過(guò)程裝備成套技術(shù)第2章水泥原料開采

第一篇水泥裝備成套技術(shù)第2章水泥原材料開采

§2－1水泥礦山開采工藝

原材料取之于礦山，礦山為產(chǎn)品之源。水泥礦山開采主要以露天為主，因?yàn)闆]有選礦環(huán)節(jié)，相對(duì)于金屬礦或煤礦其工藝和設(shè)備都要簡(jiǎn)單得多。（見后圖比較）近年來(lái)環(huán)保工程和水土流失方面應(yīng)引起足夠的重視。

設(shè)備方面主要有鉆孔機(jī)械和裝載機(jī)械兩大類，輸送機(jī)械在第六章介紹。Miningandmineralprocessing第2章原材料開采§2—1水泥礦山開采工藝(露天）采石場(chǎng)泥灰?guī)r石灰石鉆孔及爆破原料爆破（制備）爆破原材料–

開采關(guān)鍵問題:礦石均化關(guān)鍵微量元素的控制礦山開采-裝料&運(yùn)輸Aggregate-Drilling,blasting,hauling露天礦開采裝料&運(yùn)輸90噸鉆孔機(jī)械裝載機(jī)械第2章原材料開采§2—2水泥礦山鉆孔機(jī)械一.鑿巖機(jī)：以沖擊為主，旋轉(zhuǎn)為輔的小型風(fēng)(氣）動(dòng)鉆孔機(jī)械。主要用于在堅(jiān)硬的巖石中鉆孔。有多種型號(hào)規(guī)格見下表。

孔徑范圍：36～42㎜

鉆孔深度：12M氣動(dòng)鑿巖機(jī)

類型7655牌和YT27型氣腿式鑿巖機(jī)主要用于各類礦山、鐵路、水利建設(shè)和國(guó)防石方工程中的鑿巖作業(yè)。手持式氣腿式伸縮式導(dǎo)軌式76行程mm55缸經(jīng)mmYT23,24,25(重量)氣腿式鑿巖機(jī)工作原理沖擊轉(zhuǎn)動(dòng)式成孔原理

利用錘頭周期性地給釬頭以一個(gè)軸向力Ｐ，在此軸向力—沖擊力的作用下，釬頭鑿入巖石一個(gè)深度τ，其破碎的巖石面積為Ⅰ—Ⅰ′。為了形成一個(gè)圓形的炮孔，釬子每沖擊一次之后，還須回轉(zhuǎn)一個(gè)角度β，然后再進(jìn)行新的沖擊，相應(yīng)的破碎面積為Ⅱ—Ⅱ′。如此重復(fù)運(yùn)動(dòng)，即形成一個(gè)具有一定深度的鉆孔。

在兩次沖擊之間留下來(lái)的扇形巖瘤，將借釬頭切削刃上所產(chǎn)生的水平分力T剪碎。此外，為保證釬子持續(xù)有效地進(jìn)行鑿巖作業(yè)，還必須把鑿巖過(guò)程中形成的粉塵從炮孔中及時(shí)地排出。風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)外部結(jié)構(gòu)

氣動(dòng)鑿巖機(jī)的主要組成機(jī)構(gòu)氣動(dòng)鑿巖機(jī)的主要組成機(jī)構(gòu)沖擊配氣機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)推進(jìn)機(jī)構(gòu)排粉系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)PneumaticRockDrill風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)裝配動(dòng)畫鑿巖工具

鑿巖工具圖片柱齒型釬頭

十字型釬頭

一字型釬頭

氣腿式鑿巖機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

鑿巖機(jī)沖擊原理風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)原理動(dòng)畫鑿巖機(jī)轉(zhuǎn)釬原理鑿巖機(jī)注水沖洗孔底鑿巖機(jī)強(qiáng)力吹掃

導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)YGZ100.YGZ170導(dǎo)軌式獨(dú)立回轉(zhuǎn)式鑿巖機(jī)

型號(hào)YGZ100YGZ170重量(kg)100170長(zhǎng)*寬*高890*316*310974*326*427沖擊耗氣量(L/s)108130回轉(zhuǎn)耗氣量(L/s)83100鑿孔直徑(mm)50-8065-100鑿孔深度(m)2530·特點(diǎn)：

·YGZ170與CL15鉆車配套,主要用于露天礦山及水電.交通等工程,特別適用于中硬或堅(jiān)硬巖石上鉆鑿多方位炮孔.

·YGZ100與FJY27鉆架配套.

·采用了特殊的無(wú)閥式配氣機(jī)構(gòu)和高效率回轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).

·安裝了消聲裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)氣馬達(dá)與其合理的配置

DRIFTERDRILLS導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)外觀舉例DZYY22型全液壓鑿巖機(jī)

DZYY22型液壓鑿巖機(jī)是手持式鑿巖機(jī)，適用于鉆鑿各種巖石。該機(jī)重量輕，操縱機(jī)構(gòu)集中，啟動(dòng)靈活，工作平穩(wěn)可靠，噪音低，效率高，壽命長(zhǎng)，使用維修方便。此項(xiàng)目為地質(zhì)礦產(chǎn)部“八五”攻關(guān)項(xiàng)目DZYY22技術(shù)參數(shù)

機(jī)重(kg)24工作壓力(MPa)10-12沖擊頻率(Hz)50轉(zhuǎn)數(shù)(r/min)0-300扭矩(N·m)30裝機(jī)容量(kW)12

第2章原材料開采§2—2水泥礦山鉆孔機(jī)械二.潛孔鉆機(jī)：可在中硬或中硬以上(f≥8)的巖石中鉆孔。它與鑿巖機(jī)一樣，都有沖擊、轉(zhuǎn)動(dòng)、排碴和推進(jìn)的鑿巖成孔過(guò)程，同屬?zèng)_擊轉(zhuǎn)動(dòng)式鉆孔。

不同的是潛孔鉆機(jī)的沖擊機(jī)構(gòu)——（沖擊器）裝于鉆桿的前端潛入孔底，沖擊作功不會(huì)隨鉆孔的延伸而衰減。潛孔鉆機(jī)即因沖擊器潛入孔底而得名。孔徑范圍：80～200㎜

鉆孔深度：12M

潛孔鉆機(jī)作業(yè)示意圖

沖擊器

DrillHammer

沖擊器是潛孔鉆機(jī)的心臟部件，它的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，直接影響著鉆孔速度和鉆孔成本。對(duì)沖擊器的基本要求是：性能參數(shù)好，鉆孔效率高：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造、使用和維修；零部件工作可靠，使用壽命長(zhǎng)：能在各種巖層，如含水層里正常工作。國(guó)產(chǎn)沖擊器主要有有閥沖擊器和無(wú)閥沖擊器兩種類型。沖擊器裝配動(dòng)畫沖擊器的構(gòu)造沖擊器通過(guò)活塞的運(yùn)動(dòng)把壓氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槠扑閹r石的機(jī)械能沖擊器原理動(dòng)畫鑿巖機(jī)、沖擊器原理比較外回轉(zhuǎn)外回轉(zhuǎn)內(nèi)回轉(zhuǎn)潛孔鉆機(jī)柱齒鉆頭圖片露天潛孔鉆機(jī)KQ-200型露天潛孔鉆機(jī)JZ-150型全液壓潛孔鉆機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)鉆孔直徑：F16mm～F254mm

鉆孔深度：＞100m

空載推進(jìn)速度：10m/min

回轉(zhuǎn)速度：o～32rpm

行走速度：o～4.5km/h無(wú)級(jí)可調(diào)

推進(jìn)力：0～44000N連續(xù)可調(diào)

回轉(zhuǎn)扭矩(正轉(zhuǎn))：0～3400Nm連續(xù)可調(diào)

(反轉(zhuǎn))：o～5600Nm

爬坡能力：＞25°

鉆孔角度：o～360°

臺(tái)班效率：＞40m/班

偏斜率：＜1％

外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：4350×1580X2360mm

總重量：5200kgCTQ500履帶式潛孔鉆車KQLG165履帶式高氣壓潛孔鉆機(jī)

KQT系列輪胎式露天潛孔鉆機(jī)KQL大孔徑履帶式露天潛孔鉆機(jī)潛孔鉆機(jī)濕式除塵系統(tǒng)潛孔鉆機(jī)干式除塵系統(tǒng)第2章原材料開采§2—2水泥礦山鉆孔機(jī)械三.牙輪鉆機(jī)：與鑿巖機(jī)、潛孔鉆機(jī)不同，牙輪鉆機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔方式，它以旋轉(zhuǎn)為主，沖擊為輔，是鉆孔機(jī)械的發(fā)展方向。沖擊器是潛孔鉆機(jī)的心臟，牙輪鉆頭則是牙輪鉆機(jī)的心臟?？讖椒秶?50～380㎜

鉆孔深度：12M

石油鉆機(jī)孔徑可達(dá)1000㎜；深達(dá)數(shù)百米。牙輪鉆機(jī)外觀結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭的圖片

三牙輪鉆頭由切削元件（牙輪），軸承和鉆頭體（牙爪）三個(gè)主要部分組成。牙輪安裝在軸承上，繞著軸承芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承芯軸則與鉆頭體連成一體，當(dāng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，具有一定軸芯偏移和軸芯傾角的牙輪將產(chǎn)生擠壓，鏟鑿和刮削作用，在地層中產(chǎn)生最佳的鉆進(jìn)效果。

三牙輪鉆頭的構(gòu)造主要部件是牙爪、牙輪和軸承。三個(gè)牙爪12合并在一起，焊接成一個(gè)整體。與鉆桿連接的端部螺紋，一般為英制圓錐管螺紋。三個(gè)牙輪l分別套在三個(gè)牙爪12下端的軸頸10上。滾珠6從牙爪背上的塞銷孔送入滾珠軸承跑道內(nèi)，滾珠將牙輪限定在牙爪軸頸上。將塞銷11尾部堵焊在牙爪背上。為了防止軸承過(guò)熱和被異物堵塞，采用壓氣或氣水混合物冷卻并吹洗軸承。由中空鉆桿通入鉆頭的壓縮空氣或氣水混合物，大部分經(jīng)中央噴管噴出，用于排碴；少部分經(jīng)由軸承風(fēng)道13進(jìn)入滾珠軸承跑道和小軸端部，用以冷卻和吹洗軸承。為了防止突然停風(fēng)時(shí)巖碴倒流入軸承風(fēng)道，在鉆頭內(nèi)腔安裝有止逆閥。牙爪（鉆頭體）牙爪是形狀復(fù)雜的異形體。其主要部分是各軸承的軸頸2、3、4，爪背9以及牙爪體上部與鉆桿相聯(lián)接的螺紋8。軸頸軸線與鉆頭軸線的夾角β叫做軸傾角，一般為50°~55°。為了減少爪背9的磨損，在爪背與孔壁之間有1°30′~5°的夾角。為了增強(qiáng)爪尖1的抗磨損能力，在爪尖外表堆焊一薄層硬質(zhì)合金粉，并鑲焊一些平頭合金柱(如圖5-2)。鉆機(jī)施加給鉆頭上的軸壓，通過(guò)軸頸及軸承傳給牙輪。為了增強(qiáng)軸頸的耐磨性，在軸頸4和小軸端面10上堆焊有耐磨合金層5。牙輪（切削元件）

在牙輪的外表面上鉆有若干排孔，用冷壓方法將硬質(zhì)合金柱壓入孔內(nèi)。每一排柱齒都構(gòu)成一個(gè)齒圈。各齒圈之間有一定寬度的齒槽，滿足排渣需要。

在背錐上鑲嵌有平頭硬質(zhì)合金柱7、8，防止背錐磨損。牙輪內(nèi)部設(shè)有滾柱跑道、滾珠跑道、滑套和止推塊空腔。軸承

牙輪內(nèi)部設(shè)有滾柱跑道、滾珠跑道、滑套和止推塊空腔。牙輪鉆頭運(yùn)動(dòng)學(xué)及鑿巖原理

工作時(shí)，加壓機(jī)構(gòu)通過(guò)鉆桿給鉆頭施以很高的軸向壓力，牙輪則被壓在孔底上。當(dāng)回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)使鉆具以一定的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時(shí)，鉆頭上的各個(gè)牙輪，既繞鉆桿軸線公轉(zhuǎn)，又可以繞本身軸線自轉(zhuǎn)。

在設(shè)計(jì)牙輪鉆頭時(shí)，需要確定牙輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)；在選用牙輪鉆頭時(shí)，必須了解因牙輪的布置方式不同，致使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，其破碎巖石的效果也不同。

牙輪在孔底的運(yùn)動(dòng)是非常復(fù)雜的，其運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)不僅與鉆桿的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、軸壓力、牙輪布置方式、牙輪形狀有關(guān)，而且還與孔底的環(huán)境、軸承的好壞、鉆桿的變形等因素有關(guān)。

牙輪鉆頭的鑿巖原理

牙輪鉆機(jī)鉆孔時(shí)，依靠加壓機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)給鉆頭施加的軸壓力和回轉(zhuǎn)力矩，使巖石在軸壓靜載荷和縱向振動(dòng)動(dòng)載荷以及滑動(dòng)剪切力的聯(lián)合作用下，被牙輪上的牙齒壓碎、鑿碎和剪碎，于是形成鉆孔。

牙輪鉆孔時(shí)，著地齒在軸壓力的作用下，牙齒會(huì)吃入巖石某一個(gè)深度，減小了牙輪縱向振動(dòng)的振幅。試驗(yàn)研究表明，對(duì)于硬巖牙齒吃入深度較淺，縱向振幅大，沖擊破碎巖石的效果好；而對(duì)于軟巖和中硬巖牙齒吃入深度較深，縱向振幅小，沖擊破碎的效果較差。壓碎鑿碎剪碎軸壓靜載荷縱向振動(dòng)動(dòng)載荷滑動(dòng)剪切力第2章原材料開采§2—3水泥礦山裝載機(jī)械一.前端式裝載機(jī)

原料經(jīng)過(guò)鉆孔、爆破之后，接下來(lái)大量的任務(wù)是裝載和轉(zhuǎn)運(yùn)。裝載機(jī)械在此發(fā)揮作用。裝載機(jī)械的類型很多，前端式裝載機(jī)以其機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)而得到廣泛應(yīng)用。前端式裝載機(jī)—俗稱鏟車。

鏟斗式裝載機(jī)示例ZL50D裝載機(jī)介紹ZL50G裝載機(jī)介紹

ZL型前端式裝載機(jī)的主要組成柴油發(fā)動(dòng)機(jī)液力變矩器行駛底盤轉(zhuǎn)向鉸接裝置工作機(jī)構(gòu)前端式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)前端式裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)是鏟裝、卸載的機(jī)構(gòu)(見圖)，它包括鏟斗a、動(dòng)臂b、舉升油缸c、轉(zhuǎn)斗油缸d、轉(zhuǎn)斗搖臂e和轉(zhuǎn)斗拉桿，以及其液壓操縱系統(tǒng)等。工作機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)

裝載機(jī)的行走機(jī)構(gòu)—傳動(dòng)系統(tǒng)ZL系列的前端式裝載機(jī)采用液力機(jī)械式傳動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)、液力交矩器、變速箱、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等。動(dòng)力由柴油機(jī)1傳遞給液力變矩器2，同時(shí)還將一部分動(dòng)力經(jīng)齒輪u、t、軸v和超越離合器S等將動(dòng)力傳給變矩器補(bǔ)油油泵3、工作油泵4和轉(zhuǎn)向油泵5。變矩器2輸出的動(dòng)力經(jīng)超越離合器11傳給行星變速箱。變速箱輸出的動(dòng)力由輸出齒輪j、k,前后輸出軸l、n，萬(wàn)向傳動(dòng)軸6、9傳遞給前、后橋7、10，再經(jīng)主傳動(dòng)、差速器、半軸和輪邊減速器傳給車輪。超越離合器的結(jié)構(gòu)原理

超越離合器由外圈A、內(nèi)圈B及滾子C等組成。滾子C嵌在內(nèi)圈B的楔槽內(nèi)。內(nèi)圈B經(jīng)齒輪和軸與Ⅰ渦輪相連，外圈A經(jīng)齒輪和軸與Ⅱ級(jí)渦輪相連。

當(dāng)裝載機(jī)處于輕載高速狀態(tài)時(shí)，na<nb

，滾子C落在內(nèi)圈B楔槽中的大腔，外圈A與內(nèi)圈B脫開，這時(shí)只有Ⅰ級(jí)渦輪（內(nèi)圈B）工作，Ⅱ級(jí)渦輪（外圈A）不工作，變矩器輸出扭矩較小。

當(dāng)裝載機(jī)處于重載低速狀態(tài)時(shí)，na>nb

，由于摩擦力的作用，滾子C擠入內(nèi)圈B的楔槽小腔，卡住滾子，內(nèi)圈B與外圈A接合，這時(shí)Ⅰ渦輪與Ⅱ渦輪同時(shí)工作，變矩器輸出扭矩增大。

由于滾子和楔槽的摩擦作用，使內(nèi)圈B只能相對(duì)于外圈A在一個(gè)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。

行走機(jī)構(gòu)—驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)圖差速器的

差速原理

它是一個(gè)差動(dòng)輪系，其圓錐中心輪即是半軸齒輪1和2，它們是從動(dòng)件；而行星架3是由主傳動(dòng)器的齒輪6傳動(dòng)的，故為主動(dòng)件。

行星齒輪4不自轉(zhuǎn)時(shí)，與行星架3如同一剛體一樣，以同一角速度ω0繞中心輪軸線公轉(zhuǎn)。在行星齒輪平均節(jié)圓直徑上的三點(diǎn)A、B、C的圓周速度應(yīng)該相等。

ω1＝ω2＝ω0

當(dāng)行星輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞其自身的軸5以角速度ω4自轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)嚙合點(diǎn)A、B的圓周速度為：

VA＝ω1×r＝ω0r＋ω4r4

VB＝ω2×r＝ω0r－ω4r4

VA＋VB＝ω1r＋ω2r＝ω0r＋ω4r4＋ω0r－ω4r4

ω1＋ω2＝2ω0

n1＋n2＝2n0

這就是說(shuō)，左右兩半軸齒輪轉(zhuǎn)速之和等于差速器行星架轉(zhuǎn)速的兩倍。無(wú)論差動(dòng)輪系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，該公式都是正確的。因此在鏟運(yùn)機(jī)轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛狀態(tài)下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而不滑磨。

設(shè)主動(dòng)件行星架的角速度為ω0，兩半軸的角速度分別為ω1和ω2。

液力變矩器的作用裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)之間為什要增設(shè)液力變矩器？這由裝載機(jī)的工作特性所決定，原料是爆破后直接裝載，原料的分布狀態(tài)十分復(fù)雜，有的爆開了，有的可能還沒完全爆開，以置于裝載機(jī)作業(yè)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到超負(fù)荷的現(xiàn)象，假設(shè)不用液力變矩器，不是發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁熄火就是工作機(jī)構(gòu)受到損壞，所以液力變矩器的重要作用就是保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)。附：液力變矩器—工作原理

典型的液力變矩器由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪組成，如左圖，泵輪、渦輪和導(dǎo)輪統(tǒng)稱為工作輪，每個(gè)工作輪上都有許多彎曲的葉片。工作腔內(nèi)全部充滿工作液體，泵輪隨動(dòng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下流道內(nèi)液流動(dòng)量矩增加，攜帶液體能的高速液流沖出泵輪流道進(jìn)入渦輪流道作向心流動(dòng)，釋放液體能（動(dòng)量矩降低）推動(dòng)渦輪帶動(dòng)工作機(jī)旋轉(zhuǎn)作功。液流由渦輪出來(lái)沖入導(dǎo)輪Ｄ，由于液流受導(dǎo)輪葉片的作用使液流方向改