電動鑿巖機

國際上對于電動鑿巖機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)的電動鑿巖機和尚未定型的電磁鑿巖機。但共同點是機體龐大、結(jié)構(gòu)復雜、價格高、難以實現(xiàn)更新?lián)Q代。國內(nèi)的研究成果主要有武漢鑫文豐機械有限公司研制的YDT30A型新型電動鑿巖機、YDT30型多功能電動鑿巖機組、YDT30A型新型電動鑿巖機、YDTJ1型機動鑿巖車、YDT26型電液鑿巖機組等。對電動鑿巖機的改進思路主要有兩點，一是按照調(diào)頻控制的要求對電動鑿巖機的部件、結(jié)構(gòu)進行改進，采用變頻電動機為工作電機，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計；二是研制適用于中小型電動鑿巖機的變頻電源，與之配套工作。采用DSP處理器來設計變頻電源的原因主要是：基于單片機的變頻電源系統(tǒng)多采用查表法生成PWM波，因此靈活性較差，無法實現(xiàn)實時變頻變壓；而如果采用專門的PWM波生成芯片，則會使成本大大提高。而采用基于DSP的變頻電源系統(tǒng)，可以利用它強大的運算能力和低廉的價格，很好的解決實時性與成本的問題。

1）電動鑿巖機使用前應檢查機械部分，應無松動和異?，F(xiàn)象，電動機應絕緣良好，接線應正確可靠，才可通電。

2）各傳動機構(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，應輕輕將離合器安上，當鉆頭全部進入巖層后，再緊上離合器；當鉆進一定深度而需停鉆時，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)濟社會的發(fā)展有重大意義，因此研制高效、節(jié)能、使用方便的鑿巖機械很有必要。國內(nèi)使用的鑿巖機主要有氣動式、液動式、電動式、鑿巖臺機等。與主流的液壓式、氣動式鑿巖相比較，電動鑿巖機有著非常突出的優(yōu)點，在節(jié)能、高效方面，電動鑿巖機的電能利用率高達50%～60%，而液壓鑿巖機的效率一般為25%～35%，氣動鑿巖機僅為10%。此外電動鑿巖還具有噪聲低、工作面空氣新鮮、無廢氣污染，搬遷、維修、管理方便等優(yōu)點，非常適合于我國大量存在的設備簡單的地方中小礦。但是所使用的電動鑿巖機也存在很大的缺點：鉆速較低，尤其是對硬巖，同樣硬度的巖石，它的轉(zhuǎn)速只有氣動鑿巖機的50%～60%，嚴重的影響了電動鑿巖機的推廣使用。造成這一缺點的主要原因是主流電動鑿巖機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、鑿巖機整體結(jié)構(gòu)設計

變頻電動鑿巖機，適用于一般工作場合，包括機體、變頻電動機、釬桿等部分組成。其輸入電源采用新設計的變頻電源。在實際工作中，根據(jù)工作對象的性質(zhì)（巖石、礦體的硬度、厚度、韌度等），由軟件計算出頻率調(diào)節(jié)信號，再由輔助電源驅(qū)動處理器，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，進而驅(qū)動變頻段動機運轉(zhuǎn)，輸出需要的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。在實際工作中通過調(diào)整電動機電源頻率進而調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，使曲柄連桿機構(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、變頻電機的選擇

為體現(xiàn)變頻調(diào)速的優(yōu)勢，本設計中將原電動鑿巖機中做動力電機的1350W小型異步電動機改為1.5KW變頻電機，原采用的變頻電機為YVP系列變頻調(diào)速異步電動機。該電機絕緣為F、H級，防護等級為IP54、IP55、 IP56，可附帶各種光電編碼器（或測速發(fā)電機）傳感器裝置等，同時可提供配套變頻調(diào)速器。產(chǎn)品適應各種變頻電源的高頻沖擊，確保電機在最低速和最高速時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、變頻電源的設計

本設計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DSPTMS320-LF2407A為插補處理器，它集成了編碼器信號采集和處理電路，D/A輸出電路，擴展存儲器電路等。以TMS320LF2407A為核心構(gòu)建硬件系統(tǒng)，由輔助電源驅(qū)動處理器，實現(xiàn)16KHz載波頻段，靜音運行，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)動電機設備。另還可按照要求附加顯示設備，將調(diào)節(jié)信號頻率輸出顯示在液晶屏上。

4、性能改進實驗

本設計的變頻調(diào)速電動鑿巖機，經(jīng)理論計算、模擬仿真、樣品制作后，在湘西同力機械公司、武陵電化總廠金屬包裝廠經(jīng)過多次實驗表明，應用所設計變頻電源驅(qū)動改進后的電動鑿巖機工作時，在不同頻率、不同負載情況下，輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可基本實現(xiàn)實時控制，具有較好的工作穩(wěn)定性和抗干擾能力。與對比的原型機相比，轉(zhuǎn)孔速度有10%以上的提高。