钻凿机械发展简介
一、钻凿机械简介
钻凿机械广泛应用于矿山、建筑、水利、交通等各个领域，主要应用于岩石钻孔和岩石破碎。随着1813年**台蒸汽动力冲击式凿岩机的问世，至今已有200余年的历史。目前常用的凿岩机械产品主要有凿岩机、凿岩台车、潜孔冲击器、潜孔钻机、气镐、液压锤、回转钻机和锚杆钻机等。
在漫长的社会发展历程中，手锤打眼一度是最为主要的凿岩方式，随着社会生产需求的不断提高，人们开始寻求采用机械方法凿岩的途径。直至1813年，**台以蒸汽为动力的冲击式凿岩机问世，开启了钻凿机械的发展之路。1844年英国人布隆顿发明了以压缩空气为动力的凿岩机，但设计本身存在很多问题，不能够实际应用。直至1857年，意大利工程师巴特利特和杰曼-萨梅特改进了前人的研究成果，设计出了可以实际应用的凿岩机，该产品以压缩空气为动力，正式应用于阿尔卑斯山塞尼峰隧道，因此这一年被认为是凿岩机的诞生年。当时的凿岩机的活塞与钎杆是连接一体的，这种结构既消耗过多的动力，又限制了凿岩频率的提高，因此凿岩速度较低。1884年，美国人根舍特首次实现了冲击活塞与凿岩机钎杆的分离，奠定了现代凿岩机的基础。1897年美国人雷诺研制了空心钻杆，凿岩时可以采用压气和水冲洗钻杆，并改进了配气阀和转钎机构（具有棘轮棘爪螺旋棒），是凿岩机发展史上的一次重大突破。1938年，德国人制造了气腿和碳化钨钎头，对凿岩机的发展产生了重大的影响：气腿可给钎头施加推力，承托凿岩机机重，减轻工人的体力强度；碳化钨钎头使钎头的修磨次数大为减少，使一次修磨后的钻孔深度从0.6-0.9米提高到9-12米。气腿式凿岩机和钎头的不断完善，对凿岩机的效率又提出了新的要求。因为具有棘轮棘爪转钎机构的内回转凿岩机，其冲击能量与转钎力矩成比例增减，无法实现操作过程中单值增减某一参数，与实际工况不相适应，直至20世纪60年代，回转与冲击机构分开的独立回转式凿岩机问世，成功的解决了这一问题，是气动凿岩机发展使上又一次突破。这种凿岩机被称为外回转凿岩机，其冲击能量和转钎力矩两个参数可以分别调节，实现多工矿组合，以适应不同性质岩石的要求。随着凿岩机功率的不断增加，气腿式凿岩机已经不能满足生产要求，同时为了减轻操作者的体力消耗，出现了架柱式支撑的凿岩机，到了20世纪50年代又出现了多种自行式气动钻车。
凿岩机的不断发展使钻孔深度不断增加，通常采用深空接杆的方式钻凿较深的岩孔，人们注意到这种方式会使在钎杆上损失较大的能量，因而提出了将凿岩机紧随钎头潜入孔底直接凿岩的设想。英国英格索兰-兰德公司在1932年将这一设想变成了现实并申请了专利，40年代末期开始在露天矿井中使用。1951年，比利时工程师安德烈-斯坦纽依科设计制造了潜孔冲击器，与现代潜孔冲击器结构相似。潜孔冲击器不仅能够充分利用冲击能量，而且可大为降低噪声级，改善作业环境。在潜孔冲击器的使用过程中，美国休斯敦公司研制了柱齿型钻头，这是凿岩机史上的一次重大革新。到1960s，国外露天矿打孔经钻孔已经普遍使用这种钻头，1970s，这种钻头又被推广应用于井下小孔径钻孔。
气动凿岩机结构简单、制造容易、维修方便，应用广泛，在生产过程中发挥巨大作用。但它也存在能耗大、能量利用率低（只有10%）、噪声大、油雾大等致命缺点。为了解决这个问题，人们一直在探索新的能量传递介质，早在1876年，德国人布兰德就发明了一台用水利驱动的钻机。20世纪20年代，英国人制成了一台液压凿岩机，由于当时工业水平与液压技术的限制未能生产。到60年代，国外出现了多种液压凿岩机专利，并有多家公司研制液压凿岩机，1970年法国蒙塔贝特公司首先研制成**代可供生产的液压凿岩机，随后，美国、瑞典、英国、德国、芬兰、奥地利、瑞士和日本等国陆续研制出各种型号的液压凿岩机并相继投放市场，液压凿岩机能耗低、钻孔速度快、零部件寿命长、钎具消耗小等优点也在生产实践中得以证明。各个公司也不断改进完善设计，使液压凿岩机设计更加合理，性能更加优越，因此，20世纪80年代是液压凿岩机发展和成熟的阶段，发达国家的地下矿山广泛采用了液压凿岩设备。20世纪90年代，液压凿岩机又向大功率、高钻速发展，随后相应的全液压掘进与采矿钻车也得到发展。
随着科学技术的不断发展，特别是电子与计算机技术的发展，全液压钻车不断向遥控、自控、智能化方向迈进，早在1972年，挪威工程合同公司就开始研制钻车自动控制系统，在实验室实现了计算机控制的单臂钻车定位和钻孔试验。1973年日本开始研制全自动凿岩钻车，到1984年开始生产并用于掘进。美国钢铁公司于1978年研制了一台用微机控制的液压锚杆钻车钻进速度自寻**装置。1982年，瑞典阿特拉斯科普克申请了一项微型计算机控制凿岩钻车的专利，20世纪90年代，国外一些先进矿山都实现了掘进、采矿钻车的遥控和机械人化。
我国凿岩机发展起步较晚，在解放前，不能制造气动凿岩设备，就是凿岩机上所用的钎杆、碳化钨钎头等配件都要从国外进口，解放后这种局面得到彻底的改变。1954年，我国生产了**批矿用气动凿岩机，到60年代中期已经可以自主生产具有我国特色的气动凿岩机，产品包括手持式、气腿式、导轨式和气镐等。60年代初开始仿制国外矿用潜孔冲击器产品，到70年代开始自主生产J系列、C系列以及无阀型潜孔冲击器，随后又研制成功了冲击能高达3000J的气动碎石冲击器、高气压型潜孔冲击器等产品。十九世纪八十年代，我国气动手工具行业推行积木式设计，取得了很大发展，产品包括气动捣固机，气动铆钉机，气镐，冲击式顶把，气动除锈器。其他动力能源的凿岩设备也同步发展：十九世纪六十年代开始液压凿岩机的研制，取得了不错的成绩；我国生产的电动凿岩机产品类型齐全，结构型式多样；内燃凿岩机产品性能稳定，应用可靠。
目前，我国钻凿设备产业已经较为成熟，全国范围内钻凿机械生产企业主要分布在甘肃天水、辽宁沈阳、湖北武汉、湖南长沙、江苏南京和无锡、浙江衢州、宁波和台州等地，每年生产手持与支腿式凿岩机、导轨式凿岩机、液压凿岩、凿岩台车、潜孔钻车、潜孔冲击器、气镐和冲击破碎器等各类钻凿机械超过200万台：手持式与气腿式凿岩机主产自衢州，年产超过100万台；导轨式凿岩机主产自南京和天水，年产超过100台；液压凿岩机主要产自莲花山、桂林和沈阳，年产超过1500台；凿岩钻车住产自张家口和石家庄，年产超过500台；潜孔钻机主产自长沙和衢州，年产量超过20万台；潜孔冲击器住产自张家口、长沙、衢州、宜昌，年产超过25万台；气镐和冲击破碎锤主产自无锡、宁波、义乌、南京、宜春、通化、洛阳、天水等地，年产超过150万台；回转钻机和锚杆钻机主产自衢州煤机厂。值得说明的是，浙江衢州生产的凿岩机产品在全国具有较强的市场竞争力、规模竞争力和品牌竞争力，其中全国市场占有率超过70%。衢州地区是浙江省**的空压机及钻凿机械生产基地，2008年被国家科技部授予“国家空气动力机械特色产业基地”（国科火字[2009]233号）。衢州有开山、红五环、志高、衢州煤机等一批全国领先的行业龙头企业，其中开山集团是全球**的气动凿岩机制造企业，亚洲**、全球第三的空气压缩机制造企业。
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