牙轮钻机回转机构故障分析及改进方案

牙轮钻机回转机构故障分析及改进方案

李志君 刘磊

内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司 内蒙古包头市 014080

摘要：回转机构是牙轮钻机的重要工作部分，在钻孔作业中承受着最大的负荷。钻孔时，其负荷大、工况恶劣、冲击振动大、故障率高，严重影响了钻机效率。基于此，本文探讨了KY-310A型牙轮钻机回转机构的故障类型与原因及其改造方案。

关键词：牙轮钻机；回转机构；故障；改造方案

牙轮钻机作为露天矿的主要钻孔设备，是用牙轮钻头破碎岩石，利用压气排渣的一种自行式钻孔设备。牙轮钻机主要由行走机构、平台、主传动机构、回转小车、钻架、司机室、机棚、液压系统、气压系统、电气系统等组成。另外，在实际生产中，回转机构的正常工作状态直接影响到整个牙轮钻机的作业效率，也影响了牙轮钻机运行的安全性及可靠性。因此，研究分析牙轮钻机回转机构故障及其改进方案具有重要意义。

一、牙轮钻机简介

我国从20世纪60年代起开始研制牙轮钻机，到80年代研制成功并投入市场。目前，我国还在生产和使用的有KY和YZ两大系列12种型号。在回转钻机的基础上发展起来的牙轮钻机，是一种近代新型钻孔设备，广泛应用于各类土石方工程，如交通设施、铁路运输、水利水电和军事工程等，也是目前各类露天矿山穿孔设备升级、更新的最佳换代产品。

1、分类。牙轮钻机种类繁多，根据不同分类标准，可作以下分类：①根据工作场地不同：牙轮钻机可分为露天、地下矿用牙轮钻机；②根据技术特征差异：分为小、中、大、特大型牙轮钻机；③根据回转和加压方式的区别：分为卡盘式、转盘式和滑架式。其中，卡盘式钻机采用底部回转、间断加压式加压回转机构给钻具施加扭矩和轴压力；转盘式钻机采用底部回转、连续加压式加压回转机构；滑架式钻机采用顶部回转、连续加压式的加压回转机构。

2、工作原理。牙轮钻机通过其回转加压机构施加在钻头上的轴压力及回转扭矩来破碎岩石，钻头通过钻杆、钻杆连接器与加压回转机构相连，实现动力传递，同时利用压气接口装置实现排碴除尘。

由牙轮钻机的分类可知，其工作条件和性能虽不同，但根据钻孔的工作原理，它们的整体构造相似。一般由三大系统组成：机械系统、液压系统和辅助操控系统。

机械系统：包括钻头钻具、加压回转机构、钻架、平台、调平千斤顶、履带底盘等。其中，钻头在加压回转机构的轴压力和回转扭矩作用下用于剪切压碎岩石；钻架用于支撑整个工作装置，安装在平台上；调平千斤顶用于调整钻机的垂直度和水平度，保证钻孔质量；履带底盘用于支撑钻机的全部重量，实现钻机的启停和移动。

液压系统：包括回转及加压马达、行走马达等其他辅助的马达和油缸、油箱、液压泵、润滑装置等，用于供能、调速和润滑等环节。

辅助操控系统：包括空压机、司机室、动力学单元、排碴除尘装置和压气控制装置等，用于供能各种电气控制装置和动力装置。

二、牙轮钻机回转机构概述

回转机构是牙轮钻机工作装置的重要组成部分，主要用来带动钻具回转，通过回转减速器给钻具施加钻孔时需要的回转扭矩，在加压提升机构作用下，同时提供轴压力，把中空主轴的压气传递给钻具，进而实现钻孔和排碴除尘。回转机构由电机或液压马达、回转减速器、钻杆连接器、回转小车和进风装置等组成，有底部回转和顶部回转两种类型。底部回转型回转机构设在钻架底部的钻机平台上，通过转盘带动钻具回转，这种结构的钻架不承受扭矩，重量轻，稳定性好，但钻杆结构复杂，加工困难且成本高，因此应用较少。顶部回转的钻机，此时回转机构位于钻具顶部，置于钻架中，通过钻杆连接器与钻杆钻头相连，带动回转机构和加压机构沿着钻架导轨作上下移动。

三、牙轮钻机回转机构故障类型及原因

1、旋转进气装置串水。KY-310A型牙轮钻机日常正常工作状态下，回转机构故障率较高，最为常见的故障类型为旋转进气装置串水。旋转进气装置为弹性尼龙机械密封和支撑盘组成的密封结构，由于钻机作业环境较差及备件材质原因，导致弹性尼龙机械密封、支撑盘磨损较严重，在日常钻机打孔过程中，容易出现旋转进气装置串水现象，造成回转减速机内油水混合，引发设备故障。处理故障会影响钻机12h作业时间，从而严重导致设备产量下降。

2、回转减震接头漏水。回转减震接头漏水也是牙轮钻机回转机构故障高发的类型之一。同样因钻机作业现场条件较恶劣、水质条件差，回转减震接头部位的机械密封、连接盘和旋转空心轴易受到损伤，期间会出现回转减震接头垫磨损速度较快，最终导致密封损坏，造成回转减震接头漏水，处理此故障需3 h，从而会影响牙轮钻机的作业效率。

四、牙轮钻机回转机构改造方案

1、旋转进气装置改造。针对故障类型，经大量分析及实践，对旋转进气装置进行改造升级。通过将钢套焊接在进气装置的定环上，4道Y型软骨架密封镶在钢套内，由密封冲压注油孔将4道Y型软骨架密封压紧在旋转空心轴上，替代原来的弹性尼龙机械密封和支撑盘组成的密封结构，见图1。按此方案进行改造，增强旋转进气装置的密封性，能延长Y型软骨架油封的使用寿命，钻机旋转进气装置串水故障明显减少。目前，改造方案已成功应用于矿山钻机设备中，每月能减少24 h维修时间，保证了设备的完好率，同时降低了维修强度，缩短了维修时间，极大地增加了设备的使用寿命，同时使用方便，安全性高。

图1 改造后旋转进气装置

2、回转减震接头改造。在原回转减震接头基础上进行改造，包括1道285mm×225mm×28mm弹性胶垫和1道218mm×130mm×28mm弹性胶垫，2道弹性胶垫装在上下结合体之间，使用减震接头螺栓固定，使上下结合体之间的间隙由40mm减小为13mm，结合处密封性增强，可减少漏水现象，

五、回转机构故障的修理

1、当回转减速箱的轴承碎裂后，在更换轴承的同时,要认真检查清理减速箱,将轴承或齿轮磨损而产生的金属碎屑清理干净。在更换减速箱上端的轴承时,应先在轴承上加上适量的润滑油,以防止在运转初期箱体内的油液未飞溅起来以前损坏轴承表面,影响使用寿命。特别是位于中空轴上端的锥形轴承,由于受设置在其下部的双列轴承阻挡,减速箱中的油几乎无法将其润滑,产生故障的可能性较大,因此,在安装时必须提前加油。

当更换设置在中心轴上的4个轴承时,需将主轴从减速箱中退出,在退轴和穿轴过程中,必须要注意保护好中空轴上端螺纹。

综上所述，牙轮钻机是重要的矿山采掘设备，回转机构作为其重要组成部分，在实际应用中一旦发生运行故障，会影响整个牙轮钻机的运行效率。通过分析2种常见故障，并提出针对性改造方案，方案实施后，钻机设备每月能增加24h作业时间，每次能减少3h维修时间，降低了维修强度，在钻机设备上取得了显著成效，对于该型设备及类似设备故障分析及解决具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]温立坚.牙轮钻机回转机构常见故障分析与修理[J].矿山机械,2015(03).

[2]张彦涛.KY-310A型牙轮钻机回转进气接头的改进[J].矿山机械，2015(05)．

[3]吴晨.KY-310A型牙轮钻机回转机构故障分析及改进方案[J].现代矿业,2020(10).