牙轮钻机选型复习过程.docx
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牙轮钻机选型复习过程
牙轮钻机选型
牙轮钻机设备选型
1.已知：
表一矿山深孔爆破参数及钻机数量计算表
单位
东采场
西采场
备注
矿石
岩石
矿石
岩石
矿石硬度
f=6～12
凿岩量
万t
588
4165
882
5390
岩石硬度
f=5～10
年爆破量
万
163.52
1340.95
245.27
1735.35
段高
m
12
12
12
12
孔径
mm
310mm
孔距
m
7.5
8
7.5
8
排距
m
5.5
6
5.5
6
孔深
m
14
14
14
14
超深2m
延米爆破量
/m
35.36
41.14
35.36
41.14
延米爆破
质量
t/m
125.42
127.67
125.42
127.67
年穿孔米数
万m
4.87
34.31
7.3
44.4
5%废孔率
总计
万m
39.18
51.7
年穿孔个数
个
3477
24506
5216
31713
总计
个
27983
36929
钻机效率
万m/
台年
计算台数
台
合计台数
台
选取台数
台
5
6
2.要求：
（1）按照前面所学知识将表格中的孔填全，并编写计算分析的说明书。
（2）附加一份钻机论文（写出论文的解决问题的核心部分）
3.选型原则：
（1）牙轮钻机是露天矿技术先进的钻孔设备，适用于各种硬度岩石的钻孔作业，
设计大中型矿山设备首选牙轮钻机
（2）中硬以上硬度的矿岩选用选用牙轮钻机钻孔优于其他钻孔设备。
（3）在满足矿山年钻孔量的同时，牙轮钻机选型还要保证设计生产要求的钻孔直径、孔深、倾角及其他参数。
（4）根据矿区自然地理条件选择设备及配套部件。
（5）动力条件。
一般选用电动（经济）。
（6）工作可靠，寿命长，价格便宜，零部件供货周期长，应进行综合分析对比。
4.钻机预选：
表二
炮孔直径
岩石硬度
中硬
坚硬
极硬
270-310
60-R（Ⅲ）
YZ-55
60-R（Ⅲ）
KY-310
YZ-25
60-R（Ⅲ）
KY-310
YZ-25
310-380
YZ-55
60-R（Ⅲ）
Z-55
60-R（Ⅲ）
YZ-55
60-R（Ⅲ）
根据以上选型原则以及已知条件可以预选钻机为KY-310型或YZ-55型
5.钻机的工作参数：
表三
名称
KY-310
YZ-55
钻孔直径/mm
250～310
310-380
钻孔深度/m
17.5
19
钻孔方向/（°）
90°
90°
最大轴压/KN
450
550
钻进速度/m·min-1
交流
～0.98
0~1.2
直流
0～4.5
0~2
回转转速/m·min-1
0～100
0~120
回转扭矩/N·m
7210
8330
提升速度//m·min-1
0～11.87～20
30
行走速度/km·h-1
0～0.63
0~1.1
爬坡能力/（°）
12
25
排渣风量/m3·min-1
40
37
排渣风压/MPa
0.35
2.74
外形尺寸（长×宽×高）/m×m×m
钻架竖起时
13.838×5.695×26.326
14.25×6.11×27.08
钻架放倒时
26.606×5.695×7.620
27.03×6.11×7.55
整机重量/t
123
140
1.轴压力
式中
----岩石坚固性系数；
----钻头直径
（1）矿石中钻具的轴压力
矿石的坚固性系数f为6～12，此时f取12
P=0.07×12×310=260.4kN
（2）岩石中钻具的轴压力
岩石的坚固性系数为5～10，此时取10
0.07×10×310=217kN
2.钻具转矩
M=29.6kD
式中k-----岩石特性系数，见岩石特性系数表；
P-----轴压力，kN
（1）矿石中钻具的转矩
M=29.6×10×
×310×
=3855.8N.m
（2）岩石中钻具的转矩
M=29.6×10×
×310×
=2933.2N.m
表四岩石特性系数表
岩石种类
最软
软
中软
中
硬
最硬
抗压强度
/M
—
—
17.5
56
210
475
k
14×
12×
10×
8×
6×
4×
3.排渣风量
v=4.7
式中b----岩渣的最大粒度，mm；取5mm
----岩石密度，kg/
v=4,7
=10.5m/s
Q=
式中k----考虑漏风系数，取k=1.1～1.5,此时取1.3
d----钻杆外径，mm
Q=
=8.9
/min
根据以上经验公式可以计算出钻出该大小的孔所需的钻机的工作参数
表五牙轮钻机工作参数
钻孔
扭矩/N·m-1
轴压力/KN
排查风量/m³·min-1
矿石
3855.8
260.4
8.9
岩石
2933.2
270
根据计算的出的数据与钻机规格参数对比，可知选钻机KY-300较为合适
5.选型计算：
1.钻孔速度
v=3.75
式中P----轴压力
D----钻孔直径
f----岩石坚固性系数
n----钻具钻速
2.台班生产能力
式中
——牙轮钻机台班生产能力，m/（台.班）；
——牙轮钻机的钻进速度，cm/min;
——每班工作时间，h；
b——钻机台班时间利用系数，取0.4～0.5；
3.台年综合效率
式中
——牙轮钻机的台年钻机效率，万m/台年；
——牙轮钻机的年工作利用率，一般取，0.8；
N——一年所有的工作日，取360；
4.设备数量
N=
式中Q---设计的矿山年采剥总量，t
---每台牙轮钻机的年穿孔效率。
m/a
q----每米炮孔的爆破量，t/m
e----废孔率，%取0.05
5.计算过程：
（1）对于矿石
1）钻进速度
在矿山中钻机的n值取80r/min，根据选择钻机技术参数，轴压取450kN
V=3.75×
=36.3cm/min
2）台班生产能力
=
87.12m/（台·班）
3）台年综合效率
=
75271.68m/台年=7.5万m/台年
4）矿石中钻机数量确定
东采场
N=
=0.7台
西采场
N=
=1.0台
（2）对于岩石：
1）钻进速度
在岩石中钻机的n值取80r/min,根据选择钻机的技术参数，轴压取450kN
V=3.75×
=43.5cm/min
2）台班生产能力
=
65.25m/（台·班）
3）台年综合效率
=
56376m/台年=5.6万m/台年
4）岩石中钻机数量确定
东采场
N=
=6.1台
西采场
N=
=7.9台
（3）综上所计算：
本次设计中所选用的牙轮钻机为KY-310A型号
东采场共配有0.7+6.1=6.8台即7台
西采场共配有1.0+7.9=8.9台即9台
具体数据见附表：
表六矿山深孔爆破参数及钻机数量计算表
单位
东采场
西采场
备注
矿石
岩石
矿石
岩石
矿石硬度
f=6～12
凿岩量
万t
588
4165
882
5390
岩石硬度
f=5～10
年爆破量
万
163.52
1340.95
245.27
1735.35
段高
m
12
12
12
12
孔径
mm
310mm
孔距
m
7.5
8
7.5
8
排距
m
5.5
6
5.5
6
孔深
m
14
14
14
14
超深2m
延米爆破量
/m
35.36
41.14
35.36
41.14
延米爆破
质量
t/m
125.42
127.67
125.42
127.67
年穿孔米数
万m
4.87
34.31
7.3
44.4
5%废孔率
总计
万m
39.18
51.7
年穿孔个数
个
3477
24506
5216
31713
总计
个
27983
36929
钻机效率
万m/
台年
7.5
5.6
7.5
5.6
计算台数
台
0.7
6.1
1.0
7.9
合计台数
台
6.8
8.9
选取台数
台
5
6
7.论文：
核心部分：
在现代的冶金、矿山、建材、铁路、水电建设、国防施工及土石方等露天工程的爆破孔钻凿工程作业中潜孔钻机得到了广泛的应用。
山河智能SWDB165系列潜孔钻机是目前国内最先进的一体化液压潜孔钻机，具有高效的高风压潜孔钻进系统，便于高精度、高效率、大直径的深孔钻凿。
潜孔钻机的钻孔作业主要由推进调压机构、回转供气机构、冲击机构、操作机构和除尘机构等完成。
采用螺杆空气压缩机输出的压气做凿岩动力。
附录：
浅谈潜孔钻机的发展历史论文
摘要：
在现代的冶金、矿山、建材、铁路、水电建设、国防施工及土石方等露天工程的爆破孔钻凿工程作业中潜孔钻机得到了广泛的应用。
山河智能SWDB165系列潜孔钻机是目前国内最先进的一体化液压潜孔钻机，具有高效的高风压潜孔钻进系统，便于高精度、高效率、大直径的深孔钻凿。
潜孔钻机的钻孔作业主要由推进调压机构、回转供气机构、冲击机构、操作机构和除尘机构等完成。
采用螺杆空气压缩机输出的压气做凿岩动力。
本文重点介绍SWDB165潜孔钻机的结构和日常的维护和保养
关键字:
潜孔钻机。
潜孔钻机广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、水电建设、国防施工及土石方等露天工程的爆破孔钻凿工程作业中的工程机械。
潜孔钻机凿岩作业始于三十年代，当时主要用于井下凿岩深孔，第二次世界大战时，这种作方法逐步地转移到地面露天开采作业中，到六十年代，国外露天矿已经普遍采用潜孔钻机，七十年代中期，钻孔技术迅速发展，由于采用高风压潜孔冲击器及球齿钻头，解决了炮孔偏斜及钻头实用寿命等几大难题，潜孔钻机获得了更大范围内的应用。
五十年代初，我国从苏联引进一批BA-100型井下潜孔钻机及M-1909型冲击器，于是潜孔钻机在我国北方得到了普遍的应用，它主要钻一些直径100-110mm的深孔。
六十年代潜孔钻机在我国进一步发展，许多小露天矿采用潜孔钻机，主要用于钻直径150mm，深6-12m的深孔。
七十年代中期，我国中小矿使用潜孔钻占全部钻孔机械的60%-70%，目前，中小型露天矿的穿孔仍然使用着潜孔钻机。
八十年代，我国大力发展大直径，深孔爆破技术，并取得了一定的初效。
这种高强度高效率的采矿方法要求有高风压，大直径的潜孔钻机于之相配应。
所以，当前，高风压潜孔钻机在我国迅速发展。
在我国，它是近几十年才发展起来的钻孔机械，虽然我国研发较晚，技术底子薄，但起点高，这一行业发展较快，产品的科技含量高，不过产品和技术与国外的同类机械还有一段差距，现在的潜孔钻是以一体化液压潜孔钻为主。
潜孔钻是进行露天开采石灰石矿的主要设备。
由于旧式潜孔钻钻杆支架的起落采用钢丝绳卷扬方式，加之钻杆支架长达12米，存在许多弊端，在长距离迁移潜孔钻时，必须起落钻杆支架，这项工作非常繁琐并且不安全，仅一个起或落的动作，就需要四五个以上人相互配合，用几个小时才能完成；在短距离移动潜孔钻时，一般只好让钻杆支架保持竖立姿势，由于钻杆支架较高，不利于安全生产。
新式潜孔钻钻杆支架的起落采用了先进的液压方式，与旧式的相比有无可比拟的优越性。
改进后的潜孔钻起落钻杆支架只需要操作工一个人10分钟内就能完成，而且起落平稳，消除了安全隐患，大大提高了工作效率。
20世纪80年代国外松散地层钻进，一般采用瑞典ODEX系统（即偏心钻头跟管钻进系统），但从工程施工角度看存在着动力不足的问题。
为此新式钻机中采用了双动力头系统，双动力头具有多种组合，可以满足多种钻孔工艺要求，分别驱动外套管和内钻杆，从而实现跟管钻进。
例如，英格索兰公司的HDK系列双动力头钻机系统可以同时以相反的转动方向驱动套管和内部的钻杆实现跟管钻进。
该系统可以用气动潜孔冲击器和顶部液压凿岩机钻进直径分别为136mm和160mm的钻孔，可作为一独立的部件配到KR系列钻机上进行锚固或微形桩孔钻进。
具有大扭矩的HDK3500双动力头系统则可配在GH系列钻机上进行跟管钻进。
国外潜孔钻生产商中以TAMROCK小型钻机为例，它的钻孔动力与空气压缩机分离，使用方便，灵活，实用性强，它是一个四轮汽车带动的全液压的钻机，具有很好的机动性和自动工作，钻孔最大直径41mm，最大钻孔深度9米，它还能装备19或22mm的钻头。
就是在恶劣环境操作也很简单灵活，它只有2.8吨，随时可以用卡车把它拖到施工现场，甚至可以装在直升机上，它可以遥控控制工作或通过GPS电脑控制工作。
在国产潜孔钻钻机中,最有代表性的是山河智能机械股份有限公司的SWDB165、SWDB120、SWDB90、SWDB120E、SWDA165、SWDA120、SWDM165它为内燃动力或电源（根据用户要求而定）一体化液压高风压新型潜孔钻机，SWDB165是填补国内空白，技术领先的一体化液压潜孔钻机，具有高效的高风压潜孔钻进系统，利于高精度、高效率、大直径的深孔钻凿。
钻高精度、高效率大直径的深L钻凿：
风压为1.O5～2~MPa采用螺杆空气压缩机做凿岩动力履带行走钻具回转推进、钻架顶升补偿钻机平均采用液压驱动；计算机优化设计以及功率匹配与负载适应系统的开发应用实现了动力系统从动力——泵——负载全局功率匹配有效降低整机能耗。
确保整机最佳性能与高可靠性，与原有钻机比较初步估算工效提高近30倍能耗减低至原来的30％现场实测凿岩效益04～1m／Fain。
包括辅助工作时间平均40min完成15m孔的钻凿．系统配置采用德国Rexroth公司的LUDV闭苒系统基于SX14c主阀）和A11VOl主泵的LUDV系统目前在欧洲市场应月鞍为广泛,接头全部采用国外知名厂家的优质产品：
充分利用发动机功率降低能耗。
提高了潜孔钻机的可控性和精确控制性能，各执行元件的动作相互独立互不干扰驾驶员轻松实现复台动作。
减轻了工作强度显著提高了作业效率，钻孔直径:
152-165mm，钻孔角度：
60-90度，钻孔深度：
5-40m，钻孔方式：
中／高风压潜孔冲击,采用螺杆空气压缩机做凿岩动力；履带行走，钻具回转推进；钻架顶升补偿、钻机调平均采用液压驱动。
国内外产品的比较
国外钻机体积普遍比较小，结构很紧凑，设计很人性化，许多钻机采用瑞典ODEX系统（即偏心钻头跟管钻进系统），但从工程施工角度看存在着动力不足的问题。
为此新式钻机中采用了双回转装置系统，双回转装置具有多种组合，可以满足多种钻孔工艺要求，分别驱动外套管和内钻杆，从而实现跟管钻进。
例如，英格索兰公司的HDK系列双回转装置钻机系统可以同时以相反的转动方向驱动套管和内部的钻杆实现跟管钻进。
该系统可以用气动潜孔冲击器和顶部液压凿岩机钻进直径分别为136mm和160mm的钻孔，可作为一独立的部件配到KR系列钻机上进行锚固或微形桩孔钻进。
具有大扭矩的HDK3500双回转装置系统则可配在GH系列钻机上进行跟管钻进。
宝峨公司BG系列钻机亦配有双回转器系统。
作为贴墙式钻机组件配合钻机进行贴墙桩孔施工。
桩基施工大多数是在第四系松散地层中钻进。
双回转装置结构在此类层中钻进工效极高，特别是对卵砾石、砾层、软弱土夹层等地层钻进效果更好。
采用回转装置自带缓冲弹簧，减轻潜孔锤对回转装置的冲击，由于所需动力较大，对液压马达、液压件要求较高等原因，中国生产的钻机上还没有采用这种系统。
国内钻机很大的一个特点就是实用性很强，开发适合我们国情，满足施工要求、价格较低的国产潜孔钻机很容易贴近市场，像山河智能股份有限公司生产的潜孔钻，钻杆一根就有十几米长，这和其它短杆相比，省了许多接换杆的时间，提高生产效率，不过这样做，就使产品本身体积大大的增加了。
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