礦用三牙輪鉆頭改進的研究

紀(jì)文勝 郭紅雨 江少輝 高景俊

摘要：礦用三牙輪鉆頭是礦山牙輪鉆機用穿孔工具，鞍鋼礦山牙輪鉆機的空氣壓縮機逐漸由滑片式空氣壓縮機轉(zhuǎn)變成螺桿式空氣壓縮機，導(dǎo)致鉆頭使用壽命降低，需要研制新產(chǎn)品以適應(yīng)。文中介紹新產(chǎn)品KX8-32-250型風(fēng)冷軸承壓氣排渣三牙輪鉆頭（非密封）的研制，部分替代原品種KX8-3-250，提高穿孔米道。

關(guān)鍵詞：鉆頭 ?研制 ?米道 ?提高

1 問題的提出及原因分析

1.1 問題的提出

礦用三牙輪鉆頭是礦山露天開采穿孔的重要工具，不同礦山礦、巖石的特性應(yīng)用不同型號的鉆頭，目前主要有KX5-4（軟）、KX6-4（中）、KX7-4（硬）、KX8-4（極硬）四種類型。

近年來，鞍鋼礦業(yè)公司各礦山牙輪鉆機的空氣壓縮機逐漸由滑片式空氣壓縮機轉(zhuǎn)變成螺桿式空氣壓縮機。由于空氣壓縮機方式的改變對牙輪鉆頭使用壽命造成了很大影響，牙輪鉆頭使用壽命降低25.9%-58.2%不等。

1.2 使用原品種KX8-3-250鉆頭2009年與2008年穿孔米道數(shù)對比

2008年全年穿孔1918107.2米，使用鉆頭4829支，單支平均397.2米/支;2009年全年穿孔1881227米，使用鉆頭5131支，單支平均366.6米/支。同比2009年較2008年鉆頭單支平均米數(shù)下降30.6米。2010年1-2月份穿孔310247米，使用鉆頭871支，單支平均348.2米/支;同比2009年鉆頭單支平均米數(shù)下降18.4米。

1.3 原因分析

1.3.1 滑片式空氣壓縮機排氣壓力為0.28MPa、螺桿空氣壓縮機排氣壓力為0.45MPa，排風(fēng)量增加了62.2%;滑片式空氣壓縮機排風(fēng)量為28m3/min和37m3/min，螺桿空氣壓縮機排風(fēng)量為40m3/min，機排風(fēng)量增加了30%和7.5%;排氣壓力和排風(fēng)量的增加對鉆頭軸承系統(tǒng)及外部沖刷、磨損影響較大，減少了鉆頭軸承及爪背等綜合壽命。

1.3.2 排氣壓力增大了，孔底巖渣較凈，避免礦巖重復(fù)破碎、提高了穿孔效率，但加劇了鉆頭泵吸，巖渣加速吸入軸承，同時增加了礦巖對鉆頭的沖擊及磨損，對切削結(jié)構(gòu)及軸承系統(tǒng)影響較大。

1.3.3 滑片式空氣壓縮機需注油器強制潤滑，潤滑油量200克每小時，部分潤滑油能進入鉆頭軸承系統(tǒng)潤滑冷卻鉆頭軸承，提高鉆頭軸承系統(tǒng)壽命。而螺桿空氣壓縮機油氣分離，潤滑油重復(fù)循環(huán)利用，無潤滑油進入鉆頭軸承系統(tǒng)。綜合以上原因牙輪鉆頭使用壽命降低25.9%-58.2%不等。

2 解決方案

研發(fā)KX8-32-250型礦用牙輪鉆頭。

在鉆頭的軸承系統(tǒng)、切削結(jié)構(gòu)等設(shè)計和新材料應(yīng)用等方面采取改進措施，以適應(yīng)牙輪鉆機使用的空氣壓縮機形式的改變。KX8-32-250型礦用牙輪鉆頭也是適應(yīng)性較廣的礦用牙輪鉆頭。

2.1 軸承結(jié)構(gòu)采用滾柱滾動→滾珠滾動→滾柱滾動軸承結(jié)構(gòu)（即滾柱→滾珠→滾柱替代滾珠）。

2.2 牙輪布齒設(shè)計采用高強度、高耐磨性的球型硬質(zhì)合金齒，提高了齒的強度和耐磨性。保持較高突出高度，提高穿孔效率。牙輪布齒采用自潔式，邊圈采用階梯式。

2.3 采用加大牙輪底徑，保護爪尖，同時牙爪爪尖堆焊鑄造碳化鎢的措施，避免爪尖早期磨損。

2.4 軸承系統(tǒng)軸向采用雙止推軸承配合，磨擦體磨擦副重新配對：一止推采用高硬度、高耐磨性材料，一止推配合應(yīng)用雙硬質(zhì)合金止推塊結(jié)構(gòu)取代牙爪硬質(zhì)合金止推塊對牙輪高速鋼止推塊結(jié)構(gòu);二止推配合采用牙爪二道止推面氧、乙炔堆焊高硬度B4鈷鉻鎢合金。牙輪鑲嵌純銅柱，起到固體潤滑的作用，進而提高軸承使用壽命。

2.5 改進原逆止閥結(jié)構(gòu)，采用防回流閥結(jié)構(gòu)。該類型結(jié)構(gòu)具有雙重功能：在空壓機意外停止工作時，避免空氣倒流，塵渣進入軸承;在正常工作時，氣水分離，防止水進入軸承，從而提高軸承壽命。

2.6 高精度軸承表面采用先進熱處理工藝進行熱處理，提高了軸承的承載能力和使用壽命。

2.7 鉆頭尾扣長度增加7mm，提高了尾扣螺紋連接的穩(wěn)定性，達到了國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.8 采用活噴嘴，通過變換活噴嘴來改變排渣風(fēng)壓，提高排渣速度，改善排渣效果，避免鉆頭對巖渣的重復(fù)破碎。

3 技術(shù)難點

3.1 軸承系統(tǒng)五組軸承重新優(yōu)化設(shè)計。

3.2 牙輪切削結(jié)構(gòu)，合金齒布齒（齒圈數(shù)、各圈齒數(shù)）合金齒的埋入深度、突出高度重新結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.3 軸承系統(tǒng)軸向一止推采用高硬度、高耐磨性硬質(zhì)合金材料，采用雙硬質(zhì)合金止推塊結(jié)構(gòu)取代牙爪硬質(zhì)合金止推塊對牙輪高速鋼止推塊結(jié)構(gòu)。

3.4 原逆止閥結(jié)構(gòu)改進，采用防回流閥結(jié)構(gòu)具有雙重功能。

3.5 鉆頭尾扣加工定位基準(zhǔn)的改變，尾扣長度增加7mm，提高螺紋連接的穩(wěn)定性。

4 采取措施

4.1 組建高效率的項目推進協(xié)調(diào)小組，定期召開項目推進協(xié)調(diào)會議，對生產(chǎn)過程中遇到的生產(chǎn)、技術(shù)、設(shè)備、供應(yīng)以及售后服務(wù)等方面的問題進行討論和決定。

4.2 層層把關(guān)，注重細節(jié)。工藝流程：產(chǎn)品設(shè)計→工藝編制→工裝設(shè)計→工裝制作→工藝試驗→新產(chǎn)品試制→工業(yè)試驗→新產(chǎn)品鑒定。如為加強入廠原材料的質(zhì)量控制，進一步細化了入廠原材料檢驗的項目和標(biāo)準(zhǔn)，要求在每次的項目推進協(xié)調(diào)會上通報入廠原材料的質(zhì)量檢驗情況，對出現(xiàn)有質(zhì)量疑義的入廠原材料，做到馬上停用，及時上報，迅速處理，杜絕有質(zhì)量疑義的原材料進入到生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)。

4.3 設(shè)備的保證

4.3.1 設(shè)備是確保工件加工精度的基本保證，制定了詳細的設(shè)備點檢制度。除了每周固定的設(shè)備點檢外，相關(guān)工作人員還隨時對設(shè)備的使用狀況進行抽查，嚴(yán)格控制設(shè)備的進給速度和進給量，利用設(shè)備的空余時間進行日常維護。通過嚴(yán)格的管理，設(shè)備的加工精度保持比較好，延長了設(shè)備的使用壽命，也保證了工件的加工精度。

4.3.2 設(shè)備技術(shù)改造。我廠通過技改后，技術(shù)裝備得到極大的改善。關(guān)鍵設(shè)備如下：

①CK3263B 數(shù)控機床 精車牙爪軸頸

②Z5140B 組合鉆床 鉆牙爪接合銷孔

③CK7316 數(shù)控機床 精車牙輪內(nèi)孔

④K6150B 數(shù)控機床 牙輪外錐精加工

⑤HTC63100 數(shù)控機床 牙輪里孔以車代磨

⑥Y4170 液壓機 牙輪固齒

⑦DH40 鉆鉸加工中心 牙輪鉆鉸齒孔

⑧QTF-8-13 易普森滲碳淬火箱式爐 牙輪牙爪多種熱處理

5 生產(chǎn)過程的控制

有效的生產(chǎn)過程控制是生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的基本保障，管理人員深入現(xiàn)場，詳細了解每臺設(shè)備的基本參數(shù)以及操作者的技術(shù)水平，制定出相應(yīng)的工時定額，確保操作者在工時定額要求內(nèi)生產(chǎn)出符合技術(shù)要求的產(chǎn)品。通過對設(shè)備布局的調(diào)整，減少了工件來回周轉(zhuǎn)的次數(shù)，加快了生產(chǎn)進度，使生產(chǎn)更加順暢，也避免了工件周轉(zhuǎn)可能造成的安全事故。

6 售后服務(wù)水平的提高

為保證鉆頭使用數(shù)據(jù)收集的及時和準(zhǔn)確，售后服務(wù)人員深入到每臺鉆機，詳細記錄每臺鉆機的工作參數(shù)，并利用隨身攜帶的測量工具，對所有的孔進行準(zhǔn)確的測量和記錄。由于各臺鉆機操作人員的技術(shù)水平參差不齊，售后服務(wù)人員還多次組織鉆機的操作人員進行技術(shù)交流，使鉆機操作人員的操作水平有了較大的提高，不僅保證了鉆頭的合理使用，也有效地提高了各礦的生產(chǎn)效率。

7 及時對標(biāo)

制定了詳細的對標(biāo)制度，即對穿孔米道高的和低的鉆頭分別進行分解，研究，和自己的產(chǎn)品對標(biāo)，和國內(nèi)其他廠家的產(chǎn)品對標(biāo)，從而找出自己存在的問題和具有的優(yōu)勢，長處繼續(xù)發(fā)揚，短處及時改進，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)、穩(wěn)定的提高。

8 有效的激勵措施

為有效提升廣大職工的工作積極性，制定了具體的激勵措施，對在工作中表現(xiàn)突出的職工、生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性高的職工、能提出合理化建議并經(jīng)試驗驗證確實有效的職工定期進行評比和獎勵，同時對表現(xiàn)差的職工及時進行心理的輔導(dǎo)和技術(shù)水平的培訓(xùn)，對屢教不改的職工進行經(jīng)濟上的處罰或予以辭退。通過上述措施，保證了職工隊伍的穩(wěn)定。

9 實施效果

KX8-32-250型礦用牙輪鉆頭是2009年礦業(yè)公司科技立項成功研發(fā)的產(chǎn)品，該項目當(dāng)年通過了礦業(yè)公司組織的專家科學(xué)技術(shù)成果評議，經(jīng)過2010年各方面的準(zhǔn)備，2011年得到了全面推廣，取得了較好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

9.1 經(jīng)濟效益

9.1.1 2010年礦業(yè)公司250型鉆頭全年穿孔176.67萬米，礦巖比為1：1.42，使用鉆頭數(shù)量4977只，各礦綜合平均米道355米/只。各礦山采場綜合統(tǒng)計情況如下：

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9.1.2 2011年250型鉆頭穿孔情況統(tǒng)計

2011年礦業(yè)公司250型鉆頭穿孔約198.1萬米，礦巖比為1：1.35，使用鉆頭數(shù)量4951只，各礦綜合平均米道400米/只。

2011年各礦山采場綜合統(tǒng)計情況如下：

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9.1.3 250型鉆頭穿孔情況對比分析

由于各礦地質(zhì)條件不同，定額不一，因此以各礦為單位分別進行對比分析。

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9.1.4 效益分析

依據(jù)以上數(shù)據(jù)，經(jīng)濟效益分析如下：

2011年同比2010年節(jié)省250型鉆頭：5820-4951=

869只，每只250型鉆頭按物耗成本6800元計算，全年創(chuàng)造效益590.92萬元。綜合分析，KX8-32-250型礦用牙輪鉆頭的推廣使用，不僅克服了礦巖比提高（由2010年的1：1.42提高到2011年的1：1.35）以及牙輪鉆機的大改小和空壓機改型所帶來的困難，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

9.2 社會效益

KX8-32-250型礦用牙輪鉆頭的推廣應(yīng)用期間，為社會提供了一定量的就業(yè)崗位，解決了一部分下崗職工的再就業(yè)問題，同時一些青年職工也掌握了一項或幾項生存技能，端正了部分青年職工的人生態(tài)度和工作態(tài)度，為他們以后的生存和發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)，踐行了一個企業(yè)應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任。

9.3 生態(tài)效益

KX8-32-250型礦用牙輪鉆頭的推廣應(yīng)用，減少了鉆頭的生產(chǎn)投入量，同時也減少了廢水、廢棄物的排放，減輕了鉆頭生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染，也節(jié)省了水資源和其他的不可再生資源的耗用量，創(chuàng)造了良好的生態(tài)效益。

參考文獻：

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[3]濮良貴主編.機械零件（1982年修訂本）[M].高等教育出版社.

作者簡介：

紀(jì)文勝（1968-），男，遼寧燈塔人，1991年7月畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計及制造專業(yè)，工程師，研究方向：機械工程。