法国蒙特贝（Montabert）液压凿岩机技术特点

2019-04-15徐雪锋周志鸿田翔康前

凿岩机械气动工具 2019年1期

关键词：油腔蒙特活塞

徐雪锋，周志鸿，田翔，康前

（1．浙江开山重工股份有限公司，浙江衢州 324000；2．北京科技大学，北京 100083）

1 蒙特贝公司液压凿岩机简介

蒙特贝（Montabert）公司位于法国里昂，目前主要业务是液压凿岩机和液压破碎锤的设计、生产与销售。

蒙特贝公司成立于1921年，生产气动设备。1965年生产出第一台手持式液压钻机。1969年生产出第一台机载式液压破碎锤，与液压挖掘机配套。1970年生产出第一台机载式液压凿岩机H45。

蒙特贝液压凿岩机是液压破碎锤和液压凿岩机设计制造多年经验的结晶。蒙特贝公司工程师对冲击波传递和冲击机理理论有深入了解，首先提出了液压缓冲和渐进式冲击能量等新概念。

蒙特贝公司在圣普列斯特（Saint-Priest）工厂具有现代化机床和精密热处理车间，制造和研发紧密结合。蒙特贝公司液压凿岩机的优势是高性能，高可靠性，维护周期长，钎具消耗低。

2010年以来，蒙特贝凿岩机在中国的销售和使用越来越多。浙江开山，江西鑫通，宣化华泰，江苏徐工，长沙铁建重工，浙江红五环，山河智能等企业生产的顶锤式凿岩台车和顶锤式钻机都采用了蒙特贝液压凿岩机。但是，关于蒙特贝液压凿岩机的结构原理，技术特点的文献资料极少。本文根据网络资料和蒙特贝宣传资料，分析和研究了蒙特贝液压凿岩机的结构与技术特点。

2 法国蒙特贝公司凿岩机的型号

自1970年至2016年，蒙特贝公司共开发了24个型号的液压凿岩机产品，见表1。但是在2018年公司网站上只能查到其中的11种型号。1970-1990年之间的7个型号已经全部淘汰，2016年推出新产品HC28。推陈出新，是产品的生存之道，企业发展的必由之路。

蒙特贝液压凿岩机型号代码中的“H”代表法语液压Hydraulique，“C”代表法语的能量回收阀Clapet derecurepartion d'energie，数字无实际意义。

表1 蒙特贝24个型号的液压凿岩机产品

蒙特贝公司凿岩机产品型号历史回顾见图1。

蒙特贝各个型号凿岩机冲击能与凿岩孔径范围见图2。

3 蒙特贝液压凿岩机的结构类型概况

蒙特贝液压凿岩机的结构类型较多，根据现有资料，本文总结出四种结构类型，见表2。

4 四种结构类型特点简介

（1）蒙特贝HC 20/HC25/HC28液压凿岩机的结构特点见表3。

（2）蒙特贝HC 50/109/150液压凿岩机的结构特点见表4。

图1 蒙特贝公司凿岩机产品型号历史回顾

图2 蒙特贝各个型号凿岩机冲击能与凿岩孔径范围

（3）蒙特贝HC 170/200液压凿岩机结构特点见表5。

（4）蒙特贝HC110液压凿岩机结构特点见表6。

5 蒙特贝HC 50/HC109/HC150液压凿岩机结构特点

表2 四种结构类型

表3 蒙特贝HC 20/HC25/HC28液压凿岩机的结构特点

表4 HC 50/HC109/HC150液压凿岩机的结构特点

表5 蒙特贝HC 170/HC200液压凿岩机结构特点

蒙特贝HC 50、HC109、HC150液压凿岩机结构特点见图11。

5.1 有效的耐空打结构

独特的耐空打结构（见图11），冲击活塞3具有制动段20（见图12）。活塞制动段由4个台阶组成，从左到右，第1台阶直径稍微小于第2台阶，第2台阶直径稍微小于第3台阶，第3台阶直径稍微小于第4台阶。缸体制动段21的直径与活塞第4台阶精密配合，如果活塞运动进入制动段，可以有效制动。

图3 蒙特贝液压凿岩机结构类型

图4 蒙特贝液压凿岩机结构类型剖视图

表6 蒙特贝HC 110液压凿岩机结构特点

图5 蒙特贝HC110液压凿岩机

5.2 渐进式打击能量

渐进式打击能量的结构见图11。

不同于常见的冲击活塞，蒙特贝凿岩机活塞呈梯形，活塞形状见图13，从活塞下部到顶部，三台阶渐进式，直径逐级增加。可产生更有效，持续时间较长的梯形冲击波，见图14。冲击能量更有效传递到钻头，减少了钻具的应力，提高了凿岩速度。

图6 蒙特贝HC20凿岩机

图7 蒙特贝HC 50/HC109/HC150液压凿岩机的结构特点

5.3 积极液压缓冲系统

5.3.1 液压缓冲系统的发展历程

蒙特贝液压凿岩机缓冲系统经历了1980，1996和2002三代改进，见图15。

积极缓冲系统的缓冲活塞的作用不仅吸收了岩石反射能量的损失部分，而且还确保了对钎尾的持续推力，保持了冲击波最有效传递，减少了振动，保护凿岩机和钎具。

积极缓冲系统的工作原理与阿特拉斯COP1838凿岩机有明显不同，积极缓冲系统也可以说是主动缓冲系统，由于有关文献资料很少，不能完全了解其工作原理，只能根据手头现有资料，加以阐述。

5.3.2 积极液压缓冲系统工作原理

5.3.2.1 钎尾反弹力较小工况

钎尾反弹力较小工况时缓冲系统工作原理见图16。

图8 蒙特贝HC 109液压凿岩机

图9 蒙特贝HC 170/200液压凿岩机

图10 蒙特贝HC 110液压凿岩机结构特点

油腔6和油腔8都通冲击进油，油腔6和油腔8内的压力推动套筒4到极右端位置。

图11 蒙特贝HC 50/109/150液压凿岩机结构特点

图12 独特的耐空打结构

油腔6通冲击进油，油腔7通泄油路，泄油路开启，推动缓冲活塞3向左运动。缓冲活塞3把钎尾1和钎尾套2推紧。

套筒5的位置始终不变。

5.3.2.2 钎尾反弹力较大工况

钎尾1反弹力较大时缓冲系统工作原理见图17。钎尾1反弹力增大，油腔6内压力随之增大。推动缓冲活塞3向左运动，油腔7与泄油的通道9关闭，泄油路关闭。油腔7与油腔6连通，进高压油。由于油腔6与油腔7的面积差，缓冲活塞3保持向左运动。

图13 蒙特贝凿岩机活塞与常见活塞形状对比

图14 蒙特贝凿岩机活塞与常见活塞应力波形对比

5.3.2.3 活塞回弹能量较大工况

活塞回弹能量较大时缓冲系统工作原理见图18。如果岩石很硬，活塞反弹速度大，因为有能量回收阀的作用，油腔6内油压增大，缓冲活塞3向左位移较小，油腔7与泄油路的通道9稍微开启，泄油路也稍微开启，形成节流，通过泄油吸收回程能量。

5.4 活塞反弹能量回收阀

能量回收阀在实现活塞冲程换向的同时，可以回收活塞回弹能量用于下一次打击，具有更高的效率，减少气蚀危害，最佳地保护凿岩机。

图15 蒙特贝液压凿岩机缓冲系统三代改进

图16 钎尾反弹力较小时缓冲系统工作原理

图17 钎尾反弹力较大时缓冲系统工作原理

图18 活塞回弹能量较大时缓冲系统工作原理

活塞反弹能量回收是蒙特贝独特的结构与功能，其他公司凿岩机未见有类似结构与功能，由于有关文献资料很少，不能完全了解其工作原理，只能根据手头现有资料，加以阐述。

活塞回弹能量回收原理简化示意见图19，当活塞以（10-12）m/s的速度撞击钎尾时，活塞上腔（右腔）与高压油切断油路，与回油油路尚未接通，活塞上腔（右腔）处于封闭状态，活塞与钎尾有暂短的接触以后，活塞反弹，活塞上腔（右腔）压力增加，推动分配阀左移，回收了活塞反弹能量。活塞回弹能量回收详细原理见图20。

5.5 液压反打系统

图19 能量回收阀原理简化示意图

图20 能量回收阀原理图

图21 凿岩机液压反打示意图

凿岩机液压反打系统示意见图21，可以在卡钎时拔出钎杆，但是不能长时间反打，一般反打时间不超过10秒。

阿特拉斯COP1838凿岩机反打系统是单独管路供油，蒙特贝凿岩机的液压反打系统由回转油压或冲击油压力驱动，减少了油管数量。

6 蒙特贝公司液压凿岩机其他技术特点

6.1 组合式活塞

组合式活塞也是蒙特贝凿岩机独有技术。凿岩机活塞由打击活塞和推力活塞两个部分组成，见图 22。蒙特贝 HC 200A， HC160，HC 170，HC150，HC 155，HC 109，HC108，HC40，HC50 凿岩机组合式活塞的直径与质量见图23。在撞击钎尾的时候，打击活塞和推力活塞两个部分是完全接触的。