YZ-35B牙轮钻机空压机的改造

高建兴 樊宇

内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司 内蒙古包头市 014080

摘要：牙轮钻机是采矿业的关键设备之一，随着制造水平的提高和自动控制技术的应用，牙轮钻机正逐步向高效化、智能化方向发展。

关键词：牙轮钻机；空压机；改造

牙轮钻机是大中型露天矿常用的自行式钻机，用牙轮钻头破碎岩石，经压缩空气排除岩渣，具有穿孔效率高、成本低、安全可靠、适用范围广、劳动强度低等特点，广泛应用于冶金、煤炭、工业部门的大中型矿山中。

一、牙轮钻机工作原理

用牙轮钻机的钻头辗压作用来破碎矿岩，主要适用于在硬矿岩上钻直径150mm～440mm的孔，它具有效率高、劳动强度小的优点，1981年，一些企业研制生产出最新型，高性能，低消耗，露天的各种型号钻孔机械，随后，在新产品的开发上牙轮钻机具有了专业技术人员上的优势，再加上与科研院校常年合作，研制出了新型的液压潜孔钻机并投入使用。在露天矿山开采设备中，牙轮钻机是采矿工程中最易被忽视的一种设备，因在操作中，牙轮钻机穿孔的费用在生产成本里占的比例较小，但牙轮钻机也是最易实现自动化的露天开采矿业的专业设备。在牙轮钻机中采用的先进钻机需根据项目地质特点来指定开采方案，然后在产品结构和操作软件上进行优化设计，使其能满足现代大部分矿山高效采矿生产要求，尤其在极端作业环境下，优势更加明显。同时，在当前的牙轮钻机设备配备中已配有了电子数字自动显示仪，对工程进行就更加具有很大的辅助作用，电子数字显示仪能在操作中实时显示钻孔的相关数据，这有利于工程操作人员实时根据指示来跟踪钻孔进程。矿用牙轮钻机是露天采矿的主要穿孔设备之一，是以三牙轮钻头为主，排渣的设备是使用压缩空气。其主要特点是采用顶部回转，封闭链-齿条连续加压装置，提升和行走拥有一台电机，共用一套传动装置，实现牙轮钻具的提升和钻机的行走，再用液压马达进行加压。在行走履带架上支撑钻机的机体，平台的后端设置钻架，另外还有回转、加压/提升行走等机构，除尘、液压传动和电气及主辅压风等系统。

二、牙轮钻机主要工作结构特点

1、回转机构的组成。回转机构是牙轮钻机工作机构的重要组成部分，也是牙轮钻机的主要机构之一。其作用是旋转钻具，并通过减速器把电机的扭矩和转速变成符合钻孔工作需要的扣矩和转速。回转机构由原动机、减速机、回转加压小车、销杆连接器及引风接头等部件组成。电机经二级减速后把动力传给减速器的中空轴，后者再带动钻机使整个钻具实现回转。排渣的压气由压气管路经减速器上部的引风接头引入，再经中空轴、钻杆和钻头进入炮孔，进行排渣和冷却。

2、加压-提升机构。加压提升机构是牙轮钻机的主要工作机构之一，它用以给钻具施加轴向压力及提升和下放钻具。钻具加压采用一台功率为20马力的可逆液压马达，快速提升和下放钻具则与行走共用一台功率为50马力的双定子交流电动机。

主机构变速器传动原理为：当液压马达开动时，与液压马达轴相连接的花键轴带动在其上滑动的低速轮和高速轮转动，当低速轮与齿轮啮合时，第一中间轴和齿轮则低速旋转：当齿轮与高速轮啮合时，第一中间轴和齿轮则高速旋转，并带动空套在第二中间轴上的大齿轮转动。当拨动加压离合器与齿轮啮合时，则带动用花键与它连接的第二中间轴转动，于是，齿轮带动空套在提升轴上的大齿轮和轴套旋转。提升离合器与轴套采用花键连接，它有三个位置：位于中间位置时，轴套空转；与齿轮啮合时，提升轴和左右主动链轮旋转，并通过左右链条把动力传给回转机构横轴上的大链轮，从而实现加压和提升；当它与辅助卷筒上的齿轮相啮合时，则带动辅助卷筒转动。开动提升-行走电动机，小齿轮经惰轮带动大齿轮转动。此时，拨动提升离合器，即可实现回转机构或辅助卷筒的快速提升或下放。

3. 主支撑机构。主支承架由两个重型纵向工字梁构成，其间用横梁连接，钢板覆盖形成若干个刚性封闭段，可很好地承受弯曲应力和减少结构变形。钻机底架按静定方式在三点上与行走履带车相接。在钻架侧，通过由两个滑动轴承固定在车架的大横轴与履带车相接，而卷缆筒侧通过固定在钻机主架纵轴段和履带在横绞中的平衡杆接在履带车上。

4、排渣系统。牙轮钻机采用压气排渣，压缩空气通过主风管、回转中空轴、钻杆、稳杆器、钻头向孔底喷射，将岩渣沿钻杆与炮孔壁间的环形空间吹出孔外。

三、技术分析

1、压风能力比较。YZ-35B牙轮钻机空压机压缩空气是用来进行孔底排渣。排渣风量作为钻机参数之一，其大小直接影响穿孔速度和钻头使用寿命。因此,必须正确选择空压机容量。孔底岩渣能否顺利排出,主要取决于排渣风速,而风速受排渣风量和钻杆与炮孔间的环形空间及岩渣颗粒和密度等因素有关。风速太小,则排渣不畅,岩渣被重复破碎增加了能量消耗；风速太大则杆和钻头将会产生严重的喷砂磨损,从而缩短其使用寿命。一般采用下列公式计算风速与风量。

1)风速。 ，式中:V-排渣风速,m/s；d-所排岩屑粒度,mm； -岩石比重，t/m³。

据实践经验:一般岩石(矿岩),V不能低于15m/s；对于 ＝3.2的矿岩,则取V为25m/s；对 较大的矿岩(铁矿石),则取V＝3Om/s；而某些含水或比重更大的铁矿石,其排渣风速V可达45m/s。根据公司矿岩比重 =3.8和实际情况(含水),取V＝35～40m/s较恰当。

2)风量。

式中： -排渣风量,m³/min；D-孔径,m；d-钻杆外径,m。

得: =15 (0.252-0.2192)×40

=27.39m³/min

而LGF31-30/3.5型螺杆空压机排风量为30m³/min,排风能力可满足YZ-35B牙轮钻孔排渣需要,以其在KY-250型牙轮钻机上的使用,证明效果良好。

2、空间结构和安装位里设计。安装位置包括空压机空间布局及改装后机台整体平衡配重。牙轮钻是履带行走支架支撑整机重量,改装后必领保证两边支架受力均衡,避免因受力不均而产生两边支架磨损不均匀现象。

1)空间位置设计。LGF31-30/3.5螺杆空压机总体尺寸为2450mm*1606mm*1635mm(长*宽*高),而机棚内可利用空间尺寸为4100mm*3150mm*1860mm,能满足安装需要。为尽量少占用机棚空间,增强其散热效果,设计将主机及电机总成安装在机棚内,将油气分离器、油箱、油过滤器、散热器安装在机棚外平台上。

2)平衡配重。HY-37/0.28型滑片空压机总成(主机、电机、散热系统)安装布置如图1所示。

图1

1散热冷却系统 2行走支架 3机棚 4主机和电机总成

主机与电机正好装在行走支架的中心轴线00′上。

(假设原机是平衡的)

式中： -两边履带支架支撑力；G-钻机重量；G₁-散热系统重量；L-履带支架中心到00′距离；L₁-散热器中心到00′距离； -钻机(除去空压机各部件)重心到00′距离,m。

改装后整机也要保持平衡：

式中: -LGF31-30/3.5螺杆空压机散热器重量； -LGF31-30/3.5螺杆空压机及电机重量； -LGF31-30/3.5螺杆空压机油气分离器及油箱、油过滤器重量；y-LGF31-30/3.5螺杆空压机主机与电机距00′距离，m。

四、经济效益

1、能源消耗。改装后电动机功率不变，转速不变，控制系统、启动系统基本不变,能耗相等。

2、物资消耗情况。改装后,每年可节约成本约4～5万元,并能有效降低钻机故障率,提高设备可开动率。

参考文献：

[1]LGF31-30/3.5螺杆空压机使用说明书.江西气体压缩机厂.

[2]陈道斌.YZ-35B牙轮钻机空压机的改造[J].海南矿冶，2015(02).