一種刀頭高效切割布設(shè)的輪盤式開槽機(jī)

　　導(dǎo)語：適用于露天礦山的開溝機(jī)需要滿足切割水泥路面和硬質(zhì)巖石的能力，對(duì)輪盤要求較高，現(xiàn)有裝備一般易損壞，對(duì)硬質(zhì)巖石適應(yīng)能力差，造成頻繁更換輪盤設(shè)備。本期轉(zhuǎn)化果平臺(tái)推薦的《一種刀頭高效切割布設(shè)的輪盤式開槽機(jī)》，采用具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“輪盤切割式開溝機(jī)切割刀頭無隙布設(shè)方法”，重新設(shè)計(jì)了新型輪盤，應(yīng)用于露天礦山電纜埋地布設(shè)，取得了顯著的安全經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　一、研究背景

　　在施工過程中，需要在水泥地面、含巖石地面或其他堅(jiān)硬地面埋電纜、光纜、管道等物件時(shí)，一般是采用輪盤切割式地面開溝機(jī)先開一條溝，然后再將需埋物件埋在溝中，這樣不但方便，效果也很好。既有效的克服了挖掘機(jī)效率低下，一次不能成型，所挖管道不適合，對(duì)周邊環(huán)境破壞力大等問題，又代替了傳統(tǒng)的人工作業(yè)，不僅效率高，速度快，而且一次成型、溝底和溝邊整齊平整，這種開溝機(jī)常被稱為″水泥路面開溝機(jī)″。

　　傳統(tǒng)的開溝機(jī)存在嚴(yán)重缺陷和不足，最大的缺陷和不足是刀頭極易磨損脫落，需經(jīng)常更換刀頭或更換切割輪盤，遇到堅(jiān)硬的巖石地面幾乎一籌莫展、無法作業(yè)。例如，一臺(tái)成套的″水泥路面開溝機(jī)″，直徑1 .2米，寬10厘米的輪盤上安裝有62個(gè)切割刀頭，刀尖直徑約為1厘米，作為礦山地埋電纜使用，在使用過程中所開溝的地面是巖石結(jié)構(gòu)，第一次開溝長度95米，刀頭損壞9個(gè);第二次開溝長度26米，刀頭損壞6個(gè);第三次開溝不到20米時(shí)，刀頭全部損壞，僅開溝140米就需全部更換刀頭。

　　刀頭嚴(yán)重磨損、損壞原因分析：開溝機(jī)一般本身沒有動(dòng)力，需要配套拖拉機(jī)或液壓驅(qū)動(dòng)等能產(chǎn)生動(dòng)力的設(shè)備將動(dòng)力傳輸給開溝機(jī)，通過開溝機(jī)機(jī)構(gòu)使切割輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)切割地面，實(shí)現(xiàn)開溝。切割輪盤與驅(qū)動(dòng)軸連接，通過驅(qū)動(dòng)軸傳輸動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過驅(qū)動(dòng)輪盤外緣上面固定的切割刀頭切割地面，實(shí)現(xiàn)開溝功能。切割刀頭由刀尖(或稱為刀芯)和刀座組成，刀尖(或稱為刀芯)安插在刀座孔內(nèi)進(jìn)行固定，刀座固定在切割輪盤外緣上，刀尖屬于合金材料，堅(jiān)硬耐磨不易磨損、損壞。刀座鑄造而成，一般材料，耐磨性、堅(jiān)硬度均較差，易磨損、損壞。當(dāng)?shù)蹲p、損壞后，刀尖便會(huì)脫落，造成整個(gè)刀頭作廢。

　　通過仔細(xì)觀察、認(rèn)真研究后發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的開溝機(jī)刀頭異常磨損、損壞的主要原因是刀頭布置方式不正確、不科學(xué)，各個(gè)刀尖延切割方向的縱向投影之間存在間隙，具體如下：切割后的物料產(chǎn)生明顯的凹槽，凹槽的寬度和深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過刀尖的尺寸，刀頭被堅(jiān)硬物料包圍。假設(shè)將切割輪盤外緣展開，當(dāng)朝著長方形縱向且視線與縱向平行方向觀看時(shí)，各刀尖外輪廓之間存在間隙，此時(shí)有大部分物料并不是由刀尖接觸切割掉的，而是由刀座剮蹭磨掉的，刀座本身屬于一般材料，極易受到磨損、損壞，刀座損壞到一定程度便會(huì)造成刀尖的脫落，隨著刀頭進(jìn)一步脫落減少，剩下的刀頭則會(huì)加快毀損脫落，最終導(dǎo)致作業(yè)中斷。綜上分析，刀頭布設(shè)不合理是造成刀頭磨損、損壞的主要原因。

　　二、技術(shù)方案

　　根據(jù)溝槽留下的切割痕跡、刀頭的布設(shè)方式及焊接角度、刀頭結(jié)構(gòu)及合金刀尖尺寸、切割輪盤轉(zhuǎn)速、設(shè)備行走速度等因素進(jìn)行了全方位研究，找到了刀頭異常損壞的根本原因，研究出了完整科學(xué)的“刀頭無隙布設(shè)法”。

　　設(shè)切割輪盤外緣半徑為R，寬度為D，刀尖直徑為a，刀座半徑為r;將切割輪盤外緣平面縱向平均分成若干等分，于切割輪盤兩側(cè)各增加一個(gè)同樣大小的等分，每一等分為一個(gè)切割單元，每個(gè)切割單元的寬度≤a，一組完整無隙切割單元為一個(gè)基組，一個(gè)基組刀頭數(shù)量為n;整個(gè)輪盤布設(shè)刀頭數(shù)量為N;一個(gè)基組布設(shè)的刀尖延切割方向展開后的投影沒有間隙，進(jìn)一步整個(gè)輪盤布設(shè)刀尖延切割方向展開后的投影沒有間隙。本發(fā)明能保證在水泥地面、巖石地面或其他堅(jiān)硬地面長時(shí)間開溝不損壞刀頭，從根本上解決了刀頭異常磨損、損壞現(xiàn)象，可顯著降低成本，提高工作效率。

　　圖1 輪盤技術(shù)方案圖

　　三、技術(shù)特點(diǎn)

　　解決了水泥路面開槽機(jī)切割輪盤上面的刀頭異常損壞問題。原本水泥路面開槽機(jī)就只能用于水泥路面或?yàn)r青路面，在石頭路面上還沒有先例，因?yàn)榈额^會(huì)造成嚴(yán)重異常損壞，根本無法使用，目前還沒有廠家能解決這一問題。某礦試用當(dāng)初也是如此，損壞嚴(yán)重。后來終于研究出了一套完整的刀頭科學(xué)布設(shè)方法，取名為“刀頭無隙布設(shè)法”，按照此方法重新焊接后的刀頭使用1年多以來，一切正常，再無異常損壞。

　　圖2 設(shè)備實(shí)物圖

　　四、應(yīng)用效果

　　開槽地埋電纜操作簡便、效率高、成本低、電纜保護(hù)完好。將傳統(tǒng)的嚴(yán)重影響效益、效率、存在安全隱患的這一繁雜的架橋敷設(shè)過路電纜工藝改變?yōu)殚_槽地埋電纜工藝。開槽地埋電纜工藝只需1臺(tái)開槽機(jī)，1到2人(包括開槽機(jī)司機(jī))配合，1到2小時(shí)完成。

　　截止目前，從試驗(yàn)到正常使用，共開槽地埋電纜98處，累計(jì)長度3000米，設(shè)備使用性能穩(wěn)定;傳統(tǒng)架設(shè)的電纜橋已基本取消;卡車通行暢通無阻;過路電纜的敷設(shè)輕松完成;再無因移設(shè)架橋投入輔助設(shè)備多、人員多問題，過去敷設(shè)一次電纜需要平路機(jī)、移橋設(shè)備、裝載機(jī)、吊車等，配合人員5到6人，現(xiàn)在只需一臺(tái)開槽機(jī)，配合人員包括開槽機(jī)司機(jī)在內(nèi)只需1到2人;埋入的電纜也能輕松取出;實(shí)踐證實(shí)埋進(jìn)的電纜取出也比較容易，解決了過去個(gè)別部位埋進(jìn)的電纜幾無能取出造成浪費(fèi)問題;埋進(jìn)的電纜經(jīng)過一年多的設(shè)備碾壓保持完好。

　　取消傳統(tǒng)的架橋方式敷設(shè)過路電纜，解決了因架橋投入的設(shè)備多，輔助人員多問題;使用開槽機(jī)地埋電纜，杜絕了會(huì)車互相等待時(shí)間，增加了運(yùn)輸卡車有效運(yùn)行時(shí)間，提高產(chǎn)量，同時(shí)也解決了以往的個(gè)別部位反鏟開溝地埋電纜造成電纜無法取出報(bào)廢問題。

　　卡車全年增加有效運(yùn)行時(shí)間7749小時(shí),僅此一項(xiàng)全年為公司多創(chuàng)收純利潤5166萬元。

　　五、推廣應(yīng)用前景

　　傳統(tǒng)過路電纜的敷設(shè)工藝一直都是架橋方式，投入人力、物理、財(cái)力大。采用開槽機(jī)后這些問題都解決了。經(jīng)過對(duì)開槽機(jī)開槽速度等方面進(jìn)一步的改進(jìn)，開槽機(jī)將成為安全可靠、使用方便、增值增效的礦山敷設(shè)電纜的設(shè)備。該設(shè)備可推廣到全國各露天礦山敷設(shè)電纜應(yīng)用，從而會(huì)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為開槽機(jī)廠家、拖拉機(jī)等驅(qū)動(dòng)設(shè)備廠家?guī)砀蟮睦妫苿?dòng)其上下游企業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展。