廖原时 厦门新安德石业发展有限公司
采用臂式锯用于石材切割的思路，源自于木材切割用臂式锯。随着石材开采和加工工艺的不断完善和市场需求，臂式切割设备越来越广泛地用于大理石、蛇纹岩、砂岩和其他莫氏硬度小于5级的各类软质石材的开采和加工生产中，一些机型甚至可用于硬质石材的切割加工。本文将介绍石材开采加工中使用的臂式切割设备(以下简称臂式锯)的种类、结构特点、用途和基本使用方法。
一、臂式锯的机型分类
臂式锯的机型、种类和生产企业比较多，为了叙述方便，按照臂式锯的用途、锯机大小、切割刀具的类型，对臂式锯进行分类。
1.根据切割刀具的种类分类
目前臂式锯使用的切割刀具有三种，第一种是将硬质合金切割刃固定安装在切割臂传动链上组成的硬质合金切割链;第二种是将金刚石切割节块固定安装在切割臂传动链上组成的金刚石切割链;第三种是镶有金刚石切割节块的专用聚氨酯注塑切割带(简称切割带)。
金刚石节块有人造金刚石复合材料和金刚石烧结块，因其与硬质合金切割链使用相同的传动原理，可以合并成一类刀具，统称切割链。所以按照切割刃种类不同，将臂式锯分成金刚石带锯和链臂锯两种机型。
2.根据用途分类
按照臂式锯用途，可分成石材露天开采用开采臂式锯、山洞型石材矿山开采用洞采臂式锯、荒料整形用臂式锯、板材加工用臂式锯。安装不同的切割刀具，上述四类臂式锯还可细分，但使用专用金刚石切割带的整形带锯和加工带锯实际是一种机型，具有荒料整形和板材加工两种用途，简称整形加工带锯。
3.按照锯机运动方式分类
根据臂式锯运动方式不同，可分成龙门型臂式锯、行走型臂式锯和携带型臂式锯三种机型。
龙门型臂式锯又分成门架固定型臂式锯和门架移动型臂式锯两种结构形式，以及切割臂同步升降和交替升降锯切结构形式，主要用于荒料整形和板材加工。根据目前的机型，龙门型臂式锯可分成使用金刚石切割带、门架固定结构的金刚石带锯，简称整形加工带锯;使用切割链、门架固定、切割臂同步升降的龙门型链臂锯，简称门架固定链臂锯;切割臂交替升降的龙门型链臂锯，简称摆臂门架链臂锯;以及门架移动、切割臂同步升降的龙门型链臂锯，简称门架移动链臂锯。
行走型臂式锯采用锯机移动行走型结构，多用于矿山开采切割;一些特殊机型的行走型结构的臂式锯，专门用于荒料整形切割。根据切割臂和主机支持和行走方式的不同，行走型臂式锯还可分成轨道固定、主机行走型传统结构的臂式开采锯，可进一步细分成开采带锯和开采链臂锯;以及轨道安装在可移动操作臂或专用支架上的车载结构臂式开采锯，目前只有车载开采链臂锯机型。在一些矿山，将链臂锯的导轨安装在一个立体结构的框架上，主机在该框架上移动，变成一个主机行走型结构的荒料整形链臂锯。
携带型结构的臂式锯，都是短切割臂的小型手动石材切割工具。根据切割链驱动动力不同分成汽油机动力携带型链臂锯，液压动力携带型链臂锯和电机动力携带型链臂锯。
4.按照臂式锯切割臂长度分类
根据安装切割臂的长度不同，可将臂式锯分成切割臂长度超过4.5m的大型臂式锯，切割臂长度在1.5 -4.5m之间的中型臂式锯和切割臂的长度小于1.5m的小型臂式锯三种机型 图1是汇总后的石材开采、加工用臂式锯的分类表。
二、臂式锯的结构特点和用途
不同机型和用途的臂式锯，采用的结构也有所不同。按照臂式锯运动方式分类方法，讨论其结构特点和用途。
1.行走型臂式锯的结构特点和用途
绝大多数的臂式锯都采用主机行走式结构，分成导轨固定、主机行走的开采机型，导轨随车移动、主机单独移动的车载开采机型。这种结构形式的链臂锯主要用于石材矿山的开采，一些特殊的机型也可安装在石材矿山，用于荒料的整形。
1)导轨固定型臂式锯
露天石材矿山使用的开采臂式锯为采用主机行走，导轨固定结构，其两条导轨呈平行状态、水平安放在地面上。洞采石材矿山使用的洞采臂式锯，其两条导轨平行安装在一个可移动框架上，导轨平行面垂直于地面。这两种机型的臂式锯分别有，使用切割链的开采链臂锯、使用切割带的开采带锯。
(1)石材露天矿山用开采带锯
石材露天矿山用开采带锯，见图2，最早出现于上世纪80年代初期，在北美和欧洲各国得到比较广泛的应用。在北美的一些大理石矿山，开采带锯不仅代替了台架式凿岩机，甚至还有取代开采链臂锯和金刚石串珠锯的趋势。据资料介绍，目前世界上至少有两家企业生产开采带锯。
开采带锯分成锯机和导轨两大部分。锯机由切割系统，锯机行走机构，供水系统和电控系统等部分组成。切割系统包括切割臂，切割臂回转机构，切割臂的换向、定位机构，切割带及其驱动机构等部件，见图3。
在大理石矿山进行垂直切割时，切割臂长度适用范围是1.90一3.43m;进行水平切割时，切割臂长适用范围是1.90一3.05m;垂直切割软质石材时，臂长可达4m;水平切割软质石材时，臂长可达3.43m。金刚石切割带的厚度约38mm，切割臂的厚度略小于切割带的厚度，切缝宽度约38mma
开采带锯有只能做垂直切割的垂直切割机型和垂直、水平都可切割的通用机型。另外还有一种可进行平行于导轨两侧切割面锯切的特殊开采带锯，该机切割臂可相对导轨平面进行1800角、相对间距可以调节的位置转换，两条平行切割面的间距可在1.31.7m之间调节。
表1是一组SJB-950型开采带锯切割不同石材时的切割效率、使用寿命和切割成本对照数据。表2是意大利BENETTI公司生产的两种开采带锯的技术性能参数。
开采带锯具有下述特点:切割带与切割臂和驱动轮之间用高压射流水作润滑剂，冷却排屑效果好，不会出现链臂锯使用油脂润滑时，因为油脂的流失，而污染石材及环境的情况;水平切割时，不会出现串珠锯切割水平面时，各切割面之间存在的过高台阶，整个开采工作面平整;切割速度快，切割面光滑平整;切割噪音小，操作者可以近距离安全操作锯机;切割带的更换快速且容易，运输方便;锯机功能完善，操作简单。开采带锯的最大切割深度可达4.88m，切割带的进给速度达到2.54一10.16cm/min，属于高速度切割石材的开采机械设备。
因为该机切割时需要大量的冷却水，所以在缺少水源的矿山，其使用会受到限制，虽然38mm的锯缝略显宽大，但在切割封闭面后，使穿引串珠绳实现串珠锯的无堑沟开采工艺成为可能。
开采带锯可单独组成开采系统，独立开采大理石等软质石材;也可以用来开掘采准堑沟，解决山坡露天或凹陷露天大理石矿山开采时，两个自由面分离体封闭面的分离切割;配合金刚石串珠锯使用，可提高金刚石串珠锯开采系统的开采效率。
(2)石材露天矿山用开采链臂锯
开采链臂锯是最早转化应用到石材开采中的臂式锯，图4是最早用于石材开采的开采链臂锯，该机现保存在意大利卡拉拉大理石矿山博物馆中。图5是上世纪80年代初国产开采链臂锯的图片。表3是几种国内外生产的开采链臂锯的技术参数。
虽然在上世纪八十年代初期，国内曾经生产过矿山开采用链臂锯，但由于当时国内石材矿山的条件限制，以及各种因素的制约，当时国产开采链臂锯没有得到实际的使用，产品的生产只停留在样机试制阶段。
DRAGON系列链臂锯是目前惟一的国产开采链臂锯机型，该机由上海飞宙机械设备有限公司经过三年的技术攻关，结合意大利NUOVA FAUDI公司开采链臂锯技术，吸收意大利各种型号开采链臂锯的结构特点，开发出的新一代国产大理石矿山开采用链臂锯。图6是该机的外形示意图。
该机的锯切状态和工作原理如下：
—切割臂的水平和垂直锯切工位:通过液压泵站为液压缸供油，可以推动旋转底板绕铰轴旋转，从而使切割臂处于水平和垂直两种锯切工作位置。
－－主切削运动:该机的主切削电机通过主切削减速机减速后驱动链轮转动，链轮带动链条在链板上平移。切割链上安装的硬质合金切割刃组件，通过切割刃完成对石料的切割。润滑油脂泵完成对链条和链板部件的润滑。
－－切割臂的进给:液压马达通过切割臂减速机、主机箱内的蜗杆蜗轮机构驱动切割臂座带动链板部件旋转实现切割的旋转进给运动。利用比例阀进行了切割臂正反方向旋转运动控制，切割臂可以在一定的调速范围作3600的正反向自由旋转。
－－行走进给运动:布置在移动平台上的行走液压马达，通过行走减速机减速带动与导轨上的齿条啮合的齿轮，完成锯机的行走进给运动。同样利用比例阀进行了正反方向运动控制，使得移动平台可以按照一定的调速范围、沿导轨作正反向的行走进给切割运动。
－－轨道的自移动:开采链臂锯的主机和导轨重量很大，需要起重设备才能移动。但该机配套导轨自移动系统，无须起重设备进行特定距离内导轨的位置移动。正常锯切时，导轨是固定在在矿体上，主机在导轨上移动。导轨自移动系统则是利用其反向工作原理，依靠伸出锯机外部的顶升油缸对主机的固定支撑，将锯机和导轨整体升高，形成主机固定、导轨悬空的相反状态;然后启动锯机行走进给运动系统，导轨在齿轮齿条系统的带动下，快速向需要的方向移动，完成导轨的自移动。
图7是DRAGON型3.2m切割臂长的开采链臂锯外形尺寸图，该机旋转铰轴距地面高度A=470mm;摆臂处于水平和垂直切割位置时，设备最大高度和宽度不同，其中水平切割位置时的H1=1805mm，垂直切割位置时的H1=1650;水平切割位置时切割链中心(既锯缝中心)距地面高度B-65mm，锯缝边缘距台阶底面的最小距离是45mm，与串珠锯水平锯切时与底面形成的台阶相比，45mm的台阶可忽略不计;锯机摆臂处于垂直切割位置时，链轮中心距地面高度H=1010mm。
开采链臂锯可用于石灰岩、大理石和非花岗石矿山开采的垂直、水平湿切或无水干切作业。其使用方法和用途与开采带锯基本相同，可进行矿体封闭面的切割，配合串珠锯进行无堑沟开采大理石等软质石材，也是目前最理想的封闭面切割设备。
2)车载开采链臂锯开采系统 车载开采链臂锯是指经过一定的改装，将开采链臂锯固定安装在一辆装有活动臂或支承导轨架的车辆上，组合而成的柔性链臂锯开采系统，是矿山开采锯切机械的一次技术性革命。该系统的母体车辆一般都采用履带式专用车，如推土机、挖掘机的底盘或车体，见图8。
车载开采链臂锯开采系统具有移动灵活、安装快捷简便、切割效率高等特点，可以用于各种类型大理石矿山中的垂直、水平、倾斜和任意角度切割位置的切割作业，其中倾斜面切割和高度超过6m切割面的锯切是普通开采链臂锯和洞采链臂锯不容易或很难达到的。
在洞采大理石矿山中，因为开采空间狭窄，尤其是在开掘矩形开拓通道的切割作业时，移动、安装和就位重量达St左右的洞采链臂锯相对比较困难，但采用机动性很好的车载开采链臂锯开采系统，可以很方便的解决上述问题，这也是绝大多数车载开采链臂锯主要用于洞采大理石矿山的原因。车载开采链臂锯开采系统在洞采大理石矿山切割矩形开拓通道时，不仅可以方便地解决矩形通道一个自由面上其他封闭面的切割问题，甚至还可以完成两个自由面分离体封闭背面的切割。
3)洞采臂式锯
洞采大理石等软质石材时，一般都离不开专门为洞采石材矿山设计的专用臂式锯。与普通臂式开采锯一样，洞采臂式锯也分成使用切割链的洞采链臂锯和使用切割带的洞采带锯。二者除了切割刃、切割链条和切割带的驱动方式和冷却方式不同外，其余结构和工作原理基本相同。
(1)洞采带锯
洞采带锯专门用于大理石类软质石材的山洞开采，用于开拓通道封闭面的切割。洞采带锯切割臂的长度在2一2.5m之间，基本满足洞采开拓通道的切割需要。
锯切水平面时，切割臂的切割面处于与地面平行的位置，两根圆形导柱组成的平面与正面岩壁平行，切割的进给是靠切割臂沿导轨的水平运动和切割臂相对导轨的回转运动实现，见图9。
锯切垂直面时，需要将锯机整体旋转900，两根圆形导柱组成的平面与正面岩壁垂直，同时将切割臂的切割面旋转900后与水平面垂直，将安装切割臂的动力座移动到靠近切割岩壁的圆形导柱一端，切割的进给运动是靠支架沿圆形导柱的升降，以及切割臂相对水平面的回转运动实现。这样即可满足洞采时，使用一台锯机完成矩形开拓通道垂直切缝锯切，也可满足水平切缝的锯切要求。意大利BENETTI公司生产的JB 940型洞采带锯的技术性能见表4。
(2)洞采链臂锯
洞采链臂锯的结构、工作原理与洞采带锯基本相同，只是切割刀具换成切割链，切割原理与普通开采链臂锯相同。洞采链臂锯主要用于中硬度洞采大理石矿山矩形通道的干切或湿切开采。意大利FANTINI公司生产的G 70型洞采链臂锯，是洞采石材矿山专用链臂锯，其技术性能参数见表4。
4)荒料整形臂式锯
荒料整形臂式锯是在行走型臂式锯基础上研制改进的矿山荒料整形机，目前只有使用切割链的整形链臂锯。
整形链臂锯可分成单通道、单工位荒料整形链臂锯，多通道、单工位荒料整形链臂锯，以及单通道、多工位荒料整形链臂锯;前两种机型的导轨都固定在一个高出地面的结构件框架上，后一种机型属于安装在工厂、用于荒料整形的移动门架式链臂锯。
荒料整形链臂锯主要用于在矿山现场对软质石材进行修整切割，在意大利TIVORI的一些石灰华矿山，使用了荒料整形链臂锯。
①单通道、单工位荒料整形链臂锯
单通道、单工位荒料整形链臂锯的导轨固定方式与开采链臂锯机不同，支撑主机运动的两根支撑导轨，安装于一个四根立柱组成的框架上;动力座移动的同时，切割臂向下摆动整形切割位于框架下部的荒料，该机每次只能切割一块荒料。四立柱结构使整形机具有更稳固坚实的结构特点，同时可降低切割刀具的消耗。与其他类型的整形机不同，矿山用的荒料整形链臂锯不再需要荒料车，荒料直接被移动到整形机的切割工作区，简化了整形机结构，荒料安放。
表5是意大利FANTINI公司生产的SQB96型矿山用单通道、单工位荒料整形链臂锯的基本技术参数。该机的特点是消耗的电能少，切割噪音低;与采用气动凿岩机整形相比，减少了粉尘的污染;还可进行干切或湿切整形，适用于任何气候和环境条件;切割速度快、效率高。
(2)多通道、单工位荒料整形链臂锯
为了提高整形效率，FANTINI公司还生产一种加长型、具有四个通道、每个通道有一个工位的荒料整形链臂锯，图10是该机整形切割作业示意图。
该机相当于将前述单通道、单工位机型的导轨和四立柱支撑框架延长，成为可同时摆放四个荒料的四个通道、单工位的框架组合机型。该机安装切割臂的主机，在一条可跨过四个通道的导轨上运动，每个通道内都可放置一块待整形的荒料。当切割臂从框架一端运动到另一端的行程中，可完成每块荒料上一个面的整形切割。当完成前一块荒料的切割后，在切割臂进行下一块荒料切割的同时，已经腾出场地和时间将前一块荒料第二个整形面调换到待切割位置，节省了辅助工作时间。所以多通道、单工位荒料整形链臂锯具有整形效率更高的特点。
2.龙门型臂式锯
目前龙门型臂式锯分成门架固定、使用金刚石切割带的整形加工带锯，使用切割链的门架固定链臂锯，以及门架移动链臂锯三种机型，切割臂的运动又分成同步升降和交替升降两种运动方式。龙门型臂式锯主要用于石材加工厂或矿山的荒料整形和特殊规格板材加工。
1)整形加工带锯
门架固定、切割臂同步升降、使用切割带的整形加工带锯(简称整形加工带锯)，是一种固定式大理石荒料整形和厚板切割设备，其结构和运动原理类似于金刚石串珠整形机，见图11。
该机的金刚石切割带采用环形闭合带结构，相当于一根截面为三角形的金刚石串珠绳。由单根航空不锈钢丝绳穿过多个形状为三角形的金刚石节块构成，节块间全部用聚胺脂注塑压封。外形为三角形的切割带可定位保持在"V”形槽内运动。切割带的标准长度为20m，切缝宽度13.5mm，可加工的荒料长度有3.5m和4.25m两种。切割带的背面有一个刚性支板支撑，可获得更大的进给速度。
表6是一组意大利BENETTI公司生产的730高速窄金刚石切割带整形加工带锯，切割不同石材时的切割效率、使用寿命和切割成本的参考数据。从表6中可看出，整形加工带锯加工大理石时，切割速度几乎等于使用金刚石串珠整形机进行同类切割时速度的5倍，刀具消耗成本也只有切割大理石时的一半左右。虽然整形加工带锯的价格几乎是金刚石串珠整形机价格的2倍，但使用和综合成本会降低许多，还是很有实用价值的。表7是该机的技术性能参数介绍。整形加工带锯具有切割速度快，整形效率高;加工板材精度好，板面平整度在1.6mm之内，切割带安装容易、运输方便、保养简单、使用安全等优点。其不足之处是锯缝较宽，尤其是加工标准厚度的板材时，13.5mm的锯缝比串珠绳和单锯条整形机都宽，因此会造成石材的浪费。但在荒料整形或加工墓碑石料等厚板时，锯缝宽度已经不再重要，重要的是切割速度和加工质量。
2)门架固定链臂锯
门架固定、切割臂同步升降、使用硬质合金切割链或金刚石节块切割链的整形链臂锯(简称门架固定链臂锯)，主要用于大理石荒料整形切割。其切割原理和切割链结构与开采石材链臂锯基本相同，区别在于开采链臂锯切割链的一端是自由开放的，而门架固定链臂锯的切割链两端都是有固定支承的;开采链臂锯切割臂是沿导轨运动进行矿体切割，门架固定链臂锯的切割臂是沿固定门架升降整形切割荒料。因为门架固定链臂锯切割缝的宽度一般在4OInln左右，只能用于整形荒料。需要时，该机可以进行石材的无水干切作业。需要注意的是，因为切割链的润滑介质为润滑脂，所以整形切割浅色荒料时，应注意防止润滑脂对石材的污染，或使用可生物降解的润滑介质。
3)摆臂门架链臂锯
不论是整形加工带锯还是前面介绍的门架固定链臂锯，只能用于类似大理石、蛇纹石等软质石材的荒料整形和板材切割。还有一种可整形或切割花岗石和其他硬质石材的固定门架臂式锯(简称摆臂门架链臂锯)，其结构与前述门架固定链臂锯相似，不同之处是切割臂的两端不再同步升降，而是交替升降运动，而且使用金刚石节块的切割链。
这种运动方式提高了金刚石节块在切割花岗石时的线速度，它等于切割链运动速度与切割臂交替摆动升降速度的叠加。既保证了金刚石节块的运动速度达到切割花岗石的速度要求，同时又保证了切割链的运动速度仍然在其允许速度极限范围内。
该机整形切割花岗石时，可以达到250mm/h的落锯速度，与大直径圆盘锯机一样，摆臂门架链臂锯除了整形花岗石荒料外，还适用于锯切不同厚度的花岗石板材。图12 (a)、(b)、(c)分别是该机切割运动的示意图。为了图示清晰，将切割链与石料的接触部分描绘成图中的黑色点，实际上切割臂处于不同角度时，它与石料之间是一个具有一定长度的接触面。
4)门架移动链臂锯
意大利Fantini公司专门设计了一款用于软质石材荒料整形加工用SQB/P型整形机，采用门架移动链臂锯结构。该机可安装硬质合金或人造金刚石复合材料切割链，为全电和液压系统控制，可干切加工，适应任何气候和环境条件下作业。
该机切割原理见图13，主要结构与门架固定链臂锯基本相同。不同之处是，该机安装切割臂的横梁和门架整体沿一对长导轨移动，锯机移动采用可调速的液压马达驱动;切割链的运动由固定速度的电机驱动控制;锯切时，切割臂在横梁带动下，相对于门架水平升降运动，完成荒料的整形切割。
该机采用无荒料车结构，导轨之间放置多个待整形荒料，整形机可方便快速地在各个待整形荒料之间移动。整形切割作业、荒料位置的变换和安放作业可同时进行，互不影响，节省了大量(下转第28页)的辅助作业时间，是一种整形切割效率很高的门架移动、单通道、多工位荒料整形链臂锯。
该机最大的特点是具有自动整形切割功能，在通道内每块待切荒料上的拟切割锯缝的位置处， 都摆放一个激光装置，锯机储存 和记忆每块荒料的锯切数据。只 要随锯机一起移动的激光系统寻 找到固定在荒料上的激光装置， 锯机便停留在该荒料上方合适 位置，进行无人职守工作状态 下的切割。
3.携带型链臂锯
携带型链臂锯实际上是利用切割混凝土构件的移动式链锯的原理和结构，改进而成的一种小型移动或可携带型石材制品切割机。
