氣動(dòng)鑿巖機(jī)研發(fā)中“無(wú)閥”的繼承、改進(jìn)與創(chuàng)新

歲月無(wú)情人有情。今年是我服從需要參與籌辦湘潭風(fēng)動(dòng)機(jī)械廠，肩負(fù)氣動(dòng)鑿巖機(jī)上馬重任50周年，感慨萬(wàn)千，茲賦小詩(shī)一首為念：

奔南闖北雖殊榮，不識(shí)其間有深功。五十年來(lái)如一日，只緣心系此機(jī)中。

我雖已退休多年，但仍把研究氣動(dòng)鑿巖機(jī)技術(shù)作為終身的理想和樂(lè)趣。由于老伴身體原因，我只能邊照料邊學(xué)習(xí)、工作，還想利用晚年的余熱回報(bào)社會(huì)。我對(duì)鑿巖機(jī)的感情頗深，正因如此，我既未打回老家（廣東）去，亦未返回原高校工作。沒(méi)有想到，我自當(dāng)年受命研發(fā)“無(wú)閥”，一干就是五十年，至今仍未停歇。其間，在八、九十年代交替時(shí)節(jié)，前后約有五年時(shí)間，還擔(dān)當(dāng)完成了國(guó)家 “八五” 科技重點(diǎn)攻關(guān)課題——導(dǎo)軌式液壓鑿巖機(jī)，促進(jìn)“氣動(dòng)鑿巖機(jī)-液壓鑿巖機(jī)”互動(dòng)，加上后來(lái)“有閥-無(wú)閥”、“氣動(dòng)鑿巖機(jī)-水壓鑿巖機(jī)”互動(dòng)，對(duì)我設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變與技術(shù)攻關(guān)都有所幫助。

1969年前后，正是文革期間，氣動(dòng)鑿巖機(jī)產(chǎn)品規(guī)格雜、質(zhì)量差，國(guó)家采取了一系列措施。1972年3月到7月我參加國(guó)家計(jì)委與一機(jī)部組織的全國(guó)鑿巖機(jī)質(zhì)量調(diào)查組赴全國(guó)19 ?。ㄊ校?0多個(gè)礦山單位進(jìn)行調(diào)訪，緊接著便舉行行業(yè)第一次質(zhì)量集中檢查，8月至10月參加北京大安山礦舉行的全國(guó)氣腿式鑿巖機(jī)（簡(jiǎn)稱氣動(dòng)鑿巖機(jī)）集中工業(yè)性試驗(yàn)（俗稱“行業(yè)大比武”），12月工程機(jī)械行業(yè)會(huì)議在湘潭市召開，宣布?xì)鈩?dòng)鑿巖機(jī)產(chǎn)品定型的決定。1975年推出了第一個(gè)部標(biāo)準(zhǔn):《氣腿式鑿巖機(jī)型式、基本參數(shù)與技術(shù)條件》（JB1674-1675-75），此后開始標(biāo)準(zhǔn)的貫徹、落實(shí)與開展產(chǎn)品創(chuàng)優(yōu)、經(jīng)驗(yàn)交流等一系列行業(yè)活動(dòng)。這些活動(dòng)我都有幸親歷了。這些活動(dòng)對(duì)行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量有較大的促進(jìn)與提高，我個(gè)人也得到了鍛練和充實(shí)。我還記得當(dāng)年受訪的遼寧華銅銅礦的代表提出了鑿巖機(jī)產(chǎn)品技術(shù)上深層次的問(wèn)題（如潤(rùn)滑、油霧和斷釬等）?！盁o(wú)閥”在國(guó)內(nèi)起步較晚，產(chǎn)品定型后，經(jīng)過(guò)第一個(gè)十年全廠職工的共同努力，受到用戶的歡迎。同行業(yè)龍頭廠一樣，1983年YTP26 榮獲其中一塊國(guó)優(yōu)產(chǎn)品“銀質(zhì)獎(jiǎng)”（俗稱“銀牌”）。在銀牌之后數(shù)十年，我把經(jīng)典力學(xué)與現(xiàn)代波動(dòng)力學(xué)相結(jié)合應(yīng)用于氣動(dòng)鑿巖機(jī)研發(fā)中，致力于無(wú)閥配氣的深化、挖潛，并作了一些大膽的嘗試。在市高新區(qū)6年完成了其中一部分，如YT26A、YT26W 等。有些成功了，有的暫未成功，但有希望。2006年后，我先后獲得兩個(gè)產(chǎn)品的發(fā)明專利，2010年經(jīng)國(guó)家 “雙創(chuàng)”中心評(píng)定列為國(guó)家重點(diǎn)扶植推廣項(xiàng)目，并榮獲國(guó)家首批創(chuàng)新基金70萬(wàn)元。但由于種種復(fù)雜原因，致使國(guó)家扶植未落到實(shí)處。項(xiàng)目雖好，轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力卻難！難在哪？關(guān)鍵在于合作雙方思想認(rèn)識(shí)差距大、目標(biāo)不一致。經(jīng)多年積淀后，我仍有技術(shù)自信，反思當(dāng)年的方案是可行的。接著又與北方某公司合作，比較順利地完成了新產(chǎn)品樣機(jī)試制和工業(yè)試驗(yàn)任務(wù)，得到用戶好評(píng)與喜愛(ài)。初步完成了產(chǎn)品的升級(jí)、轉(zhuǎn)型。

為了補(bǔ)短，重新復(fù)核和計(jì)算壓氣在氣室內(nèi)的流動(dòng)與狀態(tài)變化等，在髦耋之年，我又重新學(xué)習(xí)多種計(jì)算機(jī)算法語(yǔ)言與編程，終于把我歷經(jīng)數(shù)十年來(lái)研發(fā)的氣動(dòng)無(wú)閥鑿巖機(jī)的電算摸擬程序在原來(lái)基礎(chǔ)上完善了。我的電算摸擬是在吸取國(guó)內(nèi)外前輩精華[1，2，3，4]的基礎(chǔ)上博采眾長(zhǎng)的思想指導(dǎo)下完成的。氣腿式鑿巖系統(tǒng)電算模擬主要包含七個(gè)方面：應(yīng)用活塞運(yùn)動(dòng)方程；應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程；應(yīng)用氣體流動(dòng)質(zhì)量流量方程；應(yīng)用能量平衡方程；應(yīng)用非完全彈性體機(jī)械碰撞，引入回彈、接觸、瞬停等理念；應(yīng)用波動(dòng)力學(xué)原理，通過(guò)活塞（幾何形狀）設(shè)計(jì)調(diào)控輸出沖擊應(yīng)力波形；摸擬計(jì)算中采用新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。例如耗氣量：（1）按新國(guó)標(biāo)，20℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣體重度為1.205 kg/m3（舊標(biāo)準(zhǔn)中該數(shù)值為1.293 kg/m3）；（2）耗氣量是指排出到大氣中的氣量，不宜以進(jìn)氣量代替，兩者有較大差別。尤其值得注意的是，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：氣腿式鑿巖機(jī)的沖擊能是在無(wú)扭矩條件下用應(yīng)力波法測(cè)定的，而其它技術(shù)參數(shù)（如沖擊頻率、耗氣量等）則是在鑿巖條件下測(cè)定的。也就是說(shuō)，兩種工況是完全不同的。對(duì)氣腿式鑿巖機(jī)，這點(diǎn)很特殊，很容易被忽視，應(yīng)分開處理。采用什么方法去摸擬兩種工況？經(jīng)過(guò)多年探索，似已找到一點(diǎn)途徑，現(xiàn)正在作更多的驗(yàn)證。

上述電算模擬主要內(nèi)容后面幾點(diǎn)是筆者結(jié)合實(shí)際補(bǔ)充、完善的。

當(dāng)無(wú)閥鑿巖系統(tǒng)電算摸擬框架基本確定，本著繼承與改進(jìn)、創(chuàng)新相結(jié)合的理念，針對(duì)實(shí)踐中提出的問(wèn)題改進(jìn)、豐富，主要體現(xiàn)在無(wú)閥配氣、擴(kuò)大功能與基礎(chǔ)件攻關(guān)、改進(jìn)等方面。為搞好產(chǎn)品研發(fā)，數(shù)十年如一日，在理論與實(shí)踐結(jié)合上獲得了初步成效。筆者的主要工作與收獲可概括為一句話，即三調(diào)控、一改型、三改進(jìn)、一創(chuàng)新。

1 “三調(diào)控”理念

第一控，是精心設(shè)計(jì)活塞的幾何形狀，調(diào)控輸出沖擊應(yīng)力波（入射）波形與控制最大應(yīng)力值。第二控，是調(diào)控鑿巖機(jī)“內(nèi)排氣”與“外排氣”的相對(duì)合理位置。第三控，是應(yīng)用波動(dòng)力學(xué)原理，降低沖擊背壓，釋放沖擊能。由波動(dòng)力學(xué)基本原理可知，細(xì)長(zhǎng)桿具有優(yōu)化的波形，或者說(shuō)：無(wú)閥活塞具有類似細(xì)長(zhǎng)桿的效應(yīng)。應(yīng)力波具有的能量W 可由下式確定

式中 σ——應(yīng)力波振幅

τ——應(yīng)力波持續(xù)時(shí)間

A——釬桿截面積

C——應(yīng)力波在釬桿中的傳播速度

E——釬桿的彈性模量

由上式可見，應(yīng)力波的能量取決于應(yīng)力波振幅σ與持續(xù)時(shí)間τ，即取決于應(yīng)力波圖形。

無(wú)閥活塞，由于其尾桿直徑小，且中圓柱長(zhǎng)度（LH）也較短，其入射應(yīng)力波形與雙圓柱活塞相似，也是一階梯波，由計(jì)算分析和實(shí)測(cè)可知，一般情況二階應(yīng)力波具有最大值σR2。且有

τ=2Ls/C

Ls——活塞柄桿長(zhǎng)

C——波速

最大應(yīng)力值

q2、q1——雙圓柱（三圓柱）活塞柄部-頭部界面、活塞柄部-釬桿界面的反射系數(shù)

Up——活塞對(duì)釬桿撞擊速度q1、q2大小與對(duì)應(yīng)的活塞柄部、頭部截面積A1、A2相關(guān)。

按理說(shuō)無(wú)閥的頭部（中圓）較大，為何σR2反而?。繂?wèn)題的關(guān)鍵是由于活塞頭部具有特殊的結(jié)構(gòu)與幾何形狀(呈“薄殼”形)。由于無(wú)閥活塞柄桿長(zhǎng)、頭部空槽大（波阻?。瑒tτ↑、σR2↓，因此無(wú)閥活塞可以通過(guò)精心設(shè)計(jì)獲得較好的應(yīng)力波形。上世紀(jì)80年代中南工大賴教授曾委托我設(shè)計(jì)制造了12 件無(wú)閥鑿巖機(jī)的活塞，并在實(shí)驗(yàn)室做過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了活塞的不同幾何形狀會(huì)影響輸出沖擊應(yīng)力波能量[5]。1972年全國(guó)氣腿式鑿巖機(jī)行業(yè)集中在北京大安山礦進(jìn)行工業(yè)性對(duì)比試驗(yàn)，目標(biāo)是累計(jì)進(jìn)尺2000 米，結(jié)果湘潭風(fēng)動(dòng)廠（首先完成2504.07 m）、天水風(fēng)動(dòng)（2395.35 m）、沈風(fēng)風(fēng)動(dòng)（2257 m），分獲1、2、3名。從當(dāng)時(shí)公布的一些記錄數(shù)據(jù)[9]看，其中斷釬數(shù)：湘潭（無(wú)閥）7根、衢機(jī)（無(wú)閥）5根、天水66根、沈風(fēng)73根。無(wú)閥鑿巖機(jī)的斷釬數(shù)是有閥鑿巖機(jī)的1/10。何解？我認(rèn)為與活塞輸出沖擊應(yīng)力波有一定關(guān)系。又如，在2007年2月，我們?cè)诤闲慢埖V業(yè)公司作新產(chǎn)品YT26W試驗(yàn)，操作工人反映比YT28（天水產(chǎn)品）快一點(diǎn)，而且不易斷釬。這點(diǎn)在實(shí)際使用中與用戶的普遍反映是一致的。釬具損耗少是無(wú)閥鑿巖機(jī)具有的顯著優(yōu)勢(shì)之一，應(yīng)得到繼承和發(fā)揚(yáng)！

氣動(dòng)鑿巖機(jī)產(chǎn)品應(yīng)力波最大應(yīng)力值（天水所測(cè)試）情況，見表1。

一般“內(nèi)排”比“外排”要超前些，這對(duì)鑿巖機(jī)排除機(jī)內(nèi)雜質(zhì)、改善潤(rùn)滑、降溫散熱等是有利的，但若超前過(guò)多則有礙壓氣膨脹，削弱了沖擊能。我對(duì)YTP26 作了改進(jìn)，提高鑿速（平均）約14%。我在某公司研發(fā)的YT26A 等就是應(yīng)用“二控”理念設(shè)計(jì)的。據(jù)用戶反映，改進(jìn)設(shè)計(jì)很成功。它比YTP26 好，主要特點(diǎn)是勁大、鑿速快。

由電算模擬計(jì)算可知在0.5 MPa時(shí)由 “三控”理念可提高沖擊能約10.4%。

由于在“三控”理念下實(shí)施改進(jìn)，設(shè)計(jì)出的新型樣機(jī)不但缸徑小(φ90)、振動(dòng)小而且沖擊能提高的幅度卻比較大。例如，在P=0.5 MPa時(shí)，原YTP26 沖擊能E=66.37（模擬值），實(shí)測(cè)68.40 J；現(xiàn)YT28W 沖擊能E=84.57 J（摸擬值）。τ=72微秒，σR2=262.83 MPa。

YT28W 在鑿巖工況下技術(shù)參數(shù)見表2，YT28W 用應(yīng)力波法測(cè)定的技術(shù)參數(shù)見表3。

由上可見“三控”的調(diào)控目標(biāo)實(shí)質(zhì)是在一定的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)沖擊能最優(yōu)（波形峰值低）。

2 “一轉(zhuǎn)型”、“三改進(jìn)”是對(duì)主要技術(shù)參數(shù)與基礎(chǔ)件攻關(guān)方面的改進(jìn)，已取得初步成效

2.1 “一轉(zhuǎn)型”是對(duì)產(chǎn)品型式改進(jìn)轉(zhuǎn)型，經(jīng)歷了三個(gè)過(guò)程

YTP26→YT25DY→YT28W。由“高頻”轉(zhuǎn)為“中頻”，再升級(jí)轉(zhuǎn)型為“節(jié)能、無(wú)油霧、低耗”型。YTP26是高頻機(jī)，其特點(diǎn)是：（A）高效，鑿速快、扭矩大；（B）節(jié)能、省氣，利用壓氣膨脹作功，鑿巖經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化；（C）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、維修方便。在二十世紀(jì)中后期，YTP26 等“無(wú)閥”機(jī)在煤礦基建（特別是“快速掘進(jìn)”）中具有較大影響，但頻率偏高、振動(dòng)大是主要缺點(diǎn)，且對(duì)某些零件（如青銅件）材質(zhì)、工藝要求較高。在取得“銀牌”之后，我們首先針對(duì)YTP26 頻率偏高、振動(dòng)大等問(wèn)題，采取了綜合整改措施，并與長(zhǎng)沙礦冶研究院合作研發(fā)出YT25DY 鑿巖機(jī)，降頻減振效果顯著，工人可操作性明顯改善。我們與長(zhǎng)沙礦冶院、北京航天工業(yè)部702所對(duì)四種鑿巖機(jī)主機(jī)手把加速度作了測(cè)定，結(jié)果見表4。

表1

YT25DY（中頻）機(jī)用戶使用結(jié)果反饋與測(cè)試情況是相符的，得到好評(píng)與歡迎，但還有一些不足之處，如“轉(zhuǎn)動(dòng)套與釬套合一”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用戶不樂(lè)于接受。

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，特別是國(guó)家提出建設(shè)“兩型”社會(huì)的要求，產(chǎn)品要與時(shí)俱進(jìn)。同時(shí)我們對(duì)鑿巖機(jī)技術(shù)的認(rèn)識(shí)亦不斷深入，于是對(duì)原有無(wú)閥鑿巖機(jī)已不滿足。我們先后以兩個(gè)產(chǎn)品（YTP26-高頻、YT25DY-中頻）為抓手進(jìn)行改進(jìn)。缸徑φ95：YTP26→YT26A→YT26W；缸徑φ90：YT25DY→YT28W。首先以YTP26 為基礎(chǔ)，改進(jìn)分兩步進(jìn)行：（一）以“降頻”和優(yōu)化配氣為手段，達(dá)到更節(jié)能、增效，提高鑿速，研發(fā)出的YT26A 深受用戶歡迎，使用人員一致認(rèn)為改進(jìn)很成功，主要特點(diǎn)是勁大了，鑿速快了。每個(gè)班下來(lái)鑿孔進(jìn)尺都高于YTP26。（二）在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大功能，如改變潤(rùn)滑方式，把油氣分開，實(shí)現(xiàn)排氣無(wú)油霧，研發(fā)出節(jié)能、無(wú)油霧的YT26W 氣動(dòng)鑿巖機(jī)，獲得了第一個(gè)發(fā)明專利的授權(quán)。對(duì)于氣動(dòng)鑿巖機(jī)，這是國(guó)內(nèi)外前所未有的。工人第一次使用，感覺(jué)很新鮮：環(huán)境清爽、從頭到腳都很干凈；耗油少，每班作業(yè)不需再加油，加上“無(wú)閥”原本具有鑿速快、斷釬少的優(yōu)點(diǎn)，工人都爭(zhēng)搶著用。不過(guò)這里有個(gè)前提，就是開始要有人稍加指導(dǎo)。但后來(lái)一擴(kuò)大，結(jié)果就不圓滿了。主要缺失是新產(chǎn)品開發(fā)太急于求成，只有銷售卻無(wú)售后服務(wù)。首次一大批產(chǎn)品出來(lái)，用戶不會(huì)用。幸好，我們?cè)谠O(shè)計(jì)上采取了“可逆式兩用”的方案。為了推廣，經(jīng)認(rèn)真反思，吸取教訓(xùn)，后來(lái)在此基礎(chǔ)上又與另一家合作，繼續(xù)研發(fā)節(jié)能、無(wú)油霧、低耗型產(chǎn)品。其特點(diǎn)是：（1）目標(biāo)函數(shù)：在F=35-40 Hz 條件下Ep→max，且波形好；（2）缸徑減??；（3）前、后油室獨(dú)設(shè)（不連通），分別加油；（4）油量調(diào)控，可調(diào)與定量或兩相結(jié)合。YT28W 在工業(yè)試驗(yàn)中深受礦工歡迎與喜愛(ài)。至此“無(wú)閥”氣動(dòng)鑿巖機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在鑿速快，節(jié)能、省氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便的基礎(chǔ)上又增加了幾點(diǎn)：沖擊應(yīng)力波形好，最大沖擊應(yīng)力值較小，對(duì)釬具耗損較少；活塞后支承摩擦副可轉(zhuǎn)移（尾桿），使中圓懸空，實(shí)現(xiàn)排氣無(wú)油霧。

表2

表3

表4

2.2 “三改進(jìn)”主要是對(duì)基礎(chǔ)件的攻關(guān)改進(jìn)

2.2.1 活塞

活塞是氣動(dòng)鑿巖機(jī)的關(guān)鍵件。

改進(jìn)要點(diǎn)：（1）在配氣上進(jìn)行三項(xiàng)優(yōu)化。（2）對(duì)低碳合金鋼活塞使用壽命進(jìn)行攻關(guān)。在熱處理上重點(diǎn)提高心部強(qiáng)度，適當(dāng)調(diào)整表面硬度，重視控制碳濃度；同時(shí)針對(duì)類似細(xì)長(zhǎng)桿的特點(diǎn)在熱處理過(guò)程中，尤其在滲碳工序中控制其彎曲變形（全長(zhǎng)跳動(dòng)≤0.3mm）。材質(zhì)有普通與高精兩種。用普通材質(zhì)，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，質(zhì)量穩(wěn)定，平均使用壽命為四千多鉆米。（3）“液壓鑿巖機(jī)-氣動(dòng)鑿巖機(jī)”互動(dòng)，實(shí)施“八五”技術(shù)攻關(guān)“類移植”。九十年代初，我們?cè)谕瓿蓢?guó)家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(液壓鑿巖機(jī))中，選取CrNiMo 系低碳高合金鋼制造沖擊活塞，雖然熱處理工藝技術(shù)要點(diǎn)大致同上，但有些工序難于達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在參閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，多次摸索試驗(yàn)后終于確定了較優(yōu)的工藝方案。把沖擊活塞的試制件與國(guó)外樣品作了全面剖析對(duì)比，除心部硬度梯度一項(xiàng)（受設(shè)備條件所限）不如國(guó)外樣品外，其余皆達(dá)到同等水平。在裝機(jī)試驗(yàn)中使用壽命達(dá)到2.5萬(wàn)多鉆米（仍比較完好），得到專家的好評(píng)。后來(lái)，我們?cè)跉鈩?dòng)鑿巖機(jī)上也作過(guò)攻關(guān)技術(shù)“類移植”試驗(yàn)?？紤]到原材料供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)成本，尚未推廣。

2.2.2 導(dǎo)套

國(guó)內(nèi)外氣動(dòng)鑿巖機(jī)、液壓鑿巖機(jī)都有這個(gè)基礎(chǔ)零件。其主要功能是支承、導(dǎo)向與密封，對(duì)于氣動(dòng)鑿巖機(jī)還有控制“內(nèi)排氣”合理位置的作用。導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)形狀雖比較簡(jiǎn)單，而它的內(nèi)徑、外徑尺寸精度、形位公差卻要求較高。特別是壓裝到導(dǎo)向體后內(nèi)孔變形、與活塞作相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)熱脹變形難于掌控，因此，對(duì)摩擦副的間隙難調(diào)控：既要保證性能，具有一定的氣密作用，又要保持其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生咬合。這不只單純?nèi)Q于內(nèi)徑、外徑尺寸問(wèn)題，還涉及到選材問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外的氣動(dòng)鑿巖機(jī)、液壓鑿巖機(jī)的導(dǎo)套材質(zhì)主要有兩種：一種是鋼制的，另一種是青銅件（國(guó)外大都是高錫青銅）。八十年代中期在中南大學(xué)舉行的一次中外專家技術(shù)交流會(huì)上，一位美國(guó)專家說(shuō)過(guò)，整體青銅套對(duì)于鑿巖機(jī)來(lái)說(shuō)并不是很理想的，理由是青銅的熱脹系數(shù)大，預(yù)留初始間隙大。青銅易損件，我認(rèn)為最難之處還在于用戶使用更換后間隙更難掌控，對(duì)性能影響大。為了解決此問(wèn)題，人們一直在追求、探索著。數(shù)十年來(lái)我曾先后對(duì)不同材質(zhì)和多種結(jié)構(gòu)型式的導(dǎo)套作過(guò)試驗(yàn)，結(jié)果各有利弊，不盡人意。后來(lái)，我提出“鋼套+復(fù)合處理（減摩層深度0.08～0.12mm）”的技術(shù)新方案。經(jīng)過(guò)工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證，使用成效比較顯著。特點(diǎn)是：（1）磨損極小，經(jīng)過(guò)兩千多鉆米后還不易檢測(cè)出磨損來(lái)；（2）內(nèi)孔表面潤(rùn)滑充分（實(shí)現(xiàn)混合雙潤(rùn)滑）；（3）內(nèi)孔表面光滑照人，無(wú)研傷、咬合痕跡；（4）由有關(guān)青銅與滲碳鋼孔相對(duì)活塞摩擦副對(duì)比試驗(yàn)得知，其徑向磨損量約為5:1，因此，本件不再是易損件了，而且使用壽命可以實(shí)現(xiàn)以1 頂4。既節(jié)約資源又降低經(jīng)濟(jì)成本，還有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量。初步看來(lái)，本方案較為圓滿，有可取之處，對(duì)鑿巖機(jī)行業(yè)具有一些現(xiàn)實(shí)意義。

2.2.3 青銅件

螺旋母（花鍵套）。之所以把兩件列為同一類，是因?yàn)榻?jīng)過(guò)幾十年的實(shí)際觀測(cè)，它們的磨損與失效情況差別不大（這與“有閥”的螺旋母有差別）。從1969年起，我在生產(chǎn)中遇到的第一個(gè)難題就是它，此后數(shù)十年我便一直在琢磨這個(gè)棘手的問(wèn)題。依傳統(tǒng)習(xí)慣國(guó)外大都選用高錫青銅，國(guó)內(nèi)（可能當(dāng)年受原蘇聯(lián)影響）都選用錫磷青銅（QSn7-0.2）。我認(rèn)為前者雖好，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)無(wú)供應(yīng)，而且經(jīng)濟(jì)成本高；后者含磷，不但對(duì)其成分、含量要求高（更不能偏析），尤其對(duì)冷作（冷拔）再結(jié)晶退火工藝要求嚴(yán)格，否則易生（磷共晶）裂紋源發(fā)生斷裂。我們老廠也搞過(guò)多年攻關(guān)，特別為了“銀牌”產(chǎn)品保質(zhì)量，下過(guò)不少功夫。雖有提高，但工藝質(zhì)量難穩(wěn)定，代價(jià)太大，經(jīng)濟(jì)成本高。而過(guò)去生產(chǎn)銅材的洛銅、沈銅φ40mm 以上的冷拔棒材不生產(chǎn)，只按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HB≤70）供貨。更何況這些馳名老廠早已轉(zhuǎn)產(chǎn)多年！從實(shí)際出發(fā)，不能不另選材了。在八十年代末，恰巧我們?cè)趪?guó)家“八五”科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目中用無(wú)錫青銅作液壓鑿巖機(jī)的釬尾花鍵套，使用效果不錯(cuò)，未出現(xiàn)裂紋，使用壽命最低的也在1.5萬(wàn)鉆米，折合到氣動(dòng)鑿巖機(jī)零件（花鍵套）失效極限使用壽命約為六七千鉆米（這是依據(jù)之一）。于是選用它作為螺旋母的材料，考慮實(shí)際情況，攻關(guān)第一步把材料（零件）硬度初定為中硬（HB=150）。在2010年批量投入前先后做過(guò)兩次工業(yè)性試驗(yàn)，平均使用壽命分別為2160和2643 鉆米。從投入使用的約2 千多件來(lái)看，用戶反映正常?？上驳氖窃摬馁|(zhì)在使用中從未出現(xiàn)裂紋和開裂現(xiàn)象，這與原QSn7-0.2 相比有很大改變，裂紋、斷裂問(wèn)題得到了基本解決。至于進(jìn)一步提高強(qiáng)硬度問(wèn)題，可通過(guò)熱處理調(diào)控實(shí)現(xiàn)（這是依據(jù)之二）。由于攻關(guān)觸動(dòng)了供應(yīng)鏈上的利益，遭到了某些人的抵制和干擾，使我（全自費(fèi)攻關(guān)）損失不小。得到寬慰的是攻關(guān)第一步目標(biāo)——零件不裂、不斷，具有一定的耐磨性還是達(dá)到了。下一步攻關(guān)目標(biāo)是在此基礎(chǔ)上提高使用壽命。當(dāng)時(shí)的設(shè)想是通過(guò)調(diào)整工藝提高零件的強(qiáng)度、硬度（達(dá)到“八五”攻關(guān)水平），本有望實(shí)現(xiàn)，后來(lái)情況發(fā)生變化，后續(xù)攻關(guān)暫停。我回憶早年（八十年代）曾經(jīng)對(duì)螺旋摩擦副作過(guò)研討、探索，氣動(dòng)鑿巖機(jī)屬?zèng)_擊回轉(zhuǎn)類產(chǎn)品，根據(jù)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)與達(dá)朗貝爾原理，在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中會(huì)引起質(zhì)量增量和質(zhì)量增大系數(shù)，它與摩擦副材質(zhì)密切相關(guān)，且直接影響產(chǎn)品性能。因此，在確定下一步攻關(guān)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)把摩擦系數(shù)最小納入優(yōu)選考慮之列。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，恰有一種強(qiáng)度高、減摩性好的材料是目前國(guó)內(nèi)高錫耐磨青銅的代用品。后續(xù)的攻關(guān)升級(jí)目標(biāo)是改善性能、穩(wěn)定提高使用壽命、有效降低經(jīng)濟(jì)成本?？梢灶A(yù)計(jì)，長(zhǎng)期以來(lái)困擾市場(chǎng)的問(wèn)題，有望獲得解決。

3 實(shí)現(xiàn)排氣無(wú)油霧

“一創(chuàng)新”是改變潤(rùn)滑方式，把傳統(tǒng)的“油氣混合”變?yōu)橛蜌夥珠_，油不進(jìn)入氣缸體，實(shí)現(xiàn)排氣無(wú)油霧，使產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮?jié)能、環(huán)?！毙?。

為什么要改變傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方式實(shí)現(xiàn)排氣無(wú)油霧？根據(jù)有以下五點(diǎn)：

（1）是建設(shè)“兩型”社會(huì)的需要，是環(huán)保與生態(tài)文明的要求；

（2）國(guó)外金屬礦山對(duì)空氣中含油量有比較嚴(yán)格的要求，并制定了標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定為5 mg/m3；

（3）不少國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者認(rèn)為傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方式（油氣混合）不但污染環(huán)境且有浪費(fèi)資源之嫌（有的幾乎快把潤(rùn)滑油充當(dāng)動(dòng)力介質(zhì)了）；

（4）實(shí)踐證明，排氣無(wú)油霧對(duì)作業(yè)施工質(zhì)量、安全、勞動(dòng)保護(hù)都有利；

（5）是國(guó)內(nèi)礦山、工程作業(yè)工人的迫切要求與強(qiáng)烈呼聲。

排氣無(wú)油霧有以下特色：

（1）把氣缸（體）設(shè)置為無(wú)油區(qū)，氣缸不進(jìn)油，排氣無(wú)油霧，并由此帶來(lái)一系列變革（優(yōu)越性）；

（2）耗油量大大減少，可節(jié)省3/4～4/5；

（3）取消了注油器（只需利用零件空間設(shè)儲(chǔ)油室）；

（4）作業(yè)班中一般不需再加油；萬(wàn)一要加油，也只停機(jī)不停氣，簡(jiǎn)便多了。

（5）對(duì)作業(yè)施工的質(zhì)量、安全、勞動(dòng)保護(hù)都有利；

（6）氣缸孔表面無(wú)摩擦、不磨損。

應(yīng)注意把握好三個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）從設(shè)計(jì)、制造上提供活塞尾桿正常（又不過(guò)量）的潤(rùn)滑是前提、是關(guān)鍵，其中還有一個(gè)難點(diǎn)是對(duì)油量的掌控和超微小孔加工問(wèn)題，我們是在北京外協(xié)解決的。一般前、后油室有效容積為60-70，25-30 毫升為宜；前、后油室的節(jié)流超微小孔為0.15-0.2 與0.1 mm 左右；

（2）做好班前的三處加油（除前、后油室外，在裝接氣管時(shí)，不要忘了往進(jìn)氣彎管注入少許油，約十多毫升）；

（3）判別是否缺油的方法要作相應(yīng)改變：應(yīng)把手掌置于機(jī)頭前。

本產(chǎn)品除了節(jié)能省氣外，還可節(jié)省大量潤(rùn)滑油、省去注油器、易損件少、釬具損耗較少。為此我申報(bào)的第2個(gè)發(fā)明專利是“無(wú)油霧、節(jié)能、低耗”型氣腿式鑿巖機(jī)，2016年7月經(jīng)國(guó)家批準(zhǔn)授權(quán)，專利號(hào)：201410181797.X。

上述技術(shù)原理亦適用于其它無(wú)閥配氣型氣動(dòng)鑿巖機(jī)。