牙輪鑽機

牙輪鑽機即一種鑽孔設備，多用於大型露天礦山。半個世紀以來，露天穿孔設備經歷了“磕頭鑽”、噴火鑽、衝擊（潛孔）鑽的發展，最終牙輪鑽機以鑽孔孔徑大、穿孔效率高等優點成為大、中型露天礦目前普遍使用的穿孔設備。

基本介紹

• 中文名：牙輪鑽機
• 外文名：Rotary drilling rig
• 性質：一種鑽孔設備
• 多用於：大型露天礦山
• 優點：穿孔效率高
• 領域：採礦

設備簡介

牙輪鑽機即一種鑽孔設備，多用於大型露天礦山。半個世紀以來，露天穿孔設備經歷了“磕頭鑽”、噴火鑽、衝擊（潛孔）鑽的發展，最終牙輪鑽機以鑽孔孔徑大、穿孔效率高等優點成為大、中型露天礦目前普遍使用的穿孔設備。

起源和分類

1933年，比塞洛斯進入鑽機市場；1952 年，比塞洛斯生產了第一台商業認可的電動型牙輪鑽機；1945年，俄羅斯重型機械聯合公司（即烏拉爾機械）開始製造重型牙輪鑽機；此後，美國的加登納-丹佛公司（簡稱G-D公司）和德雷賽工業公司馬里恩機鏟分公司也相繼開發了牙輪鑽機。在20世紀90年代初期，P-H公司也開發了牙輪鑽機；我國從20世紀60年代起開始研製牙輪鑽機，到80年代研製成功並投入市場。

一般鑽孔直徑在280～380 mm範圍內的鑽機稱為大型鑽機，牙輪鑽機主要用於露天礦山200 mm以上的炮孔鑿岩作業。

現狀

1 國外牙輪鑽機的現狀及主要廠家的技術特點

國外目前能批量製造牙輪鑽機的國家主要是美國、俄羅斯和日本。美國設計製造的牙輪鑽機技術水平較高，性能較好，幾乎暢銷全球。

目前世界上主要生產牙輪鑽機的3家公司都在美國：比塞洛斯公司（BE，已被卡特彼勒併購）、英格索蘭（IR，已被阿特拉斯.科普柯公司併購）和P&H公司（已被久益國際併購）。比塞洛斯和英格索蘭公司是生產牙輪鑽機歷史悠久的公司，而P&H公司是1991年收購了加德納-丹佛公司的牙輪鑽機生產線後進入牙輪鑽機市場的。

1）比塞洛斯公司是世界最大、歷史較悠久而技術先進的牙輪鑽機製造商之一。49-R、65-R和67-R及其派生系列是該公司目前主要產品，代表了21世紀初的世界先進水平。其中，49-R型牙輪鑽機的特點包括：電動無鏈齒條齒輪加壓提升系統可保持軸壓力均勻，提高鑽進速度，延長鑽頭壽命；無鏈可反轉履帶行走系統可快速使鑽機定位，4 s內自動找平；高效螺桿空壓機可增大壓縮空氣量，快速排除孔底岩渣，加快鑽孔速度；由PLC管理全部鑽機功能提高了生產效率和安全性；可程式的鑽機控制系統可實現自動鑽機，提高鑽進效率。

為滿足鐵燧石中鑽孔的需要，該公司在49-R型鑽機的基礎上又研製出了更大型59-R型鑽機，軸壓力達585～630 kN，排渣風速達35.56 m/s，孔徑達406～445 mm。59-R型鑽機的履帶架、找平千斤頂、液壓系統、鑽架、加壓提升機構、迴轉小車、主空壓機和可程式序控制等方面都較49-R型鑽機有所改進和完善，其在鐵礦鑽孔速度達28.3 m/h。

2）英格索蘭公司在礦用牙輪鑽機方面主要生產全液壓牙輪、潛孔兩用鑽機。其主要產品有DM-25、DM-45E、DM-50E、DM-H 和DM-M 等型號。其特點是全部動作由液壓驅動，整機動力則任選柴油發動機或電力。20世紀80年代初，英格索蘭公司推出DM-H型鑽機，軸壓力500 kN，孔徑為311～381 mm。採用液壓挖掘機式履帶行走裝置，由兩台液壓馬達分別傳動兩條履帶，提高了機動性，移位作業時間由幾小時減少到幾分鐘。20世紀80年代中期到90年代陸續推出了性能不斷完善的DM-M型、DM-M2型和DM-M3型鑽機。英格索蘭公司推出的大軸壓的Pit Viper Series351型牙輪鑽機，該機型軸壓力為570 kN,排氣量為6 500m2/min,排氣壓力為0.76 MPa。

此外，英格索蘭公司研究開發的鑽機檢測系統（IRDMS），能使操作者從控制台監視鑽進速度、孔深、總進尺以及已鑽出的孔數等鑽進參數。同時還可以診斷出關鍵件的溫度、壓力、過濾器狀況等與機械和系統功能有關的故障，並能把數據傳輸給鑽機外的計算機，或者與礦山無線系統聯網。

3）P&H公司牙輪鑽機系列包括3種型號：

P&H70A型，其軸壓力為408 kN，最大孔徑達311 mm；

P&H100B型，軸壓力為590 kN，最大孔徑達445 mm；

P&H120A型，軸壓力為680 kN，最大孔徑達559 mm。

所有P&H 鑽機均裝備以PLC 為基礎的控制系統，把鑽機上的全部控制和顯示功能集合到一體。可控制鑽機的自動鑽進、水平找平、主壓縮空氣供應、自動潤滑、液壓系統和馬達動作、迴轉速度和傳動、提升運動和傳動以及行走運動等工作；同時，監測鑽機的液壓和空氣過濾器、鑽進深度和鑽進速度、作業參數以及各種傳動中的任何故障，壓縮空氣和油的臨界溫度、PLC的輸入和輸出狀態等全部信息都能在駕駛室的計算機上顯示。

2 國內牙輪鑽機的現狀及主要廠家的技術特點

我國從20世紀60年代起開始研製牙輪鑽機，經過多次改良和淘汰，現在還在生產和使用的有KY和YZ兩大系列12種型號。主要研製單位有：洛陽礦山機械工程設計研究院、南昌凱馬有限公司和中鋼衡重公司等。

國產牙輪鑽機已達到美國20世紀90年代初的技術水平，但在整體性能上與國外當今的同類產品差距很大，具體體現在品牌單一，表現為動力單一，功能單一，結構形式單一，傳動方式落後等。

1）南京凱馬KY系列牙輪鑽機，全部配套件均立足國內，因而製造成本相對低廉，主要有KY-250型和KY-310型及其派生產品。洛礦院和南昌海馬合作開發的KY-250A型鑽機在寶鋼白雲鄂博鐵礦f16～f20的礦岩上穿孔，日穿孔效率為128～199.5 m/台·日，最高為644 m/台·日，超過了比塞洛斯公司45-R在該礦日最高進尺570 m的紀錄，並獲得國家科技進步特等獎，國家金質獎。

KY-310 型鑽機軸壓0～490 kN，鑽進速度0～4.5 m/min，爬坡能力為12 °，行走速度0～0.78 km/h。鑽機採用了交流變頻電機驅動，頂部迴轉，減速機—封閉鏈條—齒輪齒條連續加壓，高鑽架，電動、氣動、液壓聯合操縱，壓氣排渣工作機構，可在f ≥5的各種礦岩上穿鑿310 mm、孔深為18 m的爆破炮孔。

2）中鋼衡重公司主要生產YZ-35型和YZ-5型及其派生產品。YZ-35型鑽機也是獲得國家金質獎的產品，性能超過比塞洛斯公司的45-R。YZ-55型鑽機是目前我國生產的最大型號的牙輪鑽機，YZ-55A已套用於首鋼秘魯鐵礦。

為增大鑽頭的推進力度，YZ-55型鑽機在迴轉系統和主傳動機構設計了3個交流變頻電機，以滿足提高電壓和頻率的需要，這一設計在國內尚屬首創。此外，中鋼衡重還在YZ-55型牙輪機上套用了可程式控制器PLC、人機界面HMI技術，改進了空壓機並將機棚與駕駛室分離等，增強了整機的防腐防鏽功能。

發展趨勢

隨著採礦業投資力度的不斷加大，大型牙輪鑽機的需求也在加大，尤其在露天煤礦。當前國內、外牙輪鑽機的發展趨勢有：

1）加大鑽孔直徑，一般認為鑽孔直徑保持在250～311 mm的範圍是合適的；

2）加大軸壓力、迴轉功率和鑽機重量，實行強化鑽進；

3）採用高鑽架長鑽桿，減少鑽機的輔助作業時間；

4）使鑽機一機多用，能鑽傾斜炮孔，以滿足採礦工藝方面的要求；

5）採取措施，提高牙輪鑽頭的使用壽命；

6）發展電力傳動，採用靜態控制驅動交、直流電機；

7）改善司機的勞動條件，增加司機室的舒適程度；

8）提高鑽機的自動化水平，全面提高鑽機的經濟效益；

9）採用PLC-視屏系統，可隨時向司機提供運轉的各種性能參數。

總結

隨著科技的進步，牙輪鑽機也不斷地向著自動化和智慧型化發展，我國應該努力發展牙輪鑽機，爭取早日達到世界先進水平。