電動鑿岩機

採礦業是我國的重要產業，對經濟社會的發展有重大意義，因此研製高效、節能、使用方便的鑿岩機械很有必要。現在國內使用的鑿岩機主要有氣動式、液動式、電動式、鑿岩台機等。與主流的液壓式、氣動式鑿岩相比較，電動鑿岩機有著非常突出的優點，在節能、高效方面，電動鑿岩機的電能利用率高達50%～60%，而液壓鑿岩機的效率一般為25%～35%，氣動鑿岩機僅為10%。此外電動鑿岩還具有雜訊低、工作面空氣新鮮、無廢氣污染，搬遷、維修、管理方便等優點，非常適合於我國大量存在的設備簡單的地方中小礦。但是目前所使用的電動鑿岩機也存在很大的缺點：鑽速較低，尤其是對硬岩，同樣硬度的岩石，它的轉速只有氣動鑿岩機的50%～60%，嚴重的影響了電動鑿岩機的推廣使用。造成這一缺點的主要原因是目前的主流電動鑿岩機直接使用交流工頻電源（50Hz），不能隨著工作環境（礦物硬度、鑽孔孔徑、深度）改變輸出轉矩、轉速，使得工作效率較低。

目前國際上對於電動鑿岩機的研究成果主要有義大利Pinass公司的P60和P70型偏心塊式結構的電動鑿岩機和尚未定型的電磁鑿岩機。但共同點是機體龐大、結構複雜、價格高、難以實現更新換代。國內的研究成果主要有武漢鑫文豐機械有限公司研製的YDT30A型新型電動鑿岩機、YDT30型多功能電動鑿岩機組、YDT30A型新型電動鑿岩機、YDTJ1型機動鑿岩車、YDT26型電液鑿岩機組等。對電動鑿岩機的改進思路主要有兩點，一是按照調頻控制的要求對電動鑿岩機的部件、結構進行改進，採用變頻電動機為工作電機，並對相關結構進行優化設計；二是研製適用於中小型電動鑿岩機的變頻電源，與之配套工作。採用DSP處理器來設計變頻電源的原因主要是：基於單片機的變頻電源系統多採用查表法生成PWM波，因此靈活性較差，無法實現實時變頻變壓；而如果採用專門的PWM波生成晶元，則會使成本大大提高。而採用基於DSP的變頻電源系統，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、鑿岩機整體結構設計

變頻電動鑿岩機，適用於一般工作場合，包括機體、變頻電動機、釺桿等部分組成。其輸入電源採用新設計的變頻電源。在實際工作中，根據工作對象的性質（岩石、礦體的硬度、厚度、韌度等），由軟體計算出頻率調節信號，再由輔助電源驅動處理器，輸入頻率調節信號到DSP處理器，處理器控制調節主電源輸出一定頻率和電壓的電信號，進而驅動變頻段動機運轉，輸出需要的轉矩和轉速。在實際工作中通過調整電動機電源頻率進而調整電機轉速，使曲柄連桿機構用鎚頭衝擊鋼釺的頻率可調整；對於不同的岩石及礦體，操作人員可通過不斷調整衝擊頻率使鑿岩效率提高。

2、變頻電機的選擇

為體現變頻調速的優勢，本設計中將原電動鑿岩機中做動力電機的1350W小型非同步電動機改為1.5KW變頻電機，原採用的變頻電機為YVP系列變頻調速非同步電動機。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（或測速發電機）感測器裝置等，同時可提供配套變頻調速器。產品適應各種變頻電源的高頻衝擊，確保電機在最低速和最高速時均具良好的工作特性。其主要參數為：

額定功率：1.5kW，

額定轉矩：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於5kW，輸出電壓為220～380V，輸出頻率為20～400Hz可調。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採集和處理電路，D/A輸出電路，擴展存儲器電路等。以TMS320LF2407A為核心構建硬體系統，由輔助電源驅動處理器，實現16KHz載波頻段，靜音運行，輸出諧波含量小。輸入頻率調節信號到DSP處理器，處理器控制調節主電源輸出頻率，使之按調節需要輸出變頻電壓信號驅動電機設備。另還可按照要求附加顯示設備，將調節信號頻率輸出顯示在液晶屏上。

4、性能改進實驗

本設計的變頻調速電動鑿岩機，經理論計算、模擬模擬、樣品製作后，在湘西同力機械公司、武陵電化總廠金屬包裝廠經過多次實驗表明，應用所設計變頻電源驅動改進后的電動鑿岩機工作時，在不同頻率、不同負載情況下，輸出轉速和轉矩可基本實現實時控制，具有較好的工作穩定性和抗干擾能力。與對比的原型機相比，轉孔速度有10%以上的提高。

1）電動鑿岩機使用前應檢查機械部分，應無鬆動和異常現象，電動機應絕緣良好，接線應正確可靠，才可通電。

2）各傳動機構的摩擦面，要保證充分潤滑，並定期更換潤滑油。

3）鑽孔前，應空載檢查鑽桿的旋轉方向後，將鑽頭、鑽桿、水管接好即可鑽岩。開孔時，應輕輕將離合器安上，當鑽頭全部進入岩層后，再緊上離合器；當鑽進一定深度而需停鑽時，鬆開離合器，待鑽頭全部退出孔后再停鑽，並將離合器置於中間位置。