英文
roller-bit rotary rig
简介
利用牙轮钻头中锥形轮上的齿冲击和压入岩石进行破岩的钻孔机械。适用于各种矿岩的钻孔。主要用于露天矿，部分用于地下深孔(10～100m)采矿钻孔。
类型 按回转和加压方式分为底部回转间断加压式(简称卡盘式)、底部回转连续加压式(简称转盘式)和顶部回转连续加压式(简称滑架式或动力头式)三种。前两种由地质钻机和石油钻机移植而来，不适应矿山频繁移动和以高轴压钻进深50～100m的炮孔，已被淘汰，生产中实际使用的为后一种;按钻机功能分为小型(孔径≤150mm，功率≤260kW，机重<38t)、中型(孔径为170～280mm，功率为280～420kW，机重为40～100t)、大型(孔径为310～380mm，功率为480～580kW，机重为115～130t)和特大型(孔径≥445mm，功率≥680kW，机重≥145t)。按使用场所分为露天和地下两类。前者孔径为250～559mm，孔深为20～30m，最深达50m;后者孔径为120～225mm，孔深达100m。经济钻孔直径≥200mm。
工作原理 钻孔时，首先将钻机调平固定，通过钻杆对牙轮钻头加压并使其回转进行破岩，由钻头喷出压气或水，将岩碴经钻杆与孔壁之间的环形空间排出孔外，当钻杆推进到终端时，利用机械手接长钻杆继续钻进，直到要求的孔深，然后取出钻杆移开孔位，完成作业循环(见牙轮钻进)。
基本构造 露天牙轮钻机主要由工作机构、行走底盘、动力设备、操纵系统和辅助设施等部分组成(见图)。(1)工作机构包括钻具、回转机构、加压提升系统、钻架、压气排碴和除尘系统(见潜孔钻机)。钻具由牙轮钻头、稳杆器和钻杆组成。钻机主要使用三牙轮硬质合金齿钻头，其结构、形状等视矿岩性质而定。顶部回转机构由直流电动机或液压马达(多用于地下钻机)、减速器、进气接头、钻杆接头和小车组成;加压提升系统主要为液压马达—封闭链式，它驱动回转小车齿轮沿钻架上的齿条上下移动，对钻具施加轴压力并实现回转小车同钻具一起升降;第二种为滑差离合器电动机和交流电动机一封闭链式，滑差离合器电动机用于加压，交流电动机用于升降钻具，并与行走传动共用。20世纪80年代开发出一种无链条式新型提升加压系统，传动装置设在回转小车上，经齿轮与齿条驱动钻具升降和加压，已得到迅速推广。钻架是钻具回转和升降的导向架，低钻架推进行程为8～10m，高钻架达21m;钻架上设有钻杆架和接卸机械手。(2)行走底盘主要为履带车，设有稳车千斤顶。(3)动力设备有高压开关柜、变压器、主发电机、排碴空气压缩机等，设在机械室内。(4)操纵系统集中在司机室内，主要有气动阀、液压阀、电气开关、显示仪表和自动装置等。(5)辅助设备有自动润滑系统、空气增压净化装置等。
露天牙轮钻机
1—钻架;2—加压提升机构;3—回转小车;4—钻杆;
5—钻杆架和接卸机构;6—司机室;7—稳杆器;
8—牙轮钻头;9—除尘系统;10—履带车;
11—稳车千斤顶;12—机械室(内有空压机、液压泵站、
润滑站、行走传动机构、电气设备);13—钻架斜撑
地下牙轮钻机与露天牙轮钻机相比较，地下牙轮钻机有如下特点：外形尺寸小，钻机工作高度≤3.5m，运输高度≤2.5m，钻杆长度为1.2～1.5m，以适应地下小空间钻孔;液压和电气动力机组设在单独拖车上，直接由电缆供低压电，管路供给压气和压力水;设有顶板液压支撑，确保钻机固定在硐室内，并施加大于机重的轴压力;液压缸直接传动回转器实现加压和升降;岩碴靠气水混合物或压力水从孔内排出，由孔口捕尘。结构类似天井钻机。
主要工作参数 有钻具轴压力、转数、扭矩和排碴压气量或水量。轴压力和转数越高，钻进速度就越大，但轴压力过大会引起机械振动和钻头寿命降低。适宜的轴压力应为p=(0.06～0.07)D·f，kN0D为孔径，mm;f为普氏岩石坚固性系数。单位孔径轴压力达7～15kN/cm。钻具转数为0～150r/min，实际钻进时为50～120r/min，钻大孔和硬岩时用低速，反之用高速。扭矩为M=0.03k·D·P1.5，kN·m。k为岩石特性系数，为14×10-5～4×10-5视孔径不同，钻具扭矩可为4～15kN·m。排碴压气量对钻速和钻头寿命影响很大(见潜孔钻机)。
发展 1907年美国首次应用水循环排碴牙轮钻机，用于钻进油井和气井;1939年开始在露天矿试用。1947年出现压气排碴钻机，大幅度提高了钻进效率和钻头寿命，1950年后在欧美露天矿中硬及中硬以下矿岩钻孔中得到推广。1965年美国研制成硬质合金齿矿用牙轮钻头，显著提高了钻头钻凿极硬岩的寿命，随后在大中型露天矿中逐渐取代了火力钻机和潜孔钻机，占据统治地位。1969年美国推出自动钻进装置(见牙轮钻机自动化)。苏联曾于20世纪50年代中期试验过地下牙轮钻机，1971年加拿大成功地用地下牙轮钻机钻进200mm大直径深孔。中国于1958年开始研制，1972年试制成功露天牙轮钻机，经不断改进和完善，生产的产品有孔径为200mm、250mm、310mm和380mm钻机;1985年制成地下牙轮钻机，产品有孔径为120mm、170mm和200mm钻机。世界上露天牙轮钻机制造主要在美国，最有代表性的为布赛路斯-伊利公司(Bucyrus-Erie Co.)的R系列和加登纳-丹佛公司(Gardner-Denver Co.)的GD系列产品。发展趋势是：加大孔径;加大轴压力和回转功率;采用高钻架;一机多用，可用切削钻头和潜孔冲击器，钻倾斜孔;发展交流变频调速电力驱动系统;提高自动化水平;改善劳动条件。