摘要： 一種液壓鉆機動力頭是工程機械的輔助機械，我國整個社會工業(yè)化進(jìn)程尚未完成，有大量的鐵路、公路、水利和基礎(chǔ)建設(shè)將要進(jìn)行。未來工程方面對各類現(xiàn)代化機械設(shè)備的需求將會越來越大，給液壓動力頭等提供了大量的市場機會。因此要求對頂錘式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)動力頭性能上進(jìn)行改進(jìn)，提升產(chǎn)品的品質(zhì)，能夠提高工作效率，使其更有效的應(yīng)用于工程建設(shè)。本文分析了一種液壓鉆機動力頭的國內(nèi)外現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，簡述其結(jié)構(gòu)及功能分析。

關(guān)鍵詞：動力頭;錨固鉆具;液壓系統(tǒng);液壓沖擊錘

一、前言

液壓錨桿鉆機主要應(yīng)用于電站、公路及鐵路等山體邊坡治理錨索加固、隧道管棚超前支護、基坑斜拉樁錨索、抗浮錨桿、地源熱泵井、路基加固等工程。傳統(tǒng)液壓錨桿鉆機動力頭是旋轉(zhuǎn)式液壓動力頭，不具備沖擊功能，在遇到巖層，砂卵石層時，需要借助潛孔沖擊器來進(jìn)行破巖作業(yè)，需要匹配空壓機和沖擊器，施工費用高，作業(yè)效率低。一些廠家采用液壓破碎錘接到回轉(zhuǎn)式動力頭后面進(jìn)行沖擊功能擴充，由于液壓破碎錘沖擊頻率低，單次沖擊力大，整體缺少打擊緩沖，所以容易損壞動力頭。

鉆機頂錘式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)動力頭是一種破碎工具，它由液壓沖擊錘和旋轉(zhuǎn)部分組成，以液體壓力驅(qū)動液壓缸種的活塞往復(fù)運動外作功，驅(qū)動液壓馬達(dá)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。而在當(dāng)今，由于大量的工程建設(shè)等，就需要大型的機械來運轉(zhuǎn)，所以沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭更多被作為一種輔助設(shè)備。

二、國內(nèi)外頂錘式?jīng)_擊旋轉(zhuǎn)動力頭技術(shù)現(xiàn)狀與差距

舊式的錨固鉆機動力頭多數(shù)只有旋轉(zhuǎn)功能，需配套的設(shè)備有空壓機、沖擊器、跟管鉆具等，在實際應(yīng)用時，由于巷道圍巖的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、煤巷頂板常存在夾層等局部堅硬巖層，其硬度超過旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機的適應(yīng)范圍，致使旋轉(zhuǎn)錨桿鉆機使用受到了限制，降低了效率。在現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機結(jié)構(gòu)上，增加一個沖擊機構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)作業(yè)的同時，輔以沖擊，使孔底巖石產(chǎn)生微觀裂縫，以使旋轉(zhuǎn)鉆孔更為有效，當(dāng)遇到局部堅硬巖層時，可以充分發(fā)揮沖擊破的特點，大大減低了成本，提高了效率。液壓沖擊錘是從最原始的破碎錘經(jīng)過層層改進(jìn)而來的，而且因為其良好的經(jīng)濟及社會效益而發(fā)展迅速[1]。

國外液壓沖擊錘形成了當(dāng)今的產(chǎn)品多樣化、系列化的形式。液壓沖擊錘在歐美和日韓得到大量生產(chǎn)和飛速發(fā)展。國內(nèi)現(xiàn)狀與國外液壓沖擊錘相比，我國液壓沖擊錘的總的發(fā)展現(xiàn)狀是：起步不晚，但發(fā)展緩慢。20世紀(jì)70年代啟動開發(fā)研制液壓沖擊錘，80年代初得以研制開發(fā)且規(guī)模變大。液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭的發(fā)展綜合來看，有以下幾個趨勢：

（1）產(chǎn)品系列化：根據(jù)的物塊形狀和硬度決定選用沖擊能的大小。

（2）智能化：在各種技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)上，希望能實現(xiàn)自動調(diào)頻調(diào)能來應(yīng)對于不同工況。

（3） 沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭的結(jié)構(gòu)形式多樣化：按沖擊能源的分類、裝配的分類、及沖擊能分類等。

（4）功能多樣化、結(jié)構(gòu)柔性化：為了適用現(xiàn)代施工要求，功能的多層化和多種附加功能使液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭在功能上也具有了很大的柔性[2]。

三、液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭結(jié)構(gòu)及功能分析

3.1 液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭結(jié)構(gòu)如圖1所示

1—打擊組;2—頻率組;3—限位組;4—液壓馬達(dá);5—旋轉(zhuǎn)組;

6—倒打組;7—花鍵軸;8—倒打緩沖器;9、10—打擊緩沖器

3.2 液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭工作原理[3]

a、最初情形：

活塞14在最下端（自重作用），閥芯212在最上端（液壓力作用），閥芯212在第四油腔217內(nèi)的受力面積小于閥芯212在第一油腔214內(nèi)的受力面積，所述閥芯212在第一油腔214內(nèi)的受力面與閥芯212在第四油腔217內(nèi)的受力面之和大于閥芯212在第五油腔218內(nèi)的受力面，所述活塞14在第六油腔17內(nèi)的受力面小于活塞在第七油腔18內(nèi)的受力面。

b、活塞14回程：

高壓油從進(jìn)油口211進(jìn)入限位組2，通過油道進(jìn)入第六油腔17，第七油腔18與出口連接，活塞14向上運動，同時前緩沖器15受壓蓄能，第七油腔的液壓油從出口流出，由于出口孔徑截面積與后緩沖器進(jìn)口孔徑截面積小于第七油腔的孔徑截面積，導(dǎo)致后緩沖器受壓，起到緩沖和背壓的作用，防止活塞14撞擊后基座13的端蓋;

c、閥芯212換向：

當(dāng)活塞14向上運動到第六油腔17與第四油腔連通時，此時第一油腔214、第四油腔217和第五油腔218都受高壓，由于所述閥芯212在第一油腔214內(nèi)的受力面與閥芯212在第四油腔217內(nèi)的受力面之和大于閥芯212在第五油腔218內(nèi)的受力面，從而使得閥芯212向下運動;

d、活塞14沖程：

當(dāng)閥芯212向下運動到一定的距離后，進(jìn)油口211的高壓油同時進(jìn)入第六油腔17和第七油腔18，由于所述活塞14在第六油腔17內(nèi)的受力面小于活塞在第七油腔18內(nèi)的受力面，使得活塞14向下運動，同時前緩沖器15提供一個瞬間動能，推動活塞14迅速向下運動，沖擊做功;

e、閥芯212換向;

當(dāng)活塞14向下運動的同時，會使第六油腔17與第四油腔217斷開，此時第一油腔214和第五油腔218受高壓，由于所述閥芯212在第五油腔218內(nèi)的受力面積大于閥芯212在第一油腔214內(nèi)的受力面積，閥芯212會閥上運動;

這樣完成一個工作循環(huán)，當(dāng)停鉆機時，控制動力頭的液壓閥的中位技能為O形，進(jìn)出口油路都封閉，前緩沖器15提供高壓，使閥芯212一直保持初始狀態(tài)。

頻率組工作時，高壓油從進(jìn)油口進(jìn)入限位組，通過油道進(jìn)入前腔5中，油壓推動活塞14向上運動，當(dāng)活塞14向上運動到與①號油道口連通時，高壓油通過④號油道進(jìn)入限位組6中，切換方向，入口高壓油同時進(jìn)入前腔5和后腔7，由于后腔的受力面積小于前腔的受力面積，使得活塞14向下運動，往復(fù)運動。當(dāng)控制口的油壓增大時，頻率活塞3克服彈簧2力向上運動，頻率活塞3會堵?、偬栍偷揽?，活塞14向上運動到②號油道口時才連通，切換方向，從而改變了活塞14的運動行程，依次類推，活塞行程越長打擊頻率越慢，打擊力越大。

打擊組、限位組和頻率組與旋轉(zhuǎn)組、倒打組配合的原理如下：

高壓油通過進(jìn)油口211進(jìn)入限位組2的同時，也進(jìn)入了倒打組中，由于倒打組出口安裝了節(jié)流接頭，進(jìn)入的油的流量大于出口的流量，使倒打組中的倒打活塞51向上運動，推動花鍵軸6保持位置不變，當(dāng)打擊組的打擊活塞14沖擊花鍵軸6時，倒打組中的流量在節(jié)流接頭的作用下不能快速流出和倒打緩沖器54共同起到了緩沖的作用。

當(dāng)通過頻率控制口時，油壓進(jìn)入頻率組中，油壓克服頻率組中的彈簧壓力，關(guān)閉油道口，使其與打擊組1前腔連通的位置發(fā)生變化，改變打擊活塞的行程，起到控制打擊組打擊頻率的效果。

四、結(jié)束

液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種解決不同圍巖頂板條件下的錨桿支護問題，沖擊頻率快，大大減低了成本，提高了效率。通過對國內(nèi)外現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢的講解和其結(jié)構(gòu)及功能分析，對改變我國鑿巖設(shè)備技術(shù)相對落后的現(xiàn)狀，具有重要的理論和現(xiàn)實意義，并具備自主開發(fā)液壓沖擊旋轉(zhuǎn)動力頭的技術(shù)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許同樂，夏明堂.液壓破碎錘的發(fā)展與研究狀況[J].液壓.氣動.密封，2005;

[2]朱建新，鄒湘伏等.國內(nèi)外液壓破碎錘研究開發(fā)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].鑿巖機械氣動工具，2001，（4）：33—38.

[3] 吉偉，一種液壓鉆機頂錘式?jīng)_擊器旋轉(zhuǎn)動力頭 ZL 2014 1 0657153.3