CYTJ45（A）型矿用液压掘进钻车

徐雪锋

（浙江开山重工股份有限公司，浙江 衢州324002）

1 系列产品简介

浙江开山重工股份有限公司在多年开发生产凿岩机械的基础上，针对地下非煤矿山对掘进钻车的要求， 吸收了国内外同类型设备的优点，重点优化了自动关联控制、人机工程、可靠性保障和安全性设置等，采用系统合理匹配、凿岩自适应、行走总成控制等技术，进行了底盘和钻臂及推进器受力分析，选用新型材质、自主生产的螺杆机组和环保节能柴油机及先进的液压、电气元器件，集成创新完成了系列钻车的研制，进行了现场实验考核，模块化生产的CYTJ45 系列液压掘进钻车广泛用于矿山和施工部门。

目前共有7 种型号矿用液压掘进钻车取得矿山安全证书，产品外形见图1，它们分别为：

图1 CYTJ45 系列产品外形

CYTJ45（A）、CYTJ45（B）——低矮巷道

CYTJ45（C）、CYTJ45（D）——自然崩落法二次破碎

CYTJ45（E）——计算机辅助、带空调

CYTJ45（F）、CYTJ45/2——双臂

钻车均按JB/T 1590 凿岩机械与气动工具产品型号编制方法标准的规定编制型号。为了方便客户选型和内部管理，从产品试制开始就采用KJ311 型全液压掘进钻车企业标准进行型号编制，即

K：“开山”汉语拼音的第一个字母。

J：掘进钻车中“掘”字汉语拼音的第一个字母。

3:直角转弯通过断面尺寸3 米×3 米。

1：凿岩机数量1 台。

1：第1 代产品。

KJ 系列全液压掘进钻车已有13 种型号（含取证产品）推向市场[1]，他们的型号分别为：KJ211、KJ212、KJ215、KJ310、KJ311（可选大型巷道和兼顾钻凿锚杆孔）、KJ311（高原型）、KJ311（增高型）、KJ311 （双层导轨型）、KJ311 （二次破碎台车）、KJ311 （计算机辅助型）、KJ321 、KJ421 、KJ422。 另外公司型号编制的方法正逐渐向前一种方法靠拢，以统一矿用液压掘进钻车的型号。

2 特点和主要技术参数

CYTJ45（A）钻车适用于采矿准备和巷道掘进工作，是独立作业的液压凿岩钻车，可以钻凿垂直、倾斜和水平的炮孔，适用于12-35 m2断面的硬岩掘进作业。 其特点：坚固可靠的万向钻臂具有最佳断面覆盖形状，推进梁360°翻转和自动持平，便于快速方便地实现钻孔定位；钻臂同时还可用于侧向开石门和锚杆钻孔作业；钻车布置确保操作手视野良好；布置平衡的重载底盘确保在巷道中灵活、快速、安全行驶；宽敞的作业空间和一系列自动功能有助于司机安全、快速、准确地钻进； 各个维修保养部位均受到良好的保护，同时又易于维护保养。 钻车的外形尺寸见图2，主要技术参数见表1。

表1 主要技术参数

图2 产品外形尺寸

3 主要部件与控制总成

3.1 推进器

推进器是钻车的直接工作部件，由液压凿岩机、钎具、推进装置和推进梁组成，见图3。

图3 推进器结构

钻车选用蒙特贝公司的HC-50 型或选配HC-95 型液压凿岩机，其性能参数[2]见表2。

表2 液压凿岩机性能参数

钎具选用长度3.7/4.3 米R32—H35—R38/T38 钎杆和R38/T38 连接套， 亦可采用MF 快接钎杆，两端分別与R32 直径45、76、102 毫米球齿钻头和R38/T38 钎尾连接；推进装置采用行程倍比机构(由推进油缸、滑轮组、钢丝绳、凿岩机滑板和张紧装置组成)的推进器，在其上设置有中间扶钎器和前扶钎器及软管卷盘、 胶管过渡架、缓冲垫等， 推进梁为高强度铝合金单底凹型结构，便于布置推进装置，滑动面上覆有导向和耐磨作用的不锈钢条。

3.2 钻臂

钻臂是承载和支撑推进器进行凿岩的关键部件，在油缸的作用下进行变幅动作，使其上的凿岩机能有效地钻凿工作面上不同位置和角度的炮孔，其灵活性和可靠性对钻车的性能影响很大。本钻车采用直接定位式钻臂，其优点是：结构紧凑、动作平稳、无凿岩钻孔盲区，钻臂由车体连接件、伸缩臂（大臂）、中间臂、推进梁滑道等部件和油缸组成，各部件由结构钢自制，钻臂结构及油缸布置见图4； 钻臂8 个动作由10 支油缸和这些部件组合形成，其动作示意见图5。

图4 钻臂结构及油缸布置图

图5 钻臂变幅动作示意图

3.3 底盘

底盘是钻臂、各动力系统、操作台的支撑基架，也是钻车的行走与转向机构。支撑基架（亦称车体）承载钻臂、凿岩和行走控制总成、电动机泵组、螺杆机组、增压水泵、电控柜、电缆转筒、顶棚、支腿油缸、柴油机泵组、操作台等部件。 标配HC50 液压凿岩机钻车，电机总功率为50.5 kW，其中电动机泵组采用45 kW 电机驱动变量泵和齿轮泵；螺杆机组由0.8 MPa、0.5 m3/min 的JN4-8 型螺杆主机及4 kW 电机、空滤等组成，供凿岩机润滑和终孔孔底清渣、排水用；功率和排量为1.5 kW、3 m3/h 的CR3-19 型增压水泵用于工作时排渣。 电控柜装有主断路器、电压表、报警灯、按钮和开关等元器件及面板； 选用外径29 mm、长100 m 的3×35+3G6 电缆缠绕在电缆卷盘中；设置了符合防滚翻防落石要求的可升降安全顶棚； 前部和后部左右两侧各安装一个支腿油缸，供凿岩时稳定机体；钻车的行走与转向机构采用绞接式底盘， 由康明斯60 kW、2200 rpm 的QSB3.9-C80-31 风冷式柴油机、变量泵、液压马达、传动箱、前后桥、制动系统等组成，与四轮驱动闭式行走系统配套后，可实现无级变速，同时装备了尾气净化装置，极大地改善了井下作业条件。

3.4 控制总成

控制总成主要由凿岩和行车两大部分组成，电动机驱动轴向变量柱塞泵和齿轮泵分别向冲击、推进、钻臂和回转提供液压源，凿岩控制总成由推进调节阀件（速度和压力调整）、定量泵溢流阀组件（回转速度和回转压力调整）、钻臂油缸阀组件、凿岩先导阀(回转/冲击/推进)、气或水球阀组件、稳车阀组件及压力表、按钮开关等组成，凿岩控制总成见图6。

图6 凿岩控制总成

凿岩主阀(集成控制)根据岩层条件调节工作推进压力、最低冲击（开孔）压力、最高冲击压力、防卡钎阀、功率控制阀。三种工作模式：凿岩过程开孔低冲击低推进、 正常钻孔高冲击高推进、特殊地层防卡钎。 全新的联控防卡系统，实现“回转-推进-冲击”等联动控制。 与仅以退钎方式规避卡钎的控制系统相比，退钎次数减少，更适应特殊地层（如溶洞，夹层等）凿岩作业。采用防“空打”技术，实现低推低冲，高推高冲，无推不冲，尽可能避免“空打”，保护凿岩机和钎具。 采用终孔停止装置及孔底清渣功能，钻孔结束自动停止推进和冲击，通过手柄控制可实现孔底吹渣和水流冲渣。

柴油机驱动变量泵带动液压马达组成静闭式液压系统，变速箱、前后桥、四轮驱动装置等组成机械传动系统。 行车控制总成由显示器面板、转向器、油门和刹车踏板、顶棚升降、收电缆 柴油机加载、 前进/后退和驻车/行车控制及指示和照明灯、开关等组成，行车控制总成见图7。 行车系统采用前后车体铰接式底盘，通过改变变量泵的输出排量来实现钻车的无级变速行驶，转向器和转向机构实现±40°铰接转向，行车制动包括工作制动、紧急制动、驻车制动三套系统，工作制动利用静液压系统在中立位置，封闭主油路，切断液压马达动力源，达到制动目的；采用紧急和驻车制动双回路液压系统，并配以弹簧制动液压释放式驻车制动系统，实现了钻车制动的双保险。

图7 行车控制总成

钻车柴油机相关电气系统采用一块IFM CR0452 显示器， 安装于方向盘下方， 系统采用CanOpen 协议，将PLC、人机界面、操作面板、总线式传感器等集成到CAN 总线。 系统采用SAE J1939 协议与发动机电控系统无缝连接， 采集柴油机的状态信息。主画面显示：发动机计时，凿岩计时，行走压力，发动机转速，燃油油位参数。 显示器主画面见图8。 显示器下侧设有参数、IO、发动机、报警菜单进行设置和查看，当有报警时，显示器下侧会闪烁显示“有报警-请查看”报警指示标志，提醒进入“报警界面”查看报警详情。

图8 显示器主画面

4 试用和推广应用

为了考核KJ311（CYTJ45（A））全液压掘进钻车的工作情况，2014年10月11日-11月18日在宜化集团矿业公司杉树垭矿进行了现场试验考核，该矿为工程地质与水文地质较复杂的地下矿山， 在杉树垭磷矿累计工作时间33.53 小时（只记凿岩时间， 不含清顶时间）， 钻孔约4555 m，钻孔直径45 mm，孔深3.3 m，工作断面4.5 m×3.5 m，磷矿石岩层（f=10～12），正常工作时的凿速约135.85 米/小时（2.26 米/分），现场试验考核期间没出现任何故障，在相同的条件下还和进口281 掘进钻车进行了对比试验。 该矿就开山KJ311 钻车使用情况出具了试用报告， 认为KJ311 钻车运行稳定， 性能与进口钻车281 相近，钻臂平动范围更大，新增了吹孔底功能，退出钻杆后无需清孔，可直接装药，缩短了循环时间。

随着全液压系列钻车的推广，开山重工所生产的全液压系列钻车以配置高端、 运行稳定、操作简便、安全高效、性价比高得到用户高度认可，产品已在黑色金属、有色金属、贵金属、非金属矿山推广应用，2020年，仅山东黄金集团下属各矿山新增开山重工系列全液压钻车30 余台套。 在国内市场占有率逐年提升的同时，产品已批量出口至俄罗斯、巴基斯坦、吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦、格鲁吉亚、塞浦路斯、阿曼、越南等国。