牙輪鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)

金龍元

摘要：介紹了一種牙輪鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)，它包括由橫軸和均衡梁相連接的兩個履帶行走單元構(gòu)成，所述每個行走單元均是由設(shè)置有驅(qū)動輪、支重輪、引導(dǎo)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(shè)置有液壓馬達(dá)，所述液壓馬達(dá)輸出軸上設(shè)置有減速機(jī)，所述減速機(jī)的輸出軸與所述驅(qū)動輪相配合連接。該行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、裝配維修方便。

關(guān)鍵詞：牙輪鉆機(jī);履帶行走;液壓馬達(dá);減速機(jī)

0? 引言

目前，國內(nèi)的露天礦用牙輪鉆機(jī)的履帶行走機(jī)構(gòu)多為普通的履帶式結(jié)構(gòu)，包括橫軸和平衡梁以及由它們聯(lián)接的兩個履帶行走單元構(gòu)成，每個行走單元均是由設(shè)置有驅(qū)動輪、鏈輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、張緊裝置等安裝構(gòu)建的履帶支架，以及安裝在各履帶安裝構(gòu)件上的履帶組成的，所述驅(qū)動輪設(shè)置在履帶支架的一端，驅(qū)動輪與履帶內(nèi)側(cè)相嚙合?，F(xiàn)有履帶行走機(jī)構(gòu)是由位于牙輪鉆機(jī)主平臺的主電動機(jī)作動力源，即由主電動機(jī)輸出軸經(jīng)過兩組中間傳動軸、三組傳動鏈條來驅(qū)動行走單元上的驅(qū)動輪，驅(qū)動輪運(yùn)轉(zhuǎn)帶動履帶運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動。該驅(qū)動方式需要通過長距離的三級鏈條傳動來驅(qū)動鉆機(jī)行走，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械效率低下，而且傳動鏈條容易出現(xiàn)滑落或斷鏈的故障，給設(shè)備的安裝、維修帶來極大的不方便，存在著故障率高、鉆機(jī)作業(yè)率低下的問題。

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

隨著IT技術(shù)的快速發(fā)展，國外著名的牙輪鉆機(jī)制造商及時集成應(yīng)用最新技術(shù)成果，加速了牙輪鉆機(jī)的升級換代，正在向著全自動化和智能化方向發(fā)展，為數(shù)字化礦山創(chuàng)造了條件。

美國BI公司開發(fā)的Holepro炮孔可編程控制系統(tǒng)更新了早期的局部自動化。它由PLC和顯示器構(gòu)成的PLC-視屏系統(tǒng)，可顯示鉆機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，在孔深程序控制下，使鉆孔深度準(zhǔn)確無誤，通過鉆孔參數(shù)，可繪出炮孔縱向礦巖石剖面結(jié)構(gòu)圖，精確區(qū)分礦巖性質(zhì)的微觀地質(zhì)資料。

Harnisch Feger公司在鉆機(jī)上裝有CommandTMcontrol 控制系統(tǒng)，以PLC為基礎(chǔ)的控制裝置將全部控制和顯示功能集中在一個現(xiàn)代化的司機(jī)控制盤上，可控制鉆進(jìn)參數(shù)，監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動鉆進(jìn)、自動調(diào)平和自動潤滑，各種參數(shù)的自動監(jiān)測和調(diào)整。

加拿大Wenco公司開發(fā)了鉆機(jī)導(dǎo)航與傳感器監(jiān)視系統(tǒng)。應(yīng)用GPS技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)可精確紀(jì)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(fā)了用于露天礦山鉆孔作業(yè)的計算機(jī)輔助監(jiān)視系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)，其范圍從生產(chǎn)監(jiān)視和礦巖自動識別到GPS。

我國從20世紀(jì)60年代起開始研制牙輪鉆機(jī)，經(jīng)過多次改良和淘汰，現(xiàn)在還在生產(chǎn)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(jī)械工程設(shè)計研究院、江西采礦機(jī)械廠和衡陽有色冶金機(jī)械廠等。KY系列牙輪鉆機(jī)，全部配套件均立足于國內(nèi)，制作成本相對低廉。

我國露天礦用牙輪鉆機(jī)研制雖然起步晚，但起點(diǎn)高，發(fā)展較快，1985年已生產(chǎn)YZ和KY二個系列，達(dá)到美國八十年代技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)替代進(jìn)口，但以后技術(shù)發(fā)展緩慢，與國外先進(jìn)技術(shù)差距拉大，主要表現(xiàn)在自動控制技術(shù)。

中鋼衡重早在上世紀(jì)八十年代初便開始牙輪鉆機(jī)的研制。在原冶金部組織下，聯(lián)合鞍鋼礦山研究所、長沙礦山研究院、東北大學(xué)和北京科技大學(xué)，通過消化吸收美國BI公司45R牙輪鉆機(jī)，開發(fā)YZ-35型牙輪鉆機(jī)，1982年12月通過部級鑒定。1982年中鋼衡重又開始開發(fā)YZ-55牙輪鉆機(jī)，1985年通過部級鑒定，1984年開始自主開發(fā)YZ-12牙輪鉆機(jī)，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(jī)。

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

我國牙輪鉆機(jī)差不多相當(dāng)于美國20世紀(jì)80年代的水平，在某些方面還具有創(chuàng)新，但總的來看，我國的技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平還有較大差距。

1? 牙輪鉆機(jī)介紹

2007年開始進(jìn)行牙輪鉆機(jī)自動化研究，2008年開發(fā)的牙輪鉆機(jī)電氣系統(tǒng)，在YZ-35型牙輪鉆機(jī)上實(shí)現(xiàn)了局部自動化。2008年對YZ-55型牙輪鉆機(jī)也進(jìn)行局部自動化開發(fā)。公司的牙輪鉆機(jī)已經(jīng)應(yīng)用交流變頻調(diào)速、PLC、現(xiàn)場總線、觸摸屏、自動測深、數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)燃夹g(shù)，簡化了鉆機(jī)的電氣線路，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)平和測深，降低司機(jī)勞動強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。公司現(xiàn)已獨(dú)立完成牙輪鉆機(jī)的電氣、液壓系統(tǒng)配套，掌握了牙輪鉆機(jī)整機(jī)核心技術(shù)。

國內(nèi)某研究院在上世紀(jì)九十年代也開展了牙輪鉆機(jī)鉆進(jìn)參數(shù)自動調(diào)節(jié)研究，并在牙輪鉆機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，提高了鉆孔速度，延長鉆頭使用壽命，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。

牙輪鉆機(jī)即一種鉆孔設(shè)備，多用于大型露天礦山。半個世紀(jì)以來，露天穿孔設(shè)備經(jīng)歷了“磕頭鉆”、噴火鉆、沖擊（潛孔）鉆的發(fā)展，最終牙輪鉆機(jī)以鉆孔孔徑大、穿孔效率高等優(yōu)點(diǎn)成為大、中型露天礦目前普遍使用的穿孔設(shè)備。

牙輪鉆機(jī)鉆孔時，依靠加壓、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過鉆桿，對鉆頭提供足夠大的軸壓力和回轉(zhuǎn)扭矩，牙輪鉆頭在巖石上同時鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)，對巖石產(chǎn)生靜壓力和沖擊動壓力作用。牙輪在孔底滾動中連續(xù)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(jīng)鉆桿內(nèi)腔從鉆頭噴嘴噴出，將巖渣從孔底沿鉆桿和孔壁的環(huán)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(jī)構(gòu)

履帶式行走機(jī)構(gòu)是依靠接地履帶與底板之間相對運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動機(jī)器行走的。其最大摩擦力取決于機(jī)器重量，以及履帶板與底板之間的粘著系在行走機(jī)構(gòu)電動機(jī)（或油馬達(dá)）容量一定的情況下，行走阻力如小于粘著力;主動鏈輪旋轉(zhuǎn)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(yùn)動，而迫使機(jī)器向前移動。履帶架上的支重輪起支承導(dǎo)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(xiàn)履帶鏈空轉(zhuǎn)即履帶打滑現(xiàn)象。因此，為了保證掘進(jìn)機(jī)正常行走，行走機(jī)構(gòu)必須具有足夠的引力。

本設(shè)計提供一種牙輪鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)，該行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、裝配維修方便。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本設(shè)計的牙輪鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)包括：由橫軸和均衡梁相連接的兩個履帶行走單元構(gòu)成，所述每個行走單元均是由設(shè)置有驅(qū)動輪、支重輪、引導(dǎo)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(shè)置有液壓馬達(dá)，所述液壓馬達(dá)輸出軸上設(shè)置有減速機(jī)，所述減速機(jī)的輸出軸與所述驅(qū)動輪相配合連接。

進(jìn)一步地，所述液壓馬達(dá)的輸出軸、減速機(jī)的輸出軸與驅(qū)動輪的軸心相重合。將液壓馬達(dá)、減速機(jī)與驅(qū)動輪按如此方式相連接，液壓馬達(dá)輸出功的利用效率最高。

再進(jìn)一步地，所述減速機(jī)為行星減速機(jī)。采用行星減速機(jī)后，該履帶行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比更大，效率更高。

本設(shè)計的行走機(jī)構(gòu)通過自帶液壓驅(qū)動馬達(dá)，工作時，只需通過操作設(shè)置在牙輪鉆機(jī)操作平臺上的液壓泵通過液壓管驅(qū)動液壓馬達(dá)運(yùn)行，液壓馬達(dá)即可驅(qū)動減速機(jī)帶動驅(qū)動輪運(yùn)轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動整個行走機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鏈輪鏈條式行走機(jī)構(gòu)改變成液壓式行走機(jī)構(gòu)，簡化了行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，裝配維修方便，故障率低，而且提高了傳動效率。

3? 實(shí)例應(yīng)用

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本設(shè)計的牙輪鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1和圖2所示的牙輪鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)，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(gòu)成，每個行走單元3均是由設(shè)置有驅(qū)動輪4、支重輪5、引導(dǎo)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(shè)置有液壓馬達(dá)11，液壓馬達(dá)11上連接有行星減速機(jī)12，減速機(jī)12與驅(qū)動輪4相配合連接，如圖3所示，液壓馬達(dá)11的輸出軸、行星減速機(jī)12的輸出軸與驅(qū)動輪4的主軸軸心相重合。

本設(shè)計的行走機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)11為動力源，通過液壓馬達(dá)11帶動驅(qū)動輪4轉(zhuǎn)動從而驅(qū)動整個行走機(jī)構(gòu)。工作時，只需要在液壓馬達(dá)上連接一個液壓管，工作人員通過操作設(shè)置在牙輪鉆機(jī)操作平臺上的液壓泵驅(qū)動液壓馬達(dá)運(yùn)行，即可帶動驅(qū)動輪運(yùn)轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動整個行走機(jī)構(gòu)。牙輪鉆機(jī)的操作平臺等設(shè)備安裝在該行走機(jī)構(gòu)橫軸1和均衡梁2上方。

4? 結(jié)束語

本文介紹牙輪鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)，并就其原理予以較為詳實(shí)的闡述。通過試驗(yàn)和應(yīng)用得出：牙輪鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)的機(jī)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(dá)驅(qū)動行星減速機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計解決了驅(qū)動方面的一大難題，也大大減少了零件的數(shù)量，提高了安裝和拆卸的效率。

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