凿岩机械冲击能试验方法的研究

摘要：在阐述凿岩机械冲击能主要测试方法工作原理的基础上，结合国内外应用情况，对测量方法的优缺点进行了分析，最后给出了各方法的适用范围。

关键词：凿岩机械；冲击能；试验方法

Abstract： On the basis of the main impact energy test methods of rock drilling machines is explained， works on the combination of domestic and international applications， advantages and disadvantages of test methodswere analyzed. Finally， the scope of application of each method is gived.

Keywords： rock drilling machines；impact energy；test methods

前言

凿岩机械是以气（液、电）为动力，具有冲击和回转功能的设备，主要包括气动（液压、电动）凿岩机、气镐、液压锤等（电动凿岩机在煤矿井下已禁止使用，此文不再进行阐述），在煤矿、冶金矿山中广泛应用于掘进与放顶等工程的爆破孔、锚杆孔、探水探瓦斯孔、瓦斯抽放孔、注浆孔等煤岩孔钻进以及井巷成孔钻进，另外液压凿岩机在钢厂的高炉开铁口也得到了广泛应用。而冲击能作为凿岩机械的主要性能指标，直接影响其工作效率；准确测试分析凿岩机械冲击能，对提高该类产品技术水平有极其重要的作用。

目前，国际上尚无统一的冲击能测试方法。国内各研究院所、高校、生产企业均对凿岩机械的冲击能测试方法进行了广泛研究，现有冲击能测试方法主要有：应力波法、末速度法（电磁感应法、光电位移微分法、活塞端面反射法等）、受冲腔法、变形量法（金属变形量法、弹簧变形量法等1.2.优缺点

应力波法测试冲击能已被国际标准ISO2787-1984《回转式和冲击式气动工具—性能试验》、GB/T5621—2008《凿岩机械与气动工具性能试验方法》采用[2][3]，主要适用于气动凿岩机械，该方法操作方便、效率高，目前在我国使用较为普遍。但在欧洲普遍采用应变片法，不同于应力波法的是，该方法使用油垫或钢板橡胶组合板代替吸能装置。应力波法在实际使用过程中主要存在以下问题。

1.2.1.上述2项标准要求“吸能装置的反射能量不能超过入射能量的20%[2][3]”，而在实际应用中，吸能装置的反射能量只能通过理论计算得出，不能通过试验准确确认，造成吸能装置是否符合标准要求不得确认；并且标准要求的反射系数20%以内范围太大，造成每个试验台吸能装置的反射系数均不一样，不好进行一致评价。

1.2.2.应变片粘贴及连接线的引出需专业人员操作，不能有丝毫马虎，而在试验过程中，由于凿岩机械的高频振动，应变片极易松动或脱落，直接影响试验结果。

1.2.3.上述2项标准对应力波法测试精度的描述为“按照该方法测量冲击能，则测量精度可估计在±10%[2][3]”，可见，该方法对于产品检测来说精度偏低。

1.2.4.由于应力波法测试的是作用于钎杆上的冲击能，既不是凿岩机械活塞本身冲击钎尾时所具有的能量，也不是钎头作用于岩石的能量，对用户来说，其数据的可信度较低，并且还存在着能量传递损耗，造成此方法测得的冲击能比其他方法测试结果偏低。据研究，相对于末速度法，其测试结果偏低20J～30J[4]。2.2.优缺点

末速度法在欧洲、日本、我国均有所研究，该方法具有测量精度高的优点，测量数据为凿岩机械本身具有的冲击能，对比性强。但在使用过程中还存在以下问题。

2.2.1.末速度法受外部环境（光线、磁场等）影响较大，只适用于在实验室内部进行测试。

2.2.2.对于个别液压凿岩机械，由于冲击活塞上无安装测杆的孔，测试时需加工测试专用的活塞，造成测试结果与实际冲击能有所出入。

2.2.3.由于需测试冲击活塞质量，试验过程中需对被测设备拆装，工作效率较低。

3.受冲腔法

3.1.测试原理

受冲腔法是利用凿岩机械工作时产生的冲击能作用于受冲腔，引起安装于受冲腔活塞上的测杆位移量变化（受冲腔内部压力需保持恒定），或引起受冲腔内部的压力变化，通过位移量或压力与冲击能的对应关系换算即可得出对应的冲击能，其对应关系可通过落锤法进行校正，但需注意的是受冲腔内的油量、温度应保持稳定。3.2.优缺点

受冲腔法已列为日本标准JIS M2001-1977《凿岩机的性能试验方法》（1987年确认）中三种冲击能测试方法之一[5]，该方法具有精度较高、操作简单、工作效率高等特点，适用于大批量产品的性能试验。但国内对该方法研究深度不够，只停留在初步阶段，只能通过该方法对产品定性，即通过测试凿岩机械冲击受冲腔产生的压力值是否达到设定值（该值与测试产品设计的冲击能指标对应）来判定产品是否合格。该方法在使用过程中还存在以下问题。

3.2.1.受冲腔法测试冲击能的试验装置不成熟，现有试验装置不能测量得出冲击性能曲线。

3.2.2.试验过程中，受冲腔需要承受凿岩机械的往复冲击，内部油液温度急速提升，对试验结果影响大，需加设油温稳定装置。

4.结语

4.1.应力波测试冲击能操作简单、效率高，适用于凿岩机械生产企业大批量产品的性能试验，但由于该方法精度低等原因，不宜作为产品性能判定、比对用。

4.2.末速度法测试冲击能精度高，但操作复杂、效率低，适用于实验室作为产品性能判定、不同产品间的比对用。

4.3.受冲腔法测试冲击能操作简单，精度介于末速度法和应力波法之间，但由于受冲腔法试验装置不成熟，试验方法及装置有待进一步研究。

参考文献：

[1]郭孝先、狄志勇等，液压凿岩机性能与检测，煤炭科研参考资料，1991.

[2]ISO2787-1984《回转式和冲击式气动工具—性能试验》.

[3]GB/T5621—2008《凿岩机械与气动工具 性能试验方法》.

[4]郭孝先、王路等，液压凿岩机冲击性能及其试验方法，凿岩机械气动工具，1994（1）.

[5]JIS M2001-1977《凿岩机的性能试验方法》（1987年确认）.

作者简介：林瑞波（1978-），天津人，工程师，主要从事煤矿凿岩机械、喷浆机械的试验研究。