[科普中国]-牙轮钻机

简介

牙轮钻机即一种钻孔设备，多用于大型露天矿山。半个世纪以来，露天穿孔设备经历了“磕头钻”、喷火钻、冲击（潜孔）钻的发展，最终牙轮钻机以钻孔孔径大、穿孔效率高等优点成为大、中型露天矿目前普遍使用的穿孔设备1。

牙轮钻机起源和分类1933年，比塞洛斯进入钻机市场；1952 年，比塞洛斯生产了第一台商业认可的电动型牙轮钻机；1945年，俄罗斯重型机械联合公司（即乌拉尔机械）开始制造重型牙轮钻机；此后，美国的加登纳-丹佛公司（简称G-D公司）和德雷赛工业公司马里恩机铲分公司也相继开发了牙轮钻机。在20世纪90年代初期，P-H公司也开发了牙轮钻机；我国从20世纪60年代起开始研制牙轮钻机，到80年代研制成功并投入市场。

一般钻孔直径在280～380 mm范围内的钻机称为大型钻机，牙轮钻机主要用于露天矿山200 mm以上的炮孔凿岩作业。

国内外牙轮钻机的现状1 国外牙轮钻机的现状及主要厂家的技术特点

国外目前能批量制造牙轮钻机的国家主要是美国、俄罗斯和日本。美国设计制造的牙轮钻机技术水平较高，性能较好，几乎畅销全球。

目前世界上主要生产牙轮钻机的3家公司都在美国：比塞洛斯公司（BE，已被卡特彼勒并购）、英格索兰（IR，已被阿特拉斯.科普柯公司并购）和P&H公司（已被久益国际并购）。比塞洛斯和英格索兰公司是生产牙轮钻机历史悠久的公司，而P&H公司是1991年收购了加德纳-丹佛公司的牙轮钻机生产线后进入牙轮钻机市场的。

1）比塞洛斯公司是世界最大、历史较悠久而技术先进的牙轮钻机制造商之一。49-R、65-R和67-R及其派生系列是该公司目前主要产品，代表了21世纪初的世界先进水平。其中，49-R型牙轮钻机的特点包括：电动无链齿条齿轮加压提升系统可保持轴压力均匀，提高钻进速度，延长钻头寿命；无链可反转履带行走系统可快速使钻机定位，4 s内自动找平；高效螺杆空压机可增大压缩空气量，快速排除孔底岩渣，加快钻孔速度；由PLC管理全部钻机功能提高了生产效率和安全性；可编程的钻机控制系统可实现自动钻机，提高钻进效率。

为满足铁燧石中钻孔的需要，该公司在49-R型钻机的基础上又研制出了更大型59-R型钻机，轴压力达585～630 kN，排渣风速达35.56 m/s，孔径达406～445 mm。59-R型钻机的履带架、找平千斤顶、液压系统、钻架、加压提升机构、回转小车、主空压机和可编程序控制等方面都较49-R型钻机有所改进和完善，其在铁矿钻孔速度达28.3 m/h。

2）英格索兰公司在矿用牙轮钻机方面主要生产全液压牙轮、潜孔两用钻机。其主要产品有DM-25、DM-45E、DM-50E、DM-H 和DM-M 等型号。其特点是全部动作由液压驱动，整机动力则任选柴油发动机或电力。20世纪80年代初，英格索兰公司推出DM-H型钻机，轴压力500 kN，孔径为311～381 mm。采用液压挖掘机式履带行走装置，由两台液压马达分别传动两条履带，提高了机动性，移位作业时间由几小时减少到几分钟。20世纪80年代中期到90年代陆续推出了性能不断完善的DM-M型、DM-M2型和DM-M3型钻机。英格索兰公司推出的大轴压的Pit Viper Series351型牙轮钻机，该机型轴压力为570 kN,排气量为6 500m2/min,排气压力为0.76 MPa。

此外，英格索兰公司研究开发的钻机检测系统（IRDMS），能使操作者从控制台监视钻进速度、孔深、总进尺以及已钻出的孔数等钻进参数。同时还可以诊断出关键件的温度、压力、过滤器状况等与机械和系统功能有关的故障，并能把数据传输给钻机外的计算机，或者与矿山无线系统联网。

3）P&H公司牙轮钻机系列包括3种型号：

P&H70A型，其轴压力为408 kN，最大孔径达311 mm；

P&H100B型，轴压力为590 kN，最大孔径达445 mm；

P&H120A型，轴压力为680 kN，最大孔径达559 mm。

所有P&H 钻机均装备以PLC 为基础的控制系统，把钻机上的全部控制和显示功能集合到一体。可控制钻机的自动钻进、水平找平、主压缩空气供应、自动润滑、液压系统和马达动作、回转速度和传动、提升运动和传动以及行走运动等工作；同时，监测钻机的液压和空气过滤器、钻进深度和钻进速度、作业参数以及各种传动中的任何故障，压缩空气和油的临界温度、PLC的输入和输出状态等全部信息都能在驾驶室的计算机上显示。

2 国内牙轮钻机的现状及主要厂家的技术特点

我国从20世纪60年代起开始研制牙轮钻机，经过多次改良和淘汰，现在还在生产和使用的有KY和YZ两大系列12种型号。主要研制单位有：洛阳矿山机械工程设计研究院、南昌凯马有限公司和中钢衡重公司等。

国产牙轮钻机已达到美国20世纪90年代初的技术水平，但在整体性能上与国外当今的同类产品差距很大，具体体现在品牌单一，表现为动力单一，功能单一，结构形式单一，传动方式落后等。

1）南京凯马KY系列牙轮钻机，全部配套件均立足国内，因而制造成本相对低廉，主要有KY-250型和KY-310型及其派生产品。洛矿院和南昌海马合作开发的KY-250A型钻机在宝钢白云鄂博铁矿f16～f20的矿岩上穿孔，日穿孔效率为128～199.5 m/台·日，最高为644 m/台·日，超过了比塞洛斯公司45-R在该矿日最高进尺570 m的纪录，并获得国家科技进步特等奖，国家金质奖。

KY-310 型钻机轴压0～490 kN，钻进速度0～4.5 m/min，爬坡能力为12 °，行走速度0～0.78 km/h。钻机采用了交流变频电机驱动，顶部回转，减速机—封闭链条—齿轮齿条连续加压，高钻架，电动、气动、液压联合操纵，压气排渣工作机构，可在f ≥5的各种矿岩上穿凿310 mm、孔深为18 m的爆破炮孔。

2）中钢衡重公司主要生产YZ-35型和YZ-5型及其派生产品。YZ-35型钻机也是获得国家金质奖的产品，性能超过比塞洛斯公司的45-R。YZ-55型钻机是目前我国生产的最大型号的牙轮钻机，YZ-55A已应用于首钢秘鲁铁矿。

为增大钻头的推进力度，YZ-55型钻机在回转系统和主传动机构设计了3个交流变频电机，以满足提高电压和频率的需要，这一设计在国内尚属首创。此外，中钢衡重还在YZ-55型牙轮机上应用了可编程控制器PLC、人机界面HMI技术，改进了空压机并将机棚与驾驶室分离等，增强了整机的防腐防锈功能2。

大型牙轮转机的市场前景及发展趋势随着采矿业投资力度的不断加大，大型牙轮钻机的需求也在加大，尤其在露天煤矿。当前国内、外牙轮钻机的发展趋势有：

1）加大钻孔直径，一般认为钻孔直径保持在250～311 mm的范围是合适的；

2）加大轴压力、回转功率和钻机重量，实行强化钻进；

3）采用高钻架长钻杆，减少钻机的辅助作业时间；

4）使钻机一机多用，能钻倾斜炮孔，以满足采矿工艺方面的要求；

5）采取措施，提高牙轮钻头的使用寿命；

6）发展电力传动，采用静态控制驱动交、直流电机；

7）改善司机的劳动条件，增加司机室的舒适程度；

8）提高钻机的自动化水平，全面提高钻机的经济效益；

9）采用PLC-视屏系统，可随时向司机提供运转的各种性能参数。

总结随着科技的进步，牙轮钻机也不断地向着自动化和智能化发展，我国应该努力发展牙轮钻机，争取早日达到世界先进水平3。