徐卸南，何興齡

（浙江衢州煤礦機械總廠股份有限公司，浙江 衢州 324000）

1 前言

氣動鑿巖機以壓縮空氣作為動力，工作壓力對性能參數(shù)構成直接的影響，是其重要的工作參數(shù)。 目前按照國際和國家標準，性能參數(shù)檢測壓力采用0.63 MPa， 在我國礦山和其它施工現(xiàn)場，受壓氣設備和輸送管路的影響，實際壓力往往低于0.63 MPa，造成鑿巖機使用性能降低，根據實際工作壓力對鑿巖機的性能參數(shù)進行估計，對鑿巖機的合理使用有重要的意義。

國外前蘇聯(lián)、美國礦務局和國內有關單位對工作壓力的影響從理論和試驗方面均進行過相關的工作，但對性能參數(shù)的試驗尚未采用近代的方法。

本文采用應力波法，針對不同機型研究了工作壓力對鑿巖機性能參數(shù)的影響，給出了較精確的結果， 可為氣動鑿巖機的設計和使用提供參考。

2 理論基礎

2.1 氣動鑿巖機的主要性能參數(shù)計算

（1）沖擊能量：鑿巖機活塞單次沖擊向釬桿中輸入的能量

式中 E——沖擊能量，J

P——工作壓力，MPa

A——沖程活塞有效受壓面積，mm2

D——氣缸缸徑，mm

d——活塞螺旋棒直徑，mm

S——活塞行程，mm

Ke——沖擊能修正系數(shù)，Ke=0.45～0.55；在忽略螺旋棒影響時，取Ke=0.4

（2）沖擊頻率：鑿巖機活塞每秒的沖擊次數(shù)

式中 f——沖擊頻率，Hz

m——活塞質量，kg

（3）沖擊功率：是評價沖擊式鑿巖機工作能力的綜合指標。 由沖擊能量和沖擊頻率計算得出：

式中 N——沖擊功率，kW

試驗表明：鑿速正比于沖擊功率。

式中 PV——鑿速

CV——巖石破碎比能

A——鑿孔斷面積

η——鑿入效率

表1 給出三種氣動鑿巖機的結構參數(shù)及性能參數(shù)的技術指標和計算結果。

表1 氣動鑿巖機的性能參數(shù)的技術指標和計算結果（P=0.63 MPa）

理論分析表明：三種鑿巖機性能指標的理論計算值和標識的技術指標十分貼近，說明上述理論式基本適用于氣動鑿巖機性能參數(shù)的計算。

2.2 性能參數(shù)和工作壓力的關系

由理論計算式可以得出性能參數(shù)和工作壓力的關系為

式中 CE——與沖擊能量相關的系數(shù)

Cf——與沖擊頻率相關的系數(shù)

CN——與沖擊功率相關的系數(shù)

對于給定的三種鑿巖機可由其結構參數(shù)，得到其性能參數(shù)和工作壓力的理論關系式（見表2）。

表2 氣動鑿巖機性能參數(shù)和工作壓力的理論關系式

3 測試系統(tǒng)

圖1 氣動鑿巖機械沖擊性能測試系統(tǒng)

氣動鑿巖機沖擊性能測試系統(tǒng)如圖1 所示，被測樣機、 帶測桿的吸能器安裝在立式臺架上。推進缸給氣動鑿巖機施加推力。測桿需要足夠的長度，以準確地捕獲入射應力波形，避免反射波的干擾，其一端置于吸能器中。 吸能器采用長管結構，內置摩擦片和吸能材料，模擬實際工作過程中能量被不斷吸收的情況，并消除了釬桿的多余振動，也提高了應變片的使用壽命。

在釬桿上兩組應變片相對粘貼于釬桿兩側，串聯(lián)作為半橋的一臂檢測釬桿中之縱波。 橋路中測取的電壓經應變儀適當放大， 輸入到數(shù)據采集系統(tǒng)，依次準確地俘獲每次沖擊的入射應力波，經數(shù)據采集系統(tǒng)A/D 變換， 通過接口輸入微機進行數(shù)據處理。 得到連續(xù)25 次沖擊的測桿最大應力、沖擊能和沖擊頻率及其統(tǒng)計值。 由打印機給出相應的數(shù)字結果和四條應力波形采樣曲線。

工作壓力測試用安裝在氣罐車上的壓力傳感器完成，經由二次儀表放大，送入數(shù)據采集系統(tǒng)的A/D 板進行轉換， 調入微機進行數(shù)據處理、打印和繪圖。

4 試驗工作

對三種機型（YT28，YT24，Y18），每種取三臺樣機，在三種工作壓力（0.6，0.5，0.4 MPa）下進行應力波沖擊性能試驗， 每種情況取兩次試驗記錄，其試驗記錄如圖2 所示。

各種情況下的試驗結果見表3（見下頁）。

5 數(shù)據分析

由三種機型三臺樣機在鄰近0.5 MPa 工作氣壓（最接近目前工作實際氣壓）下試驗結果的綜合平均值，得出相關系數(shù)：

式中 CE，Cf，CN， 分別為每種樣機在鄰近 0.5 MPa 工作氣壓情況下三臺樣機的綜合均值，擬合得到其性能參數(shù)和工作氣壓的關系式E=CEP，f=如表 4 所示：

圖3 給出了YT24 氣動鑿巖機沖擊性能參數(shù)（E，f，N）隨壓力變化的理論和擬合關系曲線。

圖3 表明：

（1）理論關系曲線和根據試驗結果做出的擬合關系曲線相近，擬合曲線得出的性能參數(shù)值略高于理論值。

（2）表5 列出了各測試值對應的理論和擬合計算值，并進行了誤差分析。

表3 氣動鑿巖機沖擊性能試驗結果

續(xù)表3

表4 試驗結果綜合平均值（≈0.5 MPa）和擬合關系式

表5 YT24 氣動鑿巖機測試、理論和擬合計算值及誤差分析

續(xù)表5

圖3 沖擊性能參數(shù)隨壓力變化的理論和擬合關系曲線

分析表明：理論和擬合計算值的最大誤差在10%左右， 最大誤差出現(xiàn)在低壓區(qū) （鄰近0.4，MPa）。

6 結語

（1）理論分析表明：氣動鑿巖機性能參數(shù)（沖擊能量E、沖擊頻率f、沖擊功率N）和工作壓力P存在下述函數(shù)關系：

式中相關系數(shù)CE、Cf和CN可由鑿巖機的結構參數(shù)（氣缸直徑、行程、活塞質量）計算得出；亦可根據一確定工作壓力（文中為鄰近0.5 MPa）的測試結果擬合確定；

（2）對三種（YT28、YT24、Y18）機型，每種取三臺樣機在不同工作壓力下應力波沖擊性能試驗測定表明，試驗結果和理論及擬合關系曲線很好地一致，其最大誤差在10%左右。

本工作可為氣動鑿巖機的設計、研究、使用提供參考。

［1］張玉成.鑿巖機械講座介紹和氣動鑿巖機參數(shù)計算[J].鑿巖機械氣動工具，2000（2）.

［2］ Geroge B clark，胡銘 譯.鑿巖原理與鉆頭磨損[Z].貴陽釬鋼研究所情報室.