Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
Lời nói đầu

Trong khai thác mỏ nói chung và khai thác mỏ hầm lò nói riêng, với công
nghệ khai thác hiện tại máy khoan là dụng cụ không thể thiếu, dùng để
khoan lỗ mìn phục vụ cho quá trình xây dụng cơ bản cũng như khai thác. Vì
vậy nghiên cứu về máy khoan có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao
hiệu quả làm việc, tăng tuổi thọ và đề ra phương án cải tiến nó càng ngày
càng hoàn thiện.
Và được thầy Đoàn Văn Giáp hướng dẫn, em đã đi nghiên cứu: Kết cấu,
hoạt động và tính toán kiểm tra góc xoay choong khoan và cơ cấu đẩy của
máy khoan cột khí nén KC50
Mặc dù em đã cố gắng để hoàn thiện đồ án này nhưng vẫn không tránh khỏi
sai sót. Vì vậy em mong được sự chỉ bảo thêm của thầy và các thầy trong bộ
môn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Qua đây em xin cảm ơn thầy
Đoàn Văn Giáp đã giúp đỡ em tận tình trong thời gian qua.
1
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
PHẦN I. NGHIÊN CỨU MÁY KHOAN CỘT KHÍ NÉN KC50
1.1 Sơ lược về máy khoan đập khí nén KC50
Máy khoan đập khí ép KC 50 là loại máy khoan thực hiện phá vỡ đất đá
theo chu kỳ do vậy năng suất khoan không cao. Đối với máy khoan đập
thành phần ngoại lực chủ yếu đóng vai trò phá vỡ đất đá là xung lực đập.
Trong quá trình khoan dụng cụ khoan tác dụng vào đất đá từng nhát đập
gián đoạn.
Khả năng làm việc của máy khoan đập:
- Khoan được đất đá có f ≥ 6 (6 ÷ 20);
- Đường kính lỗ khoan: D ≤ 85 mm, với máy khoan đập khí ép;
- Chiều sâu khoan: L ≤ 25 m.
- Máy khoan đập khí ép: lực đập do khí ép tạo ra, quả piston chuyển động
trong xi lanh sẽ truyền đến đuôi choòng khoan và truyền đến mũi khoan,

1 – Van trượt
2 – Đĩa ngăn
3 - Piston có cán dài phía trước chuyển động đi lại trong xi lanh
đóng vai trò búa đập.
4 - thân máy với vai trò là xi lanh công tác.
5,6 – Đia
a,b - đường dẫn khí vào xilanh
d - lỗ xả
1.3 Nguyên lý làm việc:
Máy khoan đập khí ép là loại máy khoan làm việc theo chu kỳ, một
chu kỳ gồm hai hành trình:
- Hành trình đập (hành trình công tác): piston chuyển động về phía trước
để đập vào đuôi choòng khoan.
- Hành trình không tải: piston chuyển động lùi về sau đồng thời choòng
khoan được xoay đi một góc β.
Hoạt động đập của máy khoan như sau: khi mở van khí ép trên đường dẫn
khí từ máy ép tới máy khoan,Ống van 1 lắp trượt trơn trên trục 7, nghĩa là
có thể trượt sang trái và sang phải. Ở đầu hành trình làm việc, van1 ở tận
cùng bên trái như hình trên, khí nén từ ống dẫn khí vào khoảng hở giữa 5
và 6, qua đường a,b vào xilanh và đẩy pistong thực hiện quá trình đập.
Trước khi mặt sau pistong mở lỗ xả d thì đã mở lỗ xả c khí nén từ xilanh
theo đường c đẩy vào phía trái vành gờ trên ống van đẩy nó sang trái che
kín lỗ b. khí sẽ theo đương e vào mặt trước của xilanh.lúc này kết thúc
4
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
hành trình đâp và bắt đầu hành trình lùi. Mặt trước của pistong trước khi
mở lỗ xả d thì đã mở đường f, một phần khí nén trong xilanh vào trong
đường f tác dụng vào vành gờ phải của ống van và đẩy nó sang trái về vị trí
ban đầu.quá trình đập được lập lại theo chu kỳ.
Ngoài việc thực hiện quá trình đập, búa khoan phải đảm bảo xoay dụng cụ

chuyển động thẳng, còn trục xoắn xoay, kết quả là dụng cụ khoan không
xoay. Cơ cấu xoay dạng bánh cóc - con cóc lắp ở đuôi máy làm thân máy
khoan dài. Để thân máy khoan ngắn hơn người ta lắp đặt cơ cấu này phía
trước piston.
1.4 Các bộ phận chính của máy khoan đập khí ép
Kết cấu máy khoan đập khí ép gồm các bộ phận chính sau:
1.4.1 Bộ phận cung cấp khí ép
Là van cung cấp để đưa khí ép từ đường ống vào trong lòng búa. Van
cung cấp thường được bố trí ở nắp sau của búa.
1.4.2 Bộ phận phân phối khí ép
Là van phân phối có nhiệm vụ đưa khí ép tới phía trước và phía sau
của piston trong mỗi hành trình làm việc.
Các loại van phân phối: van tự phân phối, đẩy, lật, trượt, phối hợp.
6
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
- Van tự phân phối dựa trên nguyên lý chuyển động của piston để đóng
mở van.
- Van đẩy, lật: làm việc theo nguyên lý dựa trên sự chênh áp giữa hai
bề mặt van để đóng mở van cuối mỗi hành trình.
- Van trượt: khí ép không bị dồn lại do vậy không tổn hao khí ép trong
các chu kỳ làm việc.
- Van phối hợp: là sự kết hợp giữa van trượt và van chên áp. Ở hành
trình công tác làm việc theo van trượt. Ở hành trình không tải làm việc
theo van chênh áp.
1.4.4 Bộ phận đập
Bộ phận đập hay còn gọi làm bộ phận công tác của máy khoan đập bao
gồm: xi lanh và piston.
- Xi lanh: do piston chuyển động trong xi lanh rất nhiều lần trong một
đơn vị thời gian nên yêu cầu đối với vật liệu chế tạo xi lanh phải chịu được
mòn, có độ cứng và độ bóng cao, xi lanh thường được mạ crôm để tăng

Phương pháp bôi trơn thường là cho dòng khí ép đi qua bộ phận chứa dầu
bên trong hoặc ngoài thân búa, khí ép sẽ hút dầu tạo ra hỗn hợp dạng
sương mù, đi qua các bộ phận chuyển động và tự động bôi trơn cho chúng.
8
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh

Hình 4.9- Sơ đồ bôi trơn búa khoan
Trên hình 4.9 giới thiệu một cách thực hiện bôi trơn. Trên đường ống
dẫn khí ép 2 gần thân búa khoan có lắp đặt một bầu chứa dầu 1 có dung
tích khoảng 0,1 ÷ 0,5 lít đủ cho búa khoan làm việc trong thời gian 6 ÷ 8
giờ. Dầu được định kỳ đổ vào bầu. Bầu dầu được treo ở vị trí đứng như
hình vẽ. Khi khí ép vào đầu a, qua lỗ 4 sẽ ép lên mặt dầu tạp áp suất cao,
rồi được hút theo lỗ 3 trộn với khí ép ra đầu b vào búa để bôi trơn.
9
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
PHẦN II .TÍNH TOÁN CHUYÊN ĐỀ
2. Tính toán, kiểm tra góc xoay choang khoan.
Tính toán búa khoan gồm nhiều công việc, ở đây chỉ nêu cách xác
định một số thông số chính làm cơ sở cho việc thiết kế các bộ phận của búa
khoan.
Có nhiều phương pháp tính khác nhau, một trong các phương pháp đó
như sau: lưỡi khoan còn sắc với góc sắc α. Mỗi nhát đập mũi khoan xuống
sâu một khoảng h. Lực tác dụng hai bên mặt nghiêng của lưỡi cắt như
nhau, do vậy chỉ cần xác định cho một bên
Phương trình cân bằng lực trên hướng dọc trục mũi khoan như sau:
m
K.
2
sin.N
2

, N
với: σ
n
– độ bền nén tức thời của đất đá khoan, N/cm
2
;
d – đường kính mũi khoan, cm
f – hệ số ma sát giữa mũi khoan với đất đá
Thay N và T vào công thức trên ta có:
m
K.
2
sin.N
2
cos.f.N.2P






α
+
α
=
10
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
Hay:
mn
K.f


+
α
=
α
=
Sau nhát đập thứ nhất
tạo nên mặt vát tự do A và
B. Nhát đập thứ 2 có thể tác
dụng đẩy trượt vỡ gân đất
đá có mặt tự do A và B về
phía mặt tự do. Một cách
gần đúng có thể coi mỗi lần đập mũi khoan đẩy trượt vỡ diện tích hai hình
quạt có tâm O, có tổng diện tích là S: Sơ đồ tính toán búa khoan đập
1
2
n.4
d 2
S
π
=
với: n
1
– số lần đập của mũi khoan trong một nửa vòng quay
2.1 góc xoay α của chòng khoan
0
0
0
75,27
4.26.14,3

t
cũng được xác định:
p
t
= p.c
t
= 70,7 .0,26 = 18,382 N/cm
2
Với:
p – áp suất khí nén trong ống dẫn tới búa khoan; p=7at=70.7 N/cm
2
c
s
, c
t
– hệ số tổn thất áp suất vào mặt trước và sau, với van lá có thể lấy c
s
= 0,52 và c
t
= 0,26
Lực đẩy khí nén lên mặt sau P
s
được tính:
( )
2079
4
764,36).39.(14,3
4
.
22

−
=
t
t
pdD
P
π
, N
trong đó: d
1
– đường kính trục xoắn,d
1
= 3 cm
d
2
– đường kính cán piston,d
2
= 5 cm
D – đường kính piston, D = 9 cm
Khi khoan lỗ dốc lên hay xuống phải kể đến lực cản (∆P) do trọng
lượng piston và ma sát:
∆P = ± G.sin(γ + ρ) = ± 43,4sin 10
o
= 7,54 N.
Với: G – trọng lượng piston, G = 43,3 N.
γ - góc nghiêng lỗ khoan so với phương ngang γ = 0
0
ρ - góc ma sát ρ = 10
o
12

A
’
= A.η = 16025.0,7 = 11217 N.cm
Trong đó η = 0,6 ÷ 0,7 chọn η = 0,7
2.3 Xác định lượng xuống sâu sau mỗ nhát đâp.
Mặt khác công đập của dụng cụ khoan lại liên đến lực đập và độ tiến sâu
của dụng cụ khoan.
2
.
'
Ph
A =
hay
h
A
P
'
.2
=
N.
Ta lại có lực tác dụng của búa khoan là :
mn
KftghdP .
2
2








+
=
tgKftgd
A
h
mn
α
σ
cm.
Với: σ
n
– độ bền nén tức thời của đất đá khoan,
1200100.12 ==
n
σ
N/cm
2
;
d – đường kính mũi khoan, d = 8,5 cm
f – hệ số ma sát giữa mũi khoan với đất đá f = 0,3
K
m
– hệ số kể đến độ tăng lực do mũi khoan bị mòn, K
m
= 1,2 ÷ 1,3
13
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
α – góc sắc của mũi khoan α = 120

gP
m
P
a
t
p
t
m/s
2
2.5 Thời gian hành trình đập t
đ
và lùi t
l
được xác định:
018,0
479
86,0.09,0.2
2
===
a
CL
t
h
đ
, s
028,0
202
86,0.09,0.2
2
'

5,100
360
1304.75,27
360
.
===
z
n
α
, vg/ph
Với: α - góc cần xoay mũi khoan sau mỗi lần đập, α = 27,75
o
.
z – số lần đập trong một phút
2.6 Tính toán búa khoan đập
420343,1 3,0
2
120
.1200.78,0.5,8.2.
2
2 =






+=



3,1.3,0
2
120
.2
42034
.
2
.2
'
=






+
=






+
=
tgKftg
P
P
m

7329840.7,8.
.4
2
.
1
2
====
ttn
n
d
SP
σ
π
σ
,N
Ở đây: σ
t
= (0,3 ÷0,7).σ
n
= 0,7.1200 = 840 N/cm
2
Muốn phá vỡ đất đá bằng đẩy trượt phải đảm bảo P
n
≤ P
n
’
Từ kết quả tính toán, kiểm tra ta thấy thành phần lực ngang tác dụng vào
đất đá lớn hơn nhiều thành phân lực ngang cần thiết. Từ đó ta có thể kết
luận rằng góc xoay choang khoan thỏa mãn để khoan được đất đá có độ
cúng f = 12 , với áp suất làm việc 7 at.

η - hiệu suất η= 0,5 ÷0,8 chọn η = 0,6
Suy ra : M = 7,07.10
5
.0,065.0,01.(0,063 + 0.01).0,6=20,13 N.m
3.2 Mô men trên trục xoắn vít được tính bằng công thức:
16
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
η
iMM
xoan
=
Trong đó: M - Mô men trên roto
- η hiệu suất của bộ chuyền bánh răng hành tinh.
- i tỉ số chuyền của hộp giảm tốc hành tinh vi sai được xác định như sau:
A
B
V3
V2
V1
O
D
V4
W1
W3
W2
M
Trên đĩa M được gắn 3 bánh răng hành tinh 2,3,4 ba bánh rang này ăn
khớp trong với bánh răng 5 và ăn khớp ngoài với bánh răng 1 nó vừa
chuyển động qua tròn quanh tâm của nó vừa chuyển động quay tròn quanh
tâm o.

2,
Z
2
Là bán kính và số răng của bánh hành tinh
i tỷ số truyền của hộp giảm tốc hành tinh vi sai
Ta có:
111
.RWV =
Do tại điểm A vận tốc dài của bánh răng 1 và bánh răng hành tinh bằng
nhau nên.
1112
.RWVV ==
Do bánh răng 5 cố định vì vậy điểm D được xem là tâm quay tức thời của
bánh răng hành tinh 2
Ta có:
221
RWV =
;
222
2 RWV =
Suy ra:
1123

2
1
2
1
. RWVV ==

Vận tốc dài của điểm B cũng được xác định như sau:

i
+
=
+
==
Với Z
1
=15 răng: Z
2
=18 răng
Tỉ số chuyền của hộp giảm tốc hành tinh vi sai
4.4
15
)1815.(2
=
+
=i
Mô men trên trục xoắn vít
14,536,0.4,4.13,20 ===
η
iMM
xoan
N.m
η Hiệu suất bộ chuyền và ổ trượt
6,09,0.97,0.
4323
===
otbr
ηηη
18

α - góc xoắn vit
0
06,4
7,26.14,3
6
.
=== arctg
d
t
arctg
π
α
β góc ma sát β = arctg f
’
= arctg 0,13 = 7,41
0

f
’
hệ số ma sát của bộ truyền vít đai ốc, vật liệu thép – gang
giảm ma sát f
’
= 0,13
t - bước vít t = 4 mm
d - đường kính trung bình của trục vít d = 26,7 mm
3.5 Tổng lực cản theo phương dọc trục
Lực cản hướng trục khi đập
42446
'
=+= PPP

Sgcht
PPP
N
cht
P
: lực cản hướng trục
19
Máy Mỏ 53 Nguyễn Khắc Lĩnh
'
g
P
: Lực ma sát do đầu khoan tác dụng lên thanh dẫn hướng
02.4127,0.81,9.60
'
==== fgMfNP
g
N
P
: Lực đẩy của khí nén tác dụng lên xilanh .
2079=P
N
Vậy
NPP
cht
249219622
21
=≥=
Từ kết quả tính toán ta có thể kế luận rằng bộ phận đẩy, đẩy được đầu
khoan vừa khoan vừa chuyển động tịnh tiến.
Tài liệu tham khảo: