工程机械 隧道掘进机械Word文档下载推荐.docx

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钎头按刃口情况不同，可分为一字行，十字形和X形等，如图17-3a所示。

一字形的优

点是凿岩速度快和容易修磨，但在有裂隙的岩石中钎子容易被卡住。

在钎刃处镶嵌YG8C

硬质合金片，以提高钎刃耐磨性。

钎杆如图17-3b所示，钎杆有专用的钎子钢制成，断面呈

有中心孔的六角形。

钎杆尾部六放侧面需要用锻钎机加工并热处理，以便插入凿岩机的转动套内配合、传动扭矩。

钎尾端面承受凿岩机的频繁冲击，要求有足够的硬度，又有良好的刃性。

为防止活塞过早磨损，钎尾端面应比活塞硬度低。

钎杆中心孔，有钎头两侧小孔流入钻孔底部。

钎杆尾部插入凿岩机的钎套后，用钎卡卡住钎杆凸肩，防止拔钎子时与凿岩机脱开，或防止凿岩机空打是钎子凿岩机的钎套后，用钎卡卡住钎杆凸肩，钎尾部的长度必须与凿岩机内转动套长度相适应，以便活塞始终冲击钎尾，不致冲击转动套，这个尺寸一般在凿岩机技术特殊注明，以便配合所需尺寸的钎尾，如图17-3b所示。

三、凿岩机的种类

凿岩机的种类很多，按所用动力可分为气动、电动、内燃和液压四类。

气动凿岩机工作

比较可靠，但需要辅助压气设备。

电动凿岩机比较普遍应用，但工作可靠性有待提高。

内燃机需要解决废气问题。

液压凿岩机的效率高，是发展前途的凿岩机机械我国正在推广使用。

四、气动凿岩机

气动凿岩机广泛用于隧道掘进，其外形如图17-4所示。

它主要有钎子1、凿岩机2、注

油器3水管4风管5和气推6组成。

钎子1的尾端装入凿岩机2的机头钎套内，注油器3

连接在风管5上，使压气中混有油雾，对凿岩机内零件进行润滑，水管4供给清除岩粉用的水，气腿6支撑着凿岩机并给以工作需要的的推进力。

五、液压凿岩机

（一）概述

液压凿岩机是在气动凿岩机的基础上发展起来的一种凿岩机。

它以高压液体为动力，推

动活塞在缸体内往复运动，冲击钎杆能克服气动凿岩机存在的问题和缺陷。

与气动凿岩机相

比，液压压凿岩机具有以下优点：

（1）动力消耗小，能量利用率高。

由于高压油工作压力可达10MPa是气动凿岩机的

20倍以上，能量利用率可达30%~40%，而气动凿岩机只有10%。

（2）凿岩速度高。

液压凿岩机冲击功、扭矩和推进力大，钎子转速高，钻孔速度约为

气动凿岩机的2.5~3倍。

（3）作业条件好。

也压凿岩机没有排气噪音和无油雾造成的大气污染，改善了作业环

境。

（4）液压凿岩机的运动件都在油液中工作，润滑条件好。

（5）操作方便，适应性强。

液压凿岩机调速转向方便，易实现自动化，对不同的岩石

都具有良好的性能。

由于也压凿岩机制造和维护技术要求较高，目前还不能完全代替气动凿岩机。

（二）液压凿岩机的结构和工作原理

现以国产YYG-80型也压凿岩机为例，说明也压凿岩机的基本结构和工作原理。

YYG-80型液压凿岩机的冲击机构属于前后腔交替进、回油式，采用滑阀配油，其结构

如图17-5所示。

冲击机构由缸体4、活塞5和滑阀12等组成。

缸体做成一个整体，滑阀与

活塞的轴线互相平行。

在缸孔中，前后各有一个铜套6、3支承活塞运动，并导入液压油。

滑阀的作用是自动改变油液流入活塞前、后腔的方向，使活塞往复运动，打击冲击杆8的尾

部，从而将冲击能量传给钎子。

第三节凿岩台车

凿岩台车是从20世纪70年代发展起来的一种钻孔设备。

它是将一台或数台高效率的凿

岩机相连同推进装置一起安装在钻臂导轨上，并配行走机构，使凿岩作业实现机械化。

和凿

岩机相比，凿岩台车工效可以提高2-4倍，并且可以改善劳动条件，减轻工人劳动强度。

凿岩台车按钻臂多少，可分为双臂、三臂和多臂式；

按形走机构分为轨轮式、轮胎式和

履带式。

凿岩台车的控制有液压控制、压气控制和液压与压气联合控制等三种。

现在CTJ-3型凿岩台式为例，说明岩台车的结构。

CTJ-3型凿台车的结构如图17-7所示。

主要由推进器1、两侧相同的两个侧壁2、一个

中间支撑4、凿岩机3、轮胎行走结构6以及压气、液压和供水系统组成。

一、推进器

推进器是导轨式凿岩机的轨道，并给凿岩机以工作所需的轴向推动。

CTJ-3型凿岩台车

采用气动马达-丝杠推进器，其结构如图17-8所示。

YGZ-70型导轨式分动凿岩机11用螺栓固定在底盘10上，装在底盘座10上的螺母2

与2推进器丝杠3相结合。

当风马达1驱动丝杠转动时，凿岩机就在导轨9上向前或向后移

动。

风东马达的功率0.75KW，推进器的推进力0.75KW，推进行程为2.5M。

调节风东马达

进气量，可使凿岩机获得不同的推进速度。

推进器导轨9下面设有补偿液压缸4，其缸体与导轨托盘5铰接，活塞杆与导轨。

伸缩

补偿液压缸就可以调节推进器导轨在导轨托盘上的位置，使导轨前端顶尖7顶紧岩壁，以减

少凿岩机工作过程中钻臂的振动，增长推进器的工作稳定性。

凿岩机底座与导轨间、导轨与

导轨托盘间均有尼龙1010滑垫，以减少移动阻力的磨损。

在导轨前端还有剪式扶钎器8，

当凿岩机开始钻炮孔时，用扶钎器夹持钎子12前端，以兔钎子在岩面上滑动；

钎子钻进一

定深度后，松开扶钎器以减少阻力。

扶钎器的两块卡爪平时有弹簧张开，扶钎时由扶钎液压

缸6将其活塞杆上的锥形头插入卡爪之间，使其剪刀口合拢。

二、钻臂

钻臂是凿岩臂台车的主要部件，它的作用是支撑推进器和凿岩机，并可调整推进器的方位，使之可在全工作面范围内进行凿岩。

CTJ-3型凿岩台车的两个侧壁和中间钻臂结构基本相同，其工作原理如图17-9所示。

钻臂架3的前端与推进器导轨的托盘1铰接，利用俯仰角液压缸2可以调整导轨的倾角，故凿岩机钻出的炮孔倾角可以调整。

利用钻臂液压缸4可以调整钻臂架的位置，亦即调凿岩机位置的高低，钻凿不同高度的炮孔。

钻臂架3的后端与钻臂座6铰接，钻不座安装回转机构7的水平轴上，此轴为一齿轮轴，在回转机构中的齿条液压缸带动下，可使钻臂做连通钻臂架一起绕此轴线在360度范围内回转。

因此，由回转机构改变凿岩机的回转角度，钻臂液压改变回转凿岩机的回转半径，就可以确定炮孔位置，使凿岩机能在一定范围内钻凿不同的孔。

钻臂的此种调为称极坐标调整方式，其主要优点是在炮孔定位是操作出现较少，定位是间短，对操作要求较高。

另外，利用摆动结构可以使个钻臂水平摆动，使凿岩机可以在隧道的转弯处作业。

为了适应直线掏糟法掘进的需要，CTJ-3型凿台车设有液压水平结构。

利用液压水平机构，可以是钻臂在不同位置时导轨的基本保持不变，凿岩机可以钻出基本平行的掏糟炮孔，这对于提高爆破效果和节省调整凿岩机位置的作业都有好处。

液压水平机构的工作原理如图17-9所示。

引导液压缸5与俯仰角液压缸2的缸径不同，它的两腔对应相通，当钻臂液压缸4带动钻臂向上摆动时，迫使引导液压5也一起运动，音带、引导液压缸活塞杆腔的油液被迫压入俯仰角液压缸的活塞杆腔，而俯仰角液压活塞腔的有液排入引导液压缸的活塞腔。

因此，到钻臂向上a角时，推进器托盘在俯仰角液压缸的作用下摆动一个角度a角从而推进器推进器实现平行运动。

同理，当钻臂向下摆动式，仍可使推进器实现平行.

适当的设计可以使钻臂在不同位置上时保持倾斜角基本不变。

单独开动俯仰角液压缸调整推进器托盘和凿岩机的倾角时，因此钻臂液压缸未开启，钻臂液压缸被双向液压锁固定在原位不动，引导液压的长度不会变化，所以不会引起钻臂位置的变化。

三个钻臂的回转机构通过摆动结构与形走机架相连，凿岩车用四个充气胶轮行走，前轮是主动轮，后轮是转向轮。

前轮有活塞式风东马达经三级齿轮减速器驱动。

如图17-7所示，台车后部设有12以上保持稳定。

当凿岩车工作时，利用支撑液压气缸5、7撑在底板上，使车轮离开底板，以增加机器的稳定性。

整个凿岩车的动力室压缩空气，一台活塞式风动马达带动一台单级叶片泵为所液压缸提供压力油。

第四节掘进机

一、概述

随着隧道工作面机械化程度的提高，掘进速度大大加快，隧道掘进和工作面的准备工作也必须相应加快。

只靠钻爆法掘进和工作面的准备工作也必须相应加快。

只靠钻爆法掘进隧道以满足不了要求，采用掘进机法，使破落岩石、装载运输、喷雾灭尘等工序同时进行，是提高掘进速度的一项有效措施。

与钻爆法相比，掘进机法掘进隧道具有许多优点：

（1）速度快、成本低。

用掘进机掘进隧道，可以使掘进速度提高1~1.5倍，工作效率平均提高1~2倍，成本降低30﹪~50﹪。

（2）安全性好。

由于不需要打眼放炮，围岩不易被破坏，既有利于隧道支护，又可减少冒顶等突发危险，大大提高了工作面的安全性。

（3）工程量小。

利用钻爆法，隧道的超挖量可达20﹪，利用挖进机法，隧道超挖量可小到5﹪，从而大大减少了支护作业的填充量，减少了工程量，降低了成本，提高了速度。

（4）劳动条件好。

改善了劳动条件，减少笨重的体力来动。

按照工作机构切割工作的方式，掘进机可分为部分断面隧道掘进机和全断面隧道掘进机两大类。

部分断面隧道掘进机主要用于软岩和中硬岩隧道的掘进，其工作机构一般是由一悬臂及安装在悬臂上的截割头所组成，工作时，经过工作机构上下左右摆动，逐步完成全断面岩石的破碎。

全断面隧道掘进机主要用于掘进坚硬岩石隧道，其工作机构沿整个工作面同时进行破碎岩石并连续推进。

二、部分断面隧道挖掘机

由于部分断面隧道挖掘机具有掘进速度快、生产效率高、适应性强、操作方便等优点，目前在隧道掘进工作中得到广泛的应用。

下面以ELMB型隧道掘进机为例，说明断面隧道掘进机的结构和工作方式。

ELMB型隧道掘进机的结构如图17-10所示，它主要由截割头1、悬臂2、装运机构3、行走机构4、液压泵站5、皮带转载机10和若干液压缸等组成。

机器工作时，开动行走机构使机器移动工作面，截割头1接触岩壁时停止前进，开动截割头并摆动到工作面左下角，在伸缩液压缸7的作用下钻入岩壁，当截割头轴向推进500mm（伸缩液压缸的最大行程）时，使截割头水平摆动到隧道右端，这时在底部开出一深500mm的-/底槽，然后再使截割头向上搬动一截割头直径的距离后向左水平摆动。

如此循环工作，最后形成所需断面，如图17-11所示。

这种掘进机能掘进出任意形状的隧道断面。

这里截割头的左右上下摆动是形成连续破碎的必不可少的重要条件。

截割头破碎下来的岩块，由蟹爪装载机的两个蟹爪扒入刮板输送机，在经连在后部的皮带转载机10卸入矿车或其他运输设备中。

（一）工作机构

ELMB型隧道掘进机的工作机构采用悬臂式工作机构，这种工作机构的优点是：

悬臂可以沿工作面的水平或垂直方向上作左右或上下摆动，对复杂的地质条件适应性较好，能够掘出各种形状的断面，结构简单，便于维修和更换截齿，也可及时支护隧道。

但由于悬臂较长，影响机器的稳定性。

截割头为一圆锥形钻销式截割头，如图17-12所示。

它主要由中心钻1、截齿2、齿座4和椎体5等组成。

齿座4成螺旋线焊在椎体5上，共装30个截齿。

中心钻1用以超前钻孔，为稿形截齿开出自由面，以利截割。

截割头上还分布置有19个内喷雾灭尘的喷嘴3.

上述截割头采用纵轴式布置方式，即沿悬臂的中心轴纵向安装截割头，这种布置方式能截割出平整的断面，而且可以用截割头挖支架的柱窝和水沟。

但在摆动截割时，机器受的侧向力较大，为了提高机器的平稳性，机器重量比较大。

为了消除侧向力，有的隧道掘进机截割头采用横轴式布置方式（如AM50掘进机）。

横轴式布置的截割头多采用两个对称的半球滚筒，截割时截割头的受力较好，截割阻力易被机体自重吸收。

因此，掘进机的重量可以做的较轻，但在使用时不如纵轴式布置方便。

截割头上的截齿有径向扁截齿和稿形截齿两种。

在煤巷中一般可采用稿形截齿或径向扁截齿；

在中硬岩隧道中一般采用径向扁截齿。

（二）装载与转运机构

ELMB型隧道掘进机的蟹爪式装载机构与中间刮板输送机组成掘进机的装运机构。

截割头破碎下来的碎岩由装载机铲板上的两个蟹爪扒入中间刮板输送机。

蟹爪工作机构如图17-13所示。

它由蟹爪1、曲柄圆盘3、连杆4和摇杆5等组成。

蟹爪1装在连杆4的前端，磨损后可以更换。

曲柄圆盘和摇杆都装在铲板2上，连杆与曲柄圆盘和摇杆铰接。

两个曲柄圆盘作圆周运动时，驱动两个连杆带动两个蟹爪宰铲板上做平面复合运动，将碎岩扒入刮板输送机6上。

两个蟹爪的运动相位差为180°

，当一个蟹爪扒取碎岩时，另一个蟹爪处于返回行程。

因此，两个蟹爪交替扒取碎岩，使装载工作连续进行。

装载机构采用装—运联动，

由刮板输送机的尾轴作为蟹爪减速的输入轴，减速器出轴驱动偏心圆盘，从而驱动蟹爪运动。

升降液压缸可以使铲板升降。

刮板输送机后部的两台低速摆线液压马达直接驱动。

皮带转载机的作用是将装运机构运出的碎岩装入汽车或其他运输设备。

皮带装载机通过转座连接在掘进机主机架的后部，设在皮带机一侧的液压缸，可使皮带机宰水平方向上相对机组中心左右摆动各20°

；

升降液压缸可支撑和调整皮带机的高度。

皮带机由一台摆线液压马达驱动。

（三）行走机构

ELMB型隧道掘进机采用履带行走机构，左右履带分别由一台内曲线大扭矩液压马达驱动。

在行走机构后部设有一组支撑液压缸（图17-10中的8），当机器因底板松软而发生下沉时，可通过它将机器后部抬起，在履带下面垫木块，让机器通过。

（四）液压系统

ELMB型隧道掘进机除截割头为电动机单独驱动外，其余部分均为液压传动，整个液压系统由一台45KW双轴电动机分别驱动两台联动齿轮泵，为各液压马达和液压缸提供压力油。

ELMB型隧道掘进机液压系统共设有四个回路，即装运回路、行走回路、工作机构及铲板回路和转载及起重回路。

在装运回路中，工作时为了防止两个马达倒转，换向阀采用了定位装置;

在行进回路中，采用了分流阀，以保证两条履带的同步运行；

在工作结构及铲煤板回路中，通过调速阀来调节工作结构三组液压缸的工作速度。

为了提高机器空载调动时的行走速度，在机器空载调动时，通过一个二位三通转阀，将工作结构及铲板液压缸回路中的液压油合并到行走回路中，以提高机器的行走速度。

（除尘装置）

为了降低工作面的粉尘，目前，部分断面隧道掘进机均设置有外喷雾或内、外喷雾结合的喷雾灭尘系统。

ELMB型隧道掘进机的喷雾灭尘系统如图17-14所示，设有内、外喷雾和冷却-引射喷雾三部分，其工作过程为：

（1）水→水门→三通→工作臂→内喷雾装置；

（2）水→水门→三通水→节流阀→外喷雾装置；

（3）水→水门→液压系统冷却器→水冷电动机→引射喷雾器。

三、全断面隧道掘进机

全断面隧道掘进机是一种全断面岩石掘进机，主要用于水利工程、铁路隧道、城市地下交通和矿山等部门。

（一）全断面隧道掘进机的工作结构

岩石掘进机是在在坚硬系数8～12以上的条件下破碎岩石，岩石的抗压强度高达200MPa,岩石掘进机一般采用盘形滚刀破岩。

在驱动刀盘运动时，安装在刀盘心轴上的盘形滚刀沿岩壁表面滚动，液压缸将刀盘压向岩壁，从而是滚刀刃面将岩石压碎而切入岩体中。

刀盘上的滚刀在岩壁表面挤压出同心凹槽，凹槽达到一定深度时，相邻两凹槽间的岩石被滚刀剪切成片状碎片剥落下来。

在岩渣中，片状碎片约占80%～90%，而岩粉的含量较少。

（二）全断面隧道掘进机的机构

TBM32型全新断面隧道掘进机的总体机构如图17-15所示。

刀盘1在传动装置3的驱动下低速转动，刀盘支承在机头架2的大型组合轴承上，掘进机工作时，水平支撑机构5撑紧在隧道的两帮，铰接在机头架和水平支撑机构间的推进液压缸4以水平支撑为支承推动机头架，使刀盘迈步式推进。

被滚刀剥落下来的岩渣由装在刀盘上的铲斗铲起装到皮带转载机9上。

矿渣在运出工作面后，卸入矿车或其它转载设备。

滚刀破碎岩石时生成的粉尘则由除尘风机抽出。

1.刀盘

刀盘工作机构的结构如图17-16所示。

刀盘10是由高强度、耐磨损的锰钢板焊接成的

箱型结构。

刀盘前盘呈球形，分别装有双刃中心滚刀1、正滚刀2、边滚刀3.铲斗装在刀盘的外缘，铲斗的侧壁上分别装有一个正滚刀和一个边滚刀。

刀盘通过组合轴承6支承在机头架上，组合轴承的内外圈分别与刀盘和机头架相连接。

盘形滚刀的结构如图17-17所示。

盘形滚刀是破岩的工具，其质量直接影响机器破碎岩石的能力、掘进速度、效益和机器的可靠性。

因此刀具是由强度高、韧性大、耐磨性能高并能承受冲击载荷的模具钢6Cr4W2MoV钢锻造的。

为提高轴承的承载能力，刀圈直径较大并采用断面密封和永久润滑，刀圈磨钝后，取下卡环9即可将刀圈卸下。

盘形滚刀的刀座一般按螺旋线方向布置在刀盘上，相连两滚力在径向方向的间距称为载距。

载距是刀盘的一个重要参数，直接影响破岩能力和单位消耗，在一定条件下，与刀盘的压力恰当配合，可以得到最佳的破岩效果。

2.刀盘的传动系统

TBM32型全断面隧道掘进机刀盘的传动系统如图17-18所示。

机头架两侧的两台电机，经两级行星齿轮减速器和一级内齿轮传动驱动刀盘转动。

两台电机中有一台电机是两端出轴的，右端出轴经摩擦离合器和液压马达相连，点动液压马达可实现刀盘的微动，以调整刀盘入口处的位置，使司机由入口进入刀盘前端检查和更换刀具。

3.行走机构

掘进机的行走结构由水平支撑和推进液压缸两部分组成，以实现岩石掘进机的迈步行走并使刀盘获得足够大的推进力。

TBN32型全断面隧道掘进机行走机构如图17-19所示。

推进缸1的缸体与机头架相连接，活塞杆则与水平支撑板3相连接，利用水平支撑缸将支撑板撑紧在隧道的侧帮上，当推进缸活塞进油时便可推动刀盘前进；

当刀盘推进一段距离后利用支撑缸松开支撑板，向推进液压缸活塞杆腔供油即可将水平支撑机构拖向刀盘，这样，通过推进缸和水平支撑缸的交替动作，便可实现掘进机的迈步行走。

斜缸2的缸体和活塞杆端分别与鞍座4和水平支撑缸铰接，起着浮动支撑的作用，掘进机大梁的导轨和鞍座的导槽相配合，使水平支撑-推进机构一大梁为导向推进。

掘进机采用激光导向装置，以确保按预定方向推进。