鑿岩台車

鑿岩台車（也稱鑽孔台車）是一種隧道及地下工程採用鑽爆法施工的鑿岩設備。它能移動並支持多台鑿岩機同時進行鑽眼作業。工作機構主要由推進器、鑽臂、迴轉機構、平移機構組成。鑿岩台車車可分為平巷掘進鑽車、採礦鑽車、錨桿鑽車和露天開採用鑿岩鑽車等；按照鑽車的行走機構可分為軌輪、輪胎和履帶式；按照架設鑿岩機台數可分為單機、雙機和多機鑽車。詳細介紹了其國內外發展現狀、工作機構、分類、套用、故障分析、發展趨勢等。

基本介紹

• 中文名：鑿岩台車
• 外文名： jumbo
• 別稱：鑽孔台車
• 組成：鑿岩機、鑽臂
• 領域：能源
• 學科：礦業、機械

簡介

主要由鑿岩機、鑽臂（鑿岩機的承托、定位和推進機構）、鋼結構的車架、走行機構以及其他必要的附屬設備，和根據工程需要添加的設備所組成。套用鑽爆法開挖隧道時，為鑿岩台車提供了有利的使用條件，鑿岩台車和裝碴設備的組合可加快施工速度、提高勞動生產率，並改善勞動條件。

將一台或幾台鑿岩機連同自動推進器一起安裝在特製的鑽臂或鑽架上，並配以行走機構，使鑿岩作業實現機械化。

鑿岩鑽車可分為平巷掘進鑽車、採礦鑽車、錨桿鑽車和露天開採用鑿岩鑽車等；按照鑽車的行走機構可分為軌輪、輪胎和履帶式；按照架設鑿岩機台數可分為單機、雙機和多機鑽車。

國內外發展現狀

國外鑿岩台車的研究及發展現狀

國外研製液壓鑿岩機始於20世紀70年代,先後有美國Ingersoll2Rand公司、Gardner2Denver公司、瑞典AtlasCopco公司、Linden2Alimak公司、芬蘭Tamrock公司、法國Eimco2Secoma公司、德國Krupp公司和日本古河(FURUKAWA)公司等投入力量研製液壓鑿岩機及相關配套鑽車。其中瑞典AtlasCopco公司和芬蘭Tamrock公司生產的液壓鑿岩機及配套鑽車最具代表性,占有60%以上的市場份額。截止2009,無論是井下或露天掘進或採礦,都有相應的液壓鑿岩機供選用。如芬蘭Tamrock公司80年代初液壓鑿岩機只有3個系列,2009該公司的產品已發展到7個系列,從小型手持式到超重型,品種規格齊全。在發展迴轉-衝擊式產品的同時,適用於軟岩上鑽孔的純迴轉液壓鑿岩機也得到相應的發展。尤其是瑞典AtlasCopco公司能夠靈活地根據用戶的某些特殊要求,在某種基型產品上稍加改進,就可以組裝成專用產品,產品上的配套部件可隨不同地區和國家的不同環境而改變,在輕型產品的研製中,大量採用塑膠件來減輕整機的重量。液壓鑿岩機的外殼等多採用精密鑄造,從而使機器的結構緊湊,布局合理,外形也較美觀。

如今AtlasCopco公司生產的Cop系列液壓鑿岩機已經從Cop1022發展到最新推出的Cop4050型重型液壓鑿岩機,Cop4050的衝擊功率可達40kW,裝配於Simba4450系列全液壓鑽車上,1993年成功用於瑞典盧基公司基律納鐵礦井下深孔採礦鑿岩,鑽鑿孔徑達115mm,這是傳統的潛孔衝擊器的工作範圍。潛孔鑿岩雖然能得到較好的孔直度,但速度較低。Cop4050能在兩倍於潛孔鑿岩速度的情況下,得到幾乎全直的孔,並能使用通常的鑽管、釺桿或二者的組合。Tamrock公司生產的HL4000系列大功率超重型液壓鑿岩機,1984年在挪威年產2500萬t的比約納湖(Bjornevatn)鐵礦裝配Herbert鑽車用於露天礦山鑽鑿直徑230～275mm的炮孔,其鑿速相當於同級牙輪鑽機的116倍,而能耗僅為牙輪鑽機的1/2。由於液壓鑿岩機具有節能、高效、成本低和作業條件好等顯著優點,國外除地下鑿岩已推廣套用外,在中小型露天礦和岩石工程套用方面也有不小進展。

國內鑿岩台車的研究及發展現狀

1980年由長沙礦冶研究院、株洲東方工具廠等單位研製成功我國第一台用於生產的液壓鑿岩機YYG80，裝配於CGJ2Y型全液壓鑽車上在湘東鎢礦進行了工業試驗並通過了部級技術鑑定。由此拉開了國內研製液壓鑿岩機的序幕。相繼有北京科技大學、中南工業大學、長沙礦冶研究院、馬鞍山礦山研究院、中國礦業大學、煤炭科學院建井研究所、瀋陽風動工具廠、天水風動工具廠、衢州鑿岩機廠和宣化風動工具等10多個單位開發研製液壓鑿岩機和配套鑽車[5]，到了九十年代末期,我國先後有YYG80、TYYG20、YYGJ145(仿Cop1038H)、YYT30、YYG30、GGT70、YYG80A、YYG90、YYG250A、CYY20(仿法國RPH200)、YYG90A和DZYG38B(仿Cop1238ME)等十二種機型通過了國家鑑定。其中衝擊能在150J以下的5種，其餘的7種衝擊能均在150～250J之間。可鑽孔徑大部分在40～50mm之間，只有YYG250A、YYGJ145、TYYG20和DZYG38B型液壓鑿岩機可鑽孔徑大於50mm,最大可達120mm。其中已形成量產的主要有YYG80、YYT30和YYG90A三種機型。12種型號中除3種為測繪仿製國外當時市場銷售的機型外，其餘都是我國自行研製的。

由中南工業大學研究設計，廣東有色冶金機械廠製造的CGJ25-2Y型全液壓鑽車,裝配兩台YYG90型液壓鑿岩機,，1988年在汝城鎢礦使用時，與鏟插式裝岩機、搭接式梭車組成掘進機械化作業線，創造了在214m×216m斷面中月進尺250m，掘進工效穩步超過1m/工班的好成績，1991年在桓仁銅鋅礦創造過單台單班進尺514～6m的好成績。

與法國水星系列液壓鑽車配套的HYD200和HYD300液壓鑿岩機由蓮花山有色冶金機械廠引進法國Eimco2Secoma公司技術生產，其國產化率已達95%，主要部件衝擊活塞壽命可達2萬m以上，各項指標均已達到國外同類機型的水平,已形成批量生產。
天水風動工具廠生產的CTJY12-3型全液壓輪胎式掘井鑽車配置三台YYGJ145型大功率液壓鑿岩機、三個AB741型液壓鑽臂、AT1541型液壓推進器及一個AF321型液壓工作平台，是我國最大的具有80年代世界先進水平的地下掘進鑽車。

從上述可以看出,我國液壓鑿岩機的發展走的是一條自主研發與引進消化國外技術相結合的道路,經過幾十年的發展與探索已經初步形成了自己的產品規格與系列,達到了一定水平。但大多數廠家生產的液壓鑿岩機穩定性指標均在500m左右(不拆機檢修)，而世界先進水平的瑞典產品則規定為6000m。國內只有中國地質大學生產的DZYG38B型液壓鑿岩機樣機的工業性試驗才達到這一世界水平的指標[3]。因此，國內液壓鑿岩機與國際先進水平尚存在很大差距，引進機型尚未完全國產化,其關鍵零部件仍依賴進口。究其原因主要有如下幾個問題:一是高速、高壓下的密封結構和支承活塞運動的前、後導向套的結構；二是活塞、釺尾、導向套和密封材料的選擇與套用,以及材料熱處理和高精度加工；三是蓄能器隔膜的材料及壽命等。從而導致零件壽命低，密封不可靠，內外泄漏嚴重，以及活塞研缸和導向套咬合等故障，造成國產液壓鑿岩機可靠性指標下降。

根據平巷掘進作業和鑽孔布置的要求，以CGJ-2Y型全液壓鑿岩鑽車為例，來說明鑿岩鑽車必須具備的主要組成部分和它們的工作原理。鑿岩鑽車鑽臂8的運動方式為直角坐標式。利用擺臂油缸12可使轉柱套及鉸接在其上的鑽臂8與支臂油缸19繞轉柱10的軸線左右擺動；利用支臂油缸可使鑽臂繞鉸點上下擺動，從而使用托架5鉸接在鑽臂前端的推進器4作上下左右的擺動。推進器亦可藉助俯仰油缸20和擺角油缸6作俯仰和左右擺動運動。推進器可使安裝在推進器滑架上的液壓鑿岩機前進或後退。鑿岩時，推進器將給鑿岩機以足夠的推進力。藉助由支臂油缸、推進器俯仰角油缸和擺角油缸以及相應的液壓控制系統等組成的液壓平移機構，可以獲得相互平行的鑽孔。單獨控制俯仰油缸和擺角油缸時，可鑽鑿具有一定角度的傾斜孔。通過翻轉油缸使推進器繞油缸的軸心線翻轉，以便獲得靠近巷道兩側和底部的鑽孔。由於上述各機構的相互配合，即可在巷道斷面內的任何部位鑽鑿各種方向的鑽孔。在推進器的前方安有釺桿托架2和頂尖3，藉以保持推進器工作時的穩定性。補償油缸7可使頂尖始終與工作面保持接觸。在鑽車車體上還布置著油箱與油泵站、操縱台、車架與行走裝置、以及液壓、供電、供水、供氣等系統。為使車體在工作時保持平衡與穩定，在車體上還裝有前後支腿18與15。

鑿岩台車的工作機構

工作機構主要由推進器、鑽臂、迴轉機構、平移機構組成

推進器

主要有鋼繩活塞式、風馬達活塞式、氣動螺旋副式。推進器的作用是:在準備開孔時，使鑿岩機能迅速地駛向(或退離)工作面，並在鑿岩時給鑿岩機以一定的軸推力。推進器的運轉應是可逆的。推進器產生的軸推力和推進速度應能任意調節，以便使鑿岩機在最優軸推力狀態下工作。

鑽臂

鑽臂是支撐鑿岩機的工作臂。鑽臂的結構和尺寸、鑽臂動作的靈活性和可靠性等，都將影響鑽車的適用範圍及其生產能力。

按照鑽臂的動作原理:有直角坐標、極坐標和複合坐標三種。
直角坐標鑽臂具有鑽臂的升降和水平擺動、托架(推進器)的俯仰和水平擺動及推進器的補償運動等基本動作。這些動作分別由支臂油缸19、擺臂油缸12、俯仰角油缸20、托架擺角油缸6和補償油缸7來實現。

迴轉機構

迴轉機構主要可分為：擺動式轉柱、螺旋副式轉柱、極坐標鑽臂迴轉機構幾種。

擺動式轉柱的結構特點是在轉柱軸3外面有一個可轉動的轉套2。鑽臂下端部和支臂油缸下鉸分別鉸接於轉動套上。當擺臂油缸1伸縮時，使轉動套繞軸線轉動，從而帶動鑽臂左右擺動。擺動式轉柱結構簡單、工作可靠維修方便。

推進器平移機構

在鑽車中常用的平移機構有機械式平移機構和液壓平移機構兩大類。屬於機械式平移機構的有:剪式、平面四連桿式和空間四連桿式等幾種；屬於液壓平移機構的有無平移引導缸式和有平移引導缸式等。

分類

台車行走機構有軌道、履帶及輪輻式、挖掘式四種。國產鑿岩台車以軌道及輪胎式較多。

軌行式台車

車體一般為門架式，故常稱門架式鑿岩台車。其上部有2～3層工作平台，能安裝多台（可達21台）鑿岩機；下部能通過裝碴機、運輸車輛及其他機具。這種台車具有鑽眼、裝藥、支護、量測等多種功能。它是為了適應大斷面隧道施工的需要，同時克服手持式鑿岩機鑽眼效率低的缺點而發展起來的，在鐵路隧道和水工隧洞施工中被推廣套用。在車體上安裝數個鑽臂(用以安裝鑿岩機，一般1～4台)的可自行的鑿岩機械設備。鑽臂能任意轉向，可將鑿岩機運行至工作面上任意位置和方向鑽眼(孔)。鑽眼(孔)參數更為準確、鑽進效率高、勞動環境大大改善。

台車動力分機械式和液壓式，後者套用較多，自動化程度高，整個鑽眼(孔)程式由電腦控制。在發展過程中，起初採用風動鑿岩機的梯架式鑿岩台車，逐步為用液壓鑿岩機的門架式鑿岩台車所代替。

輪胎履帶

主要由柴油機驅動，安裝2～6台高速鑿岩機，車體轉彎半徑小，機動靈活，效率高，一般用於礦山平巷掘進,也可用於隧道及地下工程的開挖。

套用

中國京廣鐵路大瑤山雙線隧道施工中，採用的四臂液壓鑿岩台車,為柴油驅動的特種載重汽車，由氣控液壓操縱,台車全長15米，高4.3米，寬3.5米，重42噸，配備有液壓鑿岩機4台，其鑽鑿速度一般比風動的高50～100%，能量消耗為風動的三分之一，且可減少噪聲；還能根據圍岩硬度調整油量、壓力和活塞衝程，提高鑿岩功效。隨著噴錨支護技術的發展，擴大了全斷面一次開挖的套用範圍，為鑿岩台車提供了有利的使用條件，新型液壓鑿岩機的問世，並用於鑿岩台車上，將使整個隧道及地下工程轉向全液壓大型機械化施工的新階段。

故障分析

前期故障

前期故障，即由於設計不周密等引起的故障，主要反映在以下幾個方面：

1　新車無法定位

新車剛到位時，鑽臂端千斤頂支腿控制採用左端橫向縱向聯動，右端橫向和縱向聯動，聯動的支腿油缸同時伸出同時縮回。這樣，定位時，當縱向支腿觸地後，系統壓力油通過安全閥卸壓回油，定位操作被迫中止。將聯動方式改為：左右端的橫向聯動和左右端的縱向聯動，或者改變聯動控制為單獨控制，鑿岩台車都可以實現定位。

2　安全閥靈敏度不高，引起故障

定位系統鑽臂端千斤頂支腿可縱向伸縮，也可橫向伸縮，正確的定位方法是：鑽孔前先橫向伸出，後縱向伸出，鑽孔完成後，先縱向縮回後橫向縮回。如果操作順序有誤，由於定位系統所依的安全閥靈敏度不高，就會使得定位壓力驟增時，出現使用初期的“定位爆管、漏油”等故障，既浪費，又耽誤隧道作業時間。

3　誤操作引起的故障

雖然定位泵停止了工作，但定位系統仍有壓力，如果誤碰或誤操作控制手柄，將可能產生故障，甚至造成事故。只要對液壓系統進行適當改進，就可實現誤操作過載保護，在爆管前泄油，定位系統得到保護，並可提高台車鑽孔時定位系統的可靠性，消除事故隱患。

4　壓力油路過濾系統不完善引起的故障

由於NH178鑿岩台車壓力油路過濾系統的原理是當過濾器堵塞時，壓力油不回油箱，而是繼續進入系統。這樣就很容易引起系統失控，使用初期常出現的推進油缸失控就是這個原因。對壓力油路過濾系統改進即可減少系統失控故障。

使用性故障

使用性故障就是使用過程中不熟悉設備的工作原理，使用不當，設備常常帶病工作，使得設備長期失去許多應有的安全保護措施，智慧型控制功能不完善引起的故障。故障出現後，對設備損害很大，常見的使用性故障有：

1　水路引起的故障

蓄水池等水源不乾淨，機內水濾網就會堵塞破損，如不及時檢查更換，砂石進入後會引起增壓水泵葉片打碎或加速磨損，這樣，工作水壓下降，水控氣閥打不開，全車氣路控制部分不能工作。如果想繼續工作，就必須改變氣路，拔掉N8氣管，使得氣路不受水壓控制，台車低水壓工作。由於水控氣閥不動作，斷水時就不能停鑽，必然發生卡釺，旋轉馬達受阻，油壓急劇升高，這時，防卡釺閥再不動作，就不能泄壓回油，定會發生鑽桿鑽頭卡死，液壓油管破裂，系統漏油或油溫升高現象。水路中，液壓油散熱器循環不良也會引起油溫高。

2　壓力表損環引起的故障

九路壓力表分別對三個臂的防卡釺壓力、定位壓力、推進返回壓力起著監測作用，三個衝擊壓力表可以監測三個臂的衝擊壓力，如果這些壓力表損壞後不及時更換，就會出現下述問題：（1）由於液壓元件磨損，壓力油泄漏，使得液壓系統失去控制，不能正常工作；（2）或者為了工作盲目調高壓力，就會經常出現油管爆裂、漏油。在現場發現：三個臂的推進壓力為正常壓力的1.2-1.5倍；三個臂的推進返回壓力為正常壓力的2-2.5 倍；三個臂的衝擊壓力也偏高；防卡釺沒能協調工作，初卡釺時不返回，經常爆管、漏油，這些都是壓力表損壞後，調高壓力，勉強工作造成的故障。同時，這也是鑽頭、鑽桿超耗的原因之一。

3　回油系統故障

回油過濾器在回油系統中起過濾雜質和散熱冷卻作用。回油過濾器的工作情況通過感應器傳到配電櫃的報警電路，回油警示燈亮時，提示更換回油過濾器。如果由於感應器損壞，又不及時更換，回油過濾器的工作情況就會惡化。首先是堵塞引起回油壓力增高、散熱差，再不更換回油過濾器，就會引發液壓元件磨損泄漏，液壓管路爆裂。

4　電路引起的故障

鑿岩台車採用高壓供電，低壓控制。電路出現故障後勉強工作就會失去平衡，電器元件發熱間接影響液壓油溫，如充電器損壞不修理就會引起控制變壓器發熱，而脈衝發生器損壞就會引起潤滑油不工作，磨損鑿岩機，引起漏油、升溫。

5 油料選用不當引起的液壓系統故障

液壓油、液壓油管在鑿岩台車的使用中，對鑿岩台車的性能影響非常大。如果不按標號、特性選用合格的液壓油，那么液壓油的機械雜質含量就偏高、含有水分、抗磨性不好；如果選用的液壓油管是偽劣產品，特別是超過保質期的積壓產品，使用時就會出現內層脫落，有的接頭加工粗糙，殘屑就會進入液壓系統；這些都會引起油路不暢，造成油缸、馬達早期磨損，液壓閥堵塞或磨損，最終導致內泄外漏，壓力不足，控制失靈，要想工作只能是調高壓力，強制鑽孔，為液壓系統埋下故障隱患。

同時，液壓系統在組裝時帶入系統的固有雜質，及使用過程中產生的氧化物和維修裝配時外界侵入的粉塵、水、空氣等污染物都會直接或間接引起各種故障，只要加強系統的污染控制，保持系統清潔，就會減少和避免故障發生。

岩台車的發展趨勢

隨著電液比例技術和自動化技術的發展及其在鑿岩台車上的套用，鑿岩台車呈現出從機械化向自動化、環保化、多樣化發展的趨勢。

鑿岩台車的全自動化發展趨勢

隨著液壓控制和電子技術的發展和套用，鑿岩循環已實現自動化，即自動開孔、防卡釺、自動停機、自動退釺、台車和鑽臂自動移位、定位以及遙控作業系統等。全自動化的台車被稱為鑿岩機器人。由於這類鑿岩機器人主要用於隧道的開挖，又被稱為隧道鑿岩機器人。挪威、日本、法國、美國、英國、德國、芬蘭、瑞典及俄羅斯等國家的多家企業相繼參與了全自動化鑿岩機的研製工作。特別是近年來，液壓控制技術和計算機技術的結合更促進了鑿岩技術的進步，自動化鑿岩及自動鑿岩台車也相繼出現，並已達到實用化的程度。

鑿岩台車的環保化發展趨勢

為了降低噪聲，保護操作人員的健康和改善工作環境，一般選用液壓鑿岩機。這是因為液壓鑿岩機噪聲小，不會排出油霧和有害氣體。與氣動鑿岩機相比，液壓鑿岩機還具有動力消耗少、能量利率高、鑿岩效率高、沒有排氣噪聲等優點。但是，液壓鑿岩機產生的噪聲聲壓級仍高於90dB(A)，達到100dB(A)左右，且聲能主要集中於1kHz一5kHz頻率段，仍在人耳敏感頻率範圍內。若不採取噪聲防護措施，對施工人員的身體健康仍然有害。液壓鑿岩機的噪聲源主要有衝擊機構產生的噪聲、迴轉機構產生的噪聲和釺頭破碎岩石產生的噪聲。液壓鑿岩機的噪聲主要由結構噪聲引起，液壓鑿岩機結構間隙、蓄能器參數、撞擊材料的特性以及連線件的鬆緊度等都是影響液壓鑿岩機噪聲的因素。要降低液壓鑿岩台車的噪聲，應綜合採取多種措施。研究人員除了對液壓鑿岩機結構進行技術攻關、技術改造外，還在遠距離有線無線控制和設計研製全隔音駕駛室等方面取得了很大突破。

鑿岩台車的多樣化發展趨勢

2009年世界上各大公司液壓鑿岩台車的鑽臂、推進器和操縱系統等主要部件都已實現標準化和系列化。適用範圍廣，零件通用率高，可根據用戶的不同要求組裝成各種型式的台車，實現了品種的多樣化，同時縮短了產品設計周期，產品更新換代快。

國外大型台車有定型和非定型兩類。定型台車的工作斷面規格、鑽臂及其布置、鑿岩機、推進器配套規格，鑽臂安裝基座構件型式、鑽車底盤等均是定型的。當定型鑽車不能適應工程要求(主要是工作斷面、鑿岩生產率和臂數不足)時，則採用專門設計的非定型鑽車。它的主要工作部件如鑽臂、鑿岩機、推進器等與定型鑽車是通用的，不同之處在於根據用戶對掘進尺寸、形狀、掘進速度等不同的要求選配鑽臂數、鑽臂在斷面的布置、安裝基座構件型式、底盤型式、舉升工作平面數量、液壓系統等[8]。
另外為了適應各種施工的需要，鑿岩台車還向著大型化和小型化的方向發展。