凿岩台车在隧道施工过程中发挥着重要作用，凿岩机作为凿岩台车的主要部件，其性能决定了整个凿岩台车的使用效果。在凿岩台车的实际使用过程中，凿岩机过早磨损的现象经常发生，通过对山特维克公司生产的ＨＬＸ－５Ｔ高频凿岩机构造、工作原理深入学习及在某水利水电工程施工过程中过早损坏的案例分析，探讨其过早损坏的原因，提出有效的预防措施，为此类设备在类似工程中的应用提供借鉴。
凿岩台车作为隧道施工的主要设备，在矿山、水电、煤炭、铁路、公路等隧道工程领域广泛应用，凿岩机作为凿岩台车的主要部件，其性能决定了整个凿岩台车的使用效果。在国家重点建设项目锦屏二级水电站，有一台芬兰山特维克公司生产的ＳａｎｄｖｉｋＤＴ１１３０－Ｓ型电液控地下三臂凿岩台车（如图１所示），其装配着由山特维克公司制造的ＨＬＸ－５Ｔ型凿岩机（见图２），该凿岩机具有良好的使用性和经济性等特点。
▲图1DT1130凿岩台车
▲图2HLX-5T型高频凿岩机
１凿岩机构造、工作原理介绍
１．１ＨＬＸ－５Ｔ凿岩机技术参数
表1凿岩机技术参数
１．２ＨＬＸ－５Ｔ凿岩机的特点
１．２．１结构特点
（１）模块式结构：冲击，回转和冲洗分别为三个独立的模块。结构简单，各模块可独立地进行维修保养。
（２）独立的活塞和套阀配流冲击机构：冲击活塞处于独立的模块中，保证稳定的冲击，冲击机构仅两个运动件，即活塞和套筒式配流阀，结构简单，运动件在油液中游动，不与壳体接触。套式配油通道短，过流断面大，脉冲反力可有效地由蓄能器吸收，并在下次冲击时利用。
（３）凿岩机隔板与托架为刚性整体：回转模块与冲击模块中间装配隔板。此中间隔板与凿岩机的托架整体铸造，凿岩机所受的反弹外力由隔板引导至推进梁。使冲击机构得到良好的保护。
（４）五级缓冲减震系统：双蓄能器，活塞顶端油垫，ＢＡＳ缓释回路，反冲活塞，以及冲击机构隔板．有效抑制和吸收反弹能量．
（５）前部冲洗模块：即拆即装的前端冲洗模块，实现了在推进梁上完成凿岩机日常保养维护。所有零件均标有可视的磨损标记。检查和更换十分明晰方便。
１．２．２性能特点
（１）采用电液系统，凿岩机配流精密化和程序化；
（２）保养间隔达１５００冲击小时；
（３）维修保养过程只需２个小时，不到其他品牌凿岩机维修时间的１／４；
（４）ＰＬＣ凿岩控制（冲击随推进力函数变化，保持钻头和岩面的紧抵，时刻倾向最佳能量传递状态。）；
（５）比例开孔，钻进过程自适应。（自动探测，系统选择优化反馈）；
（６）模式设定和自动微调，持续优化凿岩参数及其与负荷的匹配。
１．３ＨＬＸ－５Ｔ凿岩机的工作原理
凿岩机通过冲击凿岩成孔，其作业由冲击、推进、回转、冲洗４个动作组合而成（如图３所示）。
▲图3冲击钻孔功能
冲击动作的主要功能是使岩石破碎，机体内冲击活塞作往复运动，直接打击钎尾，钎尾将冲击能量通过连接套、钻杆传递到钻头上。当活塞向左运动，加速到一定速度时，冲击钎具将能量以应力波的形式传递给岩石，使岩石破碎。能量的传递受钻具尺寸的限制，一定尺寸的钻具只能传递一定水平的能量，如果传递的能量超过钻具的能力，钻具将早期损坏。凿岩机完成冲击功能的部分称为冲击机构，冲击能和冲击频率是其主要指标。
推进的作用保持钎尾和凿岩机以及钻头和岩石的紧密接触。推进有两个功能，一是推动凿岩机和钎具压向岩石工作面；二是从锚杆孔中退出钎具，准备钻凿下一个锚杆孔。借助推进缸给凿岩机施加推进力，推进力是凿岩作业的主要工作指标之一，正确的推进力设定取决于冲击压力、岩石类型、孔深、孔径和钎具的类型等。
回转的主要作用是每次冲击时，将钻头转动到新的位置，进行新的岩石破碎。同时将冲击动作产生的带有裂纹的岩石表面部分剥落下来，回转速度是主要指标。旋转速度的优化取决于钻头的类型、直径、岩石的可钻性和其他钻孔的主要功能。
洗孔的作用是将钻下的岩屑自孔中排出。在水洗排渣的钻孔过程中，洗孔的压力水自凿岩机洗孔套进入，再经过钎尾、钻杆，最后从钻头的水孔中射出。如果冲洗不足，钻孔中将发生重复凿磨，不但使钻孔速度减慢，也使钻头加速磨损，甚至在个别情况下卡钻。
由上可知，凿岩过程中凿岩机主要完成冲击、回转两大部分，这两大部分也是凿孔的最关键的两道工序。
２ＨＬＸ－５Ｔ凿岩机损坏情况
２００９年１１月，ＤＴ１１３０型三臂凿岩台车曾进行了大修，大修过程中发现凿岩机过早严重损坏（如图４所示），经过拆检发现３台凿岩机均有过早损坏现象，具体情况如下：
▲图4凿岩机多部件磨损
（１）１号凿岩机情况：冲击活塞前端边缘严重磨损；凿岩机机体中间隔板破损报废；旋转驱动齿轮套配合工作面严重磨损；钎尾铜套磨损；后缸体严重磨损；液压油乳化等。
▲图5冲击活塞头部磨损
（２）２号凿岩机情况：机体内表面磨损有环状沟槽、端面及止口磨损；前液压缸冲击活塞头部变形，尾部有“发蓝”现象；分配阀外表面磨损；旋转驱动齿轮套工作配合面严重磨损；齿轮箱体磨损严重；凿岩机机体中间隔板损坏，密封位置破损；凿岩机机头及钎尾铜套磨损；液压油乳化等。
▲图6铜套内表面磨损
（３）３号凿岩机情况：机体内表面磨损有环状沟槽、端面及止口磨损；前液压缸冲击活塞头部变形，尾部有“发蓝”现象；旋转驱动齿轮套工作配合面严重磨损；旋转传动轴磨损；密封位置破损；钎尾铜套、后导向套，冲击活塞前导向套、后导向套磨损；液压油乳化等。
▲图7机体内表面磨损
３ＨＬＸ－５Ｔ型凿岩机过早损坏的原因分析
从以上凿岩机损坏情况看，属于明显的过早损坏，具体原因有直接与间接两种。
３．１凿岩机过早损坏的直接原因分析
（１）由于ＨＬＸ－５Ｔ型凿岩机设有钎尾自动润滑机构，其作用是润滑旋转机构和凿岩机的钎尾，内部不需要人工进行润滑。钎尾润滑的基本要求是无故障的连续工作，如果工作不正常，操作维护人员又没有察觉并及时的进行人工润滑，将迅速导致凿岩机的严重损坏。
（２）在凿岩机的工作过程中，由于冲击频繁，凿岩机钎尾与齿轮箱、齿轮箱与机体之间的拉杆螺栓容易松动，如果不经常进行检查、紧固，就会在凿岩机齿轮箱、钎尾及机体之间产生间隙，在凿岩机高速、高频冲击作用下，造成冲击磨损或损坏。
（３）液压油乳化是由于液压油中渗入了水分及其他杂质。由于凿岩机在工作过程中，时常会在隧道顶部打锚杆，需要操作维护人员经常对凿岩机的密封件进行检查更换，防止水分渗入液压油，致使凿岩机内部的液压油乳化变质。
（４）ＨＬＸ－５Ｔ型凿岩机所选用的润滑油是ＳｈｅｌｌＴｏｒｃｕｌａ１００（壳牌）凿岩机专用油，而现场操作维护人员在没有咨询凿岩机厂方的条件下使用了壳牌６８号液压油作为凿岩机的润滑油。由于凿岩机推荐用油适应高速冲击、大转矩的性能要比维护时使用的油品质好，所以液压油的错误选用也是凿岩机过早损坏的一个很重要的原因。
（５）钎具的选择直接影响凿岩机的使用情况。冲击活塞前端易磨损与凿岩机所使用的钎尾有关，钎尾在冲击活塞高速度、高频率的冲击下，其材质、加工精度直接决定了冲击活塞的使用寿命。在锦屏施工现场所使用的钎尾并非出于原厂，而是完全来源于国内某钎具公司的自行加工制造，相对于原厂钎尾的材质、加工情况与冲击活塞的配合情况要差一些。此外，钻头加工精度不够或硬度不足带来的高冲击、卡钻，钎尾、连接套、钻杆的配合情况不好都会给凿岩机内相应配件带来磨损或损坏，所以钎具的不恰当选用也是凿岩机易损坏的一个很重要的原因。
（６）锦屏山隧道岩层多为二、三类围岩。这类岩层易发生塌方和岩爆。在凿岩机钻孔过程中引起的强大震动易引起塌方，坍塌下来的大块岩石砸落在凿岩机表面及钎尾前端，直接造成了凿岩机表面及内部配件的损坏。
３．２凿岩机过早损坏的间接原因
（１）在施工现场，由于项目工期要求紧，设备在洞内施工实行换人不换机的作业方式，设备超负荷连续运转，增大了工作强度，致使没有对设备进行及时的维护保养，这是造成凿岩机过早损坏的另一主要原因。
（２）由于操作维护人员对设备性能、运行状况的熟悉不够，对凿岩机进行维护时发现部分配件损坏但并没有及时进行更换，结果造成二次损坏。
４ＨＬＸ－５Ｔ型凿岩机早期损坏的预防措施
（１）加强操作维护人员的技能培训，提高其操作维护设备水平；
（２）严格遵守设备使用说明书，加强凿岩机的保养工作。操作手应该对设备的使用说明书进行系统的学习，详细了解凿岩机的构造，并加强凿岩机的保养工作，这样就从源头降低了凿岩机早期损坏的风险；
（３）对设备的使用，应该按照设备设计的技术参数运行，不能超负荷运行；
（４）设备管理人员应该转变使用观念，以良好的维护保养工作代替修理。定期进行停机维护保养，这样才能使设备保持其优异的性能。
５结束语
我国使用的很多凿岩机都是进口的，价格昂贵，损坏后修理费用高且严重影响施工工期。国内自主设计生产的凿岩机由于各种原因，并不被这个行业的一些主要使用者认可，因此要想从根本上扭转凿岩设备的这种尴尬境地，还要国内的使用者给我们自己的凿岩机一些机会，这样才能使我们的凿岩设备行业壮大，并有能力和国际著名品牌的凿岩设备抗衡，而且我们使用凿岩设备的成本也能大大降低。虽然本文只对ＨＬＸ－５Ｔ型凿岩机过早损坏的个案进行了分析，但从这个个案中所表现出来的现象，却具有比较普遍的代表性，对类似设备的使用都有借鉴意义。
（本文来自中翰凿岩）
