3. 1 Đặc tính kỹ thuật:
Trong chương này trình bày nguyên lý hoạt động của đầu dẫn động khoan và nguyên lý kết cấu của một số bộ phận quan trọng của đầu dẫn động khoan.
Đầu khoan là một bộ phận quan trọng nhất trong máy khoan đá. Nó là cơ cấu biến đổi năng lượng trực tiếp biến năng lượng của nguồn dầu cao áp thành cơ năng để dẫn động cho các chi tiết hoạt động.
Để máy khoan đá có thể thực hiện được các chuyển động khoan như chuyển động quay tròn của cần khoan và chuyển động đập liên tục của búa đập thì đầu khoan đá cần phải có một động cơ thuỷ lực tạo chuyển động quay và một pittông thuỷ lực có thể thực hiện chuyển động tịnh tiến khứ hồi theo hai chiều để tạo lực đập và tần suất đập, các chuyển động này được điều khiển bằng các van điều khiển.
Đầu dẫn động khoan có đặc tính kỹ thuật sau:
+ Tổng trọng lượng : 185 Kg
+ Tần suất đập: 2250 - 2500 lần/ phút
+ Tốc độ quay: 0 - 250 v/phút.
Theo sơ đồ khối này đầu dẫn động khoan được chia thành 4 côm chính:
1- Côm đầu nối : Côm này có nhiệm nối đầu dẫn động và các cơ cấu chuyển động bên ngoài. Nã cho phép choòng khoan có thể vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến trong đó, nhờ đó mà các chuyển động quay của động cơ và chuyển động tịnh tiến của đầu đập được truyền đến cần khoan thông qua choòng khoan tạo năng suất khoan.
2- Côm động cơ thuỷ lực: Côm này bao gồm một động cơ thủy lực và các chi tiết phụ trợ khác. Đây là một cơ cấu biến đổi năng lượng trực tiếp, biến năng lượng của nguồn dầu cao áp thành động năng để thực hiện chuyển động quay của động cơ thông qua hệ thống bánh răng truyền chuyển động quay đó đến choòng khoan và cần khoan.
3- Côm đầu đập thuỷ lực: Côm này có nhiệm vụ biến đổi năng lượng của nguồn dầu cao áp thành động năng để thực hiện chuyển động tịnh tiến khứ hồi của pittông, thông qua choòng khoan tạo lên tần suất đập của đầu khoan.
4- Côm truyền chuyển động: Côm này bao gồm các bánh răng có cấu tạo đặc biệt có nhiệm vụ truyền chuyển động quay tròn của động cơ và chuyển động tịnh tiến khứ hồi của pittông đến cần khoan từ đó thông qua mũi khoan tạo ra năng suất khoan.
3. 2 Nguyên lý hoạt động của đầu dẫn động
Để xây dựng nguyên lý hoạt động của đầu dẫn động khoan đá chúng em đi vào khảo sát chi tiết nguyên lý hoạt động theo mẫu của hãng từ đó dựa trên nguyên lý đó xây dựng lên nguyên lý của máy.
3. 2. 1 Côm đầu nối:
Có nhiệm vụ nhận các chuyển động của các cơ cấu dẫn động nh động cơ dầu, pittông và truyền chuyển động đó đến cần khoan. Ngoài ra nã còn có nhiệm vụ cung cấp một lượng dầu bôi trơn nhất định để cho đầu đập làm việc tốt hơn. Để thực hiện được nhiệm vụ này cụm đầu nối trung gian được cấu tạo nh hình dưới:
Chi tiết mặt bích 3 có nhiệm vụ giữ cho choòng khoan luôn ở vị trí xác định để có thể nhận được chuyển động quay tròn của động cơ và chuyển động tịnh tiến của đầu đập và truyền chuyển động đó cho cần khoan. Thân của đầu nối cho phép choòng khoan có thể chuyển động trong nã một cách dễ dàng. Nó vừa là buồng kín để giữ dầu vừa có nhiệm vụ dẫn hướng cho choòng khoan hoạt động. Các ống nối trung gian có nhiệm vụ cung cấp dầu vào trong buồng của thân đầu nối trung gian. Ngoài ra để đảm bảo độ kín khít tránh dò gỉ dầu thì ta phải dùng các gioăng cao su và các gioăng bịt kín tại các chỗ ghép nối các chi tiết. Để các chi tiết hoạt động tốt tránh ma sát ta dùng các bạc lót và các vòng đệm.
Từ đó ta xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động của cụm này:
Choòng khoan 1 có thể vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến tạo tần suất đập nhờ nó ăn khớp then hoa với chi tiết trung gian 6. Chi tiết trung gian 6 được quay tròn trên bạc bậc 5. Bạc bậc 5 vừa có tác dụng làm ổ đỡ cho chi tiết 6 quay vừa có tác dụng Ðp chi tiết 6 luôn ăn khớp với bánh răng. Khi chi tiết 6 nhận mô men quay, nã truyền mô men quay này tới choòng khoan thông qua mối ghép then hoa giữa nó và choòng khoan. Chi tiết ống nối 7 nhận khí thổi từ pittông và thổi vào choòng khoan, khí này được chống thoát ra ngoài nhờ vòng bít 8. Côm này là côm trung gian nhận các chuyển động từ các cụm dẫn động khác và truyền nã cho choòng khoan.
3. 2. 2 Côm động cơ thuỷ lực:
Côm này có nhiệm vụ chính là tạo ra chuyển động quay tròn của cần khoan. Được hoạt động dưới một áp suất dầu nhất định. Đóng vai trò chính và quan trọng nhất trong côm này là một động cơ dầu thủy lực. Khi được cấp dầu, động cơ thuỷ lực sẽ biến năng lượng của dầu cao áp thành động năng để thực hiện chuyển động quay của trục động cơ.
Các chuyển động quay thông qua các bánh răng trung gian 3 sẽ được truyền đến choòng khoan nhờ đó mà tạo được chuyển động quay tròn của cần khoan. Trục của động cơ được đỡ và quay tròn trên bạc 11. Để buồng dầu của động cơ có đủ độ kín khít giúp cho động cơ có thể hoạt động được thì ta phải dùng một nắp đậy 7 và các vòng đệm 4, 5, 6, 8 để bịt kín. Ngoài ra trong côm động cơ thủy lực cũng cần nhiều chi tiết phụ khác như hệ thống cấp dầu cho động cơ, các chi tiết truyền lực trung gian, các ống nối cấp dầu, các trục, bánh răng truyền lực, các bulông...Ởđây ta dùng động cơ thuỷ lực tiêu chuẩn.
3. 2. 3 Côm đầu đập thuỷ lực: Mét trong những chuyển động quan trọng nữa của đầu dẫn động khoan đá để tạo ra năng suất khoan đó là chuyển động tịnh tiến khứ hồi của pittông đập. Chuyển động này có thể tạo ra tần suât đập tác dụng lên choòng khoan. Cấu tạo chính của đầu đập là thân, hai xi lanh trước và sau, bé chia dầu và Pittông.
* Nguyên lý hoạt động:
Pittông thuỷ lực 23 có thể chuyển động tịnh tiến khứ hồi tạo tần suất đập nhờ việc cung cấp dầu vào buồng của xilanh trước 14 và xi lanh sau 17. Việc cung cấp dầu này được thực hiện bởi sự đóng mở van điều khiển 21, van này được điều khiển liên động với chuyển động của pittông 23 nhờ các đường dầu điều khiển. Khi pittông 23 chuyển động tới vị trí thấp nhất đập vào choòng khoan ( vị trí trái nhất theo hình vẽ). Để pittông có thể chuyển động về phía phải thì dầu điều khiển được đi vào theo cửa a, qua khe hở của pittông 23, qua đường dầu c’ và đầu trái của van điều khiển 21 đẩy con trượt của van sang phải mở cho dầu từ ống dẫn dầu đi qua cửa D qua đường dầu d đi vào buồng của xi lanh trước đẩy pittông chuyển động về phía phải. Đồng thời khi đó cửa dầu lên D’ của buồng trái và cửa dầu về E của buồng phải cũng được đóng lại, cửa dầu về E’ của buồng phải được mở ra để dầu từ buồng phải theo đường dầu về e’ qua van điều khiển đi về bể qua cửa dầu về E’và về bể. Dầu từ đầu trái của van điều khiển cũng được đi qua đường dầu c qua khe hở pittông qua cửa b về bể. Khi pittông chuyển động đến vị trí cao nhất( vị trí phải tối đa theo hình vẽ).
Để pittông có thể chuyển động về phía trái thì đường dầu điền khiển được mở sao cho nã đi qua khe hở pittông đi theo đường c đi vào đầu trái của van điều khiển đẩy con trượt của van dịch chuyển về phía phải. Khi đó van điều khiển mở cho dầu từ bình tích dầu đi qua cửa D’ đi theo đường d’ đi vào buồng phải của xi lanh đẩy pittông chuyển động về phía trái, đồng thời van điều khiển đóng đường dầu về của buồng phải và đường dầu lên của buồng trái xi lanh và mở đường dầu về của buồng trái để dầu từ buồng trái đi theo đường e qua van và qua cửa E về bể. Cứ như vậy các hành trình chuyển động của pittông được thực hiện liên tục và được điều khiển liên động bởi van điều khiển 21. Các chuyển động này tạo ra lực đập thông qua cán pittông đập lên choòng khoan. Việc chuyển động của pittông nhanh hay chậm từ đó có thể tạo được tần suất đập của đầu đập lớn hay nhá có thể thực hiện được nhờ các van tiết lưu đặt trên các đường dầu về từ các cửa E và E’ và được điền khiển bởi các tay gạt hoặc núm xoay do người thợ vận hành máy điều khiển. Khí thổi sẽ được thổi vào thông qua mét lỗ khoan ở nắp vỏ đi qua lỗ ở giữ cán pittông để thổi vào choòng khoan. Nói tóm lại mọi hoạt động của cụm đập thuỷ lực được hoạt động nhờ hệ thống thuỷ lực và điều khiển bởi van điều khiển thuỷ lực, các chuyển động này liên động với nhau để tạo tần suất đập đập lên đầu choòng khoan.
