摘要：介紹了液壓分裂機(jī)的構(gòu)成和工作原理以及操作方法。主要內(nèi)容有：石材的破裂特性；液壓分裂機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理；分裂機(jī)液壓系統(tǒng)與控制；液壓分裂機(jī)的正確操作。

前言

　　液壓分裂機(jī)是利用普通物理尖劈原理和液壓傳動(dòng)原理，將軸向液壓推力變?yōu)闄M向劈裂力的一種裝置。我國(guó)是一個(gè)石材資源豐富的國(guó)家，開采石材往往遇上大塊荒料需要二次解體問題?，F(xiàn)行的二次解體方法主要有：手工錘擊破碎法，鉆孔加膨脹水泥脹裂法，炸藥二次爆破法，挖掘機(jī)加液壓錘的沖擊破碎法等。這些方法都存在著一定的缺點(diǎn)，前兩種方法效率非常低，第四種方法雖然效率較高，但是由于設(shè)備費(fèi)用昂貴，中小企業(yè)難于接受。目前，比較普遍的還是采用炸藥進(jìn)行二次解體。對(duì)于大塊巖石的二次爆破，危險(xiǎn)性較大，一是經(jīng)常出現(xiàn)人身傷亡事故；二是由于每年有大量的炸藥、導(dǎo)火索、雷管在民間流通和使用，管理難度非常大，一旦流失，就會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)安全帶來隱患；同時(shí)還存在環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等問題。因此，有些礦山根本不允許采用炸藥進(jìn)行二次爆破。探尋一種安全高效、操作簡(jiǎn)便、成本低廉的二次解體方法一直是業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注的熱點(diǎn)課題。液壓分裂機(jī)的出現(xiàn)解決了這一難題。利用液壓分裂機(jī)進(jìn)行大塊的二次解體，具有傳統(tǒng)方法無法比擬的效率高、成本低、操作簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，且使用效果良好，是一種理想的二次解體設(shè)備。本文簡(jiǎn)要介紹液壓分裂機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、操作方法。

1.石材的破裂特性

　　了解石材的破裂特性是掌握液壓分裂機(jī)的劈裂原理和進(jìn)行正確設(shè)計(jì)和使用設(shè)備的基礎(chǔ)。大多數(shù)巖石的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，近似直線，見圖1-a，并可用F表示。式中：ε一為巖石的應(yīng)力；δ一為巖石的應(yīng)變；E一為巖石的楊氏模量。該直線因巖石突然斷裂破壞，而在F點(diǎn)終止，表現(xiàn)為典型的脆性破壞特征。

                                                                                                                           
                           
　　用作建筑材料的巖石，其全應(yīng)力一應(yīng)變曲線，見圖1-b，雖有所不同，大致可分成OA, AB, BC和CD四段。在OA和AB段，應(yīng)力、應(yīng)變近于彈性，并伴有輕微滯變，當(dāng)加載或卸載時(shí)，巖石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)無不可逆變化；在BC段，應(yīng)力一應(yīng)變曲線的斜率，隨應(yīng)力增大而逐漸減小到零，當(dāng)加載或卸載時(shí)，巖石雖將產(chǎn)生不可逆變化，即出現(xiàn)永久變形，但亦不失去抵抗外加載荷的能力，故巖石在該段處于延性狀態(tài)；在CD段，巖石抵抗載荷的能力隨變形的增加而減小，應(yīng)力由C點(diǎn)的最大值逐漸下降，表現(xiàn)出負(fù)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線斜率，但最終在D點(diǎn)因突然斷裂破壞而終止，仍表現(xiàn)為脆性破壞的特性。

 

        巖石單軸受壓條件下，產(chǎn)生不規(guī)則的縱向裂縫。其破裂處，一部分為剪切破裂狀態(tài)，而另一部分則是拉伸破裂。即當(dāng)壓頭侵人巖石時(shí)，在接觸處產(chǎn)生剪切破裂，而在其邊緣處則引起徑向拉應(yīng)力，結(jié)果使脆性巖石發(fā)生縱向劈裂。

2液壓勢(shì)裂機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1液壓分裂機(jī)的劈裂原理

　　如圖2為JQ系列液壓分裂機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理。該機(jī)由動(dòng)力供給系統(tǒng)(泵站)、控制元件、液壓管路、液壓缸、楔塊組件等構(gòu)成。工作時(shí)，泵向系統(tǒng)提供高壓油，經(jīng)控制元件、液壓管路而進(jìn)人液壓缸的無桿腔，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，通過楔塊組件的放大將縱向的推力轉(zhuǎn)化為橫向的劈裂力，使礦巖分開。

             
　　圖3為尖劈分裂器和尖劈及楔片受力圖。如圖3-a所示，與液壓分裂機(jī)活塞相聯(lián)的尖劈并不直接劈裂巖石，而是在尖劈兩側(cè)還有一對(duì)楔形片，即兩楔片夾著尖劈組成一個(gè)40mm的圓柱體一分裂器。在預(yù)定的巖石分裂線上事先鉆若干中40mm的孔，然后將分裂器分別插人這些孔內(nèi)，當(dāng)液壓分裂機(jī)通人高壓油后即可在上述孔內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生劈裂力，致使巖石按預(yù)定的位置和方向裂開。

　　當(dāng)楔形壓頭受壓而侵人巖石時(shí)，巖石局部發(fā)生粉碎或呈塑性變形而形成袋狀或球狀核，通常稱之為密實(shí)核。壓頭在壓人巖石過程中，侵人深度不會(huì)隨載荷增加而均衡增加，只是當(dāng)其達(dá)到某一臨界值時(shí)，便發(fā)生躍進(jìn)式破碎現(xiàn)象。這時(shí)，密實(shí)核旁側(cè)的巖石出現(xiàn)崩碎，載荷暫時(shí)下跌，壓頭繼續(xù)侵人到一個(gè)新的深度。

                   
　　載荷再度上升，侵人和載荷又恢復(fù)到某種比例關(guān)系。如此循環(huán)，直至巖石破裂。整個(gè)過程的載荷一一侵深曲線呈波浪形。越是脆性巖石，躍進(jìn)式侵人特點(diǎn)越明顯，塑性材料則較緩和。載荷一侵深曲線各上升段的斜率大致相同，即增加單位載荷所增加的侵深近于常數(shù)。曲線下降部分的情況與巖石及加載機(jī)構(gòu)的剛性有關(guān)。

3分裂機(jī)液壓系統(tǒng)與控制

　　液壓系統(tǒng)是分裂機(jī)的核心部分，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能分裂機(jī)工作安全性、可靠性、生產(chǎn)力具有重要影響。JQ系列液壓分裂機(jī)液壓系統(tǒng)如前所述，該分裂機(jī)有上、下兩個(gè)油缸。上油缸有空行程快進(jìn)、劈裂工進(jìn)和快退三個(gè)動(dòng)作。據(jù)此，設(shè)計(jì)了雙泵液壓系統(tǒng)，見圖4。

　　該系統(tǒng)作業(yè)過程：首先，開動(dòng)低壓油泵4(此時(shí)，電磁閥6斷電，處于切斷上油缸1油路的中位，且上油缸1的活塞此前已處于其上端的極限位置)，下油缸2的無桿腔進(jìn)油，其活塞桿頂起工作臺(tái)，使下刃具隱沒，以便將被加工石料置于工作臺(tái)上，并對(duì)位；按快進(jìn)電鈕，開動(dòng)高壓油泵5，并使電磁閥6通電左移，兩油泵同時(shí)工作，共同向上油缸1的無桿腔供油，推動(dòng)上刃具快速下降；當(dāng)上刃具頂住石料時(shí)，高壓泵5的油壓迅速上升室卸荷閥3的調(diào)定壓力，閥3啟動(dòng)，使低壓泵4卸荷空轉(zhuǎn)，下油缸2的無桿腔回油，工作臺(tái)下沉，下刃具頂緊石料，此時(shí)僅高壓小流量泵5工作，推動(dòng)上刃具緩慢工進(jìn)，對(duì)石料施壓，將其劈裂；石料劈裂后，上刃觸發(fā)下行程開關(guān)(也可按快退電鈕)，使電磁閥6右移換向，高壓泵5的壓力迅速降到閥3的調(diào)定壓力之下，使其復(fù)位；停止卸荷，兩油泵又共同向油缸1的有桿腔供油，使刃具快退，直至觸動(dòng)上行程開關(guān)，使閥6泵5同時(shí)斷電，上刃具停在上極限位置，而工作臺(tái)又被下油缸2頂起，將被加工好的石料卸下，完成一個(gè)工作循環(huán)，分裂機(jī)又處于下一工作循環(huán)的開始狀態(tài)。

          
4液壓分裂機(jī)的正確操作

　　正確使用和規(guī)范操作是提高液壓分裂機(jī)工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。操作者液壓分裂機(jī)必須仔細(xì)閱讀了機(jī)器使用說明書，了解機(jī)器各零部件的作用性能嚴(yán)格按照操作規(guī)程作業(yè)。

　　4.1大塊石材二次解體的操作方法

　　采用液壓分裂機(jī)對(duì)大塊進(jìn)行二次解體時(shí)，首先，要檢查設(shè)備各部位是否安裝完畢，各連接部位是否牢固可靠，設(shè)備各部件是否正常。然后按如下步驟操作：

　　4.1.1用鑿巖機(jī)在巖石上鉆孔，鉆孔直徑取決于液壓分裂機(jī)楔塊組件工作部分的外徑大小，而楔塊組件的大小取決于現(xiàn)場(chǎng)的巖石大小，巖石體積較大，選用大直徑楔塊組件，還可小直徑多孔，巖石體積較小，選用小直徑楔塊組件。鉆孔深度一般為300-400mm。鉆孔時(shí)注意，礦石鉆孔的方位應(yīng)垂直于孔所在的表面，孔的大小應(yīng)與劈裂器的直徑相適應(yīng)，鉆孔的深度比楔塊組件插人長(zhǎng)度深110-150mm。嚴(yán)禁打斜孔和淺孔，不應(yīng)在受力不好的位置打孔。

　　4.1.2將劈裂器插人孔中，根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整劈裂方向。

　　4.1.3啟動(dòng)泵站。

　　4.1.4控制換向閥，使活塞伸出，進(jìn)行劈裂，待巖石裂開一個(gè)很小細(xì)紋后，換向閥換向，活塞桿及內(nèi)楔塊縮回，轉(zhuǎn)動(dòng)劈裂器，使其與開始的裂紋方向轉(zhuǎn)一個(gè)角度，然后進(jìn)行再次劈裂，這樣可以將一塊巖石解體為多塊。

　　4.2多塊劈裂法

　　液壓分裂機(jī)用于大批量劈裂時(shí)，須配用鑿巖機(jī)打孔，以先分割大料。鑿巖機(jī)打孔時(shí)，每臺(tái)分裂機(jī)需配二臺(tái)，以提高分裂機(jī)的生產(chǎn)效率。在預(yù)先鉆好的孔內(nèi)放人單頭液壓劈裂器，啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)液壓缸活塞桿推動(dòng)楔塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，注意觀察，當(dāng)看到石材沿孔口出那裂紋時(shí)(也可以從壓力表上觀察，當(dāng)壓力升高到一定值咐突然卞降)換向閥換向，這時(shí)楔塊反向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其復(fù)位后將劈裂器轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，重復(fù)上述劈裂過程，這樣可以在一個(gè)孔內(nèi)進(jìn)行多方向劈裂，將石材劈裂成多塊，減少鉆孔的工作量。

5結(jié)束論

　　我國(guó)石材產(chǎn)量占世界第一位，在礦山開采中需要對(duì)大量的大塊巖石進(jìn)行二次解體。石材的劈裂，向來依靠石匠手工敲鑿，不僅效率低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大。液壓分裂機(jī)用于巖石進(jìn)行二次解體，成本低、再創(chuàng)造的產(chǎn)值高，很好地解決了石材二次解體難題。由于大部分巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，其比值大約為10:1。因此，從內(nèi)部劈裂大塊巖石，是最省力的方法之一。液壓分裂機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、劈裂速度快、效率高、成本低、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。使用證明該機(jī)完全可以取代炸藥的二次爆破，是大塊巖石二次解體的理想方法之一。