浅析凿岩台车分类、组成及技术发展趋势

发布时间:2017-12-11

凿岩台车是将一台或几台凿岩机连同推进器安装在特制的钻臂上，并配以底盘进行凿岩作业的设备，它是在手持式凿岩机和拖式底盘基础车上发展起来的一种现代施工机械。凿岩台车具有钻孔速度高、定向性好、机动性强、作业效率高和劳动强度低等优点。为了提高隧道开挖效率，通常将数台凿岩机支架安装在同一台车上，同时进行多个钻眼工序。凿岩台车一般用于地质条件较好、基本不要临时支护的大断面（开挖面积１７㎡以上）的隧道施工。

１．凿岩台车的分类

（１）按动力系统

按动力系统不同凿岩台车可分为风动式与液压式，如图１所示。风动式凿岩台车在凿岩过程中由空压机提供动力，液压式凿岩台车由电动机驱动液压泵提供液压动力。

▲图1 凿岩台车按动力系统分类

（２）按行走方式

按行走方式的不同凿岩台车可分为拖式与自行式，如图２所示。

▲图2 凿岩台车按行走方式分类

（３）按行走装置

按行走装置不同凿岩台车可分为轨行式、轮胎式、履带式，如图３所示。

▲图3 凿岩台车按行走装置分类

（４）按钻臂数量

按钻臂数量凿岩台车可分为单臂式、双臂式、多臂式，如图４所示。

▲图4 凿岩台车按钻臂数量分类

除以上几种分类方式外，按隧道开挖断面的不同，凿岩台车可分为全断面台车、半断面台车及导坑台车；按台车车架形式的不同，凿岩台车可分为门架式和框架式。

２．凿岩台车的组成

凿岩台车由推进机构１、凿岩机２、钎具３、钻臂及托架４、钻车底盘５、控制系统６等部分组成，如图５所示。

1.推进机构 2.凿岩机 3.钎具 4.钻臂及托架

5.钻车底盘 6.控制系统

▲图5 凿岩台车组成

（１）底盘

凿岩台车的底盘有轨轮式、履带式和轮胎式多种不同行走机构。轨轮式底盘由直流电机或液压马达驱动，其优点是结构简单、工作可靠、使用寿命长、适应软岩巷道。不足之处在于调动不灵活、错车不方便，且转弯受巷道曲率半径限制。

履带式底盘由液压马达驱动，其优点是调动灵活、工作可靠、爬坡能力强，可用于倾角较小的巷道。不足之处在于结构复杂、履带易磨损、使用寿命较短，在软岩巷道中使用困难，在有轨巷道中使用存在压轨问题。轮胎式底盘由液压马达驱动或柴油机驱动，其优点是调动灵活、工作可靠，不易压坏胶管和电缆。不足之处在于结构较复杂、轮胎易磨损、使用寿命较短。

（２）钻臂

钻臂是凿岩台车的核心部件，它支撑着凿岩机按规定的炮孔位置打孔，又是给予凿岩机一定推进力的机构，它还可以用来提举重物，如组装拱形支架、装药等，因此也可以称之为台车的机械手。

钻臂是独立的可装拆部件，用钻臂的系列组件可装配成各种钻孔台车，如将同一种标准钻臂安装在不同的行走底盘上，或在不同的底盘上装上不同数量的同一种标准钻臂，都可以构成不同形式的凿岩台车，如图６所示。因此，许多设计和制造钻孔台车的单位，都着重研究改进钻臂的结构和性能。随着液压技术的不断发展，采用液压为动力的液压钻臂已形成定型化、系列化，而且其机械化、集中操控的程度也在逐步提高。

1.钻臂座 2.钻臂体 3.钻臂后部油缸 4.伸缩装置

5.钻臂前部油缸 6.弹性膨胀销轴 7.俯仰液压缸

8.推进器翻转装置 9.推进器托架 10.补偿液压缸

▲图6 液压钻臂结构

为了获得良好的爆破效果，要求工作面炮孔有较好的平行精度，因此钻臂设有平动机构，钻臂移位时推进器保持平行移动。平动机构的形式有机械自动平行式、电液自动平行式和液压自动平行式。机械自动平行式虽然结构简单、制造容易，但是体积较大而笨重。液压自动平行装置是国内外使用较广的一种形式，它的特点是尺寸小、质量小、结构紧凑、操作灵活和维修方便。

臂杆都是悬臂的，它支撑着凿岩机、推进器，并可以把它们升送到需要的空间位置。臂杆除了承受装在它上面设备重力和自身重力外，还要经受凿岩时推进反力及凿岩冲击反力。其承受的是偏心载荷，因此臂杆要求有足够的强度和刚度。

尤其是近年来，为提高隧道掘进效率，采用了重型凿岩机、长钻杆、高频冲击等技术以后，这一点显得尤为重要。

（３）推进机构

推进机构用于给凿岩机提供轴推力和支承力，并完成凿岩机推进和退离岩壁的动作。推进机构的形式有马达丝杠式、液压缸钢丝绳式、液压缸链条式。驱动的动力有风动及液压２种。

马达丝杠式推进器由马达、导轨、丝杠等组成，如图７所示。作业时紧顶在掌子面上，以增加导轨的稳定性，马达可正转和反转，使传动丝杠作相应的转动。丝杠只能转动不能移动，与丝杠相啮合的传动螺母做前后移动。凿岩机是固定在传动螺母上的，所以螺母做前后移动时，凿岩机也随着前进或后退。

1.顶头 2.夹钎器 3.导轨 4.补偿液压缸 5.螺母

6.丝杠 7.凿岩机底座 8.马达

▲图7 马达丝杠式推进器

液压缸钢丝绳式推进器由导轨、滑架、液压缸和钢丝绳等组成，如图８所示。该推进器设有钻杆前支架和钻杆中间支架（与推进油缸缸套前端固接），在钻孔过程中，钻杆中间支架始终处在钻杆前支架和凿岩机的正中。凿岩机的行程是推进液压缸行程的２倍。滑架（用于安装凿岩机）与推进梁间用８个滚柱滚动配合。从液压臂来的软管经软管托架固定后，连接于凿岩机上，并用软管转盘张紧。

1.端板 2.软管滑轮 3.钢丝绳 4.滑块 5.钻杆支架

6.缓冲垫 7.滑轮 8.液压缸

▲图8 液压缸钢丝绳式推进器

（４）凿岩机托架

凿岩机托架是支撑凿岩机及推进装置的，它能使凿岩机在水平面内摆动、垂直面上倾斜（又称俯仰），以扩大台车的钻凿范围。托架形式主要有横臂式、纵臂式２种。

横臂式托架由横臂座、横臂、导轨托架、摆动液压缸和倾斜液压缸组成，如图９所示。横臂为圆柱形，它穿过横臂座，依靠倾斜液压缸的伸缩而转动，从而带动导轨托架和安装在它上面的凿岩机一起在垂直面内（凿岩机纵向平面）转动。

▲图9 横臂式托架

横臂外悬固定在钻臂前端。水平摆动液压缸和倾斜液压缸，用于驱动导轨托架和凿岩机一起在水平面内摆动及倾斜。

纵臂式托架采用纵向承托，凿岩机、推进器的重力以及凿岩反力与钻臂的力臂短，因此改善钻臂的受力情况得到了有效改善，工作稳定性好，如图１０所示。托架在结构上具有３个安装倾斜液压缸活塞杆的位置，从而扩大了钻孔范围（可以钻凿向上垂直炮孔）。通常在托架前端部增加一个外张机构，以利于打隧道周边炮孔。

▲图10 纵臂式托架

（５）凿岩机

凿岩机是一种用于钻凿小直径岩石孔的凿岩设备，具有冲击、回转机构。按动力不同，凿岩机可分为分气动凿岩机、液压凿岩机、电动凿岩机、内燃凿岩机等４种。其中，凿岩台车应用的凿岩机主要有２种，分别是气动凿岩机、液压凿岩机。

３．凿岩台车的发展趋势

（１）自动化程度不断提高

随着液压控制和电子技术的发展和应用，凿岩循环已实现自动化，即自动开孔、防卡钎、自动停机、自动退钎、台车和钻臂自动移位与定位以及遥控操作系统等。这种全自动台车常被称之为凿岩机器人。

采用全自动化台车施工，至少有如下４个明显优点：一是可以大幅度提高爆破后断面的精度，有效控制超、欠挖量；二是减少钻孔时移位的辅助时间；三是可以提高凿岩速度、爆破效果；四是明显改善劳动条件，提高劳动效率。

（２）环保化趋势明显

为了降低工作环境噪声，保护操作人员的健康，一般选用液压凿岩机。这是因为液压凿岩机噪声小，不排出油雾和有害气体，而且与气动凿岩机相比，具有动力消耗少、能量利用率高、凿岩效率高等特点。液压凿岩机尽管没有排气噪声，但其产生的噪声声压级仍高于９０ｄＢ（Ａ），且声能主要集中于１～５ｋＨｚ频率段，没有超出人耳敏感频率范围。若不采取防护措施，液压凿岩机噪声还是会对施工人员的身体造成一定伤害。目前降低液压凿岩机械的噪声措施主要有三：一是对液压凿岩机进行优化升级或技术改造；二是采用远距离有线、无线控制装置进行远距离操作；三是设计隔音驾驶室，以进一步降低噪声。

（３）标准化与定制化共存

目前，世界上各大公司液压凿岩设备的钻臂、推进器和操纵系统等主要部件都已实现标准化和系列化。标准化部件适用范围广，零件通用率高，可根据用户的不同要求，组装成各种型式的钻车，实现品种的多样化。同时缩短了产品设计周期，产品更新换代快。

国外大型凿岩台车有定型和非定型２类。定型凿岩台车的工作断面、钻臂、凿岩机、推进器配套规格，钻臂安装基座构件、凿岩台车底盘（汽车标准底盘）等均为定型的。当定型凿岩台车不能适应工程要求时，一般则采用专门设计的非定型凿岩台车。

非定型凿岩台车主要工作部件如钻臂、凿岩机、推进器等与定型凿岩台车是通用的。不同之处在于，根据用户的不同要求如掘进尺寸、形状、掘进速度等选配钻臂数、钻臂在断面布置状况、安装基座构件形式、底盘规格、举升工作平面数量、液压系统等进行专门设计。非定型凿岩台车具有较强的适应性，其设计工作量较定型凿岩台车设计工作量无明显增加，故得到广泛应用。

定型轮胎式凿岩台车的规格一般配备２～３个钻臂，工作断面小于８０㎡。非定型轮胎式凿岩台车的钻臂数多为２～６个，最大工作断面多为１００～１２０㎡。

（４）向两极化发展化

目前凿岩台车一方面向大型化方向发展，另一方面趋向小型化。在３０㎡左右及３０㎡以上大断面隧道，需要采用多钻臂大型台车。日本古河矿业公司曾设计制造了一台９钻臂大型液压凿岩台车，台车上安装８台ＨＤ１００型及１台ＨＤ２００型液压凿岩机，在工作面上９钻臂凿岩机同时钻孔，有效地提高了作业效率。我国断面为８５㎡的衡广复线大瑶山铁路隧道，采用日本三井造船艾姆克公司设计制造的７钻臂、轨轮行走龙门式大型凿岩台车，安装７台法国ＲＰＨ４００型液压凿岩机。该凿岩台车质量达１１３ｔ，钻孔深度可达３.５ｍ。实践证明，在大断面隧道工程中，采用多钻臂大型台车的成效十分显著。

为了在断面４㎡左右或１０㎡以下的掘进巷道中推广使用凿岩机械，法国、瑞典、英国、芬兰等国先后推出了小型自行凿岩台车，其钻孔深度为２ｍ左右，最深可达３.９ｍ。小型凿岩台车上仅安装一个钻臂，不采用复杂的自控系统，操作简单方便。采用小型台车可以扩大液压凿岩机的使用范围，提高井下采掘工程的机械化水平、工作效率及作业安全性。