COP 2100/2500系列液压凿岩机技术特点

周志鸿，马飞，郑利霞

（1.北京科技大学土木与环境工程学院设备系，北京100083；2.北京信息职业技术学院，北京100015）

1 概述

在上世纪七十年代，阿特拉斯·科普柯公司的凿岩钻车与液压凿岩机就已经进入我国。阿特拉斯·科普柯公司生产的液压凿岩机是我国用户最为熟悉的液压凿岩机，是我国市场上销售量最大，用户最多的液压凿岩机品牌。设计理念创新，制造工艺精益求精，与细节上的不断完善，是阿特拉斯·科普柯公司液压凿岩机在国际市场上长盛不衰的秘诀。本文具体介绍COP 2100/2500系列液压凿岩机的技术特点，探讨阿特拉斯·科普柯公司液压凿岩机技术发展的一般思路，供我国的液压凿岩机研制人员参考。

阿特拉斯·科普柯公司COP 2100/2500系列液压凿岩机主要应用于露天凿岩钻车与套管凿岩钻车，用于台阶钻孔。COP 2100/2500系列液压凿岩机的外观见图1、图2。

图1 COP 2150/COP 2550凿岩机

图2 COP 2150-CR/COP 2550-CR套管凿岩机

2 基本技术参数

COP 2100/2500系列液压凿岩机的的基本技术参数见表1。

3 性能特点

3.1 高冲击压力与高回转压力

阿特拉斯·科普柯公司液压凿岩机是以冲击压力高与回转压力高而著称于世的。COP 2100/2500系列液压凿岩机最大冲击压力达到了210/230bar，最大回转压力都达到200 bar（见表1）。冲击压力与回转压力越高，对凿岩机的零件材质与加工质量的要求越严格，因此冲击压力与回转压力的高低是液压凿岩机技术与质量高低的重要标志。

3.2 高冲击功率与大冲击能

COP 2100/2500系列液压凿岩机的冲击功率达到了21/25 kW（见表1）。冲击能达到了580/560焦耳。冲击能之所以这样大，是因为COP 2160/2560凿岩机采用的钎尾与钎杆的直径较大，能够承受较大的冲击能，COP 2150-CR/COP 2550-CR凿岩机采用套管凿岩技术，更能够承受大的冲击能。

表1 COP 2100/2500系列液压凿岩机基本技术参数

3.3 高回转功率与大扭矩

COP 2160/2560凿岩机的回转功率达到15 kW，最大扭矩达到1810 Nm，COP 2150-CR/COP2550-CR凿岩机的回转功率达到30 kW，最大扭矩达到3960Nm（见表1）。最大扭矩的数值远远超过了冲击能580/560J的数值。扭矩大，必然会减少卡钎的几率。

3.4 冲洗水压大

COP 2100/2500系列液压凿岩机的冲洗水压达到12bar，能够将孔底的岩渣吹干净。

4 基本结构

COP 2100/2500系列液压凿岩机的基本结构见图3与图4。

5 结构特点

5.1 冲击活塞与钎尾的尺寸相匹配

冲击活塞与钎尾的尺寸相匹配，主要是冲击活塞与钎尾的撞击面的直径尽可能一致，活塞与钎尾的各个断面的直径不要相差太大，可使冲击压力波传递效率更高，活塞与钎尾的使用寿命更长。

5.2 不锈钢水套与高效水密封

不锈钢水套与高效水密封，能够防锈，并且能够耐受12bar的冲洗水压力。

5.3 回转齿轮箱的连续稀油润滑

回转齿轮箱的连续自动稀油润滑代替了人工加注润滑脂，不仅改善了润滑条件，也改善了冷却状况。减少了零件的磨损，增大了齿轮箱的输出功率。

5.4 双缓冲系统

单缓冲系统早已有之，双缓冲系统是单缓冲系统的进步与发展，缓冲的效果更好。单缓冲系统只有一个缓冲腔，双缓冲系统具有两个缓冲腔，双缓冲系统结构见图3与图4。

双缓冲系统可使凿岩机采用大冲击能，但不减少钎杆的使用寿命。双缓冲系统有两个功能：

（1）防止从岩石反射的冲击波在钎杆中来回传播；

（2）在活塞每次打击之后，让钻头抵住岩石，钻具重新紧固。

双缓冲系统的关键部分是缓冲活塞与缓冲腔，缓冲活塞是可以前后移动的。每次活塞打击以后所产生的反射能量，由缓冲活塞后面的缓冲腔吸收，缓冲腔里的油压增高。增高的油压通过小孔释放到液压系统中去的同时转化为热。缓冲腔里增高的油压又迫使钻头抵紧岩石，这个循环过程发生在每两次活塞冲击之间，时间非常短暂。因此缓冲系统的响应是极其快速的，这是任何一个凿岩机的推进系统达不到的。

没有双缓冲系统的凿岩机不能实现钻具的重新紧固，因此会增加钻具磨损，在钻具连接处产生热量。这种热量可以用温度计检测出来，温度检测方法见图5。

5.5 钎尾油雾润滑与钎尾前衬套

COP 2100/2500系列液压凿岩机钎尾油雾润滑与钎尾前衬套见图6。钎尾油雾润滑与钎尾前衬套的作用有以下三点：

（1）对钎尾相对运动界面的润滑作用；

（2）冷却作用；

图3 COP 2150/COP 2550凿岩机的结构

图4 COP 2150-CR/COP 2550-CR套管凿岩机的结构

图5 连接套温度检测方法

图6 钎尾油雾润滑与钎尾前衬套

（3）阻止灰尘进入。

5.6 装配连接面的压气防尘

钎尾润滑油雾的管路经过了凿岩机的所有零件装配接合面（见图7）。油雾压力达到2-3 bar，可以防止灰尘与潮湿空气进入凿岩机的接合面。

图7 钎尾润滑油雾的管路

5.7 三种蓄能器

COP 2100/2500系列液压凿岩机配置了以下三种蓄能器：

（1）进油蓄能器，缓和冲击机构的油压波动；

（2）缓冲蓄能器，与缓冲腔相连接，缓和由冲击反射引起的油压脉动；

（3）回油蓄能器，缓和凿岩机回油压力的脉动。

三种蓄能器联合作用，保障了凿岩机、推进器、钻臂与液压系统的平稳运行，提高了生产效率，减少了故障率与维修工作量。

5.8 反冲拔钎器

COP 2160EX/COP 2560EX凿岩机配置了反冲拔钎器，拔钎器的结构见图8。强而有力的拔钎器能够减少处理卡钎的时间。

图8 COP 2160EX/COP 2560EX的拔钎器结构

5.9 冲击行程可调

COP 2560/2560EX凿岩机的冲击行程调节有两个档位，COP 2160/2160EX凿岩机的冲击行程调节有三个档位。可以根据岩石情况调节活塞冲击频率。

5.10 可用于套管凿岩

套管凿岩机型号为COP 2150-CR/COP 2550-CR，套管凿岩的钻孔直径为105-127mm。

6 结束语

6.1 主要性能特点

阿特拉斯·科普柯公司COP 2100/2500系列液压凿岩机主要性能特点是：

（1）尽可能提高冲击压力与回转压力；

（2）尽可能提高冲击功率与回转功率；

（3）根据钻具的应力水平确定冲击能；

（4）最大扭矩数值远远大于冲击能数值。

6.2 主要结构特点

阿特拉斯·科普柯公司COP 2100/2500系列液压凿岩机主要结构特点是：

（1）回转齿轮箱的连续稀油润滑；

（2）双缓冲系统；

（3）配置三种蓄能器。