QCK90快沖型中氣壓潛孔沖擊器和KQG35B節(jié)能型高氣壓潛孔沖擊器的設計開發(fā)

余永高，徐雪鋒，李勇濤，舒慧建，吳海林

(浙江開山重工股份有限公司，浙江 衢州 324002)

開山重工開發(fā)的QCK90快沖型中氣壓潛孔沖擊器和KQG35B節(jié)能型高氣壓潛孔沖擊器，通過了6個多月的工業(yè)性考核試驗，因鉆孔效率高，故障率低，使用壽命長而深受用戶好評。

在巖石爆破工程中，約有80%以上采用90 mm爆破孔。5年前，基本采用QCZ90低氣壓潛孔沖擊器與潛孔鉆機配套使用，鑿速慢，效率低；最近幾年，隨著螺桿機技術的不斷突破，排量和氣壓的不斷提高，鑿速快、效率高的鉆鑿90 mm爆破孔的中、高氣壓潛孔沖擊器的市場需求量越來越大。開山重工原來的QCW930中氣壓潛孔沖擊器和KQG35A高氣壓潛孔沖擊器已有近10年的產(chǎn)品生命周期，其工作原理、技術參數(shù)及內部結構相對落后，重新設計開發(fā)更加節(jié)能高效、安全環(huán)保的新型QCK90快沖型中氣壓潛孔沖擊器和KQG35B節(jié)能型高氣壓潛孔沖擊器已是當務之急。

1 QCK90快沖型中氣壓潛孔沖擊器

該沖擊器（見圖1）為無閥無內缸中心排氣結構，主要有后接頭、逆止閥、逆止閥彈簧、配氣桿、活塞、外套管、導向套、卡環(huán)和前接頭組成，零件少，結構簡單，成本更低，活塞與外套管自身完成配氣，科學合理，零件壽命更長，鉆頭無尾管且采用卡環(huán)式吊掛結構，安全可靠，一改原來的中、低氣壓潛孔沖擊器的工作原理與設計思路，整體技術居國內行業(yè)領先水平。

1.1 工作原理

圖1

鑿巖時，壓縮空氣由中空鉆桿經(jīng)后接頭內孔頂開逆止閥后，經(jīng)配氣桿內孔進入活塞內孔，由活塞、外套管和配氣桿進行配氣換向，使活塞作往復運動沖擊鉆頭，完成潛孔鑿巖。

1.1.1 沖擊行程

沖擊行程開始時，活塞處于圖1所示位置。此時，壓氣從配氣桿外圓與活塞內孔所組成的氣道，反向進入活塞后腔。在壓氣的作用下，推動活塞向前運動。當活塞向前運動時，活塞前腔的廢氣經(jīng)導向套內孔和鉆頭中心孔排出孔底除渣。直至活塞后端內孔與配氣桿密合時，（如圖2所示位置）活塞后腔停止進氣，并開始膨脹做功繼續(xù)推動活塞向前運動。直至活塞前端與導向套內孔密合時（如圖3所示位置），活塞前腔的氣體被壓縮。活塞依靠慣性繼續(xù)向前運動，直至活塞后端外圓上的氣槽與外套管內孔上的環(huán)形槽接通（如圖4所示位置），則活塞后腔的廢氣沿活塞和外套管所組成的氣道，并經(jīng)活塞前端中心孔排出孔底除渣；此時，由活塞和外套管組成的前腔進氣通道被打開，前腔開始進氣（如圖5所示位置）?；钊揽繎T性繼續(xù)向前運動至圖6所示位置時，前腔暫時停止進氣；運動至圖7所示位置時活塞沖擊鉆頭，并在沖擊反彈力和前腔膨脹力的共同作用下，推動活塞向后運動，開始返回行程。

1.1.2 返回行程

返回行程開始時，活塞后腔的廢氣沿活塞和外套管所組成的氣道，并經(jīng)活塞前端中心孔排出孔底除渣（如圖8所示位置）。當活塞向后運動至圖9所示位置時，前腔又開始進氣；運動至圖10所示位置時，活塞后腔的排氣通道密合，活塞后腔的氣體被壓縮；運動至圖2所示位置時，活塞前端面打開導向套上的徑向小孔，前腔廢氣開始排出。與此同時，活塞后端內孔與配氣桿的進氣通道被打開，壓氣進入活塞后腔產(chǎn)生壓氣膨脹，活塞減速運動至圖1所示位置時，返回行程結束，沖擊行程開始，由此連續(xù)進行，使活塞不斷地往復運動沖擊鉆頭，完成沖擊器鑿巖破碎的全部過程。

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

圖9

圖10

1.2 主要性能參數(shù)

QCK90快沖型潛孔沖擊器主要性能參數(shù)見表1。

表1

與QCW930沖擊器相比，QCK90快沖型中氣壓潛孔沖擊器具有以下優(yōu)點：

（1）沒有氣缸，零件綜合誤差小，整體配合精度高，壓縮空氣泄漏少，機械效率提高；

（2）沖程和回程階段，壓氣膨脹做功時間更長，機械效率更高；

（3）沒有高精度的氣缸，極大地降低了生產(chǎn)成本；

（4）導向套采用鋼絲擋圈定位，簡化了外套管的內孔結構，提高了外套管內孔加工的工藝性，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，又方便了用戶拆裝維護工作；

（5）由于零件少，配合精度的提高，避免了因為零件同軸度累積誤差問題引起的摩擦生熱，造成活塞等零件的早期斷裂性報廢；

（6）鉆頭無尾管且采用卡環(huán)式吊掛結構，相對于原插銷式吊掛結構，極大地減少了鉆頭的故障率，延長了鉆頭的使用壽命；

（7）經(jīng)嚴格測試，在某一氣壓下，沖擊頻率提高了8%以上，耗氣量下降了6%以上，綜合性能居國內同類產(chǎn)品領先水平；

（8）該沖擊器具有較好的低壓特性曲線，也可代替QCZJ90節(jié)能型低氣壓沖擊器在0.7 MPa氣壓以下使用；

（9）后接頭螺紋為 T48×10，通用性好。

2 KQG35B節(jié)能型高氣壓潛孔沖擊器

KQG35B沖擊器（結構見圖11）為KQG35A的改進型，工作原理和產(chǎn)品結構與KQG35A的一致，只是缸徑略小，氣缸、活塞的結構做了較大改進，工作時不易研缸，極大地提高了氣缸、活塞的使用壽命；同時活塞與鉆頭匹配更為合理，能量傳遞效率更高，基本上避免了鉆頭尾部崩裂的質量事故，提高了鉆頭的使用壽命。尤其是在選材、機加工工藝和熱處理工藝方面的重大突破，使得該款沖擊器同樣達到了國內同類產(chǎn)品的先進水平。

圖11 KQG35B節(jié)能型高氣壓潛孔沖擊器

2.1 主要性能參數(shù)

KQG35B節(jié)能型高氣壓潛孔沖擊器的主要性能參數(shù)見表2。

與KQG35A沖擊器相比，KQG35B節(jié)能型高氣壓潛孔沖擊器具有以下優(yōu)點：

（1）活塞?；钊亓柯暂p，雖然單次沖擊能略有下降，然而沖擊頻率有較大提高，機器整體沖擊功率有所增加，有利于提高鑿孔速度。

采用全新的流線型結構設計，最大限度降低了熱處理的應力集中，防止活塞在使用中因應力釋放而造成早期斷裂。

外圓上增加數(shù)條環(huán)形槽，避免了因壓縮空氣不潔對活塞造成的二次淬火而引發(fā)的活塞早期斷裂。

表2

特殊的選材和熱處理技術，極大地提高了活塞自身的機械強度和疲勞壽命。

科學的配氣設計，優(yōu)化了沖程、回程的結構參數(shù)，沖擊更為有力。

科學的外形設計，使之與鉆頭有良好的匹配，提高了應力波傳遞效率，避免了鉆頭尾部崩裂現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高了鉆頭的使用壽命。原來與KQG35A高氣壓潛孔沖擊器相配套的鉆頭，尾部崩裂問題占總三包件的80%以上，各鉆頭廠家多年來始終無法攻克這一難題。

（2）氣缸。改原來一排腰子槽進氣為兩排圓孔進氣，提高了氣缸進氣部位的剛性，避免了該處因剛性不足而導致的氣缸斷裂問題。

根據(jù)活塞實際工作行程需要，縮短了氣缸內孔與活塞配合面的長度，避免了因壓縮空氣不潔對活塞和氣缸造成的二次淬火而引發(fā)的活塞和氣缸的早期斷裂。

特殊的熱處理和機械加工技術，將氣缸的各種應力消除到極致，使氣缸在工作中永不變形，保證了沖擊器工作的穩(wěn)定性，延長了整機的使用壽命。

（3）外套管

行業(yè)內獨有的熱處理技術，極大地提高了外套管的剛性和耐磨性，使用壽命成倍增加。

獨有的機械加工技術，極大的提升了外套管內孔的加工精度和表面粗糙度，保證了整機的性能和品質。

（4）經(jīng)嚴格測試，在某一氣壓下，沖擊頻率平均提高了3.82%，耗氣量平均下降了5.05%，綜合性能居國內同類產(chǎn)品先進水平。

甘肅·平?jīng)觥め轻忌?/p>