液压开石机在石材开采中的应用
摘要:介绍了液压开石机的构成和工作原理以及操作方法。主要内容有:石材的破裂特性;液压劈裂
机的结构及工作原理;开石机液压系统与控制;液压开石机的正确操作。
前言
液压开石机是利用普通物理尖劈原理和液压传动原理，将轴向液压推力变为横向劈裂力的一种装置。我国是一个石材资源丰富的国家，开采石材往往遇上大块荒料需要二次解体问题。现行的二次解体方法主要有:手工锤击破碎法，钻孔加膨胀水泥胀裂法，炸药二次爆破法，挖掘机加液压锤的冲击破碎法等。这些方法都存在着一定的缺点，前两种方法效率非常低，第四种方法虽然效率较高，但是由于设备费用昂贵，中小企业难于接受。目前，比较普遍的还是采用炸药进行二次解体。对于大块岩石的二次爆破，危险性较大，一是经常出现人身伤亡事故;二是由于每年有大量的炸药、导火索、雷管在民间流通和使用，管理难度非常大，一旦流失，就会给人民生命财产安全和社会安全带来隐患;同时还存在环境污染、资源浪费等问题。因此，有些矿山根本不允许采用炸药进行二次爆破。探寻一种安全高效、操作简便、成本低廉的二次解体方法一直是业内人士所关注的热点课题。液压开石机的出现解决了这一难题。利用液压开石机进行大块的二次解体，具有传统方法无法比拟的效率
高、成本低、操作简单、安全可靠等优点，且使用效果良好，是一种理想的二次解体设备。本文简要介绍液压开石机的结构、工作原理、操作方法。
1.石材的破裂特性
岩石单轴受压条件下，产生不规则的纵向裂缝。其破裂处，一部分为剪切破裂状态，而另一部分则是拉伸破裂。即当压头侵人岩石时，在接触处产生剪切破裂，而在其边缘处则引起径向拉应力，结果使脆性岩石发生纵向劈裂。
2液压势裂机的结构及工作原理
2.1液压开石机的劈裂原理
如图2为LC系列液压开石机的结构组成及工作原理。该机由动力供给系统(泵站)、控制元件、液压管路、液压缸、楔块组件等构成。工作时，泵向系统提供高压油，经控制元件、液压管路而进人液压缸的无杆腔，推动活塞向下运动，通过楔块组件的放大将纵向的推力转化为横向的劈裂力，使矿岩分开。
图3为尖劈分裂器和尖劈及楔片受力图。如图3-a所示，与液压开石机活塞相联的尖劈并不直接劈裂岩石，而是在尖劈两侧还有一对楔形片，即两楔片夹着尖劈组成一个40mm的圆柱体一分裂器。在预定的岩石分裂线上事先钻若干中40mm的孔，然后将分裂器分别插人这些孔内，当液压开石机通人高压油后即可在上述孔内同时产生劈裂力，致使岩石按预定的位置和方向裂开。
当楔形压头受压而侵人岩石时，岩石局部发生粉碎或呈塑性变形而形成袋状或球状核，通常称之为密实核。压头在压人岩石过程中，侵人深度不会随载荷增加而均衡增加，只是当其达到某一临界值时，便发生跃进式破碎现象。这时，密实核旁侧的岩石出现崩碎，载荷暂时下跌，压头继续侵人到一个新的深度.
载荷再度上升，侵人和载荷又恢复到某种比例关系。如此循环，直至岩石破裂。整个过程的载荷一一侵深曲线呈波浪形。越是脆性岩石，跃进式侵人特点越明显，塑性材料则较缓和。载荷一侵深曲线各上升段的斜率大致相同，即增加单位载荷所增加的侵深近于常数。曲线下降部分的情况与岩石及加载机构的刚性有关。
3开石机液压系统与控制
液压系统是开石机的核心部分，系统的结构和性能开石机工作安全性、可靠性、生产力具有重要影响。LC系列液压开石机液压系统如前所述，该开石机有上、下两个油缸。上油缸有空行程快进、劈裂工进和快退三个动作。据此，设计了双泵液压系统，见图4。
该系统作业过程:首先，开动低压油泵4(此时，电磁阀6断电，处于切断上油缸1油路的中位，且上油缸1的活塞此前已处于其上端的极限位置)，下油缸2的无杆腔进油，其活塞杆顶起工作台，使下刃具隐没，以便将被加工石料置于工作台上，并对位;按快进电钮，开动高压油泵5，并使电磁阀6通电左移，两油泵同时工作，共同向上油缸1的无杆腔供油，推动上刃具快速下降;当上刃具顶住石料时，高压泵5的油压迅速上升室卸荷阀3的调定压力，阀3启动，使低压泵4卸荷空转，下油缸2的无杆腔回油，工作台下沉，下刃具顶紧石料，此时仅高压小流量泵5工作，推动上刃具缓慢工进，对石料施压，将其劈裂;石料劈裂后，上刃触发下行程开关(也可按快退电钮)，使电磁阀6右移换向，高压泵5的压力迅速降到阀3的调定压力之下，使其复位;停止卸荷，两油泵又共同向油缸1的有杆腔供油，使刃具快退，直至触动上行程开关，使阀6泵5同时断电，上刃具停在上极限位置，而工作台又被下油缸2顶起，将被加工好的石料卸下，完成一个工作循环，开石机又处于下一工作循环的开始状态。
4液压开石机的正确操作
正确使用和规范操作是提高液压开石机工作效率和产品质量的保证。操作者液压开石机必须仔细阅读了机器使用说明书，了解机器各零部件的作用性能严格按照操作规程作业。
4.1大块石材二次解体的操作方法
采用液压开石机对大块进行二次解体时，首先，要检查设备各部位是否安装完毕，各连接部位是否牢固可靠，设备各部件是否正常。然后按如下步骤操作:
4.1.1用凿岩机在岩石上钻孔，钻孔直径取决于液压开石机楔块组件工作部分的外径大小，而楔块组件的大小取决于现场的岩石大小，岩石体积较大，选用大直径楔块组件，还可小直径多孔，岩石体积较小，选用小直径楔块组件。钻孔深度一般为300一400mm。钻孔时注意，矿石钻孔的方位应垂直于孔所在的表面，孔的大小应与劈裂器的直径相适应，钻孔的深度比楔块组件插人长度深110一150mm。严禁打斜孔和浅孔，不应在受力不好的位置打孔。
4.1.2将劈裂器插人孔中，根据需要适当调整劈裂方向。
4.1.3启动泵站。
4.1.4控制换向阀，使活塞伸出，进行劈裂，待岩石裂开一个很小细纹后，换向阀换向，活塞杆及内楔块缩回，转动劈裂器，使其与开始的裂纹方向转一个角度，然后进行再次劈裂，这样可以将一块岩石解体为多块。
4.2多块劈裂法
液压开石机用于大批量劈裂时，须配用凿岩机打孔，以先分割大料。凿岩机打孔时，每台开石机需配二台，以提高开石机的生产效率。在预先钻好的孔内放人单头液压劈裂器，启动电机，当液压缸活塞杆推动楔块向下运动时，注意观察，当看到石材沿孔口出那裂纹时(也可以从压力表上观察，当压力升高到一定值咐突然卞降)换向阀换向，这时楔块反向运动，当其复位后将劈裂器转动一个角度，重复上述劈裂过程，这样可以在一个孔内进行多方向劈裂，将石材劈裂成多块，减少钻孔的工作量。
5结束论
我国石材产量占世界第一位，在矿山开采中需要对大量的大块岩石进行二次解体。石材的劈裂，向来依靠石匠手工敲凿，不仅效率低，而且劳动强度大。液压开石机用于岩石进行二次解体，成本低、再创造的产值高，很好地解决了石材二次解体难题。由于大部分岩石的抗压强度远远大于其抗拉强度和抗剪强度，其比值大约为10:1。因此，从内部劈裂大块岩石，是最省力的方法之一。液压开石机结构简单、操作方便、安全可靠、劈裂速度快、效率高、成本低、经济效益和社会效益显著。使用证明该机完全可以取代炸药的二次爆破，是大块岩石二次解体的理想方法之一。
