电动凿岩机

国际上对于电动凿岩机的研究成果主要有意大利Pinass公司的P60和P70型偏心块式结构的电动凿岩机和尚未定型的电磁凿岩机。但共同点是机体庞大、结构复杂、价格高、难以实现更新换代。国内的研究成果主要有武汉鑫文丰机械有限公司研制的YDT30A型新型电动凿岩机、YDT30型多功能电动凿岩机组、YDT30A型新型电动凿岩机、YDTJ1型机动凿岩车、YDT26型电液凿岩机组等。对电动凿岩机的改进思路主要有两点，一是按照调频控制的要求对电动凿岩机的部件、结构进行改进，采用变频电动机为工作电机，并对相关结构进行优化设计；二是研制适用于中小型电动凿岩机的变频电源，与之配套工作。采用DSP处理器来设计变频电源的原因主要是：基于单片机的变频电源系统多采用查表法生成PWM波，因此灵活性较差，无法实现实时变频变压；而如果采用专门的PWM波生成芯片，则会使成本大大提高。而采用基于DSP的变频电源系统，可以利用它强大的运算能力和低廉的价格，很好的解决实时性与成本的问题。

1）电动凿岩机使用前应检查机械部分，应无松动和异常现象，电动机应绝缘良好，接线应正确可靠，才可通电。

2）各传动机构的摩擦面，要保证充分润滑，并定期更换润滑油。

3）钻孔前，应空载检查钻杆的旋转方向后，将钻头、钻杆、水管接好即可钻岩。开孔时，应轻轻将离合器安上，当钻头全部进入岩层后，再紧上离合器；当钻进一定深度而需停钻时，松开离合器，待钻头全部退出孔后再停钻，并将离合器置于中间位置。

采矿业是我国的重要产业，对经济社会的发展有重大意义，因此研制高效、节能、使用方便的凿岩机械很有必要。国内使用的凿岩机主要有气动式、液动式、电动式、凿岩台机等。与主流的液压式、气动式凿岩相比较，电动凿岩机有着非常突出的优点，在节能、高效方面，电动凿岩机的电能利用率高达50%～60%，而液压凿岩机的效率一般为25%～35%，气动凿岩机仅为10%。此外电动凿岩还具有噪声低、工作面空气新鲜、无废气污染，搬迁、维修、管理方便等优点，非常适合于我国大量存在的设备简单的地方中小矿。但是所使用的电动凿岩机也存在很大的缺点：钻速较低，尤其是对硬岩，同样硬度的岩石，它的转速只有气动凿岩机的50%～60%，严重的影响了电动凿岩机的推广使用。造成这一缺点的主要原因是主流电动凿岩机直接使用交流工频电源（50Hz），不能随着工作环境（矿物硬度、钻孔孔径、深度）改变输出转矩、转速，使得工作效率较低。

1、凿岩机整体结构设计

变频电动凿岩机，适用于一般工作场合，包括机体、变频电动机、钎杆等部分组成。其输入电源采用新设计的变频电源。在实际工作中，根据工作对象的性质（岩石、矿体的硬度、厚度、韧度等），由软件计算出频率调节信号，再由辅助电源驱动处理器，输入频率调节信号到DSP处理器，处理器控制调节主电源输出一定频率和电压的电信号，进而驱动变频段动机运转，输出需要的转矩和转速。在实际工作中通过调整电动机电源频率进而调整电机转速，使曲柄连杆机构用锤头冲击钢钎的频率可调整；对于不同的岩石及矿体，操作人员可通过不断调整冲击频率使凿岩效率提高。

2、变频电机的选择

为体现变频调速的优势，本设计中将原电动凿岩机中做动力电机的1350W小型异步电动机改为1.5KW变频电机，原采用的变频电机为YVP系列变频调速异步电动机。该电机绝缘为F、H级，防护等级为IP54、IP55、 IP56，可附带各种光电编码器（或测速发电机）传感器装置等，同时可提供配套变频调速器。产品适应各种变频电源的高频冲击，确保电机在最低速和最高速时均具良好的工作特性。其主要参数为：

额定功率：1.5kW，

额定转矩：4.7N·M，

额定电流：4.3A，

额定电压：220/380V。

3、变频电源的设计

本设计所使用的单相变频电源，要求额定输出功率不小于5kW，输出电压为220～380V，输出频率为20～400Hz可调。以美国TI公司的16位定点DSPTMS320-LF2407A为插补处理器，它集成了编码器信号采集和处理电路，D/A输出电路，扩展存储器电路等。以TMS320LF2407A为核心构建硬件系统，由辅助电源驱动处理器，实现16KHz载波频段，静音运行，输出谐波含量小。输入频率调节信号到DSP处理器，处理器控制调节主电源输出频率，使之按调节需要输出变频电压信号驱动电机设备。另还可按照要求附加显示设备，将调节信号频率输出显示在液晶屏上。

4、性能改进实验

本设计的变频调速电动凿岩机，经理论计算、模拟仿真、样品制作后，在湘西同力机械公司、武陵电化总厂金属包装厂经过多次实验表明，应用所设计变频电源驱动改进后的电动凿岩机工作时，在不同频率、不同负载情况下，输出转速和转矩可基本实现实时控制，具有较好的工作稳定性和抗干扰能力。与对比的原型机相比，转孔速度有10%以上的提高。