YT28型气腿式凿岩机的设计与工艺改进

余永高

（开山集团浙江开山钎具有限公司，浙江 衢州 324002）

开山集团年产20 几万台气动凿岩机，一直供不应求， 然而我公司2000年开发的YT28 型气腿式凿岩机却问题较多，市场难以推广。2007年公司将攻关改进重任交给笔者， 并重新组建技术团队，经过新团队的攻关，YT28 型凿岩机存在的问题得以解决，一度成为市场的抢手货，供不应求。

1 YT28 型气腿式凿岩机存在的问题及改进措施

1.1 设计方面的问题及改进措施

我公司早期开发的YT28 型凿岩机，操纵阀关不死，调压阀锁不住，活塞拉缸，冲击转钎无力，活塞、螺旋母、棘爪、钎套、阀组等零部件不耐用，钎卡、螺旋棒支耳易断裂，注水不灵。 可以说在凿岩机的主要性能上存在不小的问题，用户退货较多，市场推广困难。

研究团队接到命令后， 结合本企业特点，凭借 对 YO18P、YO20、Y19A、YH20、YH21、YT23、YT23D、YT24、Y24、Y26 等型号凿岩机的成功设计理念，利用SolidWorks 设计软件，对所存在的问题和缺陷，逐一进行分析、判断、改进。

1.1.1 操纵阀关不死的问题及改进措施

柄体上的操纵阀，是柄体部件的关键零件，集强吹、停止、轻击、中击、重击、注水、气腿进气等功能于一体， 其上5 根槽所对应的孔道必须与柄体孔道一同实现所规定的功能，不得有差错。但早期的产品设计是靠手工计算的， 对这种看不见摸不着且关系复杂的孔位配合，难免会有所疏漏。2004年6月， 有用户指出我们的YT28 型凿岩机操纵阀关不死，停机状态活塞仍在轻微冲击。

查零件，零件没问题；查图纸，也看不出所以然；用电脑建立三维模型，当操纵阀转到停机状态时， 发现操纵阀上的孔与柄体上的孔仍有1.5毫米左右连通着。

我们随即对操纵阀作了改进，产品投放市场后，操纵阀关不死的问题再没有出现过。

1.1.2 调压阀锁不住的问题及改进措施

调压阀控制着气腿轴推力的大小。 在凿岩时，操作人员可根据管路中的气压及凿岩机后座力的大小随时调整调压阀的角度，以获得最佳的推进力；同时要求角度调整后，调压阀必需锁定，不受凿岩机的振动而改变角度， 影响推进力。2004年9月，有用户发现我们的YT28 型凿岩机调压阀锁不住，刚刚调好的角度，凿岩机一开，调压阀角度就变了，甚是揪心。

调压阀锁不住的问题，看似简单，其实处理起来并不容易。 首先观点上就有各种争议，有说靠涨圈外圆密封的， 有说靠涨圈侧面密封的，有说靠涨圈内孔密封的。 从YT24 型凿岩机开发以来，以前的几茬技术人员正是按以上观点修改涨圈及调压阀图纸的（这两零件YT24 与YT28 通用），但均出现调压阀难装、涨圈切边、调压阀扳不动、调压阀锁不紧等问题。 在吸取前人教训的基础上，重新设计了涨圈及调压阀图纸，涨圈的外圆、侧面、内孔均取过渡配合，同时改变涨圈的形状与硬度，在凿岩机进气工作时确保涨圈能形成高压气腔并可靠胀紧锁住。还在涨圈的内孔上增设两个凸台，使之与调压阀连为一体，同时转动，对调压阀的可靠锁紧也有帮助，调压阀锁不住的问题解决了。

1.1.3 活塞拉缸、冲击转钎无力的问题及改进措施

凿岩机就是通过冲击转钎进行凿岩的，活塞拉缸、 冲击转钎无力则属于凿岩机的致命伤，凿岩机的性能无从谈起。

活塞拉缸对小型凿岩机来说，只要用户使用得当，润滑充分，以当时的配合间隙是完全可以避免的。 YT28 凿岩机的导向套内，压有铜衬套，情况并不完全一样，除工艺上对如何保证导向套内、外圆同轴度有不同的争议外，导向套内孔与活塞小径外圆的配合间隙也是值得商榷的。铜衬套线膨胀系数较钢材的略大，在相同的配合间隙和形位公差的情况下，铜衬套热变形大，产生活塞拉缸的几率大。当然此配合间隙也不能放得太大，太大则造成前腔漏气，回程转钎无力。经反复论证，对比试验，取得了一组较为合理的配合间隙，加之工艺上已对导向套衬套组件内、外圆同轴度有了保证，活塞拉缸问题得到解决。

冲击转钎无力，牵涉到的零件多，一台旧凿岩机出现这种情况，可能的原因有：工作气压过低，润滑不良，钎尾108 毫米尺寸不当，阀组、活塞、气缸、导向套、螺旋母、棘爪、钎套、转动套和内棘轮等零件磨损失效， 水路不畅或机腔进水，气腿推力不足或伸缩不灵， 钎杆弯曲或钻头磨损。 但对一台新的YT28 型凿岩机来说，出现这种情况就另当别论了。

元宝接头、气管弯管孔径偏小进气不足？ 阀组、气缸、活塞配气有误？ 棘爪与内棘轮之间、螺旋母与螺旋棒之间、活塞与花键母之间、螺旋棒与柄体之间、 转动套与导向套之间运动阻力偏大？ 抑或有杂质从气管弯管、 消音罩排气口、钎套、气缸支耳孔、注油器等外露口进入机腔？

分析、对比、论证，取长补短，利用设计制造软件， 是我们开发新产品和解决困难的有效方法。 应用这一方法，对YT28 型凿岩机作了如下改进：

（1）加大元宝接头、气管弯管的孔径，以保证凿岩机有足够的进气。

（2）气管弯管的内孔加工要求，清除铸造型沙，避免铸造型沙进入凿岩机阀组、气缸等要害部位。

（3）修改塔型弹簧长度，重新设计棘爪，最大限度地减少棘爪与内棘轮之间相互转动时的摩擦阻力。

（4）螺旋棒花键槽要求抛光处理，以减少螺旋母与螺旋棒之间的摩擦阻力。

（5） 提高花键母与转动套之间的同轴度要求，以减少活塞与花键母之间运动阻力，同时控制好活塞运动方向，防止活塞摆头。

（6）增加螺旋棒与柄体端面之间的间隙，确保两长螺杆拧紧或机器工作发热时螺旋棒不再卡死。

（7）对气管弯管、消音罩排气口、钎套、气缸支耳孔、 注油器等外露口均设计了塑料堵盖，防止杂质进入机腔。

（8）气缸内孔排气口处增设小圆角，以利活塞平滑通过。

1.1.4 螺旋棒支耳易断，注水不灵的问题及改进措施

螺旋棒支耳易断，久已有之，在YT24 型凿岩机上稍好一些，但在YT28 型凿岩机上显得尤为突出。如果在热处理和机械加工工艺上都已做得完美的话，增加螺旋棒支耳厚度、改变棘爪受力点及受力方向、降低棘爪对螺旋棒支耳薄弱环节的冲击是我们设计上所考虑的。 通过分析、对比、建模、计算，在保证零件与YT24 型凿岩机通用的前提下，修改了螺旋棒尺寸，得到了市场与用户的认可。

1.1.5 注水不灵的问题及改进措施

注水不灵，其实也是一个技术难题。YT24 与YT28 型凿岩机用的是气水联动机构， 要求凿岩机钻孔时进水，凿岩机不钻孔时停水。 然而有时出现的情况正好相反， 凿岩机钻孔时水出不来，凿岩机不钻孔时，水却关不住，这就是注水不灵，全国各家企业或多或少都存在这一问题，它花费了不少科研人员的时间与精力。

这种气水联动机构在凿岩机上的应用已有30 余年历史，原理上没有问题，在空气压力克服弹簧力及密封圈阻尼力的计算理论上也没有问题。 但在具体结构设计与尺寸标注上却存在不足，借助电脑模拟，发现主要有：

（1）在注水阀体上与注水阀相配的两孔的孔口无倒角或倒角不规范，造成注水阀上大小密封圈装配时切边，影响密封。

（2）在注水阀体上与注水阀相配的两孔的粗糙度达不到要求， 增大了两密封圈的阻尼力，影响注水阀的运动。

（3）注水阀体上两进水孔尺寸不对，约有半个孔被胶垫挡住，进水不畅。

（4）注水阀体上与环形密封圈相配的轴向尺寸标注不合适，尺寸链太长，易造成此处不能密封或过渡密封。 不能密封则水气相窜；过渡密封则要么挤碎环形密封圈造成水气相窜，要么注水阀体拧不到位造成气针垫处不能密封，进而引起洗锤、洗缸等较为恶劣的现象。

（5）注水阀上小密封槽位置不对，在停机状态时，小密封圈正好被注水阀体上两进水孔的孔口挡住，不仅增大了小密封圈的阻尼力，而且注水阀一旦运动，其上的小密封圈将被切边，影响密封。

通过改进，用户反映良好，注水不灵的问题解决。

2 工艺方面的问题及改进措施

设计、工艺对一个产品来说，是不可或缺的两个部分；一个用心打造的产品，仅有先进合理的设计， 而工艺能力匮乏， 也成不了好产品，YT28 型凿岩机也不例外。工艺创新，对保证产品性能，提高产品质量同样起着举足轻重的作用。

2.1 导向套、衬套加工工艺的问题及改进措施

导向套、衬套加工，原工艺为先将导向套、衬套分别加工到位，再组装到一体。 用这种方法加工，衬套加工困难，报废率高、效率低下，同时衬套压入导向套后，内孔变形量、内孔与导向套外圆同轴度难以控制， 跟活塞拉缸也有直接的关系。改进后的导向套、衬套加工工艺则正好相反，组装后加工内孔外圆，衬套加工简单，几乎不出现报废现象，且衬套内孔尺寸、内孔与导向套外圆同轴度得到保证，从工艺上避免或减轻了活塞拉缸现象。

2.2 钎套不耐用的问题及改进措施

钎套磨损，轻则使机器摆头，难以操作，凿孔效率下降，重则钎套不能传递扭矩，工作停止。据用户反映，市场上最好的钎套一只能顶我们三只。

钎套零件简单，冷、热工艺与产品图对照看不出什么问题，其拉刀沿用了几十年，没有人会怀疑它的合理性。 在排除了热处理及材料方面的原因后，我们不得不重新审视多年来留下的加工工艺及其拉刀。通过与“最好的钎套”进行分析、比较，发现我们老工艺的拉前孔尺寸偏大，控制不严，钎套六方对边拉出来的尺寸也偏大，与钎杆尾部的接触面少得可怜；尽管仍在产品图所要求的范围，但其使用寿命仅及最好的钎套三分之一却是必然的了。通过对钎套加工工艺及其拉刀的改进，其使用寿命已与最好的钎套不相上下。

2.3 气缸支耳孔磨削的问题及改进措施

气缸支耳孔含一直孔与一锥孔，其上有2 个φ6 小孔。 在与气腿组装后，直孔要求能密封，锥孔要求能保证2 个φ6 小孔与气腿横臂上的两槽对正，并能在用户调整了锁紧螺母后，凿岩机能按需要摆动。 气缸支耳孔不磨，漏气、气腿无力、伸缩不灵等情况都会发生。 而要磨好气缸支耳孔，却又谈何容易。若用原有工艺，则气缸热处理变形，车、磨夹具定位误差都会引起气缸支耳孔磨不出，功效低，报废率高，即使用铜皮垫也无济于事。改进后的工艺，气缸上下左右可动，采用气缸支耳孔自身找正，功效高，几乎没有报废，彻底解决了气缸支耳孔磨削问题。

2.4 活塞、棘爪、阀组等零部件不耐用的问题及改进措施

YT28 型凿岩机冲击功大， 扭矩也大， 对活塞、棘爪、阀组等零部件的耐磨要求较高。通过热处理有关科研人员的攻关、改进，提高易磨损部位的碳层深度，改善金相组织，活塞、棘爪、阀组等零部件不耐用现象已大为改观。

2.5 其它有关工艺改进的问题及改进措施

（1）新设计的活塞花键综合量规，检测效率高、精度准，能较好地保证活塞花键对称度与不等分累积误差。

（2）新设计的一整套同轴度、平面度检测量具，保证了产品质量，提高了检测水平。

（3）螺旋母采用特殊工艺处理，从源头上提高了耐用性。

（4）新设计的凿岩机包装箱，体积小，强度高，在仓储、搬运、运输过程中不易压扁、破损。

改进后的型号为YT28A，十五年来，开山牌YT28A 型气腿式凿岩机一直畅销海内外。