钻 头 的 改 进 设 计

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1、钻头的改进设计楚雄州吕合煤业有限责任公司任禹昌二０一０年九月locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame钻头的改进设计摘要：本文主要介绍对原吕合煤矿自行研

2、制的“KZXL－130型垂直旋转钻机”所使用的钻头进行改进，使其在中等硬度的岩层上能正常穿孔作业，发挥该设备应有的效能。关键词：钻机钻头改进设计试验早在七十年代初，我矿工程技术人员根据本矿开采的地质结构情况及生产实际，自行研制了一种小型爆破孔的穿凿设备—KZXL—130型垂直旋转钻机，经多年的生产实践得到了不断的改进和完善。因为该设备结构简单、操作方便、轻便灵活、安全可靠、适应性强、性能稳定、使用寿命长、容易维修、价格低廉、使用成本低、穿孔效率高、整机价格低廉等优点，而广泛被人们所接受。为使该设备能更好地

3、服务于社会，我矿于一九九四年委托昆明煤炭设计院进行了定型设计，一九九五年由省煤炭厅组织了对该设备的鉴定，获得了省级鉴定证书，同时申请获得了国家专利。一九九０年至二００六年间，先后为省内小龙潭煤矿、先锋煤矿、文山普阳煤矿和黑龙江省宋集屯煤矿、黑保山煤矿、西岗子煤矿提供了二十多台钻机，为他们的矿山建设发挥了应有的效益。该设备还被广泛应用于公路、铁路、机场、房地产等建设中的爆破孔作业。该钻机的钻进原理是：钻头在通过钻杆获得的钻压力和扭矩的同时作用下，刀刃在岩石中呈螺旋形轨迹连续切削岩石，从而达到钻进的目的。因此

4、，在坚硬（岩石硬度普氏系数f＞6）的岩石上是无法进5行穿孔作业的，就是在中等硬度（岩石硬度普氏系数f＝6）的岩石上穿孔也是较为困难，具体表现在钻头容易破损，钻刃磨损严重，钻机振动剧烈，钻杆易扭断，钻进速度极慢。为使该钻机能最大限度地发挥其效能，在中等硬度的岩层上也能正常穿凿爆破孔，就必须对钻头进行了改进。我们一直使用的钻头两是刃一字型钻头，如图一所示。它的刀体材料是A3钢板（δ14），切削刃部分选用了强度和耐磨性都很高的YG8硬质合金刀片。这种钻头的结构非常简单，造价也较低（380元/个），在f＜4的松软

5、岩层上穿孔其综合效率最高，有较高的适用价值，但在岩石硬度f＞4时，它的不足就暴露无余了。随着岩石硬度的增加，穿凿它时所需的钻压力及扭矩也必然随之增大，由于这种钻头体的材质及其结构特点，不可能承受太大的钻压力（12025N）和扭矩图一两刃一字型钻头图二四刃钻头（865N·m）而产生变形，使切削刀片蹦刃、脱落完全丧失切削能力；钻头的两切削刃成一字型排列，它的平稳性必然较差，穿凿硬岩石时，5在较大的钻压力（12025N）作用下必然产生跳动，使钻机产生剧烈振动；当钻头出了问题后，不但钻进困难，还很容易把钻杆扭断。

6、在我矿的生产实际中，就遇到这样一层约一米厚的埂岩（经云南地质二勘院岩土测试中心测试为岩石硬度普氏系数f=6），在上面每打一个爆破孔都要付出很大的代价，不是钻头破损需要更换就是钻杆被扭断而前功尽弃，一个台班消耗了大量的材料还打不出一个炮孔是常有的事。为此，我们在详细分析实际问题的基础上，查阅了大量的有关资料，设计制造了几种钻头，经过在硬岩上反复试验，总结设计出了一种具有较好综合能力的切削钻头—塔型钻头，如图四所示。图三超前刃钻头图四塔型钻头根据钻机成孔的原理，我们首先从钻削的平稳性出发，在其他参数不变的情况

7、下，增加切削刃，增强切削的平衡性。先是三刃，后又改为四刃。为了控制钻头的成本，刀体材料仍然采用A3钢板（δ14）经焊接而成，但试验结果很不理想，除振动有所缓解外，其他问题依然存在。经认真分析总结认为，主要问题是刀体的强度不够，解决这5个问题的关键是刀体的材质、结构和热处理三个方面。因此我们选用了优质炭素合金钢—40Cr做刀体材料，经调质处理后整体加工而成,如图二所示，这样,大大提高了刀体强度,而其他参数仍然不变。经过试验，各方面情况虽然都有很大的改善，但钻进速度慢，平均每小时10公分，刀片磨损也很严重。随

8、着刀片磨损的加剧，钻进速度也就越来越慢。该钻机的钻孔直径较大，为φ130mm，经分析，决定采用分级钻孔的方式来提高钻进速度，设计出了超前刃钻头，如图三所示。钻头的超前刃部分直径较小，为φ60mm，主要承担钻进任务，而后半部就变成了扩孔作业，从而提高钻进速度。钻头的具体结构是把原来的切削刃分为前后二级，超前部分因直径小，承担钻进任务，所以采用了钻进能力强的两刃一字型钻头的结构形式，后半部分承担扩孔作业，采用了平稳性较好的四刃钻头