一种刀头高效切割布设的轮盘式开槽机

　　导语：适用于露天矿山的开沟机需要满足切割水泥路面和硬质岩石的能力，对轮盘要求较高，现有装备一般易损坏，对硬质岩石适应能力差，造成频繁更换轮盘设备。本期转化果平台推荐的《一种刀头高效切割布设的轮盘式开槽机》，采用具有完全自主知识产权的“轮盘切割式开沟机切割刀头无隙布设方法”，重新设计了新型轮盘，应用于露天矿山电缆埋地布设，取得了显著的安全经济和社会效益。

　　一、研究背景

　　在施工过程中，需要在水泥地面、含岩石地面或其他坚硬地面埋电缆、光缆、管道等物件时，一般是采用轮盘切割式地面开沟机先开一条沟，然后再将需埋物件埋在沟中，这样不但方便，效果也很好。既有效的克服了挖掘机效率低下，一次不能成型，所挖管道不适合，对周边环境破坏力大等问题，又代替了传统的人工作业，不仅效率高，速度快，而且一次成型、沟底和沟边整齐平整，这种开沟机常被称为″水泥路面开沟机″。

　　传统的开沟机存在严重缺陷和不足，最大的缺陷和不足是刀头极易磨损脱落，需经常更换刀头或更换切割轮盘，遇到坚硬的岩石地面几乎一筹莫展、无法作业。例如，一台成套的″水泥路面开沟机″，直径1 .2米，宽10厘米的轮盘上安装有62个切割刀头，刀尖直径约为1厘米，作为矿山地埋电缆使用，在使用过程中所开沟的地面是岩石结构，第一次开沟长度95米，刀头损坏9个;第二次开沟长度26米，刀头损坏6个;第三次开沟不到20米时，刀头全部损坏，仅开沟140米就需全部更换刀头。

　　刀头严重磨损、损坏原因分析：开沟机一般本身没有动力，需要配套拖拉机或液压驱动等能产生动力的设备将动力传输给开沟机，通过开沟机机构使切割轮盘转动切割地面，实现开沟。切割轮盘与驱动轴连接，通过驱动轴传输动力转动，再通过驱动轮盘外缘上面固定的切割刀头切割地面，实现开沟功能。切割刀头由刀尖(或称为刀芯)和刀座组成，刀尖(或称为刀芯)安插在刀座孔内进行固定，刀座固定在切割轮盘外缘上，刀尖属于合金材料，坚硬耐磨不易磨损、损坏。刀座铸造而成，一般材料，耐磨性、坚硬度均较差，易磨损、损坏。当刀座磨损、损坏后，刀尖便会脱落，造成整个刀头作废。

　　通过仔细观察、认真研究后发现，传统的开沟机刀头异常磨损、损坏的主要原因是刀头布置方式不正确、不科学，各个刀尖延切割方向的纵向投影之间存在间隙，具体如下：切割后的物料产生明显的凹槽，凹槽的宽度和深度远远超过刀尖的尺寸，刀头被坚硬物料包围。假设将切割轮盘外缘展开，当朝着长方形纵向且视线与纵向平行方向观看时，各刀尖外轮廓之间存在间隙，此时有大部分物料并不是由刀尖接触切割掉的，而是由刀座剐蹭磨掉的，刀座本身属于一般材料，极易受到磨损、损坏，刀座损坏到一定程度便会造成刀尖的脱落，随着刀头进一步脱落减少，剩下的刀头则会加快毁损脱落，最终导致作业中断。综上分析，刀头布设不合理是造成刀头磨损、损坏的主要原因。

　　二、技术方案

　　根据沟槽留下的切割痕迹、刀头的布设方式及焊接角度、刀头结构及合金刀尖尺寸、切割轮盘转速、设备行走速度等因素进行了全方位研究，找到了刀头异常损坏的根本原因，研究出了完整科学的“刀头无隙布设法”。

　　设切割轮盘外缘半径为R，宽度为D，刀尖直径为a，刀座半径为r;将切割轮盘外缘平面纵向平均分成若干等分，于切割轮盘两侧各增加一个同样大小的等分，每一等分为一个切割单元，每个切割单元的宽度≤a，一组完整无隙切割单元为一个基组，一个基组刀头数量为n;整个轮盘布设刀头数量为N;一个基组布设的刀尖延切割方向展开后的投影没有间隙，进一步整个轮盘布设刀尖延切割方向展开后的投影没有间隙。本发明能保证在水泥地面、岩石地面或其他坚硬地面长时间开沟不损坏刀头，从根本上解决了刀头异常磨损、损坏现象，可显著降低成本，提高工作效率。

　　图1 轮盘技术方案图

　　三、技术特点

　　解决了水泥路面开槽机切割轮盘上面的刀头异常损坏问题。原本水泥路面开槽机就只能用于水泥路面或沥青路面，在石头路面上还没有先例，因为刀头会造成严重异常损坏，根本无法使用，目前还没有厂家能解决这一问题。某矿试用当初也是如此，损坏严重。后来终于研究出了一套完整的刀头科学布设方法，取名为“刀头无隙布设法”，按照此方法重新焊接后的刀头使用1年多以来，一切正常，再无异常损坏。

　　图2 设备实物图

　　四、应用效果

　　开槽地埋电缆操作简便、效率高、成本低、电缆保护完好。将传统的严重影响效益、效率、存在安全隐患的这一繁杂的架桥敷设过路电缆工艺改变为开槽地埋电缆工艺。开槽地埋电缆工艺只需1台开槽机，1到2人(包括开槽机司机)配合，1到2小时完成。

　　截止目前，从试验到正常使用，共开槽地埋电缆98处，累计长度3000米，设备使用性能稳定;传统架设的电缆桥已基本取消;卡车通行畅通无阻;过路电缆的敷设轻松完成;再无因移设架桥投入辅助设备多、人员多问题，过去敷设一次电缆需要平路机、移桥设备、装载机、吊车等，配合人员5到6人，现在只需一台开槽机，配合人员包括开槽机司机在内只需1到2人;埋入的电缆也能轻松取出;实践证实埋进的电缆取出也比较容易，解决了过去个别部位埋进的电缆几无能取出造成浪费问题;埋进的电缆经过一年多的设备碾压保持完好。

　　取消传统的架桥方式敷设过路电缆，解决了因架桥投入的设备多，辅助人员多问题;使用开槽机地埋电缆，杜绝了会车互相等待时间，增加了运输卡车有效运行时间，提高产量，同时也解决了以往的个别部位反铲开沟地埋电缆造成电缆无法取出报废问题。

　　卡车全年增加有效运行时间7749小时,仅此一项全年为公司多创收纯利润5166万元。

　　五、推广应用前景

　　传统过路电缆的敷设工艺一直都是架桥方式，投入人力、物理、财力大。采用开槽机后这些问题都解决了。经过对开槽机开槽速度等方面进一步的改进，开槽机将成为安全可靠、使用方便、增值增效的矿山敷设电缆的设备。该设备可推广到全国各露天矿山敷设电缆应用，从而会带来更大的经济效益，同时也为开槽机厂家、拖拉机等驱动设备厂家带来更大的利益，推动其上下游企业进一步的发展。