《工程机械设计》石方工程机械.ppt

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1、石方工程机械,第一节 凿岩机械与配套设备第二节 石料破碎和筛分机械,第一节 凿岩机械与配套设备,凿岩机械是用来对石方进行钻孔作业的机械化设备。钻孔爆破法是最常用的凿岩方法。它首先用凿岩机械在岩石的工作面上开凿一定深度和孔径的炮孔，然后装入炸药进行爆破，再将爆破后的碎石由装岩设备运走，从而实现凿岩和掘进。在钻孔爆破法施工中使用的凿岩机械有凿岩机和凿岩台车两种。,第一节 凿岩机械与配套设备,一、凿岩机(一)凿岩机的分类与技术特性根据凿岩机采用动力的不同，凿岩机可分为：风动凿岩机；液压凿岩机；内燃凿岩机；电动凿岩机。在石方工程中，以风动凿岩机应用最为广泛。,第一节 凿岩机械与配套设备,风动凿岩机按推

2、进方式和用途可分为：手持式凿岩机：重量较轻，依靠人力推进，能钻水平、垂直向下及倾斜向下的炮孔，是浅孔凿岩的主要机械。气腿式凿岩机：安装在起支撑和推进作用的气腿上，适用于钻凿水平、倾斜向下和稍倾斜向上的炮孔。向上式凿岩机：带有能轴向伸缩并与凿岩机连成一体的汽缸，专门用于钻凿向上的炮孔。导轨式凿岩机：重量大，需安装在凿岩台车或导轨上，总称钻车。这类凿岩机用于深孔凿岩，是石方工程最重要的凿岩机械。,第一节 凿岩机械与配套设备,第一节 凿岩机械与配套设备,(二)凿岩机的工作原理1、风动凿岩机的工作原理风动凿岩机实际上是一种双作用的活塞式风动工具，它的工作原理如图所示。压缩空气从储气筒经管路进入凿岩机的

3、机体，再通过配气机构的作用，使压缩空气交替地进入汽缸的两端。与此同时，汽缸两端由于配气机构的作用而交替排气。在汽缸两端压力差的作用下，活塞在汽缸中往复运动，冲击钢钎进行凿岩作业。,第一节 凿岩机械与配套设备,冲程；回程；活塞在气缸内往复一次，就完成了凿岩和返回一个工作循环。在回程中，通过钢钎回转机构将钢钎回转一个小角度，以便下一个冲程可以换一个角度凿岩。当钢钎回转一周时，就可在岩层上按钎头的横断面尺寸凿进一个深度为h的圆孔。活塞不断进行往复运动，钢钎就如此不断的凿击岩层，直到所需要的深度为止。,第一节 凿岩机械与配套设备,粉垫的形成：影响凿击效能；冲洗设备：干式；湿式。干式：压缩空气气缸壁内的

4、气道活塞杆和钢钎的中心孔孔底吹净石粉；湿式：高压水；根据上述工作原理，风动凿岩机必须包括以下几个部分：气缸活塞组件，配气机构，钢钎回转机构、操纵阀、以及冲洗设备。,第一节 凿岩机械与配套设备,转钎机构工作原理：,第一节 凿岩机械与配套设备,钻杆和钻头：(1)钻杆：又称钢钎，一般为六角形或圆形空心碳钢结构。中空的目的是为了清除孔底石粉，另外还可减轻钻杆的重量，节省钢材；钻杆由杆柄、杆身和杆头(钻头)三部分组成；杆柄装在凿岩机的回旋套内，直接承受活塞的冲击作用。杆身的下端是钎头，也就是钻头，直接参加凿岩工作。凿岩机一般有47根不同规格的钻杆配会使用，可根据钻孔深度不同而选用。,第一节 凿岩机械与配

5、套设备,(2)钻头：由于直接参加凿岩工作，磨损很快，为了节省优质钢材，通常和杆身分开制造(即活动钻头)，用螺纹(常用左螺纹)或锥度配合和杆身连成一体。为了增加其耐磨性，一般用于凿击坚硬岩石的钻头，在刃口处镶有硬质合金工具钢。这种钻头的优点是钻头磨钝后，可以随时拆下更换，而杆身仍可继续使用。,第一节 凿岩机械与配套设备,钻头的形状根据所凿岩石硬度的不同而不同，常用的钻头有单凿、双凿、和十字形三种。,第一节 凿岩机械与配套设备,2、液压凿岩机的构造及工作原理由于液压凿岩机的突出特点，液压凿岩机的使用日益广泛。按冲击机构的配油方式：有阀类和无阀类。瑞典的阿特拉斯COPl038和COPl238型液压凿

6、岩机就属于有阀类，而美国的HARD3型属于无阀类。,第一节 凿岩机械与配套设备,瑞典阿特拉斯公司的COPl038HD型液压凿岩机结构：机体、冲击机构、转钎机构、液压系统和排粉装置；冲击机构由冲击活塞6、缓冲弹簧4和密封装置5组成；转钎机构由液压马达9、花键连接套10、传动轴11、驱动齿轮13以及转钎齿轮套3组成；液压马达可正反转，还能随着油压流量调节实现无级调速；液压系统有油压流量调节器7和蓄能器12，可根据岩质调节冲击频率和转钎的回转速度；排粉装置采用旁侧供水口2，可保证岩粉排除和钻头冷却的需要。,第一节 凿岩机械与配套设备,COPl038HD型液压凿岩机工作原理：冲程：压力油通过油路1进入

7、油缸后腔，前腔通过油路5回油，活塞在油压作用下开始冲程；当活塞将通往柱阀的油路2打开时，压力油经由油路2推动阀柱左移；同时，活塞冲击钎子。柱阀低压侧的回油通过油路6、7流入回油路4。回程：压力油通过油路5进入前腔，后腔通过油路1回油，活塞开始冲程；当活塞打开柱阀油路6时，压力油通过油路7、6推动阀柱右移；柱阀低压侧10的油通过油路2、3排入回油路4。通过调换调节塞和改变油压，可改变冲击频率和冲击功。,第一节 凿岩机械与配套设备,二、凿岩台车的构造和原理推进器，钻臂及其变幅机构，底盘，供风、供水、及液压系统；瑞典阿特拉斯H177两臂液压凿岩台车：COP1238系列凿岩机；BUT35H型伸缩式钻臂

8、；铰接轮式底盘；BUT38P02控制系统；HL75型液压工作平台：在两钻臂之间。,第一节 凿岩机械与配套设备,（一）底盘DC16HD型铰接轮式底盘；包括：发动机，传动与走行系统，转向系统，制动系统，驾驶室。1发动机采用Volvo TDl6A型四冲程、六缸、水冷、直列、直喷式柴油机，额定输出功率为113kw；主要用来驱动台车走行以及在无电源或电动机驱动液压泵损坏时带动液压泵驱动钻臂、支腿、顶棚、电缆卷盘推进器等动作；此外，该发动机还配有水洗废气净化器，以便适应地下工程作业。,第一节 凿岩机械与配套设备,2传动及走行系统液力传动；发动机动力经飞轮传到变矩器后，一路由泵轮直接传到分动齿轮，驱动转向液

9、压泵；另一路经泵轮、涡轮传至动力换挡变速器、分动箱，最后传至轮边减速器驱动前后轮。3转向系统由转向液压泵、操纵阀及转向液压缸组成。转向液压缸推动前后铰接车架实现转向。其转向灵活，转弯半径小。,第一节 凿岩机械与配套设备,4制动系统由行车制动和停车制动组成；行车制动为蹄式制动器，气控油压提供制动力；停车制动为手制动，在弹簧作用下制动分动箱输出轴，制动释放由压缩空气实现。5驾驶室驾驶室为敞篷式，顶篷可用液压升降以保护操作者安全；驾驶室前面按左中右横向顺序，布置有左钻臂操作台工作平台操作台、右钻臂操作台；后部布置有走行驾驶操作台。,第一节 凿岩机械与配套设备,（二）COPl238系列凿岩机该台车采用

10、COPl238系列凿岩机，是在COPl038基础上改进的，由冲击器、蓄能器、独立转钎机构和供水排粉机构组成；冲击器为滑阀换向型，采用活塞双面回路，其前后两端作用面积相差较小；储能器的作用是吸收液压冲击，为活塞冲击提供足够的储能和保证活塞冲击速度。它由隔膜分成两腔，一边冲氮气，一边和液压油相通。独立转钎机构由凿岩机后端的一个液压马达通过一套机械传动系统带动钎尾旋转。供水排粉机构采用旁通注水结构。,第一节 凿岩机械与配套设备,（三）钻臂及其变幅机构钻臂可自动平移，当把导轨调到垂直作业面时，可以保证导轨运动时一直保持垂直位置。前端支臂液压缸；后部仰俯液压缸。,第一节 凿岩机械与配套设备,（四）推进器

11、H177液压凿岩台车采用的是液压缸钢丝绳形式的推进器；活塞杆固定在导轨末端，液压缸移动，经推进绳或回位绳将位移放大2倍后传递给凿岩机托架。推进力由油压控制，可防止顶推力过大。,第一节 凿岩机械与配套设备,（五）控制系统控制系统包括液压系统、主电路、控制电路、供气系统和供水系统；每台凿岩机配备有1个泵组，包括1台电动机、1个双联泵、1个操作台及2台凿岩机共用的配电箱；空气压缩机提供的压缩空气 用以润滑钎尾并进行凿岩气控操作；,第一节 凿岩机械与配套设备,增压水泵将水增压后供给凿岩机；主电路包括各电动机及其动力线路；控制电路控制各电动机启动；液压系统包括电动机液压系统和发动机液压系统，发动机液压系

12、统由发动机带动一个双联柱塞液压泵供油，驱动钻臂、平台、支腿、顶棚、卷筒和推进器；电动机液压系统由电动机带动双联柱塞液压泵供油，除驱动发动机液压系统驱动的动作外，还可驱动凿岩机冲击和旋转。,第二节 石料破碎和筛分机械,一、破碎机械(一)石料破碎方法和破碎机分类各种工程中会用到不同规格的砂子、石块；石料来源：钻孔爆破（采石场或隧道开挖）；不能直接用来铺筑路面和配制混凝土材料；为了获得各种规格的碎石，就必须将大的石块破碎成碎石。破碎机和筛分机。,第二节 石料破碎和筛分机械,根据破碎机的功用和作用原理，石块常采用以下破碎方法：,(a)压碎；(b)冲击破碎；(c)磨碎；(d)劈碎；(e)压碎和磨碎同时作

13、业。,第二节 石料破碎和筛分机械,破碎比：破碎前石块尺寸D与最后加工成品的碎石尺寸d之比，即破碎比是评定破碎工作情况的参数，可用来衡量对石块的加工程度。,第二节 石料破碎和筛分机械,破碎分为粗碎、中碎、细碎和微碎。,第二节 石料破碎和筛分机械,按其结构的不同可分为颚式、锥式、锤式和滚筒式四大类；,第二节 石料破碎和筛分机械,颚式破碎机：利用活动颚板相对固定颚板的往复摆动对石块进行破碎。可用于粗碎和中碎，它的优点是结构简单、外部尺寸小、破碎比较大(i68)、操作方便。目前在筑路工程中使用非常广泛。锥式破碎机：利用一个置于固定锥孔体内的偏心旋转锥体的转动，使石块受挤压、研磨和弯折等作用而被破碎，这

14、种破碎机主要用于中碎和细碎。由于它没有空回行程，故生产率较高，动力消耗小。但因其结构较复杂、体积大、移动不方便，所以只适用于固定的大型采石场，在筑路工程中很少采用。,第二节 石料破碎和筛分机械,锤式破碎机：利用破碎锤来破碎石块。破碎锤交错地安装在壳体内的一根横轴上，当原动机带动横轴旋转时，加入壳体内的石块就被各个破碎锤轮流地锤击而破碎。石块从壳体上口加入、被击碎后的石料成品从壳体的卸料隙口卸出。这种破碎机的结构较为简单、重量轻、体积小，能破碎硬度较大的石块。但由于其生产率不高，且石料成品的规格大小不一，含有很多的击屑和石粉等废品，故仅适用于养路工作的备料。,第二节 石料破碎和筛分机械,滚筒式破

15、碎机：利用两个反向转动的平衡滚筒的相对运动将石料进行破碎的。它的结构简单，石料成品细而均匀。但因其进料尺寸不能过大、破碎比较小，因此很少单独使用，一般用于配合颚式破碎机做次碎工作。,第二节 石料破碎和筛分机械,(二)破碎机的工作原理及总体构造在筑路工程中，使用最广泛的破碎机是颚式破碎机；1.工作原理颚式破碎机根据其活动颚板摆动形式的不同，可分为单摆式和复摆式两种类型。,单摆颚式破碎机,单摆颚式破碎机由于卸料口的摆幅较大，因此破碎比较小，石料成品的规格大小不均；但其破碎力较大，可用于坚硬或中硬石块的破碎工作。,复摆颚式破碎机,复摆式破碎机破碎效果好，破碎比大，成品较均匀，同时较适用于破碎粘湿石料

16、，筑路工程中几乎全采用此形式；缺点：活动颚板同时受冲压和碾搓作用，磨损较大，能量消耗也较大。,复摆颚式破碎机,2、总体构造,1-固定颚板；2-保护罩；3-偏心轴；4-后梁；5-调整机构；6-圆柱弹簧；7-拉杆；8-肘板；9-活动颚板。,复摆颚式破碎机,复摆颚式破碎机由机架、定颚板、动颚板、偏心轴、肘板及调整机构等组成。机座通常采用焊接结构，其侧壁相互间由箱形结构地前壁1和后梁4联接。动颚板9装在其上部的偏心轴3上，它与机座的前壁（即定颚板1）组成一个碎石室。定、动颚板的面上均装有可卸齿板，它的们借特制的梯形螺杆进行固定，两齿板的齿交错装配，以增大破碎石料的能力。动颚板9的后下端与肘板8的一端相

17、肘撑，另一端则肘撑于调整机构5的楔块上。动颚板的后下端用一根带弹簧6的拉杆7拉住。偏心轴3通过两个滚动轴承安装在机架的轴承座上，其两端对称地安装着直径相同的飞轮和三角皮带轮。飞轮的作用是储存能量，使机械运转平稳。,第二节 石料破碎和筛分机械,（三）破碎机的使用1、生产率计算 Q 颚式破碎机的生产率（t/h）；b 卸料隙口宽度（m）；L 卸料隙口长度（m）；n 偏心轴转速（r/min）；S 动颚行程（单摆式）或偏心距（复摆式）（m）；供料强度；石料容重（t/m3）。,第二节 石料破碎和筛分机械,除容重是常数外，其它参数均是可变参数；破碎机卸料隙口尺寸的大小影响其破碎比，若破碎比小，则破碎的次数就

18、少，破碎机的生产率就高；供料强度对破碎机的生产率影响很大，因此，石块的加入应保持均匀且经常保持斗满；偏心轴的转速n越高，动颚板每分钟摆动的次数越多，则破碎机的生产率就越高，但其转速过高会造成来不及卸料，生产率反而会降低，因此，偏心轴的转速应按规定调整到有效的范围内。,第二节 石料破碎和筛分机械,2、技术使用破碎机工作时振动很大，为了延长机器的使用寿命和保护工人的身体健康，需在机体与基础间安装木垫或橡胶块之类的缓冲材料。对于移动式破碎机，工作时应用木块把机架垫起来，使轮子悬空不致受冲击荷载的影响。破碎机启动时应是空斗，故停机前需将石料卸空。加料时，应将石料从料口正面均匀地加人，避免侧面加料而引起

19、单边负荷的剧增。要经常检查卸料口的宽度，如发现有变化应及时调整，以便保证石料成品规格的统一。,第二节 石料破碎和筛分机械,为了提高破碎机的生产率，还需经常检查齿板齿面的磨损情况：当齿面磨损严重时，其生产率会降低2030。一般来说，齿板的下部较上部磨损快，当发现其下部磨损严重时，为了延长其使用寿命，可掉头再使用。若上下齿面都磨损严重时，则应及时更换新的齿板。工作中，若发现由于石料的堵塞而造成活动颚板的停摆，应立即切断动力，清除斗内的石料后方可再启动。,第二节 石料破碎和筛分机械,二、筛分机械石料是颗粒大小不均匀的混合物，含有不同的成分和杂质。在加工石料的过程中，必须按颗粒大小进行分级，从材料中去

20、除杂质。分级可在带有一定尺寸孔的平面或曲面上进行，这种过程称为筛分。若物料颗粒尺寸大于筛孔尺寸则此料停留在筛子表面上，为筛上粒料或上级料；若物料颗粒通过筛孔，则为筛下粒料或下级料。,第二节 石料破碎和筛分机械,筛分分为三类：（1）初筛，即在大量石块破碎后进行的，它将过分粗的或过分细的颗粒分离出去；（2）中筛，即靠这种筛子将破碎的材料分离出较粗的块，以便送到二次破碎机里破碎；（3）终筛，即将块状或粒状材料分别达到产品要求的颗粒级配。,第二节 石料破碎和筛分机械,材料筛选有两种途径：由细到粗：简单，配置较好；由粗到细：生产率较高，筛分级数较多，而筛子磨损较小，故普遍采用；组合式筛选具有前两者优点。

21、,第二节 石料破碎和筛分机械,三、石料破碎筛分联合设备石料破碎筛分联合设备按机动性可分为固定式和移动式；按成品料产量（功率）可分为小型（生产率50000-100000m3/年）、中型（生产率100000-250000 m3/年）和大型（生产率250000 m3/年）；按地形布置可分为各设备水平布置和垂直布置两种型式；按工艺流程图可以分为开式作业循环和闭式作业循环两种型式。在开式作业循环中，破碎的石料仅通过一次破碎机，超尺寸的粒料不进入第二次破碎；在闭式破碎循环中，可得到均匀尺寸的成品料，因为超尺寸的粒料将重复破碎和筛分。,第二节 石料破碎和筛分机械,在破碎筛分联合设备中，根据原石料的性质选择各

22、种破碎机械；在多个破碎阶段对物料进行破碎，破碎阶段数根据所需的破碎比决定。例如，在总破碎比i20和每一种破碎机械的破碎比为37的情况下，就需要采用两个破碎阶段。,第二节 石料破碎和筛分机械,石料在破碎筛分联合设备厂中三阶段加工过程原理：,1-料斗；2-给料器；3-重型格条筛；4-粗碎破碎机；5-中间筛分机；6-中碎破碎机；7-中间筛分机；8-细碎破碎机；9-检验筛分机；10-最终筛分机,第二节 石料破碎和筛分机械,石料进入料斗1，由给料器2把料送到重型格条筛3上进行预筛。预筛后的下级产品料和经过第一破碎阶段的物料一起进入中间筛分机5，从石料中排出不需要在中碎破碎机6内加工的成品料，中间筛分机的

23、下级产品料和经过中碎破碎机6的产品料一起进入中间筛分机。安装在第三阶段的细碎破碎机8把在前阶段上所得到的物料破碎加工到成品尺寸40mm。根据石料的种类，可以采用锥式或锤式破碎机作细碎破碎机。,第二节 石料破碎和筛分机械,经第三阶段破碎后的物料送到检验筛分机9和最终筛分机10上。在这组筛分机上，上面的筛子具有成品料最大颗粒尺寸的筛孔。从这个筛子面上下来的上级产品料，即大于40mm尺寸的颗粒返回到细碎破碎机中去，实现闭式破碎循环。由于在闭式循环下允许破碎机以较宽的卸料口工作，所以采用闭式循环可提高最终阶段破碎机的生产率(约提高2530)。此外，闭式循环还可精确地保持成品料设定粒度的要求。,风动凿岩机的工作原理,风动凿岩机的构造,COPl038HD型液压凿岩机结构,COPl038HD工作原理,2.回程,凿岩台车,瑞典阿特拉斯H77两臂液压凿岩台车,推进器原理,