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。國內使用的鑿岩機主要有氣動式、液動式、電動式、鑿巖台機等。與主流的液壓式、氣動式鑿巖相比較，電動鑿岩機有着非常突出的優點，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，尤其是對硬巖，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主流電動鑿岩機直接使用交流工頻電源（50Hz），不能隨着工作環境（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。 ^[1] 

國際上對於電動鑿岩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型機動鑿巖車、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采用查表法生成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波生成芯片，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。 ^[2] 

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、釺杆等部分組成。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），由軟件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，使曲柄連桿機構用錘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巖效率提高。

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小型異步電動機改為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（或測速發電機）傳感器裝置等，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為核心構建硬件系統，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、模擬仿真、樣品製作後，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後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。 ^[2] 

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、水管接好即可鑽巖。開孔時，應輕輕將離合器安上，當鑽頭全部進入岩層後，再緊上離合器；當鑽進一定深度而需停鑽時，鬆開離合器，待鑽頭全部退出孔後再停鑽，並將離合器置於中間位置。 ^[3]