[科普中国]-冲击式掘进机

以安装在臂杆前端的冲击器，通过臂杆上、下、左、右移动冲击破 碎岩(煤)，实现整个断面的掘进并具有装载及行走功能的部分断面掘进机。多用于前进式长壁采煤法掘进半煤岩巷道，也可用于岩石单轴抗压强度50～ 350MPa的岩石巷道。1

简史20世纪60年代初，英法等国研究了冲击破岩原理，至60年代末由夏德(Shand)、英格索尔兰德(Ingersoll Rand)等公司研制出了液压冲击装置，到 70年代初试制出了冲击式掘进机。在1972年西德首次应用冲击式掘进机扩大岩巷和掘进采煤巷道，1982年使用量逐渐增加达50台，10年共掘进巷道110km， 年进尺为18km，占煤层巷道掘进总量的6%。2

工作原理掘进时先用冲击器在工作面的薄弱部分掏槽，形成自由面，然后沿自由面四周冲击落岩 (煤)。掘进半煤岩顺槽时，先用冲击器破碎煤体，然后 再冲击顶、底板岩石，使大块岩石沿层面或节理面分离 落下，装运出工作面。冲击器输出的冲击功越大，破碎 岩(煤)所消耗的比能越少，破碎效率越高。因此，冲 击式掘进机需采用大能量的冲击器，以提高破碎效率， 降低比能消耗。

基本结构冲击式掘进机由冲击器、工作臂杆、减振器、装载机构、行走机构、操纵控制系统及泵站等部件组成。

冲击器 冲击式掘进机的工作机构，它将液压能 转换成冲击能，通过凿具以冲击方式破碎岩石。每次冲 击的冲击能通常为1000～6000J，有的可达27000J。它 由供油与配油系统、贮能系统、能量转换系统、减震支 承系统以及凿具等组成 (图1)。

冲击器的供油与排油采用活动接头，排油口接头 内装有油压调节器，可随油液的粘度变化调节油压，以 避免低温起动时压力过高和环境温度过高时减少能量 损失。贮能器为氮气隔膜式，它可以为冲击运动提供快 速供油，并在柱塞向上作回程运动时，使富余的高压油 进入，以吸收多余的能量，达到能量供需均衡。柱塞在 液压能的作用下往复运动，将液压能转换成冲击能。根 据工作参数的变化，可更换不同长度的柱塞，提高能量 转换效率，冲击器通过减震支承系统与掘进机臂杆连 接。该系统可以使冲击器传到臂杆的震动力大大减弱， 有效地防止螺栓、螺母松动和销轴的过早磨损以及焊 缝的疲劳开裂等。减震支承系统包括缓冲装置和弹性 减震器。凿具以截锥形最为有效。凿具与框架的相对滑 动部分，衬有凿具导套及前套筒。冲击器的各个部分均 装在框架之内并可上下滑动，实现冲击运动，框架还起 保护作用。

冲击器每产生一次冲击的循环过程可以分为4个 阶段 (图2)。

第一阶段： 由高压泵来的油经HP口流入柱塞P 下端的C腔，推动柱塞向上。

第二阶段： 柱塞P上升过程中将阀套D向上推。 阀套到达顶点位置时，高压油经阀套与柱塞之间的一 个经过标定的通道向C2腔供油。同时，多余的高压油 流入贮能器贮能。

第三阶段： 当柱塞上端面受到的力大于下端面的 力时，柱塞加速向下冲击，这时贮能器提供快速供油条 件，促使柱塞加速向下。柱塞向下运动过程中，将节流 小孔O打开，压力油径O孔使阀套D也下降。柱塞继 续向下，直到与凿具碰撞产生冲击为止。

第四阶段： 阀套D在向下运动过程中切断向C2腔供油的通路，并使C2腔与低压回油路BP相通，整 个过程又回到循环初始位置。如此周而复始，自动进行 连续冲击。

工作臂杆 支持并操纵冲击器选择冲击方向及冲 击点。安装在回转台上，可以绕垂直轴回转，也可以绕 水平轴回转，适应掘进断面各个位置的破岩要求。

减振器 为了保护臂杆，在冲击器和臂杆之间装 有减振器，以缓冲冲击器对臂杆的反作用力。

装载机构 一般采用侧卸式装载(岩)机构(见侧 卸式铲斗装岩机)，也有的采用扒爪式装载机构(见扒 爪式装载机)。

行走机构 通常是履带(见掘进机履带行走机构) 个别也有液压迈步式，它与门架式机构相配。

操纵控制系统 通常采用液压阀操纵控制液压 缸、液压马达及液压冲击器。

冲击式掘进机的装机总容量比其他形式掘进机 低，破碎下来的岩石及煤的块度大，刀具消耗量低，粉 尘和火花少，可以改善作业区的环境卫生。其结构简 单、重量轻、维修方便。但由于破岩过程的非连续性， 掘进底板费时，其掘进速度低于悬臂式掘进机。

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学