電動(dòng)鑿巖機(jī)

國際上對于電動(dòng)鑿巖機(jī)的研究成果主要有意大利Pinass公司的P60和P70型偏心塊式結(jié)構(gòu)的電動(dòng)鑿巖機(jī)和尚未定型的電磁鑿巖機(jī)。但共同點(diǎn)是機(jī)體龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、難以實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代。國內(nèi)的研究成果主要有武漢鑫文豐機(jī)械有限公司研制的YDT30A型新型電動(dòng)鑿巖機(jī)、YDT30型多功能電動(dòng)鑿巖機(jī)組、YDT30A型新型電動(dòng)鑿巖機(jī)、YDTJ1型機(jī)動(dòng)鑿巖車、YDT26型電液鑿巖機(jī)組等。對電動(dòng)鑿巖機(jī)的改進(jìn)思路主要有兩點(diǎn)，一是按照調(diào)頻控制的要求對電動(dòng)鑿巖機(jī)的部件、結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采用變頻電動(dòng)機(jī)為工作電機(jī)，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；二是研制適用于中小型電動(dòng)鑿巖機(jī)的變頻電源，與之配套工作。采用DSP處理器來設(shè)計(jì)變頻電源的原因主要是：基于單片機(jī)的變頻電源系統(tǒng)多采用查表法生成PWM波，因此靈活性較差，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)變頻變壓；而如果采用專門的PWM波生成芯片，則會(huì)使成本大大提高。而采用基于DSP的變頻電源系統(tǒng)，可以利用它強(qiáng)大的運(yùn)算能力和低廉的價(jià)格，很好的解決實(shí)時(shí)性與成本的問題。

1）電動(dòng)鑿巖機(jī)使用前應(yīng)檢查機(jī)械部分，應(yīng)無松動(dòng)和異常現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)應(yīng)絕緣良好，接線應(yīng)正確可靠，才可通電。

2）各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦面，要保證充分潤滑，并定期更換潤滑油。

3）鉆孔前，應(yīng)空載檢查鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向后，將鉆頭、鉆桿、水管接好即可鉆巖。開孔時(shí)，應(yīng)輕輕將離合器安上，當(dāng)鉆頭全部進(jìn)入巖層后，再緊上離合器；當(dāng)鉆進(jìn)一定深度而需停鉆時(shí)，松開離合器，待鉆頭全部退出孔后再停鉆，并將離合器置于中間位置。

采礦業(yè)是我國的重要產(chǎn)業(yè)，對經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展有重大意義，因此研制高效、節(jié)能、使用方便的鑿巖機(jī)械很有必要。國內(nèi)使用的鑿巖機(jī)主要有氣動(dòng)式、液動(dòng)式、電動(dòng)式、鑿巖臺機(jī)等。與主流的液壓式、氣動(dòng)式鑿巖相比較，電動(dòng)鑿巖機(jī)有著非常突出的優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)能、高效方面，電動(dòng)鑿巖機(jī)的電能利用率高達(dá)50%～60%，而液壓鑿巖機(jī)的效率一般為25%～35%，氣動(dòng)鑿巖機(jī)僅為10%。此外電動(dòng)鑿巖還具有噪聲低、工作面空氣新鮮、無廢氣污染，搬遷、維修、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于我國大量存在的設(shè)備簡單的地方中小礦。但是所使用的電動(dòng)鑿巖機(jī)也存在很大的缺點(diǎn)：鉆速較低，尤其是對硬巖，同樣硬度的巖石，它的轉(zhuǎn)速只有氣動(dòng)鑿巖機(jī)的50%～60%，嚴(yán)重的影響了電動(dòng)鑿巖機(jī)的推廣使用。造成這一缺點(diǎn)的主要原因是主流電動(dòng)鑿巖機(jī)直接使用交流工頻電源（50Hz），不能隨著工作環(huán)境（礦物硬度、鉆孔孔徑、深度）改變輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，使得工作效率較低。

1、鑿巖機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

變頻電動(dòng)鑿巖機(jī)，適用于一般工作場合，包括機(jī)體、變頻電動(dòng)機(jī)、釬桿等部分組成。其輸入電源采用新設(shè)計(jì)的變頻電源。在實(shí)際工作中，根據(jù)工作對象的性質(zhì)（巖石、礦體的硬度、厚度、韌度等），由軟件計(jì)算出頻率調(diào)節(jié)信號，再由輔助電源驅(qū)動(dòng)處理器，輸入頻率調(diào)節(jié)信號到DSP處理器，處理器控制調(diào)節(jié)主電源輸出一定頻率和電壓的電信號，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)變頻段動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出需要的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。在實(shí)際工作中通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)電源頻率進(jìn)而調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，使曲柄連桿機(jī)構(gòu)用錘頭沖擊鋼釬的頻率可調(diào)整；對于不同的巖石及礦體，操作人員可通過不斷調(diào)整沖擊頻率使鑿巖效率提高。

2、變頻電機(jī)的選擇

為體現(xiàn)變頻調(diào)速的優(yōu)勢，本設(shè)計(jì)中將原電動(dòng)鑿巖機(jī)中做動(dòng)力電機(jī)的1350W小型異步電動(dòng)機(jī)改為1.5KW變頻電機(jī)，原采用的變頻電機(jī)為YVP系列變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)絕緣為F、H級，防護(hù)等級為IP54、IP55、 IP56，可附帶各種光電編碼器（或測速發(fā)電機(jī)）傳感器裝置等，同時(shí)可提供配套變頻調(diào)速器。產(chǎn)品適應(yīng)各種變頻電源的高頻沖擊，確保電機(jī)在最低速和最高速時(shí)均具良好的工作特性。其主要參數(shù)為：

額定功率：1.5kW，

額定轉(zhuǎn)矩：4.7N·M，

額定電流：4.3A，

額定電壓：220/380V。

3、變頻電源的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所使用的單相變頻電源，要求額定輸出功率不小于5kW，輸出電壓為220～380V，輸出頻率為20～400Hz可調(diào)。以美國TI公司的16位定點(diǎn)DSPTMS320-LF2407A為插補(bǔ)處理器，它集成了編碼器信號采集和處理電路，D/A輸出電路，擴(kuò)展存儲(chǔ)器電路等。以TMS320LF2407A為核心構(gòu)建硬件系統(tǒng)，由輔助電源驅(qū)動(dòng)處理器，實(shí)現(xiàn)16KHz載波頻段，靜音運(yùn)行，輸出諧波含量小。輸入頻率調(diào)節(jié)信號到DSP處理器，處理器控制調(diào)節(jié)主電源輸出頻率，使之按調(diào)節(jié)需要輸出變頻電壓信號驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備。另還可按照要求附加顯示設(shè)備，將調(diào)節(jié)信號頻率輸出顯示在液晶屏上。

4、性能改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

本設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速電動(dòng)鑿巖機(jī)，經(jīng)理論計(jì)算、模擬仿真、樣品制作后，在湘西同力機(jī)械公司、武陵電化總廠金屬包裝廠經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)用所設(shè)計(jì)變頻電源驅(qū)動(dòng)改進(jìn)后的電動(dòng)鑿巖機(jī)工作時(shí)，在不同頻率、不同負(fù)載情況下，輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可基本實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，具有較好的工作穩(wěn)定性和抗干擾能力。與對比的原型機(jī)相比，轉(zhuǎn)孔速度有10%以上的提高。