CN100552181C - 一种凿岩机的钎尾结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凿岩机的钎尾结构。所述钎尾为螺杆式或螺母式结构；增大钎尾旋转齿至螺纹段的轴径尺寸，确保钎尾根部非螺纹尺寸大于螺纹直径；所述螺杆式钎尾的阳螺纹根部空刀槽的端面或螺母式钎尾的阴螺纹的外端平面为应力波承载面，所述阳螺纹端面或螺母孔底平面为悬空面，即自由面。本发明依靠改变应力波承载面位置，可保证凿岩能量沿钎尾输出末端的周边柱而分布，可以使应力波传递过程中避免波的倾斜入射，减少传递过程中能损失。本发明可确保湿式弯曲疲劳应力在低幅下循环，可大幅度提高钎尾抗疲劳能力。本发明具有能量利用率高，凿岩速度快，钎尾抗疲劳能力大，使用寿命显著增长等优点。

Description

一种凿岩机的钎尾结构

技术领域

本发明涉及一种重型风动凿岩机和各种液压凿岩机的改进技术，特别是涉及凿岩机输出冲击力和扭矩的传递能量的钎尾结构的改进技术。

背景技术

重型冲击凿岩机包括风动凿岩机和液压凿岩机内部，依其钎尾部件传递凿岩机活塞的冲击力，同时传递转钎结构的扭矩。各类凿岩机配套的钎尾，概括起来有两种：其一是输出端为阳螺纹的螺杆式钎尾；其二是输出端为阴螺纹的螺母式钎尾(洪达灵，顾太和等编著，钎钢与钎具，冶金工业出版社，2000年9月，P24～369)。)。

1.这两种凿岩钎尾的传递凿岩应力波的承载面，落在螺杆端面处。这种承载面传递能量是以钎杆中心聚集能量，在凿岩系统凿入岩石作功瞬间，应力波的垂直入射点发生在钎头中心，使钎头中心处获得的凿入岩石能量大，与凿入岩石所需的能量相悖，因此凿岩能量利用率不高。

2.由于两种凿岩钎尾传递凿岩应力波承载面所处的位置，表明传递凿岩应力波的过程属于倾斜入射，能量损失大，分别达到10～25％及10～15％。

3.螺杆式钎尾的危险断面，处在连接螺纹的内径处；螺母式钎尾的危险断面处于螺纹的外径处。实践表明：钎尾螺纹部位是薄弱环节，其螺纹根部是绝大多数钎尾的失效部位，严重影响了钎尾的使用寿命。

4.抗疲劳能力低。钎尾的失效方式是湿式弯曲疲劳破坏(宋守志编著，固体介质中的应力波，煤炭工业出版社，1989年6月，P74-123)，其弯曲应力：

σ＝M/W

式中M为钎杆承载弯矩；W为钎杆的抗弯截面系数。对于中空钎杆抗弯截面系数(编委会，机械工程师手册，机械工业出版社，1989年7月，P4-119)：

W＝00982×(D⁴-d⁴)/D    A

式中，D为钎杆危险断面的外径；d为钎杆危险断面内孔直径。按照上述，对于螺杆式钎尾则D不大；对于螺母式钎尾，虽D略有增加，但这时d是螺母的内径，则d很大。在这两种情况，抗弯截面系数均很小，致使弯曲循环应力σ很大，说明弯曲疲劳在高水平的σ应力状态下承载，将严重影响了钎尾的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种将凿岩能量由中心聚集调整为沿钎尾输出端柱面重新分布，具有极强抗弯疲劳能力的长寿命钎尾。

本发明所述一种凿岩机的钎尾结构，所述钎尾为螺杆式结构；在传统的螺杆式钎尾结构及尺寸的基础上，增大钎尾旋转齿至钎尾螺纹段的轴径尺寸，其最大的轴径极限尺寸应小于旋转齿尺寸，在不涉及凿岩机其它配合零部件的尺寸变化或适当变动有关配合零部件的装配空间条件下，确保钎尾根部非螺纹尺寸大于螺纹直径；所述螺杆式钎尾的阳螺纹根部空刀槽的端面为应力波承载面，即锁紧面，钎尾与钎杆间采用螺旋副连接，所述阳螺纹端面为悬空面，即自由面。

如上所述的一种凿岩机的钎尾结构，所述螺杆式钎尾，可选择其两边同直径或不同直径的螺母套管，其螺母套管的一侧连接螺杆式钎尾的螺纹，另一侧连接管式钎杆的螺纹，结构设计中确保螺杆式钎尾螺纹根部形成的空刀槽端面为传递应力波的承载面。

如上所述的一种凿岩机的钎尾结构，其中钎尾与钎杆间采用方形、锯齿形、波形和梯形螺纹中的一种结构的螺旋副实现连接。

本发明与传统的装置相比，具有如下优点和积极效果：

1.依靠传递应力波的承载面由原来的阳螺纹端面至该空刀槽的端面转移、或由原来的螺母孔底平面实现到螺母端头平面的转移，可保证凿岩能量沿钎尾输出末端周边柱面分布，可使凿岩钎刃获得的凿岩能量与实际需要能量之间实现匹配，提高了能量利用率，加快了凿岩速度。

2.依靠实质上改变应力波的承载面位置，可以使应力波传递过程中避免波的倾斜入射，减少了应力波传递过程中的能量损失。

3.除了上述靠承载面位置根本改变外，还靠加大危险断面处直径，使弯曲工作应力在低幅下循环，可大幅度提高抗疲劳能力，钎尾寿命可实现显著增长。

4.对本发明涉及的技术方案试验数据如下：

组别	规格	螺纹根部直径(mm)	螺纹直径(mm)	桥螺母接头(mm)	岩石坚固性系数(f)	寿命(m)	失效方式
								发明	R32	Φ38	R32	R32/T45	14	560	磨损
对比	R32	Φ32	R32		14	130	螺纹根部折断**

方案2.螺母式钎尾试验数据

组别	规格	螺纹根部直径(mm)	螺纹直径(mm)	岩石坚固性系数(f)	寿命(m)	失效方式
							发明	T45	Φ38	T45	14	860	磨损
对比	R32	Φ32	R32	14	130	螺纹根部折断**

**宋守志等，YGZ-90凿岩机钎尾使用寿命的试验研究[J]，钢铁，1994(1)：32-36。

附图说明

图1是传统的钎尾与钎杆连接结构示意图；

图2是本发明的钎尾与钎杆连接结构示意图；

图3是本发明的双桥螺母钎尾与钎杆连接结构示意图；

图4是本发明的半桥螺母钎尾与钎杆连接结构示意图；

图5是本发明的螺母式钎尾与钎杆连接结构示意图。

具体实施方式

图1中1为钎杆，2为钎尾、3-1为套管、4-1为承载面。本发明的结构特征如下：

1.不改变凿岩机内部结构，保留螺杆钎尾型式，并且使阳螺纹根部的空刀槽端面作为传递应力波承载面的位置，如图3、图4所示。

2.通过双桥螺母套管3-2将螺杆式钎尾2与凿岩管式钎杆1连接起来，其传递凿岩应力波的承载面设计在该双桥螺母套管的两个端面4-3，如图3中所示。图3中3-2为双桥螺母套管。当凿岩管式钎杆螺纹与螺杆式钎尾的螺纹直径或者是螺纹类型不同时，两者之间将采用半桥螺母套管连接，如图4中所示。图4中4-4为承载面、3-3为半桥螺母管。

3.保留螺母式钎尾的结构方式，结构设计确定螺母钎尾的端面为应力波的承载面，如图5所示。图5中4-5为承载面。

4.通过承载工作面位置的变更，彻底改变应力波沿轴线中心聚集，调整到沿钎尾输出端柱面重新分布，以确保凿入系统(钎尾、钎杆、钎头和岩石等组成)的应力波垂直入射的效应点分布在钎头的周边处，以企实现凿岩过程的能量匹配。

本发明的具体制造方法包括以下步骤：

1.保留螺杆式钎尾结构，不涉及凿岩机内部其他零部件的改动，只是将钎尾的局部结构和尺寸加以改变，如图2所示，即将钎尾转动齿至阳螺纹处尺寸增大，其增大后的轴径极限尺寸，应小于旋转齿尺寸，以期确保承载工作面有足够大的接触面直径D，而不改变钎尾螺旋副连接的极限尺寸。

2由图2可知，螺杆式钎尾2阳螺纹外径应小于钎尾输出端非螺纹段的直径，且在结构设计中，传递凿岩应力波的承载面4-2，确定在阳螺纹的终了处空刀槽的端面上。

3.螺杆式钎尾与管式钎杆不同直径螺旋副的连接是通过半桥螺母套管实现的，结构设计中确保半桥螺母套管两端面是凿岩应力波的承载面。

4.选择螺母式钎尾结构时，应加大旋转齿至连接螺母一段的轴径尺寸，并且使螺母段直径将有显著增大，如图5所示。

5.结构设计确定螺母式钎尾的阴螺纹的外端面为凿岩应力波的承载面，如图5所示。

6.为适应螺母式钎尾结构变化的要求，凿岩机内部与之配合的支承座零部件制成分体式，以此作相应变化。

采用螺旋副连接的钎尾，其螺纹种类可分为方形、锯齿形、波形和梯形螺纹；与之配合的螺杆顶端面，在连接过程中始终保持为悬空面(即为自由面)。

所述的适当变动有关配合部件的装配空间条件是指将传统的凿岩机内部限定钎尾位置的支承座，在不改变结构及尺寸情况下，切割成两半，以便实现钎尾的拆装。

Claims (3)

1.一种凿岩机的钎尾结构，所述钎尾为螺杆式结构；其特征在于：在传统的螺杆式钎尾结构及尺寸的基础上，增大钎尾旋转齿至阳螺纹段的轴径尺寸，其最大的轴径极限尺寸应小于旋转齿尺寸，确保钎尾根部非螺纹尺寸大于螺纹直径；所述螺杆式钎尾的阳螺纹根部空刀槽的端面为应力波承载面，即锁紧面，钎尾与钎杆间采用螺旋副连接，所述阳螺纹端面为悬空面，即自由面。

2.如权利要求1所述的一种凿岩机的钎尾结构，其特征在于：所述螺杆式钎尾可选择其两边同直径或不同直径的螺母套管，其螺母套管的一侧连接螺杆式钎尾的螺纹，另一侧连接管式钎杆的螺纹，结构设计中确保螺杆式钎尾螺纹根部形成的空刀槽端面为传递应力波的承载面。

3.如权利要求1所述的一种凿岩机的钎尾结构，其特征在于：所述钎尾与钎杆间采用方形、锯齿形、波形和梯形螺纹中的一种结构的螺旋副实现连接。

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