小型液压挖掘机改微型液压凿岩机的研制

潘兴荣，何克甜，肖彩飞

(广西徐沃工程机械设备有限公司，南宁530105)

0 引言

小型挖掘机又称小型挖掘机械，一般1～6 吨级的挖掘机可以很容易使用通用的运输车辆进行转场，故可称为小型挖掘机。小型挖掘机得益于小巧的身姿，成为城市地区土方工程应用的主要设备，广泛应用在市政建设及各中小型工程项目中。但是，由于工程项目、施工进度、气候变化等原因，小型挖掘机经常会闲置不用，比如在冬季、雨季不但难保管、难保养还占地方，既浪费了资源，长期的闲置又影响设备的性能，使再次使用时往往不能发挥最好效能。因此，设备的应用的多元化，设备多功能、多用途、高效率成为了设备生产商和用户的追求。

1 现有凿岩机存在的问题

凿岩机主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，推进或提出在孔内的钻具。可用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地质和矿产资源等情况。目前在矿山、煤炭、建材、水电施工、公路、铁路工程等土石方工程爆破孔钻凿作业中广泛使用到凿岩机。

当前，基建行业混凝土或岩石钻孔机械中，常规的机械有手持式风镐、大中型移动凿岩机等，手持式风镐是最原始的钻孔工具，需要人工手持风镐在混凝土或岩石表面进行钻孔，该作业方式虽然可以在狭窄的作业空间施工，但是人工劳动强度大、 效率低，工作环境恶劣、劳动强度大，而且安全隐患较大；钻孔作业时，人就近操作，机械震动大，发出的噪声大，常伴有粉尘和石片逸出，严重影响人的身体健康。而大中型移动凿岩机，由于体积庞大，自身质量重，仅可在经过平整后宽敞的工作面上进行钻孔作业，狭窄的作业空间显然不支持该机械进场施工，加上设备成本高、运输和停靠都不方便。因此，需要开发一种微型凿岩机，能够满足使用要求并与挖掘机配套使用，拓展挖掘机应用范围的同时还可以减少设备投入，将有很好的市场前景。

现有的凿岩机钻孔设备，在设计上存在一些缺陷，主要表现在：

(1)当需要对推进梁上的零部件进行维修保养时，将推进梁旋转至水平位置后无支撑物，这不利于维修人员的安全。

(2)现有的钻机推进梁采用槽钢结构，因推进梁上承载较多的零部件，承重大，易于变形。

(3)捕尘器固定在推进梁下端，无法灵活调整位置，钻孔作业过程中在冲击力的作用下会与钻孔口平面产生较大间隙，灰尘泄漏量大，不利于环保。

(4)现有钻机钻杆的更换采用人工手动更换的方式，不仅影响钻孔作业的效率，而且增加操作人员的劳动强度。

(5)现有的凿岩机推进小车与推进梁普遍采用滑动联接的方式，滑动联接的接触面较大，凿岩机在运行过程中推进小车受到的阻力较大，增加了动力源的能耗。

2 小型挖掘机改微型凿岩机的主要结构

微型凿装置作为小型挖掘机属具之一，配套安装在挖掘机工作臂前端，构成微型凿岩机，用于基建行业混凝土或岩石钻孔作业。这样改造得来的微型凿岩机，结合小型挖掘机体积小巧以及自身灵活的操控优势，可在狭窄的区域内工作，替代人力手工钻孔作业。

2.1 对挖掘机的要求

挖掘机是微型凿岩机的重要组成部分，挖掘机质量好坏直接影响凿岩机的整机质量。凿岩装置的驱动源于挖掘机原有的液压系统，往往容易发生故障，因此，出厂前必须对挖掘机液压系统的性能作全面试验［1］，以减少出厂后挖掘机故障的发生，也就减少了微型凿岩机的使用故障。

2.2 微型凿岩装置的结构

凿岩装置的主要组成如图1 所示。凿岩机头1固定在机头走车2 上；推进器总成安装在推进梁6的顶部；链条张紧器7 安装在推进梁下部；链条3 的上段跨过推进链轮4 与凿岩机头走车的上部连接、链条3 下段跨过链条张紧器7 与机头走车2 的下部连接；钎杆爪10 安装在推进梁6 的底部；利用挖掘机原来装有的液压系统为动力源并通过各相关控制阀实现对液压凿岩机的驱动和控制，完成凿岩作业。

图1 微型凿岩装置结构

2.3 凿岩装置与挖掘机的联接

挖掘机改造的凿岩机，包括挖掘机本体、挖掘机工作臂和凿岩装置，用凿岩装置代替铲斗。凿岩装置通过一涡轮蜗杆减速器与挖掘机工作臂的小臂前端联接，具体联接方案有多种，本方案如图所示2。

(1)挖掘机工作臂与减速器外壳固定联接。在减速器联接法兰6 上垂直焊接有联接板5，该联接法兰直接与减速器外壳8 固定联接，联接板5 上设有与原挖掘机铲斗联接孔相对应的两联接孔A 和B，并通过原有铰销与挖掘小臂2 联接，通过操作挖掘机工作臂(由挖掘小臂2 和挖掘大臂3 构成)可实现凿岩装置的纵向倾斜角度调整。

(2)凿岩装置推进梁与减速器输出法兰固定联接。凿岩装置推进梁上焊接有安装法兰10，用以与减速器的输出法兰固定对接。调姿驱动马达9 通过驱动蜗杆7、涡轮、驱动轴及输出法兰转动，使凿岩装置总成1 侧向偏转，实现调整凿岩装置的侧向倾斜角度。

图2 凿岩装置与挖掘机的联接

2.4 凿岩机的工作原理

凿岩机有三个主运动，其中：①凿岩机的冲击，是把液压泵输出的压力油经凿岩机换向阀供到冲击活塞缸，随着换向阀的频繁自动换向实现冲击活塞的往复运动，对外表现就是冲击；②凿岩机钎头的回转，是相应的换向阀控制凿岩液压马达实现钻杆的旋转；③凿岩机钎头的推进和抽回，通过相应控制阀对进退油缸实施控制来实现。

凿岩机的辅助动作有5 个，包括：

(1)扶钎。通过扶钎器，用于首次起钻时对钻杆的定位及接杆卸杆时夹住钻杆。

(2)侧摆。侧摆是针对不同坡度钻孔时调整推进梁的左右方向倾斜角度。

(3)机械手偏转。功能是接杆卸杆时夹紧钻杆进出杆库。

(4)机械手夹紧。功能是夹住钻杆，用于接杆卸杆。

(5)转钎。用于存放备用钻杆，转动钎杆库盘实现钻杆的出入库。

另外，在环保要求高的地方，还应配备除尘装置。

微型凿岩装置配套安装在小型挖掘机工作臂前端，构成自行式微型凿岩机，结合小型挖掘机体积小巧以及自身灵活的操控优势，可在狭窄的区域内工作，操作人员可以远离恶劣的凿岩工作中心区。操作员坐在挖掘机的驾驶位上作行走和调姿操作，使微型凿岩机移至需要钻孔的位置，再利用小型挖掘机的液压动力源将动力传至凿岩机头和推进器总成，进行钻孔作业，完成混凝土或岩石钻孔作业整个工作流程。

3 特点及优势

在挖掘机改装凿岩机的过程中，无需拆卸挖掘机工作臂，只需要把挖斗替换为凿岩装置即可［2］，操作简单、方便实用。从经济的角度看，小型挖掘机改微型凿岩机的成本比购买专门的凿岩机要低，对原来的挖掘功能影响也不大，可以随时更换挖掘机属具从而得到不同的使用功能。并且具有如下优势：

(1)通用性强：可装配在任何品牌的液压挖掘机上。

(2)回报率高：挖掘机改装的凿岩机，使用能耗低，能耗仅是同类型风动设备的三分之一；工作效率高，如90 mm 孔凿岩速度每分钟可达1.2 m，是风动设备的 8～10 倍。

(3)性价比高：将挖掘机改装成为凿岩机成本低、效率高、实用性强，为挖掘机找到了新的价值［3］，充分结合了挖掘机的行走方便和凿岩机快速打孔等优势，形成两者优劣互补，还可以利用挖掘机工作臂调整打孔角度，适合于复杂工况的打孔作业，增加打孔的灵活性，可媲美于进口全液压凿岩机，又因不用拆除挖掘机工作臂而能够方便恢复挖掘机功能，实现换挖掘机与凿岩机的快速转换。

(4)安全性高：由于挖掘机作为主机，具有自重大、功率大、可靠性高、能适应恶劣环境等特点，使设备操作事故风险低、作业环保、工作效率高。

(5)电脑精控：先进的挖掘机采用智能控制，操作简单，一般的挖掘机手经过简单培训之后即可操作，无需专业人员。

(6)成本低：通过改造使挖掘机具备凿岩台车所拥有的打孔功能，并且不影响挖机本身的功能，而且由于挖掘机的爬坡性能、 打孔角度调整等都更优于凿岩台车，所以更为灵活，而价格仅是液压凿岩台车的1/10，甚至低于风动凿岩台车。显然，其推广应用的前景看好。

4 结束语

设备改造与技术革新开启了挖掘机新的使用途径，比如将挖斗改成破碎锤、切削钻机、凿岩钻机、潜孔钻机、机载液压膨胀机、夹木器等，便可轻易的拓展挖掘机的功能，分别应用于土建工程、隧道工程、采石业、采矿业、林业、运输业、路桥工程、钢铁工业或水利工程等领域，不用改变挖掘机的性能，便可实现一机多用，从而减少挖掘机的闲置时间，大大降低设备投入的成本，解决了许多传统方法无法实现或成本太高的难题。随着我国城镇化建设进程加快和基础设施的建设不断增加，今后小型工程机械设备及其属具的需求将逐步升温，微型挖掘机多功能改造的市场前景为业内人士普遍看好［4］。