夏劍輝，李勇濤

0 引言

浙江開山重工股份有限公司在多年開發(fā)生產(chǎn)潛孔鉆車的基礎(chǔ)上，針對大中型露天礦山對鉆車和空壓機(jī)一體化的要求，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)，采用系統(tǒng)合理匹配、智能控制等技術(shù)，通過模塊化和機(jī)、電、液一體化、仿真優(yōu)化等設(shè)計(jì)，進(jìn)行集成創(chuàng)新研制，先后攻克了高氣壓潛孔沖擊器和鉆頭、鉆桿、高氣壓螺桿機(jī)頭、先導(dǎo)油路的液壓閥塊（回轉(zhuǎn)閥、行走閥、散熱器閥、集塵閥、底盤閥等）、結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)件、回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭、控制系統(tǒng)、安全駕駛室等部件的關(guān)鍵制造技術(shù)，現(xiàn)已批量生產(chǎn)KT/ZT系列一體式露天潛孔鉆車，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能、智能化和鑿巖設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化。

目前共有12種型號的一體式露天潛孔鉆車供用戶選擇，他們分別為KT5C、KT6C、KT7C、KT9C和ZT5、ZT10、KT11、KT12、KT15、KT20、KT25、KT20S，其中前4種型號的鉆車不帶駕駛室，采用旁側(cè)操作臺集中控制鉆車的運(yùn)行，結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低，可滿足中、小型露天礦山和采石場及基礎(chǔ)設(shè)施工程施工的需求；后8種型號的鉆車配有空調(diào)駕駛室，可提供舒適的工作環(huán)境，能滿足大、中型露天礦山的需求。系列產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 KT/ZT系列一體式露天潛孔鉆車

1 主要技術(shù)參數(shù)

1.1 不帶駕駛室的鉆車技術(shù)參數(shù)

該類鉆車適應(yīng)鉆鑿硬度f=6-20的巖石，均配有干式集塵器，配備玉柴動(dòng)力或康明斯動(dòng)力國三發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 帶駕駛室的鉆車技術(shù)參數(shù)

該類鉆車適應(yīng)鉆鑿硬度f=6-20的巖石，均配有空調(diào)駕駛室、干式集塵器、自動(dòng)接卸桿機(jī)構(gòu)和防卡釬、行駛、鉆孔控制系統(tǒng)，其主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

KT/ZT系列各型號鉆車的配置有所差異，但功能基本相同，現(xiàn)以ZT10型露天潛孔鉆車為例，介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

ZT10型一體式露天潛孔鉆車由單柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過柴油機(jī)兩端輸出動(dòng)力的方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)螺桿式空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行巖石鉆鑿作業(yè)。鉆車由駕駛室、履帶行走底盤、鉆臂、推進(jìn)梁、自動(dòng)換桿機(jī)構(gòu)、集塵器、液壓和氣路系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、鉆進(jìn)系統(tǒng)等部分組成，鉆車外形見圖2。該鉆車具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

（1）鉆機(jī)-空壓機(jī)-發(fā)動(dòng)機(jī)三大部分融為一體，結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)方便，無需另行拖動(dòng)空壓機(jī)，使供氣管路大大縮短，減少了管路的損失，做到了節(jié)能、高效和整機(jī)機(jī)動(dòng)性好。

（2）控制系統(tǒng)采用CANBUS總線技術(shù)和虛擬儀表技術(shù)，應(yīng)用層采用CanOpen協(xié)議和SAE J1939協(xié)議，前者將PLC、人機(jī)界面、操作面板、總線式傳感器等集成至CAN總線；后者將康明斯QSL系列電控發(fā)動(dòng)機(jī)無縫連接，采集發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)信息，并根據(jù)設(shè)定，控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，提升了整車液壓系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等的性能。系統(tǒng)主要由PLC、人機(jī)界面、操作面板及相關(guān)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電磁閥）等組成，完成發(fā)動(dòng)機(jī)、氣路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、鑿巖、推進(jìn)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、定位行走、集塵器、機(jī)械手等系統(tǒng)的控制。由總線控制的PLC通過各開關(guān)、傳感器的輸入信號，按照內(nèi)部編譯好的程序規(guī)則對各工作機(jī)構(gòu)發(fā)出各種控制動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)工作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作邏輯功能和輸出功率/扭矩與負(fù)載的匹配。

（3）自動(dòng)防卡鉆控制作為潛孔鉆機(jī)技術(shù)體系的核心，對于鉆機(jī)性能調(diào)控以及鑿巖質(zhì)量和效率有著最為直接的影響［1］。為了避免鑿巖過程中出現(xiàn)卡鉆的情況，設(shè)置了自動(dòng)防卡裝置，由PLC控制器、PLC擴(kuò)展模塊、傳感器、液壓回路等組成，防卡極限值和防卡延時(shí)在參數(shù)設(shè)置界面中自由設(shè)置以適應(yīng)不同的巖層。鉆孔狀態(tài)時(shí)，打開防卡開關(guān)，進(jìn)入自動(dòng)防卡鉆模式。當(dāng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)扭矩超過設(shè)定值時(shí)，動(dòng)力頭在邏輯控制器的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提升，當(dāng)回轉(zhuǎn)扭矩下降，壓力降到低于防卡鉆值后，關(guān)閉防卡閥，又重新恢復(fù)正常推進(jìn)作業(yè)。此控制大大減少了鉆孔作業(yè)的卡阻現(xiàn)象，提高了鑿巖效率。

表2 主要技術(shù)參數(shù)

圖2 ZT10型露天潛孔鉆車

（4）夾桿缸可自動(dòng)對中，保證開孔及鉆進(jìn)過程具有良好導(dǎo)向；接卸桿實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，全部動(dòng)作由機(jī)械手完成，方便快捷，安全可靠；鉆桿螺紋采用自動(dòng)噴油潤滑，無需人工涂抹油脂；鉆桿聯(lián)接采用浮動(dòng)方式，解決了接卸桿過程中的頂扣現(xiàn)象；自動(dòng)換桿機(jī)構(gòu)包括卸桿結(jié)構(gòu)、鉆桿庫、機(jī)械手結(jié)構(gòu)等，由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換桿。

（5）干式集塵器包括液壓馬達(dá)、葉輪、濾芯、脈沖閥、二級集塵器殼體、一級集塵器、捕塵罩等，采用先進(jìn)的液壓驅(qū)動(dòng)旋風(fēng)層流方式，由駕駛室左操作面板上的三檔定位集塵開關(guān)按照設(shè)定的脈沖時(shí)間吹塵并控制3路反吹閥依次反吹；通過粗濾和精濾把鉆孔排出來的礦渣和粉塵收集起來，既保護(hù)環(huán)境又加快排渣速度，做到環(huán)保和效益的完美結(jié)合。

（6）配有空調(diào)的安全駕駛室符合防落石和防翻滾相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，工作環(huán)境舒適，鉆車所有的手動(dòng)操縱都集中在駕駛室內(nèi)，如圖3所示。

駕駛室內(nèi)安裝的液晶顯示器作為人機(jī)界面（主界面為工作和報(bào)警），工作界面中系統(tǒng)會(huì)根據(jù)鉆車當(dāng)前的狀態(tài)自動(dòng)切換“行走界面”和“鉆孔界面”，另外可根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置或修改40余項(xiàng)鉆車的參數(shù)，能直觀顯示鉆車的工作狀態(tài)信息，設(shè)置工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了可視化操作。在液晶顯示器右側(cè)裝有6個(gè)狀態(tài)指示燈（發(fā)動(dòng)機(jī)等待、報(bào)警、停車故障燈、總報(bào)警、沖擊以及防卡指示燈）。在司機(jī)座椅的前方兩側(cè)設(shè)置了左、右控制面板，分別設(shè)有行走操作桿、集塵器控制面板、雨刮器控制面板、自動(dòng)接卸桿控制面板、空調(diào)控制面板和鉆臂操作桿（六聯(lián)油缸）、柴油機(jī)控制面板、急停按鈕、附件控制（照明、防卡開關(guān)、水預(yù)熱）面板、鉆孔操作桿、主控制面板、回轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥、多功能收音機(jī)，這些操作桿均為液壓先導(dǎo)多功能操縱手柄，具有與各種動(dòng)作對應(yīng)的控制功能，方便司機(jī)集中操作。

圖3 駕駛室內(nèi)部布置圖

3 結(jié)語

KT/ZT系列一體式露天潛孔鉆車適應(yīng)鉆鑿硬度f=6-20的巖石和直徑80～254mm的炮孔及21～35m的中深孔（經(jīng)濟(jì)鉆孔），是機(jī)、電、液高度融合，集鉆機(jī)、空壓機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)一體的智能化鑿巖裝備，所有高氣壓潛孔鉆具和螺桿機(jī)頭、底盤、鉆臂、推進(jìn)器，液壓閥塊、回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭、換桿機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、駕駛室等關(guān)鍵部件均采用本集團(tuán)生產(chǎn)的產(chǎn)品，為用戶售后服務(wù)打下了基礎(chǔ)，具備很強(qiáng)的適應(yīng)性和可靠性，符合國家高效、節(jié)能、環(huán)保和有關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策，能滿足各種不同客戶的需求，具有整體性好、自動(dòng)化程度高、鑿巖效果好、環(huán)保、節(jié)能、操作、維護(hù)方便、機(jī)動(dòng)靈活和行駛安全等特點(diǎn)。