CN103726786A

CN103726786A - 旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构

Info

Publication number: CN103726786A
Application number: CN201410024367.7A
Authority: CN
Inventors: 韩晓明; 千志科; 张龙列; 韩兴钰
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2034-01-20
Also published as: CN103726786B

Abstract

本发明涉及一种液压锚杆钻机，具体涉及一种根据巷道岩层硬度通过离合机构在不停机状态下进行纯旋转切削方式和冲击旋转切削方式任意转换的旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构。一种旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构，包括液压马达、机箱、齿轮轴、从动齿轮、钎尾套、锥形摩擦离合机构、主动锥齿轮、从动锥齿轮和曲轴连杆冲击机构。液压马达与齿轮轴联接，经相啮合的从动齿轮联接钎尾套，齿轮轴与主动锥齿轮之间联接有锥形摩擦离合机构，从动锥齿轮与主动锥齿轮的轮齿相啮合，曲轴连杆冲击机构与从动锥齿轮相联接。本钻机离合机构操作方便，在不停机状态下根据岩层硬度变化情况快速转换工作方式，冲击机构冲程长，冲击力大，提高了钻孔的工作效率。

Description

旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构

技术领域

本发明涉及矿山巷道锚杆支护领域，特别是涉及一种根据巷道岩层硬度在不停机状态下进行纯旋转切削方式和冲击旋转切削方式任意转换的旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构。

背景技术

锚杆支护是近年来发展较快的一种井巷支护方法，它通过锚入围岩内的锚杆，改善围岩本身的力学状态，使支护体与围岩本身形成一个统一的能够承受载荷的结构体，阻止或延缓围岩的变形发展，有效地保持围岩的完整性和巷道的断面形状。锚杆钻机是锚杆支护施工的关键设备，直接影响着锚杆支护的施工质量、工作效率和施工劳动强度。

锚杆钻机按照动力源的不同可以分为电动式、气动式和液压式三种类型。

电动锚杆钻机以电动机经减速机构驱动钻具旋转来进行破岩钻孔。电动锚杆钻机在岩石硬度适宜且变化不大的情况下，钻进效果较好。电动锚杆钻机的能量利用率较高，一般都在60%以上。但是，实际应用时，由于岩层性质变化较大，电动锚杆钻机的抗过载能力较低，当钻进过程中的阻力突然过大时，钻机就会出现堵转现象，电机容易被烧毁。同时，现行的电动锚杆钻机都是采用湿式钻孔，而且煤矿井下的工作条件非常恶劣，湿度较大，淋水大，一旦发生密封失效，很容易烧毁电机，发生事故。

气动锚杆钻机以压缩空气作为动力，驱动钻具回转进行锚杆孔钻进作业。气动锚杆钻机在钻进过程中，当钻进阻力增大时，钻具转速降低，转矩随之增加，进而能取得较好的钻进效果。但是，作为动力源的压缩空气的气压值对气动锚杆钻机的钻进性能影响十分明显，而且气动锚杆钻机工作所需的能量在转换过程中的效率较低，导致此类锚杆钻机的总效率远低于电动式和液压式。采用地面空压机集中供气的气动锚杆钻机的总效率仅仅有4～9%，若采用井下移动式空压机进行供气，由于管路的缩短，其总效率能上升到5～10%。另外，气动锚杆钻机工作时的噪声较大，不利于工作人员的身心健康。

液压锚杆钻机以具有一定压力的液体介质驱动液压马达带动钻具旋转进行切削破岩。液压锚杆钻机的优点是工作压力高、输出扭矩大、抗过载能力强。在实际工作过程中，液压锚杆钻机的总效率低于电动式锚杆钻机，但高于气动式锚杆钻机，一般其总效率约为18～32%。

另外，锚杆钻机也可以按照破岩方式分为旋转式，冲击式和旋转冲击式三种。

旋转式锚杆钻机在岩石硬度小的场合中钻进效率较高，但当岩石硬度较高，尤其是硬度达到 f10 时，钻进效率大大降低，甚至无法破岩。在这种情况下一般需要采用冲击式锚杆钻机，冲击作业使岩石局部应力集中，发生脆性破碎。但冲击式锚杆钻机在破碎较软的岩石时效率较低。旋转冲击式锚杆钻机结合前面两种类型的优点，适应各种岩石情况。专利ZL200420053336.6提出了一种可在旋转和冲击间切换的冲击式两用锚杆钻机。但是，由于其转换机构的转换需要转动钻机上的水套才能实现，转换非常麻烦。申请号为200710135100.5的专利也提出了一种可在纯旋转切削和冲击旋转切削方式间切换的锚杆钻机，其转换机构的转换是通过螺柱或拉销前端与从动棘轮外壁面上的凹槽的配合来实现的。

由于矿山巷道岩层性质多变，软岩层中经常存在着硬岩层。在打锚杆孔过程中，有时遇到软岩有时遇到硬岩，尤其在打一个孔遇到软硬交替的岩层时，需要不断地转换锚杆钻机的纯旋转切削和冲击旋转切削两种工作方式，而上述两个专利提出的锚杆钻机工作方式的转换均需要在停机的状态下完成，并分别采用齿形轮盘式冲击机构和齿形棘轮式冲击机构，这两种冲击机构冲程短，冲击力小，极大的影响了钻孔的速度，降低了工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据巷道岩层硬度通过离合机构在不停机状态下进行纯旋转切削方式和冲击旋转切削方式任意转换的旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构。

本发明的技术方案是：

旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构，包括液压马达、机箱、齿轮轴、从动齿轮、钎尾套、钻杆、锥形摩擦离合机构、主动锥齿轮、从动锥齿轮和曲轴连杆冲击机构。所述的液压马达固定在机箱上，液压马达的输出轴与由轴承固定支承在机箱中的齿轮轴通过平键固定联接，从动齿轮用轴承固定支承在机箱中并与齿轮轴的轮齿相啮合，钎尾套放置在机箱的冲击滑道中并通过花键与从动齿轮滑动联接，钎尾套的末端安装钻杆。所述的锥形摩擦离合机构由凹形锥摩擦轮、凸形锥摩擦轮、拨叉控制杆和输出轴组成，凹形锥摩擦轮通过平键固定联接在齿轮轴上，凸形锥摩擦轮通过花键滑装在输出轴上，凸形锥摩擦轮具有凹槽，拨叉控制杆的一端卡在凹槽中，另一端用轴承固定支承在机箱上，输出轴由轴承固定支承在机箱中并通过平键与主动锥齿轮固定联接。所述的曲轴连杆冲击机构由曲轴、连杆、销轴、压板和冲击头组成，所述的从动锥齿轮通过平键固定联接在曲轴上并与主动锥齿轮的轮齿相啮合，曲轴由轴承固定支承在机箱中，曲轴具有偏心的曲柄销，连杆与曲轴的曲柄销相铰接，冲击头放置在机箱的冲击滑道中，并将冲击头与连杆通过销轴铰接，用压板将销轴固定。

本发明的优点：

一、锥形摩擦离合机构转换速度快，操作方便，在钻机不停机的状态下，根据岩层硬度变化情况，通过转动拨叉控制杆实现凸形锥摩擦轮在输出轴上的滑动，从而控制凸形锥摩擦轮和凹形锥摩擦轮的开合状态。当锥形摩擦离合机构处于分离状态时，曲轴连杆冲击机构处于停止运动状态，钎尾套只有旋转，钻机实现纯旋转切削工作方式。当锥形摩擦离合机构处于压合状态时，液压马达的动力由齿轮轴、锥形摩擦离合机构、主动锥齿轮和从动锥齿轮传至曲轴连杆冲击机构，曲轴连杆冲击机构处于旋转冲击运动状态，钎尾套一边旋转一边产生冲击，钻机实现冲击旋转切削工作方式。

二、曲轴连杆冲击机构处于旋转冲击运动状态时，曲轴的旋转运动经连杆转化为冲击头的往复直线运动，冲击头的冲程长，冲击力大，对硬岩进行冲击旋转切削时，岩石的破碎效率高，钻孔速度快。

三、本钻机适用的岩层硬度范围广。在软岩中钻孔时，采用纯旋转切削方式，在硬岩中钻孔时，采用冲击旋转切削方式，在岩层软硬交替变化或软岩层中夹杂着硬岩层时，根据岩层硬度的变化情况，本钻机可以在不停机的状态下随时转换为纯旋转切削工作方式或冲击旋转切削工作方式，提高了钻孔的工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

图2为本发明在冲击旋转切削工作方式时的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括液压马达1、机箱2、齿轮轴3、从动齿轮25、钎尾套24、钻杆（31）、锥形摩擦离合机构、主动锥齿轮14、从动锥齿轮16和曲轴连杆冲击机构。所述的液压马达1固定在机箱2上，液压马达1的输出轴36与由轴承5固定支承在机箱2中的齿轮轴3通过平键4固定联接，从动齿轮25用轴承27和27’固定支承在机箱2中并与齿轮轴3的轮齿相啮合，钎尾套24放置在机箱2的冲击滑道32中并通过花键26与从动齿轮25滑动联接，并由与机箱2螺纹联接的端盖30实现对钎尾套24的行程限制，钎尾套24的末端安装钻杆31。所述的锥形摩擦离合机构由凹形锥摩擦轮6、凸形锥摩擦轮8、拨叉控制杆11和输出轴12组成，所述的凹形锥摩擦轮6通过平键7固定联接在齿轮轴3上，凸形锥摩擦轮8通过花键9滑装在输出轴12上，凸形锥摩擦轮8上有凹槽34，拨叉控制杆11的一端卡在凹槽34中，另一端用轴承10固定支承在机箱2上，输出轴12由轴承13固定支承在机箱2中并通过平键18与主动锥齿轮14固定联接。所述的曲轴连杆冲击机构由曲轴19、连杆20、销轴21、压板22和冲击头23组成，所述的从动锥齿轮16通过平键17固定联接在曲轴19上并与主动锥齿轮14的轮齿相啮合，曲轴19由轴承15和15’固定支承在机箱（2）中，曲轴19具有偏心的曲柄销35，连杆20与曲轴19的曲柄销35相铰接，冲击头23放置在机箱2的冲击滑道32中，并将冲击头23与连杆20通过销轴21铰接，用压板22将销轴21固定。

当转动拨叉控制杆11，使其处于图1所示的位置时，凹形锥摩擦轮6和凸形锥摩擦轮8处于分离状态，锚杆钻机为纯旋转切削工作方式。钻孔时，液压马达1的输出轴36带动通过平键4固定联接的齿轮轴3一起旋转，齿轮轴3通过齿轮传动使从动齿轮25旋转，从动齿轮25带动由花键26滑动联接的钎尾套24一起旋转，从而使安装在钎尾套24上的钻杆31进行旋转切削破岩工作。

当转动拨叉控制杆11，使其处于图2所示的位置时，凹形锥摩擦轮6和凸形锥摩擦轮8处于压合状态，锚杆钻机为冲击旋转切削工作方式。钻孔时，液压马达1的输出轴36带动通过平键4固定联接的齿轮轴3一起旋转，齿轮轴3通过齿轮传动使从动齿轮25、钎尾套24和钻杆31一起旋转进行旋转切削破岩工作的同时，在摩擦力的作用下，压紧的凸形锥摩擦轮8和固定联接在齿轮轴3上的凹形锥摩擦轮6一起旋转，凸形锥摩擦轮8带动由花键9滑动联接的输出轴12旋转，输出轴12带动由平键18固定联接的主动锥齿轮14旋转，经过锥齿轮传动，从动锥齿轮16带动由平键17固定联接的曲轴19一起旋转，经过与曲轴19的曲柄销35相铰接的连杆20以及与连杆20相铰接的冲击头23的运动，将曲轴19的旋转运动转化为冲击头23在机箱2的冲击滑道32中的往复直线运动，从而使冲击头23不断撞击钎尾套24的端部，由于钎尾套24与从动齿轮25之间通过花键26滑动联接，钎尾套24便在旋转的同时，不断通过安装在钎尾套24上的钻杆31对煤岩产生冲击，从而使钻杆31进行冲击旋转切削破岩工作。

所述的钎尾套24具有中心水孔33，由两个密封圈29在钎尾套24与机箱2之间构成密闭腔37，冲洗水经接头28和密闭腔37进入中心水孔33，再经钻杆31的中心水孔到达孔底，将经纯旋转切削工作方式或冲击旋转切削工作方式截割破碎下来的煤屑排出孔外。

Claims

1.旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构，包括液压马达（1）、机箱（2）、齿轮轴（3）、从动齿轮（25）、钎尾套（24）、钻杆（31）、锥形摩擦离合机构、主动锥齿轮（14）、从动锥齿轮（16）和曲轴连杆冲击机构，其特征在于：所述的液压马达（1）固定在机箱（2）上，液压马达（1）的输出轴（36）与由轴承（5）固定支承在机箱（2）中的齿轮轴（3）通过平键（4）固定联接，从动齿轮（25）用轴承（27）和（27’）固定支承在机箱（2）中并与齿轮轴（3）的轮齿相啮合，钎尾套（24）放置在机箱（2）的冲击滑道（32）中并通过花键（26）与从动齿轮（25）滑动联接，钎尾套（24）的末端安装钻杆（31），所述的齿轮轴（3）与主动锥齿轮（14）之间联接有锥形摩擦离合机构，从动锥齿轮（16）与主动锥齿轮（14）的轮齿相啮合，曲轴连杆冲击机构与从动锥齿轮（16）相联接。

2.根据权利要求1所述的旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构，其特征在于：所述的锥形摩擦离合机构由凹形锥摩擦轮（6）、凸形锥摩擦轮（8）、拨叉控制杆（11）和输出轴（12）组成，所述的凹形锥摩擦轮（6）通过平键（7）固定联接在齿轮轴（3）上，凸形锥摩擦轮（8）通过花键（9）滑装在输出轴（12）上，凸形锥摩擦轮（8）具有凹槽（34），拨叉控制杆（11）的一端卡在凹槽（34）中，另一端用轴承（10）固定支承在机箱（2）上，输出轴（12）由轴承（13）固定支承在机箱（2）中并通过平键（18）与主动锥齿轮（14）固定联接。

3.根据权利要求1或2所述的旋转冲击式液压锚杆钻机动力机构，其特征在于：所述的曲轴连杆冲击机构由曲轴（19）、连杆（20）、销轴（21）、压板（22）和冲击头（23）组成，所述的从动锥齿轮（16）通过平键（17）固定联接在曲轴（19）上并与主动锥齿轮（14）的轮齿相啮合，曲轴（19）由轴承（15）和（15’）固定支承在机箱（2）中，曲轴（19）具有偏心的曲柄销（35），连杆（20）与曲轴（19）的曲柄销（35）相铰接，冲击头（23）放置在机箱（2）的冲击滑道（32）中，并将冲击头（23）与连杆（20）通过销轴（21）铰接，用压板（22）将销轴（21）固定。