作者：黄开启、古莹奎 编著
出版社：化学工业出版社
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矿山工程机械试读：
前言
20世纪以来，矿产资源被人类持续、大规模、掠夺性地开发，资源枯竭与社会需求的矛盾日显突出。如何保持矿产资源的可持续发展和利用已成为国家层面上的重要课题，而作为矿业工作者，我们的责任就在于如何更科学、合理、高效地开采矿业。
采矿工业是一种最基础的原材料工业，在人类现代文明的进程中，采矿业是最早兴起的工业之一。采矿工程是一个庞大而且复杂的系统工程，牵涉面很广，综合性很强。除采矿方法本身以外，它由开拓、运输提升、供电、排水、充填、供气、供水和通风系统等8大系统构成，缺一不可。采矿生产是从地壳中将可利用物质开采出来的行为、过程或作业，直接为矿物加工工程提供矿石，然后成为能源、冶金、化工、建材等行业的原料。而要完成这样一种工程行为，劳动者和管理者必须对采矿工艺流程和支撑采矿工程的相关专业知识有足够的了解和掌握。《新编采矿实用技术丛书》(下简称《丛书》)是在原《采矿实用技术丛书》的基础上重新编著的。《丛书》根据我国矿山企业生产的发展特点和实际需求进行改编，增加了采矿生产技术的最新研究成果，并新增了矿山法律法规解读和矿山数字化方面的内容。全书共有11个分册，即《矿床地下开采》、《矿床露天开采》、《矿山地压测试技术》、《井巷工程》、《矿山工程爆破》、《矿井运输与提升》、《矿井通风与防尘》、《矿山安全工程》、《矿山工程机械》、《计算机在矿业中的应用》和《矿山安全生产法规读本》。《丛书》结合矿山生产实际，强调实用性与可操作性。从采矿的基础知识入手，深入浅出，图文并茂，通俗易懂，可读性强。《丛书》分册作者具有多年的教学和科研实践经验，从而使图书的内容更符合矿山技术人员的需求，也为生产管理人员提供了有益的借鉴。《丛书》适合矿山采矿工程技术人员、劳动者、矿山企业领导、技术和安全生产管理人员阅读，也可作为矿山企业采矿工程的培训教材。同时，也可选作矿业类大专院校相关专业教材或教学参考书。编者前言
金属矿山开采是一项庞大而复杂的系统工程，它的工艺环节众多，设备数量大，设备规格差异悬殊。矿山工程机械是保障企业生产活动正常进行的命脉，科学而合理地进行矿山工程机械的选型、安装、运行与维护保养是提高矿山工程机械的可靠性、延长其使用寿命、提高企业经济效益的重要手段。《矿山工程机械》是《新编采矿实用技术丛书》的一种。
本书内容密切联系矿山生产实际，全书共分12章，主要内容包括目前我国金属矿山使用的凿岩机、凿岩钻车、牙轮钻机、潜孔钻机、装载机、单斗挖掘机、矿山运输机械、带式输送机、矿井提升设备、矿山排水设备、矿井通风设备和矿山压气设备，介绍了这些设备的工作原理、结构、主要性能参数的选择与计算、操作与使用、维护保养与检修以及常见故障的分析与排除方法。
本书可作为高等院校机械工程、矿山机械、采矿工程等专业的教学用书，也可作为从事矿山工程机械设计、制造、使用与维修和管理等工程技术人员的参考书和培训教材。
由于编者水平有限，书中难免有不足之处，恳请同行及读者批评指正。编著者第1篇 钻孔机械第1章 凿岩机1.1 概述
凿岩机是用来对石方进行钻孔等作业的机械化设备。钻孔爆破法是最常用的采矿方法。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，然后装药爆破，最后将爆破后的碎石由装岩设备运走，实现凿岩和掘进。钻孔爆破法作业循环包括钻孔、装药、爆破、出渣、喷锚支护等过程，如图1-1所示，钻孔爆破法施工中使用的凿岩机械有凿岩机和凿岩台车。图1-1 钻孔爆破法作业循环示意图1.1.1 凿岩机的基本原理
凿岩机实际上是一只双作用的活塞式气动(或液动)工具，其工作原理如图1-2所示。在汽(或液压)缸两腔压力差的作用下，活塞1在汽缸中往复运动，冲击钎杆尾部(即钎尾2)进行凿岩作业，活塞在回程时带动钎杆转动一定角度。这样，活塞每冲击一次，钎杆就转动一次。钎杆和钻头是凿岩机的工作装置，钻杆由杆柄、杆身和杆头(钻头)三部分组成。图1-2 冲击式凿岩作业原理1—活塞；2—钎尾；3—接杆套；4—钎杆;5—钻头
凿岩设备的发展历史较久，1844年生产出第一台气动凿岩机。20世纪70年代，液压凿岩机开始投入使用，并迅速占领了大部分国外市场，与此同时，电动凿岩机、内燃凿岩机也有了较大发展。
根据采用的动力不同，凿岩机可分为气动凿岩机、液压凿岩机、内燃凿岩机和电动凿岩机等。1.1.2 冲击式凿岩原理
凿岩机是依靠冲击载荷破碎中硬岩石进行钻孔。冲击式凿岩(见图1-3)是周期性地向钎头施加一个垂直于岩石表面的冲击力F，在这个冲击力的作用下，使钻头凿入岩石一个深度h，其破碎岩石的面积为Ⅰ—Ⅰ。为形成一个圆形炮孔，钎子每冲击一次就旋转一个角度β，然后进行新的冲击，相应的破碎面积为Ⅱ—Ⅱ，在两次冲击之间留下来的扇形岩瘤，将借钎头切削刃上产生的水平分力T剪碎，重复运动，即形成一个具有一定深度的圆形炮孔。为保证钎头持续有效地进行凿岩作业，还必须把凿岩过程中形成的粉尘及时从炮孔中排出。图1-3 冲击凿岩原理及受力分析
在凿岩过程中，凿岩机的活塞以一定速度冲击钎尾(或钎杆)时，由于作用时间极短(几十微秒内)，在互相撞击部分，作用力由零骤增至几十千牛，再经几百微秒又重新下降到零。因此已不能用牛顿定律进行研究，能量是以应力波的形式进行传递的。钎尾(或钎杆)端部受到冲击后，如果钎头与孔底之间在应力波到达时已接触良好，则大部分能量将以压应力波形式进入岩石，使凿入区的应力状态迅速提高，完成钎头凿入岩石的过程，仅有一小部分作为拉应力波反射回去。
国内外学者大量的理论分析和试验研究表明，缓和的入射波形比陡起的波形有较高的凿入效率；细长的活塞，入射波幅低而作用时间长；短粗的活塞，入射波幅高而作用时间短。因此细长活塞比短粗活塞的凿入效率高。这也是液压凿岩机的凿岩速度高于同量级气动凿岩机的理论依据。
为了取得较高的凿入效率，钎头必须与孔底岩石保持良好的接触。此外，为了克服活塞前冲时使凿岩机的机体产生后坐力现象，必须对凿岩机施加轴向推力。钻孔时，如推力过大，势必既增加了回转阻力，又加大了钎头的磨损；如推力过小，则钎头跳离孔底，使入射波达到钎头时，不能有效地将冲击能量传递给岩石，影响凿入效率，且钎杆内反射回的拉应力波增大，使钎杆寿命缩短。另外，机体后坐，导致活塞行程减小，使冲击能下降，凿岩速度降低。因此，在一定的条件下，把接近最高凿岩速度而又使钎头磨损最小的轴推力称为最优轴推力。1.2 凿岩钎具
通常把凿岩机使用的凿岩工具称为钎具(含钎尾、钎杆、钎头等)，把潜孔钻机等使用钻凿大孔径的工具称为钻具(含钻杆、钻头等)。因为它们对凿岩速度有较大影响，所以只有正确选择钎(钻)具，才能充分发挥凿岩机的效率。1.2.1 钎具的组成与分类
手锤打眼所用的凿岩工具俗称为钎子，现用浅孔凿岩工具也习惯上称为钎子，在本书称凿岩工具为钎具。一根钎具至少由钎头6、钎杆4和钎尾2构成，如图1-4所示。图1-4 钎子的结构(整体钎)1—钎尾端面；2—钎尾；3—钎肩；4—钎杆；5—冲洗孔；6—钎头
钎尾插入凿岩机转动套筒内，通过钎尾把冲击能量、回转扭矩和冲洗介质传递给钎杆和钎头。钎肩的作用是限制钎尾的长度和防止钎尾从套筒中脱出。钎尾的端面必须平整光滑，质量好，保持适当的硬度和良好的韧性。钎杆把钎尾传来的冲击能量、回转扭矩和冲洗介质传给钎头。钎杆也需要有较高的强度和刚度，而且要吸振。钎头承受由钎尾和钎杆传来的冲击能量、回转扭矩和冲洗介质，在孔底直接破碎岩石，并回转变换凿岩位置以及排除岩屑。钎尾、钎杆、钎头的形式与尺寸应与凿岩机的类型、凿岩参数、钎杆形式和尺寸、岩石性质等相适应。因钎具不但经受反复的冲击力(产生多次拉压交变应力)，还要承受扭矩、弯曲、摩擦与磨损以及冲洗介质的腐蚀等作用，其工作条件是异常复杂与恶劣的。因而在各种采掘作业中，钎具的消耗量是很大的，所以对钎具的结构、材料、制造工艺以及使用技术进行综合研究，以提高破碎岩石的有效性和延长钎具的使用寿命，具有非常重要的意义。
中深孔凿岩因炮孔较深，使用一根钎杆已不可能，必须用连接套(接杆套)把多根钎杆连接起来，使钎杆长度满足钻凿炮孔的要求，这种钎具称接杆钎，如图1-5所示。图1-5 接杆钎1—钎尾；2—连接套；3—钎杆；4—钎头1.2.2 钎头与钎杆的连接
活钎头与钎杆间的连接应满足钎头的拆卸与安装简单方便，易于加工制造，连接紧固可靠，能量传递效率较高等。活杆头常用的连接形式有螺纹连接和锥体连接两种。采用螺纹连接的钎头结构可分为两种：一是钎头具有阳(外)螺纹，借助连接套与钎杆连接；二是钎头具有阴(内)螺纹，直接与具有阳(外)螺纹的钎杆连接。后者用得较多，如图1-6所示。结构上的特点是阴螺纹中径要比阳螺纹中径略大一些，在安装好后具有0.25mm以上的间隙，使其在冲击力作用下有一定变形的可能。图1-6 钎杆与钎头螺纹连接
常用的螺纹形式有波形螺纹、反锯齿形螺纹和梯形螺纹，螺纹的旋向为左旋(即与凿岩机回转机构的旋转方向相反)。
也有采用锥体连接的钎头。锥体连接属于过盈配合，钎杆的锥体压入钎头的锥孔中，利用接触面的摩擦力来传递冲击力和扭矩，使二者不致产生松动和滑脱。锥体连接加工简易、坚固耐用，故小直径钎头广泛使用此种连接。锥体连接的参数和精度对连接质量有重要影响。锥角越小，连接性越好，但拆卸性越差。我国的标准是：钎头直径小于或等于35mm的采用4.8°锥角，直径在36～43mm的采用7°锥角，直径在45mm以上的采用12°锥角。1.2.3 钎头的类型与优缺点与适用范围
根据钎头所镶嵌的硬质合金的形状不同，钎头分为刃片钎头、球齿钎头和复合片齿钎头三大类。
(1)刃片钎头 根据刃片钎头布置形式分为一字形、三刃形、十字形、X形等，如图1-7(a)～(f)所示(我国所使用的)。图1-7 钎头的类型(从端面看)(注：直径范围32～127mm锥体连接或螺纹连接)
此种钎头的优点是：
① 整体坚固性好，可钻凿任何种类的岩石。
② 寿命长。
③ 合金利用率较高，合金片残留刃高，可降至8mm以下，且可回收利用。
此种钎头的缺点是：
① 最大直径受限制(一字形、三刃形不大于45mm，十字形不大于64mm，X形一般不大于89mm)。
② 钎刃受力与磨损不均匀，导致钎刃外缘破岩效率低而磨损快，钎刃中心部分则原地重复破碎岩石，磨损缓慢。
③ 修磨频繁，造成总的凿岩效率低，工人劳动强度大。
目前，许多工业发达国家已淘汰了一字形刃片钎头。
(2)球齿钎头 一般按照齿数来划分，如3齿、4齿、…、22齿等，如图1-7(g)～(i)所示。它是在20世纪70年代伴随液压凿岩机而迅速发展起来的。这是因为液压凿岩机能提供强大而平缓的冲击能量，使单齿体积较小、齿冠较钝的球齿钎头和单片体积较大、刃锋锐利的片状钎头一样，都能够有效地凿岩。
此种钎头的优点是：
① 布齿自由，可根据凿孔直径和破岩负荷大小，合理确定边齿、中齿数目和位置。
② 破岩效率高，既可有效地消除破岩盲区，又避免岩屑的重复破碎。
③ 不修磨,寿命长，重磨工作量小。
④ 钎头直径不受限制。
此种钎头的缺点是：
① 边齿承受弯曲应力，抗冲击能力低。
② 外缘钢体接触矿岩，抗径向磨损能力低。
③ 不适用于单轴抗压强度σ≥350MPa的极坚韧矿岩。D
(3)复合片齿钎头(简称复合钎头) 复合钎头分三刃一齿型、四刃一齿型、五刃二齿型、八刃八齿型等，如图1-7(j)～(l)所示。此种钎头保留并发扬了刃片钎头和球齿钎头的优点，同时又避免其缺点。
此种钎头的特点是：
① 整体坚固性好，边刃与中齿均承受压应力，刃锋尖锐，可钻凿任何岩石。
② 众多边刃外侧直接接触眼孔壁岩石，抗径向磨损能力强。
③ 边刃与中齿受力与磨损均匀，钝化周期较长。
④ 钎头直径不受限制。
⑤ 边刃可用小规格砂轮修复，且合金磨损量小，重磨损量小，重磨费用降低。
⑥ 使用寿命长，为同直径刃片钎头或球齿钎头寿命的2倍以上。
⑦ 合金有效利用率高，残留刃齿可回收利用。1.2.4 钎头的使用与维修
(1)钎头的合理使用 选择适合现场具体岩石条件的钎头(包括类型、直径、质量等)是用好钎头的前提，现各技术先进国家对每种钎具适用的凿岩条件都有比较明确的范围。
选好钎头之后，合理地操作、使用和维护是影响钎头寿命的关键。操作者除遵守操作规程外，还要特别注意调节轴推力，尽可能保持在最优范围内。这样不但使凿岩速度加快，且延长钎具寿命。凿岩过程中，注意保持冲洗水的水压和水量，以便保证孔底的干净，以减少钎头磨损，并可减少卡钎事故，提高凿岩效率。对于螺纹连接的钎头，必须对螺纹部分经常用润滑油加以润滑，以便于拆卸钎头，并可保持不受腐蚀和生锈。锥体连接的钎头不要用敲打的方法拆卸钎头，应使用拔钎器。在钻进过程中，发现钎头合金片(齿)有破裂或折断时，应立即停机，吹净孔内粉尘，取出合金碎块(遗留在孔内的任何碎块都会毁坏新换的钎头)。另外，建议配备经过技术培训的专职钎头修磨工。
(2)钎头的合理修磨 钎头的状况对凿岩机的凿岩速度影响很大，钎头合金刃(齿)用钝后，就需要修磨，以延长其使用寿命，并保持有效的凿岩。
因一字形钎头在矿山将逐渐被淘汰，故不再赘述。
① 十字形、X形钎头的修磨。用样板在距钎刃外缘5mm处测量钝台宽度，如超过规定值时，就要修磨。十字形钎头测量与修磨情形，如图1-8所示。图1-8 十字形钎头测量与修磨
修磨时为避免局部过热，钎刃的前端要有充足的冷却液，并不断转换钎头的修磨位置。修磨后，钎刃在D/10处应保留0.5mm的旧钝台。尽量避免把钎刃磨斜，如有斜度，以不超过15°为限。
修磨十字形、X形钎头，可以利用成形砂轮改装现用砂轮机，也可购置专用钎头磨床。
② 球齿钎头修磨。初创时的球齿钎头，是不需修磨的。凿岩试验表明：φ35～43mm锥体连接三、四、五、六齿的钎头和φ45mm/φ50mm螺纹连接六、七、九齿的钎头，即使不重磨，其综合技术经济效果(特别是在缩短凿岩时间和改善工人劳动条件方面)已经十分明显。但是，由于球齿钎头在结构参数、材质、固齿工艺等方面的技术进步，已使它具备了重磨条件。为了发挥球齿钎头的潜能，使其优越性得以更充分地发挥，所以钎头重磨已成为必要，但其修磨的间隔时间为刃片钎头的3～5倍。球齿钎头上的球齿表面磨损情况，如图1-9所示。周边齿的磨损比较严重，钝台为不对称椭圆形[见图1-9(a)]；中间齿较轻，磨损后为圆形[见图1-9(b)]，钝台宽度为b，磨钝的标准是b不大于球齿直径d的1/20，修磨时，为了恢复球齿表面形状和圆弧半径，要将球齿上部分硬质合金2磨去[见图1-9(c)]。图1-9 球齿的磨损与修磨2—球齿磨损部分；2—硬质合金（修磨部分）；d—球齿直径；b—钝台宽度1.3 气动凿岩机1.3.1 气动凿岩机的结构组成
气动凿岩机类型很多，但其结构组成基本相同，都包括冲击配气机构、回转(转钎)机构、排粉系统、润滑系统、推进机构和操作机构等。而气动凿岩机之间的主要区别在于冲击配气机构和回转(转钎)机构。
(1)冲击配气机构 冲击配气机构是气动凿岩机的最主要机构，由配气机构、汽缸和活塞以及气路等组成。凿岩机活塞的往复运动以及活塞对钎具的冲击是凿岩机的主要功能。活塞的往复运动是由冲击配气机构实现的。因而，配气机构制造质量和结构性能，直接影响活塞的冲击能、冲击频率和耗气量等主要技术指标。配气机构有三种，即从动阀式、控制阀式和无阀式。
① 从动阀式配气机构。在这种配气机构中，从动阀位置的变换是依靠活塞在汽缸中往复运动时，压缩的余气压力与自由空气间的压力差来实现配气阀换向的，缺点是灵活性较差。
② 控制阀式配气机构。在这种配气机构中，阀的位置是依靠活塞在汽缸中往复运动时，在活塞端面打开配气口之前，经由专用孔道引进压气推动配气阀来实现的。控制阀式配气结构的优点是动作灵活、工作平稳可靠、压气利用率高、寿命长；缺点是形状复杂，加工精度要求较高。
③ 无阀式配气机构。此种凿岩机没有独立的配气机构(没有配气阀)，是依靠活塞在汽缸中往复运动时变换位置来实现配气的。它又可分为活塞配气和活塞尾杆配气两种。无阀式配气机构的优点是结构简单、零件少、维修方便，能充分利用压气的膨胀功，气耗量小，换向灵活、工作平稳可靠；不足之处是汽缸、导向套和活塞同心度要求高，制造工艺性较差。
(2)回转(转钎)机构 气动凿岩机常用的回转机构有内回转和外回转两大类。内回转凿岩机是当活塞往复运动时，借助棘轮机构使钎杆做间歇转动。内回转的转钎机构有内棘轮转钎机构(用于手持式、气腿式、向上式凿岩机，如YG40型凿岩机)和外棘轮转钎机构(用于YG80等型号凿岩机)两种。外回转的转钎机构是由独立的气(风)动马达带动钎杆做连续回转的(如YGZ90型凿岩机)。1.3.2 YT23型凿岩机的构造
YT23型凿岩机可分解成柄体、汽缸和机头三大部分。这三部分用两根连接螺栓连成一体。凿岩时，将钎杆插到机头的钎尾套中，并借助钎卡支持。凿岩机操作手柄及气腿伸缩手柄集中在缸盖上。冲洗炮孔的压力水是风水联动的，只要开动凿岩机，压力水就会沿着水针进入炮孔冲洗岩粉，并冷却钎头。图1-10为YT23型气腿式凿岩机的内部构造。图1-10 YT23型气腿式凿岩机内部构造1—簧盖；2，44—弹簧；3，27—卡环；4—注水阀体；5，8，9，26，32，35，36，66—密封圈；6—注水阀；7，29—垫圈；10—棘轮；11—阀柜；12—配气阀；13，43—定位销；14—阀套；15—喉箍；16—消声罩；17—活塞；18—螺旋母；19—导向套；20—水针；21—机头；22—转动套；23—钎尾套；24—钎卡；25—操纵阀；28—柄体；30—气管弯头；31—进水阀；33—进水阀套；34—水管接头；37—胶环；38—换向阀；39—胀圈；40—塔形弹簧；41—螺旋棒头；42—塞堵；45—调压阀；46—弹性定位环；47—钎卡螺栓；48—钎卡弹簧；49，53，69—螺母；50—锥形胶管接头；51—卡子；52—螺栓；54—蝶形螺母；55—管接头；56—长螺杆螺母；57—长螺杆；58—螺旋棒；59—汽缸；60—水针垫；61，67—密封套；62—操纵把；63—销钉；64—扳机；65—手柄；68—弹性垫圈；70—紧固销；71—挡环
(1)冲击配气机构的工作原理 该凿岩机采用凸缘环状阀配气机构(见图1-11)，其工作原理如下。图1-11 环状阀配气机构配气原理1—操纵阀气孔；2—缸盖气室；3—棘轮孔道；4—阀柜孔道；5—环形气室；6—配气阀前端阀套孔；7—配气阀的左端气室；A—活塞右端面；B—活塞左端面
① 活塞冲程(即冲击行程)。它是指活塞由缸体的后端向前运动到打击钎尾的整个过程。冲程开始时，活塞在左端，阀在极左位置。当操纵阀转到机器的运转位置时，从操纵阀气孔1来的压气经缸盖气室2、棘轮孔道3、阀柜孔道4、环形气室5和配气阀前端阀套孔6进入缸体左腔，而活塞右腔则经排气口与大气相通。此时，活塞在压气压力作用下迅速向右运动，直至冲击钎尾。当活塞的右端面A越过排气口后，缸体右腔中余气受到活塞的压缩，其压力逐渐升高，经过回程孔道，右腔与配气阀的左端气室7相通，于是气室7内的压力亦随着活塞继续向右运动而逐渐增高，有推动阀向右移动的趋势。当活塞的左端面B越过排气口后[见图1-11(a)]，缸体左腔即与大气相通，气压骤然下降。在这瞬时，配气阀在两侧压力差的作用下，阀迅速右移，并与前盖靠合，切断了通往左腔的气路。与此同时，活塞借惯性向右运动，并冲击钎尾，冲程结束，开始回程。
② 活塞回程(即返回行程)。开始时，活塞及阀均处于极右位置。这时，压气经由缸盖气室2、棘轮孔道3、阀柜孔道4及阀柜与阀的间隙、气室7和回程孔道进入缸体右腔，而缸体左腔经排气口与大气相通，故活塞开始向左运动。当活塞左端面B越过排气口后，缸体左腔余气受活塞压缩，压迫配气阀的右端面，随着活塞向左移动，逐渐增加压力的气垫也有推动阀向左移动的趋势。而当活塞的右端面A越过排气孔后[见图1-11(b)]，缸体右腔即与大气相通，气压骤然下降，同时使气室7内的气压也骤然下降，配气阀在两侧压力差的作用下，而被推向左边与阀柜靠合，切断通往缸体右腔的气路和打开通往缸体左腔的气路，而活塞回到了缸体左端，结束回程。压气再次进入汽缸左腔，开始下一个工作循环。
(2)转钎机构的工作原理 YT23型凿岩机的转钎机构如图1-12所示。螺旋棒3插入活塞大端内的螺旋母中，其头部装有四个棘爪2。这些棘爪在塔形弹簧(图中未画出)的作用下，抵住棘轮1的内齿。棘轮用定位销固定在汽缸和柄体之间而不能转动。转动套5的左端有花键孔，与活塞上的花键相配合，其右端固定有钎尾套6。钎尾套6内有六方孔，六方形的钎具插入其中。整个转钎机构贯穿于汽缸及机头中。图1-12 YT23型凿岩机的转钎机构1—棘轮；2—棘爪；3—螺旋棒；4—活塞；5—转动套；6—钎尾套；7—钎具;冲程时各零件动作方向；回程时各零件动作方向
由于棘轮机构具有单方向间歇旋转特征，故当活塞冲程时，利用活塞大头上螺旋母的作用，带动螺旋棒3沿图1-12中虚箭头所示的方向转动一定角度。棘爪在此情况下，处于顺齿位置，它可压缩弹簧而随螺旋棒转动。当活塞回程时由于棘爪处于逆齿位置，在塔形弹簧的作用下，活塞抵住棘轮内齿，阻止螺旋棒转动。这时由于螺旋母的作用，迫使活塞在回程时沿螺旋棒上的螺旋槽依图1-12中实线所示的方向转动，从而带动转动套5及钎尾套6，使钎具7转动一个角度。这样活塞每冲击一次，钎具就转动一次。钎具每次转动的角度与螺旋棒螺纹导程及活塞运动的行程有关。
这种转钎机构的特点是合理地利用了活塞回程的能量来转动钎具，具有零件少、凿岩机结构紧凑的优点；其缺点是转钎转矩受到一定限制，螺旋母、棘爪等零件易于磨损。
(3)炮孔的吹洗与强吹装置 YT23型凿岩机采用凿岩时注水加吹气和停止冲击时强力吹扫两种吹洗方式。凿岩机正常工作中，冲程时有少量压气沿螺旋棒与螺旋母之间的间隙经活塞和钎具中心孔进入炮孔底部；回程时也有少量压气沿活塞花键槽进入钎杆中心孔到炮孔底部与冲洗水一起排除孔底的岩粉。此外，这些少量压气可防止冲洗水倒流入凿岩机的汽缸内。
① 冲洗机构。YT23型凿岩机气水联动冲洗机构的特点是接通水管后，凿岩机一开动，即可自动向炮孔注水冲洗；凿岩机停止工作，又可自动关闭水路，停止供水。吹洗机构安装在柄体后部，由操纵阀手柄控制。
② 强吹气路。当向下凿岩或炮孔较深时，聚集在孔底的岩粉较多，如不及时排除，就会影响正常凿岩作业。这时需搬动操纵阀到强吹位置(见图1-13)，使凿岩机停止冲击，注水水路切断，强吹气路接通，从操纵阀孔1进入大量压气，经气路2～6进入钎杆中心孔7，到孔底强吹，把岩粉排除。为了防止强吹时活塞后退导致从排气孔漏气，在汽缸左腔钻有小孔8，小孔8与强吹气路相通，使压气进入汽缸左腔，保证强吹时，活塞处于封闭排气孔的位置，防止漏气和影响强吹效果。图1-13 YT23凿岩机强吹气路1—操纵阀孔；2—柄体气孔；3—汽缸气道；4—导向套孔；5—机头气路；6—转动套气孔；7—钎杆中心孔；8—强吹时平衡活塞气孔
凿岩结束时，为了使孔底干净，提高爆破效果，也需强力吹气，以便将孔底岩屑和泥水排除。
(4)凿岩机的支撑与推进机构 为了克服凿岩机工作时产生的后坐力，并使活塞冲击钎尾时钎头抵住孔底岩石，以提高凿岩效率，必须对凿岩机施加适当的轴推力。轴推力是由气腿提供，同时气腿还起着支撑凿岩机的作用。
图1-14表示打水平炮孔时，气腿凿岩机的推进及支撑原理。气腿用连接轴与凿岩机铰接起来，气腿的顶尖支撑在底板上，其轴心线与底板成α角。此时，如气腿对凿岩机的作用力为R，则可将R分解为水平分力 R=RcosαH垂直分力 R=RsinαV图1-14 气腿凿岩机的推进与支撑1—连接轴；2—架体；3—气针；4—活塞；5—汽缸；6—伸缩管；7—顶叉
R力的作用，一是平衡凿岩机工作时产生的后坐力R；二是对HF凿岩机施以适当的轴推力，使凿岩机获得最大的凿岩速度，因此，必须保证R≥R。R力的作用在于平衡凿岩机及钎杆的重量。凿岩时，HFV随着炮孔的加深，凿岩机不断前进，气腿的支撑角α逐渐减小。从图1-14力的分解中可以看出，气腿对凿岩机的支撑力逐渐减小，而对凿岩机的轴推力则逐渐增大，因此，在凿岩过程中，要调节气腿的角度及进气量，使凿岩机在最优轴推力下工作，以充分发挥机器的效率。
YT23型凿岩机采用FT160型气腿，如图1-15所示。这种气腿有三层套管，即外管10、伸缩管8及气管7。外管的上部与架体2用螺纹连接，下部安有下管座11。伸缩管的上部装有塑料碗5、垫套6和压垫4，下部安有顶叉14和顶尖15。气管安设在架体2上。气腿工作时，伸缩管沿导向套12伸缩，并以防尘套13密封。图1-15 FT160型气腿的构造1—连接轴；2—架体；3—螺母；4—压垫；5—塑料碗；6—垫套；7—气管；8—伸缩管；9—提把；10—外管；11—下管座；12—导向套；13—防尘套；14—顶叉；15—顶尖
FT160型气腿用连接轴1与凿岩机铰接在一起。连接轴上开有气孔A、B与凿岩机的操纵机构相沟通。从凿岩机操纵机构来的压气从连接轴气孔A进入，经架体2上的气道到达气腿上腔，迫使气腿做伸出运动。此时，气腿下腔的废气，按虚线箭头所示路线，经伸缩管上的孔C、气管7和架体2的气道，由连接轴气孔B至操纵机构的排气孔排入大气。当改变操纵机构换向阀的位置时，气腿做缩回运动，其进、排气路线与上述气腿做伸出运动时正好相反。
(5)操纵机构 YT23型凿岩机有三个操纵手柄，分别控制凿岩机的操纵阀、气腿的调压阀及换向阀。这三个阀构成了气腿式凿岩机的操纵机构。三个操纵手柄都装在柄体上，集中控制，操作方便。
① 凿岩机操纵阀。图1-16所示为凿岩机操纵阀的构造，A—A剖面中的a孔是沟通配气装置和汽缸的气孔，共有两个；B—B剖面中的b孔是当凿岩机停止冲击时进行小吹气的气孔，B—B剖面中的c孔是凿岩机停止工作时进行强力吹气的气孔，其中c孔断面积大于b孔断面积。图1-16 操纵阀的构造
图1-17表示操纵阀的五个位置。图1-17 操纵阀和调压阀的操作部位
位置0——停止工作，并停气、停水。
位置1——轻运转，注水、吹洗。图1-16中的a孔部分被接通。
位置2——中运转，注水、吹洗。a孔接通面积稍大一些。
位置3——全运转，注水、吹洗。a孔全部接通。
位置4——停止工作，停水，强力吹洗。此时图1-16中的a孔不通，c孔接通强力吹洗气路。
强力吹洗后，手柄再回到0位。
② 气腿调压阀与换向阀。这两个阀组合在一起，分别用两个手柄控制。它们都是用来控制气腿运动的。两者相互配合，但又互相独立。调压阀控制气腿的运动，调节气腿的轴推力，以适应凿岩机在各种不同条件下对轴推力的不同要求。换向阀除配合调压阀使气腿运动外，还控制气腿的快速缩回动作。
(6)凿岩机与气腿的润滑 凿岩机及气腿内的所有运动零件都需要润滑，方可保证机器的正常作业和延长机器的使用寿命。现代凿岩机的润滑，一般均在进气管上连接一个自动注油器，实行自动润滑。
YT23型凿岩机的润滑采用FY200A型自动注油器，它的构造如图1-18所示。图1-18 FY200A型自动注油器1—管接头；2—油阀；3—调油阀；4—螺母；5，9—密封圈；6—油堵；7—油管；8—壳体；10—挡圈；11—弹性挡圈
该注油器的容量为200mL，可供凿岩机工作2h。当凿岩机工作时，压气沿箭头方向进入注油器后，一部分压气顺孔a经孔b进入壳体8内，对润滑油施加一定压力。同时，由于孔c的方向与气流方向相垂直，故在高速气流的作用下，在c孔口产生一定负压(吸力)，使壳体内有一定压力的润滑油沿油管7和孔d流到c的孔口，被高速压气气流带走，形成雾状，送至凿岩机及气腿内部，润滑各运动零件。油量的大小，可用调油阀3进行调节。
YT23型凿岩机的润滑油耗油量一般调到2.5mL/min左右。1.3.3 气动凿岩机主要性能参数的计算与分析
气动凿岩机主要性能参数包括凿岩机的冲击能、冲击频率(冲击功率为冲击能与冲击频率之乘积)、回转速度和回转扭矩、耗气量等(合理轴推力为其工作参数)。对这些性能参数的计算方法有多种，如线性方程法、分段计算法、非线性仿真法、总系数法等。本节介绍简单的总系数法，并在下列假设条件下简化。
① 凿岩机处于水平状态工作，故可不计活塞与钎具重力的影响。
② 汽缸中推动活塞的压力用平均指示压力表示。
③ 每次进入凿岩机的压气量是一个常量。
④ 冲程时，活塞运动的初速度为零，然后做匀加速运动。
⑤ 不计因钻孔深度增加，而钻具重量增加对活塞反弹速度的影响。
⑥ 忽略各运动件间的摩擦阻力。
(1)冲击能 这里指的是单次冲击能，在某种程度上它能表明凿岩机工作的能力。图1-19表示气动凿岩机性能参数计算示意图。图1-19 气动凿岩机性能参数计算示意图
冲程时，作用在活塞左端面上的力F(N)为1(1-1)式中 p——冲程时后腔中压气的平均指示压力，Pa；i
c——凿岩机冲程时的构造系数(见表1-1)；1
p——压气管网压力，Pa；02
A——汽缸后腔中压气的有效作用面积，m；1
D——汽缸内径，m；
d——螺旋棒平均直径(对于外回转凿岩机，d=0)，m。11
活塞的冲击能E(J)为(1-2)式中 s——活塞的设计行程，m；
λ——活塞行程系数，一般为0.85～0.9。
由式(1-2)可知，凿岩机的冲击能与活塞冲程的有效面积、行程和压气供气压力成正比。
同理，回程时作用在活塞右端面上的力F(N)为2(1-3)式中 ——活塞回程时，前腔中的平均指示压力，Pa；2
A——回程时，压气在前腔中的有效作用面积，m；2
d——活塞杆直径(对于潜孔冲击器，d=0)，m；
c——凿岩机构造系数(见表1-1)。2表1-1 气动凿岩机构造系数
(2)冲击频率 冲击频率系指活塞每秒或每分钟冲击钎尾的次数。为了计算冲击频率，首先应计算出活塞运动的加速度和一次循环2所需时间。冲程时，活塞在F的作用下，其冲程加速度a(m/s)为11(1-4)式中 m——活塞质量，kg。p
活塞冲程所需时间t(s)为1(1-5)
回程的时间与汽缸中压气压力、钎具质量、岩石性质及活塞冲击钎尾后的反弹现象等有关，难以用计算方法求出。通常用冲程时间乘以系数来表示回程时间t，即2t=Kt211(1-6)式中 K——回程时间与冲程时间的比例系数，其值与凿岩机的配1气方式有关(见表1-1)。
此外，还应考虑活塞从回程到开始冲程，有一短时停滞时间t，3将其折算成冲程时间，即t=Kt321(1-7)式中 K——回程停滞时间系数。2所以活塞一个冲程循环时间T(s)为(1-8)则活塞冲击频率f(Hz)为(1-9)
式中,，其值一般在0.32～0.42之间,一般可取0.37。从动阀配气K取低值，控制阀配气K取较高值。ff
由式(1-9)可看出，在一定的压气压力下，冲击频率与活塞直径成正比，与活塞行程和质量的平方根成反比。
(3)钎具转速(回转速度) 对于内回转凿岩机来说，钎具的转速是借助螺旋棒转钎机构实现的，这种转动是间断进行的(即只在回程时)，钎具转速的大小可以通过活塞回程时转动的角度β来计算。图1-20为螺旋棒展开图。
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