牙轮钻机

一种钻孔设备

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、中型露天矿普遍使用的穿孔设备。

设备简介

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。

现状

1 国外牙轮钻机的现状及主要厂家的技术特点

国外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。

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，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。

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；