小型液壓挖掘機(jī)改微型液壓鑿巖機(jī)的研制

潘興榮，何克甜，肖彩飛

(廣西徐沃工程機(jī)械設(shè)備有限公司，南寧530105)

0 引言

小型挖掘機(jī)又稱小型挖掘機(jī)械，一般1～6 噸級(jí)的挖掘機(jī)可以很容易使用通用的運(yùn)輸車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)，故可稱為小型挖掘機(jī)。小型挖掘機(jī)得益于小巧的身姿，成為城市地區(qū)土方工程應(yīng)用的主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用在市政建設(shè)及各中小型工程項(xiàng)目中。但是，由于工程項(xiàng)目、施工進(jìn)度、氣候變化等原因，小型挖掘機(jī)經(jīng)常會(huì)閑置不用，比如在冬季、雨季不但難保管、難保養(yǎng)還占地方，既浪費(fèi)了資源，長(zhǎng)期的閑置又影響設(shè)備的性能，使再次使用時(shí)往往不能發(fā)揮最好效能。因此，設(shè)備的應(yīng)用的多元化，設(shè)備多功能、多用途、高效率成為了設(shè)備生產(chǎn)商和用戶的追求。

1 現(xiàn)有鑿巖機(jī)存在的問題

鑿巖機(jī)主要作用是帶動(dòng)鉆具破碎孔底巖石，推進(jìn)或提出在孔內(nèi)的鉆具。可用于鉆取巖心、礦心、巖屑、氣態(tài)樣、液態(tài)樣等，以探明地質(zhì)和礦產(chǎn)資源等情況。目前在礦山、煤炭、建材、水電施工、公路、鐵路工程等土石方工程爆破孔鉆鑿作業(yè)中廣泛使用到鑿巖機(jī)。

當(dāng)前，基建行業(yè)混凝土或巖石鉆孔機(jī)械中，常規(guī)的機(jī)械有手持式風(fēng)鎬、大中型移動(dòng)鑿巖機(jī)等，手持式風(fēng)鎬是最原始的鉆孔工具，需要人工手持風(fēng)鎬在混凝土或巖石表面進(jìn)行鉆孔，該作業(yè)方式雖然可以在狹窄的作業(yè)空間施工，但是人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、 效率低，工作環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且安全隱患較大；鉆孔作業(yè)時(shí)，人就近操作，機(jī)械震動(dòng)大，發(fā)出的噪聲大，常伴有粉塵和石片逸出，嚴(yán)重影響人的身體健康。而大中型移動(dòng)鑿巖機(jī)，由于體積龐大，自身質(zhì)量重，僅可在經(jīng)過平整后寬敞的工作面上進(jìn)行鉆孔作業(yè)，狹窄的作業(yè)空間顯然不支持該機(jī)械進(jìn)場(chǎng)施工，加上設(shè)備成本高、運(yùn)輸和停靠都不方便。因此，需要開發(fā)一種微型鑿巖機(jī)，能夠滿足使用要求并與挖掘機(jī)配套使用，拓展挖掘機(jī)應(yīng)用范圍的同時(shí)還可以減少設(shè)備投入，將有很好的市場(chǎng)前景。

現(xiàn)有的鑿巖機(jī)鉆孔設(shè)備，在設(shè)計(jì)上存在一些缺陷，主要表現(xiàn)在：

(1)當(dāng)需要對(duì)推進(jìn)梁上的零部件進(jìn)行維修保養(yǎng)時(shí)，將推進(jìn)梁旋轉(zhuǎn)至水平位置后無支撐物，這不利于維修人員的安全。

(2)現(xiàn)有的鉆機(jī)推進(jìn)梁采用槽鋼結(jié)構(gòu)，因推進(jìn)梁上承載較多的零部件，承重大，易于變形。

(3)捕塵器固定在推進(jìn)梁下端，無法靈活調(diào)整位置，鉆孔作業(yè)過程中在沖擊力的作用下會(huì)與鉆孔口平面產(chǎn)生較大間隙，灰塵泄漏量大，不利于環(huán)保。

(4)現(xiàn)有鉆機(jī)鉆桿的更換采用人工手動(dòng)更換的方式，不僅影響鉆孔作業(yè)的效率，而且增加操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(5)現(xiàn)有的鑿巖機(jī)推進(jìn)小車與推進(jìn)梁普遍采用滑動(dòng)聯(lián)接的方式，滑動(dòng)聯(lián)接的接觸面較大，鑿巖機(jī)在運(yùn)行過程中推進(jìn)小車受到的阻力較大，增加了動(dòng)力源的能耗。

2 小型挖掘機(jī)改微型鑿巖機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

微型鑿裝置作為小型挖掘機(jī)屬具之一，配套安裝在挖掘機(jī)工作臂前端，構(gòu)成微型鑿巖機(jī)，用于基建行業(yè)混凝土或巖石鉆孔作業(yè)。這樣改造得來的微型鑿巖機(jī)，結(jié)合小型挖掘機(jī)體積小巧以及自身靈活的操控優(yōu)勢(shì)，可在狹窄的區(qū)域內(nèi)工作，替代人力手工鉆孔作業(yè)。

2.1 對(duì)挖掘機(jī)的要求

挖掘機(jī)是微型鑿巖機(jī)的重要組成部分，挖掘機(jī)質(zhì)量好壞直接影響鑿巖機(jī)的整機(jī)質(zhì)量。鑿巖裝置的驅(qū)動(dòng)源于挖掘機(jī)原有的液壓系統(tǒng)，往往容易發(fā)生故障，因此，出廠前必須對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的性能作全面試驗(yàn)［1］，以減少出廠后挖掘機(jī)故障的發(fā)生，也就減少了微型鑿巖機(jī)的使用故障。

2.2 微型鑿巖裝置的結(jié)構(gòu)

鑿巖裝置的主要組成如圖1 所示。鑿巖機(jī)頭1固定在機(jī)頭走車2 上；推進(jìn)器總成安裝在推進(jìn)梁6的頂部；鏈條張緊器7 安裝在推進(jìn)梁下部；鏈條3 的上段跨過推進(jìn)鏈輪4 與鑿巖機(jī)頭走車的上部連接、鏈條3 下段跨過鏈條張緊器7 與機(jī)頭走車2 的下部連接；釬桿爪10 安裝在推進(jìn)梁6 的底部；利用挖掘機(jī)原來裝有的液壓系統(tǒng)為動(dòng)力源并通過各相關(guān)控制閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓鑿巖機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制，完成鑿巖作業(yè)。

圖1 微型鑿巖裝置結(jié)構(gòu)

2.3 鑿巖裝置與挖掘機(jī)的聯(lián)接

挖掘機(jī)改造的鑿巖機(jī)，包括挖掘機(jī)本體、挖掘機(jī)工作臂和鑿巖裝置，用鑿巖裝置代替鏟斗。鑿巖裝置通過一渦輪蝸桿減速器與挖掘機(jī)工作臂的小臂前端聯(lián)接，具體聯(lián)接方案有多種，本方案如圖所示2。

(1)挖掘機(jī)工作臂與減速器外殼固定聯(lián)接。在減速器聯(lián)接法蘭6 上垂直焊接有聯(lián)接板5，該聯(lián)接法蘭直接與減速器外殼8 固定聯(lián)接，聯(lián)接板5 上設(shè)有與原挖掘機(jī)鏟斗聯(lián)接孔相對(duì)應(yīng)的兩聯(lián)接孔A 和B，并通過原有鉸銷與挖掘小臂2 聯(lián)接，通過操作挖掘機(jī)工作臂(由挖掘小臂2 和挖掘大臂3 構(gòu)成)可實(shí)現(xiàn)鑿巖裝置的縱向傾斜角度調(diào)整。

(2)鑿巖裝置推進(jìn)梁與減速器輸出法蘭固定聯(lián)接。鑿巖裝置推進(jìn)梁上焊接有安裝法蘭10，用以與減速器的輸出法蘭固定對(duì)接。調(diào)姿驅(qū)動(dòng)馬達(dá)9 通過驅(qū)動(dòng)蝸桿7、渦輪、驅(qū)動(dòng)軸及輸出法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)，使鑿巖裝置總成1 側(cè)向偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)調(diào)整鑿巖裝置的側(cè)向傾斜角度。

圖2 鑿巖裝置與挖掘機(jī)的聯(lián)接

2.4 鑿巖機(jī)的工作原理

鑿巖機(jī)有三個(gè)主運(yùn)動(dòng)，其中：①鑿巖機(jī)的沖擊，是把液壓泵輸出的壓力油經(jīng)鑿巖機(jī)換向閥供到?jīng)_擊活塞缸，隨著換向閥的頻繁自動(dòng)換向?qū)崿F(xiàn)沖擊活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外表現(xiàn)就是沖擊；②鑿巖機(jī)釬頭的回轉(zhuǎn)，是相應(yīng)的換向閥控制鑿巖液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)鉆桿的旋轉(zhuǎn)；③鑿巖機(jī)釬頭的推進(jìn)和抽回，通過相應(yīng)控制閥對(duì)進(jìn)退油缸實(shí)施控制來實(shí)現(xiàn)。

鑿巖機(jī)的輔助動(dòng)作有5 個(gè)，包括：

(1)扶釬。通過扶釬器，用于首次起鉆時(shí)對(duì)鉆桿的定位及接桿卸桿時(shí)夾住鉆桿。

(2)側(cè)擺。側(cè)擺是針對(duì)不同坡度鉆孔時(shí)調(diào)整推進(jìn)梁的左右方向傾斜角度。

(3)機(jī)械手偏轉(zhuǎn)。功能是接桿卸桿時(shí)夾緊鉆桿進(jìn)出桿庫。

(4)機(jī)械手夾緊。功能是夾住鉆桿，用于接桿卸桿。

(5)轉(zhuǎn)釬。用于存放備用鉆桿，轉(zhuǎn)動(dòng)釬桿庫盤實(shí)現(xiàn)鉆桿的出入庫。

另外，在環(huán)保要求高的地方，還應(yīng)配備除塵裝置。

微型鑿巖裝置配套安裝在小型挖掘機(jī)工作臂前端，構(gòu)成自行式微型鑿巖機(jī)，結(jié)合小型挖掘機(jī)體積小巧以及自身靈活的操控優(yōu)勢(shì)，可在狹窄的區(qū)域內(nèi)工作，操作人員可以遠(yuǎn)離惡劣的鑿巖工作中心區(qū)。操作員坐在挖掘機(jī)的駕駛位上作行走和調(diào)姿操作，使微型鑿巖機(jī)移至需要鉆孔的位置，再利用小型挖掘機(jī)的液壓動(dòng)力源將動(dòng)力傳至鑿巖機(jī)頭和推進(jìn)器總成，進(jìn)行鉆孔作業(yè)，完成混凝土或巖石鉆孔作業(yè)整個(gè)工作流程。

3 特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

在挖掘機(jī)改裝鑿巖機(jī)的過程中，無需拆卸挖掘機(jī)工作臂，只需要把挖斗替換為鑿巖裝置即可［2］，操作簡(jiǎn)單、方便實(shí)用。從經(jīng)濟(jì)的角度看，小型挖掘機(jī)改微型鑿巖機(jī)的成本比購買專門的鑿巖機(jī)要低，對(duì)原來的挖掘功能影響也不大，可以隨時(shí)更換挖掘機(jī)屬具從而得到不同的使用功能。并且具有如下優(yōu)勢(shì)：

(1)通用性強(qiáng)：可裝配在任何品牌的液壓挖掘機(jī)上。

(2)回報(bào)率高：挖掘機(jī)改裝的鑿巖機(jī)，使用能耗低，能耗僅是同類型風(fēng)動(dòng)設(shè)備的三分之一；工作效率高，如90 mm 孔鑿巖速度每分鐘可達(dá)1.2 m，是風(fēng)動(dòng)設(shè)備的 8～10 倍。

(3)性價(jià)比高：將挖掘機(jī)改裝成為鑿巖機(jī)成本低、效率高、實(shí)用性強(qiáng)，為挖掘機(jī)找到了新的價(jià)值［3］，充分結(jié)合了挖掘機(jī)的行走方便和鑿巖機(jī)快速打孔等優(yōu)勢(shì)，形成兩者優(yōu)劣互補(bǔ)，還可以利用挖掘機(jī)工作臂調(diào)整打孔角度，適合于復(fù)雜工況的打孔作業(yè)，增加打孔的靈活性，可媲美于進(jìn)口全液壓鑿巖機(jī)，又因不用拆除挖掘機(jī)工作臂而能夠方便恢復(fù)挖掘機(jī)功能，實(shí)現(xiàn)換挖掘機(jī)與鑿巖機(jī)的快速轉(zhuǎn)換。

(4)安全性高：由于挖掘機(jī)作為主機(jī)，具有自重大、功率大、可靠性高、能適應(yīng)惡劣環(huán)境等特點(diǎn)，使設(shè)備操作事故風(fēng)險(xiǎn)低、作業(yè)環(huán)保、工作效率高。

(5)電腦精控：先進(jìn)的挖掘機(jī)采用智能控制，操作簡(jiǎn)單，一般的挖掘機(jī)手經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)之后即可操作，無需專業(yè)人員。

(6)成本低：通過改造使挖掘機(jī)具備鑿巖臺(tái)車所擁有的打孔功能，并且不影響挖機(jī)本身的功能，而且由于挖掘機(jī)的爬坡性能、 打孔角度調(diào)整等都更優(yōu)于鑿巖臺(tái)車，所以更為靈活，而價(jià)格僅是液壓鑿巖臺(tái)車的1/10，甚至低于風(fēng)動(dòng)鑿巖臺(tái)車。顯然，其推廣應(yīng)用的前景看好。

4 結(jié)束語

設(shè)備改造與技術(shù)革新開啟了挖掘機(jī)新的使用途徑，比如將挖斗改成破碎錘、切削鉆機(jī)、鑿巖鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)、機(jī)載液壓膨脹機(jī)、夾木器等，便可輕易的拓展挖掘機(jī)的功能，分別應(yīng)用于土建工程、隧道工程、采石業(yè)、采礦業(yè)、林業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、路橋工程、鋼鐵工業(yè)或水利工程等領(lǐng)域，不用改變挖掘機(jī)的性能，便可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，從而減少挖掘機(jī)的閑置時(shí)間，大大降低設(shè)備投入的成本，解決了許多傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)或成本太高的難題。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程加快和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)不斷增加，今后小型工程機(jī)械設(shè)備及其屬具的需求將逐步升溫，微型挖掘機(jī)多功能改造的市場(chǎng)前景為業(yè)內(nèi)人士普遍看好［4］。