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钻爆法隧道凿岩台车钻孔超挖原因分析摘要：当前我国隧道工程多数采用钻爆法开挖，随着人员老龄化趋势的加大，钻孔作业已经越来越多的采用大型机械化装备凿岩台车进行司钻，受钻孔设备结构及作业空间影响，周边眼钻孔时需设置一定的外插角，每循环开挖端头均大于设计开挖轮廓，造成隧道轮廓超挖，为缩小设备自身造成的超挖数值，本文结合不同厂家凿岩台车钻孔特点，对凿岩台车钻孔超挖原因进行了深入的探讨，对设备不同钻孔状态和不同外插角度进行了详细的理论分析，为减少钻孔设备造成的超挖对症下药，制定有效的超挖控制措施，从而减少超挖对后续施工安全、质量及成本的影响，也为类似工程的施工提供经验参考和借鉴。
关键词：隧道工程；凿岩台车；超挖；外插角；超挖控制措施。
0引言当前，我国基础设施建设规模持续扩大，各铁路、公路、水利及城市轨道等建设项目的隧道工程占比持续增加，除部分特殊情况隧道需采用盾构或TBM掘进机法施工外，大部分隧道仍然以钻爆法掘进为主，因当前社会老龄化的问题日趋严重，传统的人工风镐钻爆施工已经逐步被淘汰，以凿岩台车为龙头的大型机械化钻孔开挖方式逐步增多，也成为了未来钻爆法施工的必然选择。
受隧道钻爆法施工自身特点、围岩构造和使用设备结构自身限制等因素的影响，为满足隧道开挖设计轮廓和衬砌结构尺寸，施工现场必然会发生超挖现象。
郑万高铁、宜兴高铁等国家重点工程，在项目隧道工程施工建设中，大量采用了凿岩台车大断面钻爆法施工工艺，减少了作业人员、改善了施工环境、提升了施工安全、降低了劳动强度，但在隧道开挖过程中，受设备钻臂、推进梁、钻机结构特点的限制，超挖现象也较以往人工风钻施工有所增加，为合理分析设备造成的超挖现象，制定应对措施，本文结合现场施工实践和以往隧道工程钻爆法超挖控制经验，对凿岩台车钻爆法开挖隧道超挖问题进行了全面分析和总结，为以后类似工程施工提供借鉴和参考。
1超挖概念以设计隧道开挖轮廓线为基准线，实际开挖获得的断面轮廓在基准线以外的部分为超挖，以内的部分为欠挖，如图1所示。
1极其耐用的RDX5凿岩机2019年9月，山特维克推出了新型RDX5 凿岩机，这是山特维克凿岩设备中老牌HLX5凿岩机的替代产品。
它沿用HLX5的设计，使用最少的零部件和模块接合面，对一些零部件进行了 创新改进。
RDX5凿岩机在可靠性方面更胜一筹。
在产品开发过程中,RDX5凿岩机经过大量试验台测试，而且还有四台产品被送往世界各地进行现场试验，试验结果良好。
根据2019/11/11 11:58第一工程机械网报道,RDX5凿岩机已经在耐久性试验台上运行了 1700个冲击小时，试验台耐久试验的要求严苛山特维克(Sandvik 冤公司RDX5液压凿岩机周志鸿，田翔(北京科技大学机械学院，北京100083)摘 要:介绍了山特维克(Sandvik)公司RDX5液压凿岩机产品的耐久性参数和性能参数，简述了 RDX5凿岩 机对HLX5的部件和零件设计改进,概述了 RDX5凿岩机的设计特点遥关键词：山特维克曰RDX5曰HLX5曰设计改进曰设计特点中图分类号:TD421.2+2文献标志码:BRDX5 Hydraulic Rock Drill From SandvikZHOU Zhi-hong, TIAN Xiang(University ofScience & Technology Beijing, Beijing, 100083)Abstract: This paper covers durablity and performance parameters of RDX5 hydraulic rock drill from Sandvik,describes in brief the design improvements of components and parts of RDX5 rock drill compared with HLX5 rock drill, and outlines the design features of RDX5 rock drill.Key words:Sandvik; RDX5; HLX5; design improvement; design feature度几乎是普通液压凿岩机的两倍。
一种液压凿岩钻车智能防卡钎控制系统研究杜超;夏静【摘要】When hydraulic rock dril rig operates at a high speed, its rod is jammed frequently. This paper takes the product Flexi-RocT35/T40 of Atlas Copco as research object to analyze the automatic control system of anti-jamming protection for the hydraulic rock dril rig. When the rotation pressure rises slowly, this system can be used to control the continuous change of the dril feed, so as to prevent the slow rod form being jammed. According to the signal of the rotation pressure( sudden up and down) , it can be used to control the backward running of the feed cylinder to prevent the rod from being jammed. Air flushing is used to discharge the dril ing cuttings, if the signal of the air flushing pressure is suddenly changed, it can be used to control the backward running of the feed cylinder to prevent the rod from being jammed. It also researches on the automatic control system of anti-jamming protection and its working principle to improve its design. It is of the actual reference meaning to the domestic hydraulic rock dril rig.%液压凿岩钻车在高速凿岩时，经常会出现卡钎现象。
阿特拉斯液压凿岩台车Boomer281/282型、
Boomer351/353型配套钻具
R38/T38-H35-R32、L=3090mm、3700mm、5525mm的掘进钎杆和
D45mm、48mm的七齿钻头。
目前，国内施工部门在隧道掘进，巷道开拓等方面的掘进凿岩工程中，仍采用轻型凿岩机械为主，但是，在大型电站地下厂房、导流洞开凿、以及大型地下金属矿山大截面巷道掘进工程中，却需要使用全液压凿岩钻车，如
Boomer281/282型、Boomer351/353型等等，这些钻车主要选用
R38/T38-H35-R32、L=3090mm、3700mm、5525mm的掘进钎杆和D45mm、48mm的七齿钎头。
另外，现在国有大型煤炭矿务局所属矿山采用国产液压掘进钻车的数量在不断增加，今后R32-H28-R28、L=2700mm、3100mm、甚至4300mm的钻
车钎杆有可能成为地下煤炭开采巷道掘进的主要凿岩钎具品种之一。
同样，与之配套的D41mm、43mm六齿、七齿螺纹连接球齿钎头的使用量也会上升。
在凿岩钻车用顶锤式钎具中，掘进钎杆的质量要求相对较高一些，因为这种钎杆杆体较细、长度较长、而且钎头端均采用波形螺纹连接，如果对螺纹加工不好与钎头螺纹配合不佳，很容易产生断裂和早期磨损。
临清市瑞龙钻具-官方网站：凿岩台车在钻孔过程中，提前根据岩石情况进行冲击压力、推进压力、防卡保护压力及回转速度的设置与调整，是保证凿岩台车正常掘进的必要条件。
在凿岩台车掘进过程中，即便是各种压力参数设定无误，有时还是会出现钻孔偏差和卡钻问题，不仅影响爆破效果，而且有时还会对钻头、钎杆及凿岩机等使用寿命都具有很大影响。
为此，必须分析其原因，及时进行排除，保证钻孔质量和凿岩台车工作安全。
1 凿岩台车钻孔偏差原因分析及排除方法（1）钻孔偏差的原因两个显而易见的使钻孔出现偏差的原因：一是钻孔定位不准确，二是钻孔开孔时有误差，第三个不容易控制的钻孔偏差是钻孔过程中，在孔道内产生的偏差。
通常是由于被钻岩体地质条件所造成的。
例如，钻凿的岩石条件由一层松软岩石和一层较硬岩石构成，钻孔时如果不是沿层面的垂直方向钻孔，就会出现较大的钻孔偏差。
偏差大小取决于钻孔方向与岩石层面的角度，钻凿硬岩时速度过慢或打滑以及钻凿软岩时速度过快等都会造成较大的钻孔偏差。
只有操作手清楚软岩与硬岩的分界线，采取适当的措施才能降低或避免偏差出现。
为达到预计的爆破效果，有一个前提条件就是实际钻凿的岩孔与预先设计的岩孔一致。
临清市瑞龙钻具-官方网站： 这就意味着开孔位置完全正确，并且钻孔方向正确无误，钻孔深度与钻孔计划吻合。
进给装置安装转角指示器和钻孔深度指示器，通过测量、计算所需钻孔的位置、深度、数量，钻进时严格按照预定的位置、规定的深度钻孔就可获得钻凿精度较高的岩孔。
这也给在驾驶室操作的操作手提供了良好的工作视角。
（2）影响钻孔偏差的主要因素1）岩体地质条件影响对钻孔偏差最具影响力的因素是实际钻孔过程，尤其是在地质条件复杂（例如：结晶颗粒尺寸变化大、层面叶理破裂程度严重）的岩层中钻孔时。
实际钻孔方向在岩石层面接合处成直角，钻孔过程中却背离预定的方向。
显而易见，钻孔长度越长，造成的钻孔偏差也就越大。
通常认为钻孔偏差与钻孔深度值是成比例的。
经验表明，钻头与岩石层面的钻进角度至关重要，当这一角度小于15度时，钻头钻进方向向着与岩层接合处平面平行的角度倾斜。
凿岩台车、潜孔钻司机岗位安全生产责任制安全生产责任制是指坚持安全生产第一责任体系，明确各级各部门、企事业单位及其领导成员、各级安全生产监督管理部门及其工作人员、安全生产服务机构及其从业人员等安全生产主体的生产经营活动中对本单位安全工作的组织、领导、监督和实施等各方面的责任。
凿岩台车和潜孔钻司机是工业生产中的重要职业，其工作所涉及的环境、设备等都具有一定的风险性，因此对于这两个职位的安全生产责任制必须非常重视。
以下是凿岩台车和潜孔钻司机岗位安全生产责任制的相关内容。
一、责任明确凿岩台车和潜孔钻司机在工作中必须按照相关的安全操作规程进行操作，保证自身和他人的人身安全。
对于作业现场的危险源必须能够正确辨认，并采取相应的措施进行控制。
二、安全培训凿岩台车和潜孔钻司机在上岗之前必须接受相关的安全培训，包括操作规程、操作注意事项、事故应急处理等方面的培训。
培训结束后，必须参加相应的考核合格后方可上岗。
三、日常检查凿岩台车和潜孔钻司机在工作前必须对设备进行检查，确保设备完好无损，操作正常。
对于设备故障必须及时上报，并且不能擅自盲目操作，避免事故的发生。
四、事故报告凿岩台车和潜孔钻司机在遇到事故的情况下必须及时报告，并采取相应的应急措施，保护工作场所的安全。
五、安全控制凿岩台车和潜孔钻司机在操作中必须严格遵守相关的安全操作规程，保证自身和他人的安全。
对于危险区域必须进行标示，并防止未经授权的人员进入。
六、设备维护凿岩台车和潜孔钻司机在工作完毕后必须对设备进行清理和保养，确保设备的正常使用。
对于设备维修必须按照相关的规定进行操作。
七、安全奖惩凿岩台车和潜孔钻司机在工作中如果违反了相关的安全规程，将会受到相应的处罚。
而对于工作内容上表现出色的人员将会得到相应的奖励。
总之，凿岩台车和潜孔钻司机岗位安全生产责任制必须严格执行，所有从业人员必须牢记自己的职责和义务，做到安全第一，保证自身和他人的人身安全。
只有这样才能够保证工作的顺利进行，减少事故的发生。
技术性能››凿岩机COP1638或COP1838ME 凿岩机带有双缓冲减震系统，确保钻具最佳的使用寿命压力油膜保护和润滑各结合界面，减少凿岩机内部污染››液压钻臂BUT28重型钻臂，双三角悬浮支撑的钻臂能够保证在各个方向上准确的液压平行保持功能››液压推进梁BMH2800系列重型铝合金推进梁，具有很高的抗弯、抗扭强度，使用寿命长推进梁表面覆有不锈钢皮，运动部件间采用聚四氟乙烯耐磨衬垫•••••隧道和矿山用全液压凿岩台车，采用液压控制方式，配备BUT28钻臂。
可选配多款凿岩机，以适应客户的不同需求。
Atlas Copco 掘进凿岩台车Boomer ® 281掘进凿岩台车配备COP1638或COP1838ME 凿岩机››控制系统液压凿岩控制系统，拥有自动防卡钎功能RPCF （回转压力控制推进力） ››底盘结实的铰接式重型底盘，四轮驱动采用五缸柴油发动机驱动四个液压支腿用于牢固稳车››其它配置防落物冲击（FOPS ）认证的可升降安全顶棚电缆卷盘电驱动活塞式空压机液压驱动增压水泵工作照明灯•••••••••技术规格Boomer 281钻臂 ………………………………………………………BUT28 推进梁补偿 …………………………………………………1250 mm 钻臂延伸 ……………………………………………………1250 mm 平行保持 …………………………………………………………完全推进梁翻转 ………………………………………………………360˚ 钻臂举升角 (最大) …………………………………………+65˚ /-30˚ 钻臂摆动角 (最大) ……………………………………………±35˚ 钻臂自身重量 ………………………………………………1750 kg电驱动活塞空压机 …………………………………Atlas Copco LE37 bar 时最大排量 ………………………………………………4.4 L/s 气压表增压水泵 ……………………………………………Flygt PXR411H 在增压12 bar.时，最大流量 …………………………………… 1.1 l/s 最小进口压力 ……………………………………………………2 bar 水流表直控液压系统DCS 基本功能含自动防卡钎•••••••••••••••••总装机功率 ……………………………………………………63 kW 主电机 …………………………………………………… 1 x 55 kW 电压 …………………………………………………… 380 - 1000 V 频率 ………………………………………………………50 - 60 Hz 启动方式 …………………………星型/三角形，直接启动 (1000 V)电动机热过载保护冲击计时器数字电压/电流表 (在电控箱内)相序指示器漏电接地保护器充电器变压器 …………………………………………………………1.5 kVA 电缆卷盘，直径 ……………………………………………1100 mm液压泵组 …………………………………………………………一套泵卸载启动系统压力 ………………………………………………150 - 230 bar 液压油箱，最大容积 …………………………………………124 L 油温表手动液压油加油泵液压油过滤器显示器低油位显示器水冷液压油冷却器液压油过滤精度 ………………………………………………20 μm 矿物基液压油Deutz F5L 912W 型五缸柴油发动机发动机额定功率 (2300 rpm) …………………………………52 kW 输出扭矩 (1550 rpm) ………………………………………230 Nm 铰接转向 …………………………………………………±41˚ 转角固定驾驶座椅四轮驱动静液压动力转向静液压变速箱 ……………………………………………Clark12000前桥 …………………………………………………………Dana 112后桥 ………………………………Dana 112，带有±10˚ 的摆动角自动差速器，后桥45%限滑轮胎 ………………………………………………………8.25 x R15接近角和离去角 …………………………………………………15˚ 可展开式前液压支腿 ……………………………………………2个后液压支腿 ………………………………………………………2个行车制动 ………………………………………………2个独立回路紧急停车和泊车制动 …………………………………………SAHR 燃油箱，容积 ……………………………………………………60 L 尾气催化净化装置消音器电气系统 …………………………………………………………24 V 蓄电池 ……………………………………………… 2 x 12W, 70 Ah 行车照明灯 ……………………………………………8 x 70 W, 24V 工作照明灯 …………………………………… 2 x 500 W, 230 VAC 刹车灯灭火器底盘集中润滑系统水平仪驱动轮最大承载时爬坡能力 ……………………………………1∶4喇叭，倒车蜂鸣器及灯光凿岩机润滑报警装置•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••可选件Boomer 281*为配有RAS 加杆器和BSH 100卡钎器进行接杆钻孔时专用设备尺寸本文图片所示设备可能配有选装部件。
液压凿岩台车的设计 第一章：绪论 ............................................................................................................................................ 2 1.1 问题的提出 ................................................................................................................................. 2 1.2 国外凿岩台车的研究及发展现状 ............................................................................................. 3 1.3 国内凿岩台车的研究及发展现状 ............................................................................................. 3 1.4岩台车的发展趋势 ...................................................................................................................... 4 1.4.1凿岩台车的全自动化发展趋势 ....................................................................................... 5 1.4.2凿岩台车的环保化发展趋势 ........................................................................................... 5 1.4.3凿岩台车的多样化发展趋势 ........................................................................................... 5 1.5 本次设计的主要内容 ................................................................................................................. 5 第二章：凿岩台车的结构、原理和部分零部件的选型 ........................................................................ 6 2.1 总体结构和工作原理 ................................................................................................................. 6 2.2 钻车工作机构 ............................................................................................................................. 7 2.2.1 推进器 .............................................................................................................................. 8 2.2.2 钻臂 .................................................................................................................................. 8 2.2.3 回转机构 ........................................................................................................................10 2.2.4 推进器平移机构 ............................................................................................................13 第三章：部分零部件的SolidWorks建模与装配 .................................................................................. 17 3.1 齿轮 ........................................................................................................................................... 17 3.2 齿条 ...........................................................................................................................................18 3.3 前端盖 .......................................................................................................................................19 3.4 轴 ...............................................................................................................................................19 3.5复合回转机构装配体 ................................................................................................................ 20 第一章：绪论 1.1 问题的提出 我国正处于社会经济大发展的重要时期, 国民经济结构中基础设施建设一直占有举足轻重的地位。近些年来, 在工程建设的众多技术领域中隧道和地下工程技术十分突出。据来自于各方面的统计资料表明,至2003年年底, 我国大陆已建成的铁路隧道有7400余座, 总长度4200km; 公路隧道1970余座,总长度近1000km; 已建成运营的城市地铁总长近200km。此外,还建成大批地下厂房、地下设施和LPG等洞库工程。从最近几年的建设规模和速度来看,铁路隧道和公路隧道分别约以每年300km和150km的建设速度在增长。正在规划、设计和建设中的南水北调、西气东输和水电工程、LPG工程, 也为隧道和地下工程事业的发展带来了新的、更大的机遇。从隧道和地下工程的数量、规模和建设速度来看, 我国堪称世界之最。在这些隧道中, 中硬岩隧道占相当比例。采用的主要钻眼方法有人工手持风枪配简易台架钻眼法、凿岩台车钻眼法和隧道掘进机法。凿岩台车钻眼法在我国于20世纪80年代的长大隧道施工中被广泛应用，但90年代以后, 人工手持风枪配简易台架钻眼法又再次被广泛应用。对隧道施工而言, 开挖是施工成败的关键。人工手持风枪配简易台架钻眼法成本较低, 但是工人劳动强度大、劳动环境恶劣、施工效率较低; 凿岩台车有钻孔速度快、能缩短非钻孔时间、自动化程度高、施工安全、施工质量高、隧道开挖作业工作环境较好、施工作业的机械化水平较高,能实施超前钻孔技术等优点[1]。 凿岩台车是隧道及地下工程采用钻爆法施工的一种凿岩设备，它能移动并支持多台凿岩机同时进行钻眼作业。国外生产凿岩台车的公司有Atlas, Tamarack等公司。当今，我国的道路建设正处于高速度发展时期，隧道的掘进和地下工程的进行与凿岩台车是密不可分的，特别是高性能自动化的凿岩台车，计算机控制的凿岩台车是以后的趋势。而我国的凿岩台车的设计与制造与世界先进水平之间存在的差距是不容忽视的，不管是从外观还是内部性能，使用寿命。我国的道路建设和相关工程的高难度和特殊性又加强了对高性能凿岩台车的依赖性，我国每年都要花大量资金从国外进口相当数量的工程机械，凿岩台车的进口就占其中的一部分，不仅花费了大量资金，台车的保养和维修也是一个难题。因此，这些残酷的事实告诉我们，靠别人不如靠自己，高性能凿岩台车的研发和制造在我国已是大势所趋，高性能凿岩台车将对我国的道路建设所带来的意义是巨大的。基于此，本次毕业设计为凿岩台车的设计[2]。 凿岩钻车广泛用于矿山巷道掘进和回采作业、铁路隧道和国防工程等方面的施工。随着凿岩爆破工艺的不断改善，凿岩钻车在生产建设中愈来愈显示出它的优越性。如巷道断面大于10m2的凿岩作业、平巷掘进的直线掏槽法对钻孔平行度的要求，无底柱分段崩落法对钻孔角度的要求等，都是人力自由控制所难以保证的。但若采用凿岩钻车进行凿岩作业，不仅完全可以满足上述各种要求，而且也为采矿过程自动控制创造了可能的前提条件。 1.2 国外凿岩台车的研究及发展现状
国外研制液压凿岩机始于20世纪70年代,先后有美国Ingersoll2Rand公司、Gardner2Denver公司、瑞典Atlas Copco公司、Linden2Alimak公司、芬兰Tamrock公司、法国Eimco2Secoma公司、德国Krupp公司和日本古河(FURUKAWA)公司等投入力量研制液压凿岩机及相关配套钻车。其中瑞典AtlasCopco公司和芬兰Tamrock公司生产的液压凿岩机及配套钻车最具代表性,占有60%以上的市场份额。截止目前,无论是井下或露天掘进或采矿,都有相应的液压凿岩机供选用。如芬兰Tamrock公司80年代初液压凿岩机只有3个系列,目前该公司的产品已发展到7个系列,从小型手持式到超重型,品种规格齐全。在发展回转-冲击式产品的同时,适用于软岩上钻孔的纯回转液压凿岩机也得到相应的发展。尤其是瑞典Atlas Copco公司能够灵活地根据用户的某些特殊要求,在某种基型产品上稍加改进,就可以组装成专用产品,产品上的配套部件可随不同地区和国家的不同环境而改变,在轻型产品的研制中,大量采用塑料件来减轻整机的重量。液压凿岩机的外壳等多采用精密铸造,从而使机器的结构紧凑,布局合理,外形也较美观[3] 。 如今AtlasCopco公司生产的Cop系列液压凿岩机已经从Cop1022发展到最新推出的Cop4050型重型液压凿岩机, Cop4050的冲击功率可达40kW,装配于Simba4450系列全液压钻车上, 1993年成功用于瑞典卢基公司基律纳铁矿井下深孔采矿凿岩,钻凿孔径达115mm,这是传统的潜孔冲击器的工作范围。潜孔凿岩虽然能得到较好的孔直度,但速度较低。Cop4050能在两倍于潜孔凿岩速度的情况下,得到几乎全直的孔,并能使用通常的钻管、钎杆或二者的组合。Tamrock公司生产的HL4000系列大功率超重型液压凿岩机, 1984年在挪威年产2500万t的比约纳湖(Bjornevatn)铁矿装配Herbert钻车用于露天矿山钻凿直径230～275mm的炮孔,其凿速相当于同级牙轮钻机的116倍,而能耗仅为牙轮钻机的1/2。由于液压凿岩机具有节能、高效、成本低和作业条件好等显著优点,国外除地下凿岩已推广应用外,在中小型露天矿和岩石工程应用方面也有不小进展[4]。 1.3 国内凿岩台车的研究及发展现状
