使用受到了限制，降低了效率。在現有的旋轉式錨桿鉆機結構上，增加一個沖擊機構，在旋轉作業的同時，輔以沖擊，使孔底巖石產生微觀裂縫，以使旋轉鉆孔更為有效，當遇到局部堅硬巖層時，可以充分發揮沖擊破的特點，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過層層改進而來的，而且因為其良好的經濟及社會效益而發展迅速[1]。

國外液壓沖擊錘形成了當今的產品多樣化、系列化的形式。液壓沖擊錘在歐美和日韓得到大量生產和飛速發展。國內現狀與國外液壓沖擊錘相比，我國液壓沖擊錘的總的發展現狀是：起步不晚，但發展緩慢。20世紀70年代啟動開發研制液壓沖擊錘，80年代初得以研制開發且規模變大。液壓沖擊旋轉動力頭的發展綜合來看，有以下幾個趨勢：

（1）產品系列化：根據的物塊形狀和硬度決定選用沖擊能的大小。

（2）智能化：在各種技術應用發展的基礎上，希望能實現自動調頻調能來應對于不同工況。

（3） 沖擊旋轉動力頭的結構形式多樣化：按沖擊能源的分類、裝配的分類、及沖擊能分類等。

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

三、液壓沖擊旋轉動力頭結構及功能分析

3.1 液壓沖擊旋轉動力頭結構如圖1所示

1—打擊組;2—頻率組;3—限位組;4—液壓馬達;5—旋轉組;

6—倒打組;7—花鍵軸;8—倒打緩沖器;9、10—打擊緩沖器

3.2 液壓沖擊旋轉動力頭工作原理[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內的受力面積小于閥芯212在第一油腔214內的受力面積，所述閥芯212在第一油腔214內的受力面與閥芯212在第四油腔217內的受力面之和大于閥芯212在第五油腔218內的受力面，所述活塞14在第六油腔17內的受力面小于活塞在第七油腔18內的受力面。

b、活塞14回程：

高壓油從進油口211進入限位組2，通過油道進入第六油腔17，第七油腔18與出口連接，活塞14向上運動，同時前緩沖器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口孔徑截面積小于第七油腔的孔徑截面積，導致后緩沖器受壓，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：

當活塞14向上運動到第六油腔17與第四油腔連通時，此時第一油腔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內的受力面與閥芯212在第四油腔217內的受力面之和大于閥芯212在第五油腔218內的受力面，從而使得閥芯212向下運動;

d、活塞14沖程：

當閥芯212向下運動到一定的距離后，進油口211的高壓油同時進入第六油腔17和第七油腔18，由于所述活塞14在第六油腔17內的受力面小于活塞在第七油腔18內的受力面，使得活塞14向下運動，同時前緩沖器15提供一個瞬間動能，推動活塞14迅速向下運動，沖擊做功;

e、閥芯212換向;

當活塞14向下運動的同時，會使第六油腔17與第四油腔217斷開，此時第一油腔214和第五油腔218受高壓，由于所述閥芯212在第五油腔218內的受力面積大于閥芯212在第一油腔214內的受力面積，閥芯212會閥上運動;

這樣完成一個工作循環，當停鉆機時，控制動力頭的液壓閥的中位技能為O形，進出口油路都封閉，前緩沖器15提供高壓，使閥芯212一直保持初始狀態。

頻率組工作時，高壓油從進油口進入限位組，通過油道進入前腔5中，油壓推動活塞14向上運動，當活塞14向上運動到與①號油道口連通時，高壓油通過④號油道進入限位組6中，切換方向，入口高壓油同時進入前腔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向下運動，往復運動。當控制口的油壓增大時，頻率活塞3克服彈簧2力向上運動，頻率活塞3會堵住①號油道口，活塞14向上運動到②號油道口時才連通，切換方向，從而改變了活塞14的運動行程，依次類推，活塞行程越長打擊頻率越慢，打擊力越大。

打擊組、限位組和頻率組與旋轉組、倒打組配合的原理如下：

高壓油通過進油口211進入限位組2的同時，也進入了倒打組中，由于倒打組出口安裝了節流接頭，進入的油的流量大于出口的流量，使倒打組中的倒打活塞51向上運動，推動花鍵軸6保持位置不變，當打擊組的打擊活塞14沖擊花鍵軸6時，倒打組中的流量在節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。

當通過頻率控制口時，油壓進入頻率組中，油壓克服頻率組中的彈簧壓力，關閉油道口，使其與打擊組1前腔連通的位置發生變化，改變打擊活塞的行程，起到控制打擊組打擊頻率的效果。

四、結束

液壓沖擊旋轉動力頭的目的在于克服現有技術之不足而提供一種解決不同圍巖頂板條件下的錨桿支護問題，沖擊頻率快，大大減低了成本，提高了效率。通過對國內外現狀及未來發展趨勢的講解和其結構及功能分析，對改變我國鑿巖設備技術相對落后的現狀，具有重要的理論和現實意義，并具備自主開發液壓沖擊旋轉動力頭的技術力量。

參考文獻：

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

[2]朱建新，鄒湘伏等.國內外液壓破碎錘研究開發現狀及其發展趨勢[J].鑿巖機械氣動工具，2001，（4）：33—38.

[3] 吉偉，一種液壓鉆機頂錘式沖擊器旋轉動力頭 ZL 2014 1 0657153.3