一、牙輪鉆機的工作原理

  

牙輪鉆機鉆孔時，依靠加壓、回轉機構通過鉆桿，對

牙輪鉆頭

提供足夠大的軸壓力和回轉扭矩，牙輪

鉆頭在巖石上同時鉆進和回轉，

對巖石產生靜壓力和沖擊動壓力作用。

牙輪在孔底滾動中連續地擠壓、

切削沖擊破碎巖石；有一定壓力和流量流速的壓縮空氣，經鉆桿內腔從鉆頭噴嘴噴出，將巖渣從孔底

沿鉆桿和孔壁的環形空間不斷地吹至孔外，直至形成所需孔深的鉆孔。

 

    

二、牙輪鉆機的主要結構特征

 

1、鉆具

  

牙輪鉆機鉆具主要有牙輪鉆頭、鉆桿和穩桿器。

  

1）牙輪鉆頭。牙輪鉆具工作原理：鉆機通過鉆桿給鉆頭施加足夠大的軸壓力和回轉扭矩，牙輪鉆頭

轉動時，各牙輪又繞自身軸滾動，滾動的方向與鉆頭轉動方向相反。牙輪齒在加壓滾動過程中，對巖

石產生碾壓作用；由于牙輪齒以單齒和雙齒交替地接觸巖石，當單齒著地時牙輪軸心高，而雙齒著地

時軸心低，如此反復進行，使巖石受到周期性沖擊作用；又由于牙輪的超頂、退軸（3個牙輪的錐頂與鉆頭中心不重合）、移動（3個牙輪的軸線不交于鉆頭中心線）和牙輪的復錐形狀、使牙輪在孔底工作時還產生一定的滑動，對巖石產生切削作用。因此，牙輪鉆頭破碎巖石實際上是沖擊、碾壓和切削的復合作用。

  

（1）牙輪鉆頭的分類與基本結構。牙輪鉆頭按牙輪的數目分，有單牙輪、雙牙輪、三牙輪及多牙輪的鉆頭。單牙輪及雙牙輪鉆頭多用于直徑小于150mm的軟巖鉆進。多牙輪鉆頭多用于炮孔直徑

180mm以上巖心鉆進，礦山主要使用三牙輪鉆頭，三牙輪鉆頭又可分為壓縮空氣排渣風冷式及儲油密封式兩種。壓氣排渣風冷式牙輪鉆頭（簡稱壓氣式鉆頭）是用壓縮空氣排除巖渣的。此種鉆頭使用于露天礦的鉆孔作業。通常鉆鑿炮孔直徑為150～445mm，孔深在20m以下。

  

壓氣式鉆頭由3片牙爪及在其軸頸上通過軸承（滾柱、鋼球、滑動襯套）裝配3個互相配合的牙輪所

組成。牙爪尾部螺紋與鉆桿相連接。牙輪上鑲嵌硬質合金柱齒，起著直接破碎巖石的作用。牙爪借助

滾柱、鋼球和襯套繞爪軸口轉，鉆機鉆壓通過軸承傳遞給牙齒并作用于巖石。徑向負荷主要由軸頸滾

柱軸承和襯套承受。滾珠軸承用以支持牙輪，在某些情況下用以承受徑向和軸向負荷。鋼球由塞銷孔

裝入，并由塞銷支持，牙輪襯套兩端設有止推面，牙輪內端嵌有止推聲，平面止推軸承嵌有減磨柱用

以減少平面止推軸承的磨損。

  

為了減輕牙爪爪尖的磨損，牙爪尖部鑲嵌有平頂硬質合金柱或堆焊碳化鎢耐磨合金。鉆頭內腔有氣流

分配系統。壓氣通過鉆桿輸入牙輪鉆頭體內腔，其中大部分壓氣由牙爪側邊3個或更換的噴嘴吹至炮

孔底，將巖渣由孔壁與鉆桿之間的環形空間排至孔外。噴嘴用固定螺釘固定在鉆頭體上。當壓氣突然

中斷供應時，為防止孔底巖渣或水侵入軸承，在噴嘴處設有逆止閥。另一部分壓氣通過擋渣管、冷卻

氣道進入軸承各部冷卻軸承。

  

儲油密封式牙輪鉆頭是用清水或泥漿排除炮孔內巖渣的。此種鉆頭使用于石油鉆孔、地質勘探鉆孔及

地下礦山鉆孔或配套用于地下天井牙輪鉆機。

  

儲油密封鉆頭與壓氣式鉆頭的主要不同之處是：為防止巖渣、泥屑進入鉆頭軸承內腔，在軸承端部設

有徑向密封裝置。為儲存并向軸承腔補充潤滑脂，在爪牙上端設有儲油囊，潤滑脂經由長油孔進入軸

承內腔。牙輪鉆頭鉆進時，鉆孔內的水或泥漿壓力經由壓蓋上的傳壓孔作用于儲油囊上。油囊中潤滑

脂不斷流入軸承內腔。鉆頭軸承長時間工作后，其內腔壓力增大。為防止因內壓過大而破壞密封圈和

油囊，在鉆頭上設有泄壓閥。洗井液通過噴嘴形成高速射流，沖刷孔底，排出巖屑。

  

文檔沖億季，好禮樂相隨mini ipad移動硬盤拍立得百度書包儲油密封軸承有滾動及滑動軸承兩種形式。兩者不同之處是：密封滑動軸承的大軸承部位用滑動軸承

代替了滾柱軸承，增大了軸承工作面，承壓面積大，接觸疲勞應力小，軸承壽命長。

  

（2）礦用牙輪鉆頭系列及其適用巖石。礦用壓氣式牙輪鉆頭可分為鋼齒及鑲齒（硬質合金齒）兩種。

 

鋼齒牙輪鉆頭主要用楔形齒。根據巖石硬軟不同，楔形齒的高度、齒數、齒圈、齒圈距等都不同。巖石越硬，楔形齒的高度越低，齒數越多，齒圈越密。反之則相反。牙輪外排齒采用“T”形齒或“Π”形齒。 鑲齒鉆頭的齒形有球形齒、楔形齒和錐球齒等。在軟巖中使用楔形齒，在中硬巖中使用錐形齒及錐球齒，在硬巖中使用球形齒。隨巖石硬度的增加，硬質合金齒的露齒高度減少，齒數增多，齒圈數增多。反之則相反。

2)鉆桿和穩桿器。和牙輪鉆頭配套的鉆桿（又稱鉆管）。

  穩桿器是牙輪鉆進時防止鉆桿及鉆頭擺動、炮孔歪斜、保護鉆機工作構件少出故障和延長鉆頭壽命的

有效工具。國內穿孔實踐表明，牙輪鉆進必須配備穩桿器。

穩桿器有兩種形式：輻條式及滾輪式。

  

輻條式穩桿器由四根用耐磨材料做成輻條焊在穩桿器上。有時在輻條上鑲有硬質合金柱齒。輻條式穩

桿器適用于巖石普氏堅固性系數f＜16的中等磨蝕性的礦巖。不宜用于鉆鑿傾斜炮孔。

  滾輪式穩桿器上裝有3個滾輪。滾輪表面鑲有硬質合金柱齒。由于滾輪摩擦阻力小，故滾輪式穩桿器使用壽命長。適用于巖石硬度高和磨蝕性強的礦巖。特別適用于斜炮孔鉆進。

2、鉆架  鉆架橫截面多為敞口“Π”形結構件，4根方鋼管組成4個立柱，前立柱內面上焊有齒條，供回轉機構提升和加壓，外面為回轉機構滾輪滑道。鉆架內有鉆桿儲存和鏈條張緊等裝置。

  鉆架安裝在主平臺A型架軸孔上，由液壓油缸使鉆架繞該軸孔轉動，實現鉆架立起和放倒。

鉆架有標準鉆架和高鉆架兩種，高鉆架鉆孔時，不用接卸鉆桿可一次連續鉆孔達到炮孔深度要求。

3、回轉機構

  回轉機構帶動鉆具回轉，由主傳動通過封閉鏈條——齒輪齒條實現提升和加壓。采用偏心滾輪裝置，

使回轉機構沿鉆架的運動為無間隙滾動，且使齒輪與鉆架齒條正常嚙合。  

為防止因鏈條斷裂引起小車墜落設有防墜裝置，防墜裝置有氣缸閘帶型和氣液增壓盤式制動型。

回轉機構與鉆桿連接采用鉆桿連接器。現多采用減震器，可以吸收鉆孔時鉆桿的軸向和徑向振動，使

鉆機工作平衡，提高鉆頭壽命。

  

回轉減速器，均為二級齒傳動，第一軸有懸臂式和簡支式結構，簡支式改善了軸的受力和齒輪接觸情

況，減少故障。空心主軸上下部推力軸承分別承受提升時的提升力和加壓時軸壓力，多軸承的空心主

軸增加了徑向定心，并承受由于鉆桿的沖擊和偏擺引起較大的徑向載荷，改善了推力軸承的受力。雙

電動機傳動的回轉減速器，兩個二軸齒對稱地與空心主軸齒輪嚙合，加強了空心主軸的徑向穩定和受

力狀況。

 

4、主傳動機構

  

主傳動機構作用是驅動鉆具的提升-加壓及鉆機行走，提升與行走由同一臺電動機驅動，加壓有液壓馬達和直流或交流電動機兩種方式，各動作間實現安全聯鎖。

  

主傳動機構的安裝有固定和懸掛式，如YZ-55型牙輪鉆機主傳動減速機懸掛在主平臺A型架上，懸掛中心與鉆架起落轉動中心在同一軸線上。

 

5、行走機構

  

行走機構完成鉆機遠距離行走和轉換孔位，由主傳動機構減速后，通過三級鏈條傳動驅動履帶行走；

鉆機直行和拐彎，通過控制左右氣胎離合器完成。

  

行走機構與主平臺的連接是通過剛性后軸上兩點及均衡梁上一點鉸接，成為三點鉸接式連接，使鉆機

在不平地面行走時鉆機上部始終處于水平狀態。

 

6、排渣系統

  

牙輪鉆機采用壓氣排渣，壓縮空氣通過主風管、回轉中空軸、鉆桿、穩桿器、鉆頭向孔底噴射，將巖

渣沿鉆桿與炮孔壁間的環形空間吹出孔外。

 

空氣壓縮機有兩種型式：螺桿式和滑片式。

 

7、除塵系統

  

用于處理鉆孔排出的含塵空氣。

  

1）干式除塵。利用孔口沉降、旋風除塵和脈沖布袋除塵三級除塵。

  

2）濕式除塵。通常利用輔助空氣壓縮機壓氣進入水箱的雙筒水罐內壓氣排水，與主風管排渣壓氣混

合形成水霧壓氣，

將巖渣中塵灰潤濕后，

隨大顆粒排出孔外。

也可用水箱中潛水泵向主風管排水方式，

達到除塵目的。

 

8、液壓系統

  

液壓系統操作油缸和液壓馬達，完成鉆架起落、接卸鉆桿、液壓加壓、收入調平千斤頂等動作。液壓

系統有手動拉桿滑閥和電液控制滑閥兩種，前者手感性強，后者動作反應快。

 

9、氣控系統

  

用于操作控制回轉機構提升制動、提升-加壓離合、行走氣胎離合、鉆桿架鉤鎖、壓氣除塵、自動潤滑等作用，它由一臺0.8m3/min,0.1MPa的活塞式空氣壓縮機供氣。

 

10、干油潤滑系統

  鉆機集中自動潤滑系統由泵站、供油管路和注油器組成，潤滑時間和潤滑周期可自動控制，并設有手動強制潤滑按鈕。

 

11、動力及配置

  

牙輪鉆機動力與機構配置有多種形式。

  

集中驅動的電動或柴油機全液壓牙輪鉆機，

需帶動空氣壓縮機和分配齒輪箱油泵，

油泵驅動液壓馬達、

油缸、控制閥等。

牙輪鉆機自帶變壓器，一般為3kV、6kV、和10kV供電，小型鉆機也可由380V電源直接供電，鉆機可配帶電纜卷筒。

直流電動機多采用可控硅供電無級調速，交流電動機變頻無級調速。

鉆機自動化控制，如微機控制參數自動參數調節、自動潤滑、故障顯示等。