Có ba loại đầu khoan đƣợc phân loại theo hệ thống dẫn động đó là: Đầu khoan khí nén, đầu khoan điện và đầu khoan thủy lực. Trong đó đầu khoan khí nén và thủy lực đƣợc sử dụng phổ biến trong thi công các thuyến ngầm.
a. Đầu khoan khí nén
Máy khoan chạy bằng khí nén thƣờng gọi là máy khoan khí nén. Máy chạy bằng sức đẩy của khí nén. Máy có ƣu điểm là kết cấu đơn giản, chế tạo và sửa chữa dễ dàng, thao tác tiện lợi, sử dụng an tồn (xem hình 3.4). Nhƣng bên cạnh đó việc cung ứng khí nén tƣơng đối phức tạp, hiệu suất máy thấp, tiêu hao năng lƣợng lớn, tiếng ồn lớn, tốc độ chậm hơn so với máy chạy bằng thuỷ lực.
44 Các loại máy khoan chạy bằng khí nén thƣờng chỉ dùng để khoan đất đá có độ cứng trung bình, thƣờng là các máy khoan cầm tay, máy khoan cột chống. Một số đầu khoan khí nén đƣợc lắp trên các máy tự hành nhƣng do năng suất thấp, tốc độ khoan chậm nên ngày nay ít đƣợc dùng mà ngƣời ta thƣờng dùng đầu khoan thuỷ lực.
Hình 3.5. Búa chèn hơi cầm tay:
1- đầu nối côn; 2- đai ốc nối; 3 – tay cầm; 4 – van; 5 - thiết bị khởi động; 6 – quả đập; 7 – vỏ búa; 8 – chng khoan
Dụng cụ bằng tay chính để phá đất là búa chèn hơi (hình 3.5) – quả đập pistơng. Búa tay chèn hơi hoạt động theo nguyên lý biến thế năng của khí nén thành cơ năng đập của choòng, dƣới tác dụng của quả đập động năng này sẽ phá đất. Khí nén đƣợc dẫn tới quả đập nhờ ống dẫn mềm. Khi nén lên cán thì khí nén chạy vào quả đập làm cho nó làm việc, khi dừng ấn vào tay cầm 3 thì ống dẫn khí nén bị chặn lại và búa ngừng làm việc. Cơ cấu công tác của búa chèn hơi là choòng thép số 8. Tuỳ thuộc vào độ cứng của đất đá mà sử dụng choòng khoan thƣờng, dạng lƣỡi xẻng, dạng lƣỡi đục hoặc dạng búa đầm. Các cơ cấu công tác này ghép với hộp búa bằng vòng chụp hoặc lị xo cơn.
Búa phá hơi cầm tay cũng hoạt động theo nguyên lý của búa chèn hơi cầm tay, nhƣng có kích thƣớc lớn hơn và nặng hơn nên mỗi lần đập nó truyền vào đất một
45 động năng lớn hơn để phá đất. Ngƣời ta sử dụng búa phá hơi cầm tay để đập phá đất có độ cứng trung bình và dùng để khoan cắt bê tơng v.v…
Hình 3.6. Sơ đồ cấu tao máy khoan xoay đập khí nén:
1- đầu lắp chng khoan; 2 – ổ xoay; 3 - trục xoay; 4 – rãnh then hoa; 5 – hộp bánh cóc với ê- cu dạng xoắn ốc; 6, 7 – rãnh then hoa trên thanh truyền pístơng quả đập;
8,9,10 – lần lƣợt là lị xo, con cóc (lẫy, chốt) và ổ
b. Đầu khoan thuỷ lực
Đầu khoan thuỷ lực biến áp suất cao của dầu thuỷ lực thành cơ năng khiến cho pistông vận động qua lại thực hiện các va đập xung kích. Nguyên lý làm việc của đầu khoan thuỷ lực xem hình 3.7.
So sánh máy khoan đá thuỷ lực và máy khoan khí nén thì máy khoan thuỷ lực có các đặc điểm chính nhƣ sau:
- Tiêu hao năng lƣợng ít, hiệu suất cao. Tiêu hao năng lƣợng của máy khoan đá thuỷ lực chỉ bằng 1/3 1/2 của máy khoan khí nén trong khi hiệu suất có thể đạt 30 40% (máy khoan khí nén chỉ đạt 15%).
- Tốc độ khoan đá nhanh: máy khoan chạy bằng thuỷ lực có tốc độ nhanh hơn 50 150% so với máy khoan đá bằng sức gió. Trong đá hoa cƣơng, tốc độ khoan sâu của máy khoan thuỷ lực có thể đạt 170 cm/phút.
- Máy khoan đá chạy bằng thuỷ lực có hệ thống thuỷ lực đƣợc thiết kế đồng bộ hợp lý, có thể tự động điều tiết tần suất xung kích, mơn men xoắn, lực đẩy và tham số khác. Thích hợp với nham thạch tính chất khác nhau, có thể nâng cao hiệu suất cơng tác, nhờ điều kiện bôi trơn tốt nên tuổi thọ các linh kiện chính khá cao.
46
Hình 3.7 . Nguyên lý làm việc của máy khoan đá thủy lực:
1- choòng khoan; 2- đầu cấp nƣớc; 3-bộ bánh răng quay; 4-lò xo giảm chấn; 5-gioăng bịt kín; 6-pístơng xung kích; 7-bộ phận điều tiết lƣu lƣợng dầu; 8- đ inh ốc điều tiết
lƣu lƣợng;
9-môtơ thuỷ lực; 10- khớp nối; 11-trục truyền động; 12 - bộ phận trữ năng lƣợng; 13-bánh răng chủ động; 14-ổ bi đỡ quay.
- Môi trƣờng đƣợc bảo vệ tốt, tiếng ồn của khoan đá thuỷ lực so với khoan khí nén thấp (khoảng 10dB15dB). Khoan thuỷ lực khơng dùng khí nén nên khơng gây ơ nhiễm khơng khí. Hiện nay khoan thuỷ lực đã đƣợc dùng rộng rãi trong cơng trình đƣờng hầm.
- Máy khoan đá thuỷ lực có cấu tạo phức tạp, giá thành tƣơng đối cao, trọng lƣợng lớn, linh kiện lắp ráp nhiều, phần lớn phải lắp trên xe tải để sử dụng.
Để phá đất có độ cứng cao và đá mồ cơi gặp phải trong q trình đào lị, ngƣời ta sử dụng búa phá thuỷ lực (hình 3.8). Búa phá thuỷ lực cầm tay với chng khoan dạng hình cái nêm có cấu tạo gồm:
Hình 3.8: Búa phá thuỷ lực cầm tay:
xilanh thuỷ lực tác dụng hai chiều và bộ phận công tác là chng dạng nêm có thể tháo đƣợc và đƣợc kẹp bởi hai tấm ép bằng lò xo (ma sát ép dạng lò xo) . Đất gƣơng lò bị phá bởi tác dụng của lực kep giữa choòng khoan hình nêm lên thành lỗ khoan để phá đất. Khi nêm tiến sâu vào đất thì má kẹp
47 1 – xilanh thuỷ lực tác dụng hai
chiều; 2 – chng khoan thép hình nêm
dỗng, mở kẹp vào thành lỗ khoan và phá đất. Sau đó nêm khoan tụt về hết cỡ đến vị trí ban đầu bằng cách đóng van điều khiển.