CN104018839A - 一种基于弹簧夹头控制伸缩水枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹簧夹头锁紧机构的伸缩水枪，是由高压水输送系统、伸缩控制系统、水枪臂伸缩系统和排渣管道四部分组成，本发明的水枪臂采用弹簧夹头锁紧机构，解决了固定式水枪水射流的速度逐渐减低、破岩能力下降的问题，提高了矿产单孔开采量，相对应的降低了矿产的单位矿产开采成本。

Description

一种基于弹簧夹头控制伸缩水枪

技术领域

本发明涉及一种用于钻孔水力开采矿物的伸缩水枪，特别涉及一种弹簧夹头锁紧机构的伸缩水枪。 

背景技术

随着我国经济的飞速发展，采矿业正面临着地表和浅部富矿日趋枯竭的情况，而地下深部矿产、浅部不均匀的小矿、贫矿、湖海底矿产以及复杂水文和地质条件的矿产具有开采难度大的问题。采用传统方法开采深部矿产和浅部不均匀小矿、贫矿等势必带来成本过高的问题。为此各国都在寻找一种低成本的采矿方法，钻孔水力开采就是在这一历史背景下产生的一种新的采矿方法。 

钻孔水力开采方法是在穿过矿层的钻孔内，用高压水射流破碎矿体，破碎下来的矿渣与循环水在孔底形成流动状态的液固两相的矿浆，然后由举升设备将矿浆输送到地表，矿浆经过沉淀分选即可得到有用矿石，水可以继续作为循环介质进行下一步开采。该方法只需要操作人员在地面操作即可，具有开采深度大、基建投资少、建矿周期短、成本低、安全、高效、环境污染小等优点。 

目前，在钻孔水力开采工艺中使用的水枪都是固定式水枪，高压喷嘴固定在钻具外壁，这种钻具在开采中存在以下不足：由于在地下空间中充满循环介质，高压水枪从高压喷嘴射出之后，水射流的速度会逐渐减低，破岩能力随之下降，这就限制了固定式水枪的破岩范围。 

正由于以上不足，造成了矿产单孔开采量较小，相对应的提高了矿产的单位矿产开采成本，与降低生产成本的初衷相违背。 

发明内容

本发明的目的是为了解决固定式水枪水射流的速度逐渐减低、破岩能力下降的问题而提供一种弹簧夹头锁紧机构的伸缩水枪。 

本发明是由高压水输送系统、伸缩控制系统、水枪臂伸缩系统和排渣管道四部分组成； 

所述高压水输送系统包括高压水管、定位滑块、滑块、水枪座和保护管，其中高压水管由上至下依次穿过定位滑块、滑块和水枪座，高压水管分别与定位滑块、滑块和水枪座螺纹连接，定位滑块、滑块和水枪座通过螺栓固定连接在一起，保护管穿套在定位滑块、滑块和水枪座外，高压水管上穿套固定有上挡板；

所述伸缩控制系统包括两个限位杆、弹簧夹头、弹簧夹头套筒、弹簧夹头解锁顶管、解锁顶管座、导向杆、导向杆上滑套和导向杆下滑套和基座，其中两个限位杆通过螺钉分别对称固定安装在定位滑块上面，起到限制定位滑块运动上点的作用；弹簧夹头套在导向杆上，并且安装在弹簧夹头套筒内，弹簧夹头可以在弹簧夹头套筒内上下移动；弹簧夹头下部设置有弹簧夹头解锁顶管，弹簧夹头解锁顶管下部设置有导向杆下滑套，解锁顶管座穿套设置在导向杆下滑套外部；解锁顶管座设置在水枪座下部且与水枪座通过螺栓连接；定位滑块、滑块、水枪座均开设有通孔，弹簧夹头、弹簧夹头套筒、弹簧夹头解锁顶管均穿套在通孔中，导向杆通过导向杆上锁紧螺母与上挡板固定，并且通过导向杆下锁紧螺母与基座固定，导向杆依次穿过上挡板、导向杆上滑套、定位滑块、弹簧夹头、弹簧夹头解锁顶管、导向杆下滑套和基座；保护管与上挡板及基座通过螺纹连接，起到保护内部结构和支撑钻具的作用；

所述水枪臂伸缩系统包括旋转接头、水枪臂、两个水枪支撑件、支撑杆、连杆、支撑杆基座、导向管、导向管上滑套、导向管下滑套和喷嘴，其中喷嘴与水枪臂通过螺纹连接，旋转接头与水枪臂通过螺纹连接，旋转接头通过螺纹与水枪座连接；两个水枪支撑件紧扣在水枪臂管体上面，并用螺钉紧固，两个水枪支撑件分别与支撑杆和连杆铰接，支撑杆基座固定在基座上，支撑杆、连杆分别与支撑杆基座铰接；导向管通过导向管上锁紧螺母与上挡板固定，并且通过导向管下锁紧螺母与基座固定，导向管依次穿过定位滑块、滑块和水枪座；导向管上滑套与定位滑块螺纹连接；导向管下滑套与水枪座螺纹连接；导向管上滑套、导向管下滑套穿套在导向管上；

所述排渣管道部分由排渣管底座和排渣管组成，排渣管与排渣管底座通过螺纹连接；排渣管底座与基座固定连接。

工作原理及过程： 

水枪伸出：利用钻杆传递的压力使中心高压水管向下运动，带动定位滑块、滑块、水枪座向下运动，旋转接头旋转，此时旋转接头、水枪臂、支撑杆、连杆及基座构成曲柄滑块机构，开始运动，从而使水枪展开；

机构锁紧：中心高压水管上提，利用弹簧夹头相对于弹簧夹头套筒向下运动，弹簧夹头和弹簧夹头套筒之间的斜面相对运动，使弹簧夹头内径变小，抱紧夹头内导向杆，从而使水枪展开角度固定；

机构解锁：当水枪伸展至最大角度后，定位滑块、滑块、水枪座等继续向下运动，直到导向杆下滑套与导向杆底部台阶接触，继续向下运动，导向杆下滑套推动弹簧夹头解锁顶管及弹簧夹头向上运动，直到弹簧夹头上部结构卡入定位滑块的台阶上，这样，弹簧夹头与弹簧夹头套筒分离，弹簧夹头始终处于张开状态。

钻具回转运动由钻机控制，为防止损坏钻具及水枪端部喷嘴，水枪完全展开后钻具回转转速应控制在2r/min内，故全液压钻机动力头输出的低速回转运动由钻杆传递至钻具驱动其进行转动。水枪的伸缩通过钻机的给进与提升动作实现，当钻具到达孔底后，排渣管底座支撑到孔底岩石上，此时滑块、旋转接头、水枪臂、支撑杆及基座构成曲柄滑块机构，当钻机继续给进时，滑块沿导向管及导向杆向下运动，水枪逐渐展开，当需要钻具进行开采时，在低速回转的同时缓慢提升钻具，此时，弹簧夹头在弹簧夹头套筒斜面作用下夹紧导向杆，从而保证水枪展开角度固定；当开采结束即水枪展开至最大角度时，解锁套筒与基座接触并在基座的推动下向上运动，推动弹簧夹头顶管向上运动，从而使弹簧夹头上部结构卡入定位滑块的台阶上，弹簧夹头与弹簧夹头套筒脱离接触，使钻具解锁，此时钻机提升钻具，水枪逐渐缩回，当水枪缩回至初始位置时，可将钻具从钻孔提出，完成一次开采任务。 

有益效果：本发明的水枪臂采用弹簧夹头锁紧机构，解决了固定式水枪水射流的速度逐渐减低、破岩能力下降的问题，提高了矿产单孔开采量，相对应的降低了矿产的单位矿产开采成本。 

附图说明

图1为本发明实施例的内部结构侧面图。 

图2为本发明实施例的内部结构正面图。 

图3为本发明实施例的内部结构B-B剖面图。

图4为本发明实施例的弹簧接头部位局部剖面图。 

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3、图4，为本发明的实施例，是由高压水输送系统、伸缩控制系统、水枪臂伸缩系统和排渣管道四部分组成； 

所述高压水输送系统包括高压水管8、定位滑块13、滑块16、水枪座17和保护管31，其中高压水管8由上至下依次穿过定位滑块13、滑块16和水枪座17，高压水管8分别与定位滑块13、滑块16和水枪座17螺纹连接，定位滑块13、滑块16和水枪座17通过螺栓固定连接在一起，保护管31穿套在定位滑块13、滑块16和水枪座17外，高压水管8上穿套固定有上挡板11；

所述伸缩控制系统包括两个限位杆1、弹簧夹头14、弹簧夹头套筒15、弹簧夹头解锁顶管18、解锁顶管座19、导向杆9、导向杆上滑套12和导向杆下滑套20和基座21，其中两个限位杆1通过螺钉分别对称固定安装在定位滑块13上面，起到限制定位滑块13运动上点的作用；弹簧夹头14套在导向杆9上，并且安装在弹簧夹头套筒15内，弹簧夹头14可以在弹簧夹头套筒15内上下移动；弹簧夹头14下部设置有弹簧夹头解锁顶管18，弹簧夹头解锁顶管18下部设置有导向杆下滑套20，解锁顶管座19穿套设置在导向杆下滑套20外部；解锁顶管座19设置在水枪座17下部且与水枪座17通过螺纹连接；定位滑块13、滑块16、水枪座17均开设有通孔，弹簧夹头14、弹簧夹头套筒15、弹簧夹头解锁顶管18均穿套在通孔中，导向杆9通过导向杆上锁紧螺母10与上挡板11固定，并且通过导向杆下锁紧螺母22与基座21固定，导向杆9依次穿过上挡板11、导向杆上滑套12、定位滑块13、弹簧夹头14、弹簧夹头解锁顶管18、导向杆下滑套20和基座21；保护管31与上挡板11及基座21通过螺纹连接，起到保护内部结构和支撑钻具的作用；

所述水枪臂伸缩系统包括旋转接头2、水枪臂3、两个水枪支撑件4、支撑杆5、连杆6、支撑杆基座7、导向管26、导向管上滑套27、导向管下滑套28和喷嘴30，其中喷嘴30与水枪臂3通过螺纹连接，旋转接头2与水枪臂3通过螺纹连接，旋转接头2通过螺纹与水枪座17连接；两个水枪支撑件4紧扣在水枪臂3管体上面，并用螺钉紧固，两个水枪支撑件4分别与支撑杆5和连杆6铰接，支撑杆基座7固定在基座21上，支撑杆5、连杆6分别与支撑杆基座7铰接；导向管26通过导向管上锁紧螺母25与上挡板11固定，并且通过导向管下锁紧螺母29与基座21固定，导向管26依次穿过定位滑块13、滑块16和水枪座17；导向管上滑套27与定位滑块13螺纹连接；导向管下滑套28与水枪座17螺纹连接；导向管上滑套27、导向管下滑套28穿套在导向管26上；

所述排渣管道部分由排渣管底座23和排渣管24组成，排渣管24与排渣管底座23通过螺纹连接；排渣管底座23与基座21固定连接。

工作原理及过程： 

水枪伸出：利用钻杆传递的压力使中心高压水管向下运动，带动定位滑块13、滑块16、水枪座17向下运动，旋转接头2旋转，此时旋转接头2、水枪臂3、支撑杆5、连杆6及基座21构成曲柄滑块机构，开始运动，从而使水枪展开；

机构锁紧：中心高压水管上提，利用弹簧夹头14相对于弹簧夹头套筒15向下运动，弹簧夹头14和弹簧夹头套筒15之间的斜面相对运动，使弹簧夹头14内径变小，抱紧夹头内导向杆9，从而使水枪展开角度固定；

机构解锁：当水枪伸展至最大角度后，定位滑块13、滑块16、水枪座17等继续向下运动，直到导向杆下滑套20与导向杆9底部台阶接触，继续向下运动，导向杆下滑套20推动弹簧夹头解锁顶管18及弹簧夹头14向上运动，直到弹簧夹头14上部结构卡入定位滑块13的台阶上，这样，弹簧夹头14与弹簧夹头套筒15分离，弹簧夹头14始终处于张开状态。

钻具回转运动由钻机控制，为防止损坏钻具及水枪端部喷嘴，水枪完全展开后钻具回转转速应控制在2r/min内，故全液压钻机动力头输出的低速回转运动由钻杆传递至钻具驱动其进行转动。水枪的伸缩通过钻机的给进与提升动作实现，当钻具到达孔底后，排渣管底座支撑到孔底岩石上，此时滑块、旋转接头、水枪臂、支撑杆及基座构成曲柄滑块机构，当钻机继续给进时，滑块沿导向管及导向杆向下运动，水枪逐渐展开，当需要钻具进行开采时，在低速回转的同时缓慢提升钻具，此时，弹簧夹头在弹簧夹头套筒斜面作用下夹紧导向杆，从而保证水枪展开角度固定；当开采结束即水枪展开至最大角度时，解锁套筒与基座接触并在基座的推动下向上运动，推动弹簧夹头顶管向上运动，从而使弹簧夹头上部结构卡入定位滑块的台阶上，弹簧夹头与弹簧夹头套筒脱离接触，使钻具解锁，此时钻机提升钻具，水枪逐渐缩回，当水枪缩回至初始位置时，可将钻具从钻孔提出，完成一次开采任务。 

Claims (1)

1.一种弹簧夹头锁紧机构的伸缩水枪，其特征在于：是由高压水射流输送系统、伸缩控制系统、水枪臂伸缩系统和排渣管道四部分组成；

所述高压水射流输送系统包括高压水管（8）、定位滑块（13）、滑块（16）、水枪座（17）和保护管（31），其中高压水管（8）由上至下依次穿过定位滑块（13）、滑块（16）和水枪座（17），高压水管（8）分别与定位滑块（13）、滑块（16）和水枪座（17）螺纹连接，定位滑块（13）、滑块（16）和水枪座（17）通过螺栓固定连接在一起，保护管（31）穿套在定位滑块（13）、滑块（16）和水枪座（17）外，高压水管（8）上穿套固定有上挡板（11）；

所述伸缩控制系统包括两个限位杆（1）、弹簧夹头（14）、弹簧夹头套筒（15）、弹簧夹头解锁顶管（18）、解锁顶管座（19）、导向杆（9）、导向杆上滑套（12）和导向杆下滑套（20）和基座（21），其中两个限位杆（1）通过螺钉分别对称固定安装在定位滑块（13）上面，弹簧夹头（14）套在导向杆（9）上，并且安装在弹簧夹头套筒（15）内，弹簧夹头（14）可以在弹簧夹头套筒（15）内上下移动；弹簧夹头（14）下部设置有弹簧夹头解锁顶管（18），弹簧夹头解锁顶管（18）下部设置有导向杆下滑套（20），解锁顶管座（19）穿套设置在导向杆下滑套（20）外部；解锁顶管座（19）设置在水枪座（17）下部且与水枪座（17）通过螺纹连接；定位滑块（13）、滑块（16）、水枪座（17）均开设有通孔，弹簧夹头（14）、弹簧夹头套筒（15）、弹簧夹头解锁顶管（18）均穿套在通孔中，高压水管（8）上穿套固定有上挡板（11），导向杆（9）通过导向杆上锁紧螺母（10）与上挡板（11）固定，并且通过导向杆下锁紧螺母（22）与基座（21）固定，导向杆（9）依次穿过上挡板（11）、导向杆上滑套（12）、定位滑块（13）、弹簧夹头（14）、弹簧夹头解锁顶管（18）、导向杆下滑套（20）和基座（21）；保护管（31）与上挡板（11）及基座（21）通过螺纹连接；

所述水枪臂伸缩系统包括旋转接头（2）、水枪臂（3）、两个水枪支撑件（4）、支撑杆（5）、连杆（6）、支撑杆基座（7）、导向管（26）、导向管上滑套（27）、导向管下滑套（28）和喷嘴（30），其中喷嘴（30）与水枪臂（3）通过螺纹连接，旋转接头（2）与水枪臂（3）通过螺纹连接，旋转接头（2）通过螺纹与水枪座（17）连接；两个水枪支撑件（4）紧扣在水枪臂（3）管体上面，并用螺钉紧固，两个水枪支撑件（4）分别与支撑杆（5）和连杆（6）铰接，支撑杆基座（7）固定在基座（21）上，支撑杆（5）、连杆（6）分别与支撑杆基座（7）铰接；导向管（26）通过导向管上锁紧螺母（25）与上挡板（11）固定，并且通过导向管下锁紧螺母（29）与基座（21）固定，导向管（26）依次穿过定位滑块（13）、滑块（16）和水枪座（17）；导向管上滑套（27）与定位滑块（13）螺纹连接；导向管下滑套（28）与水枪座（17）螺纹连接；导向管上滑套（27）、导向管下滑套（28）穿套在导向管（26）上；

所述排渣管道部分由排渣管底座（23）和排渣管（24）组成，其中排渣管（24）与排渣管底座（23）通过螺纹连接；排渣管底座（23）与基座（21）固定连接。