CN104278997A - 一种喷射混凝土的防爆管安全防护装置 - Google Patents

一种喷射混凝土的防爆管安全防护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其主要包括一微动电机、两个活塞、一个连杆机构、一个传动齿轮，以及一输出管口和一备用输出管口；其中齿轮与微动电机的输出轴固定连接，第一活塞杆的自由端还固定连接有一弹簧，当第一活塞杆自左向右运动时，弹簧与微动电机的电源开关按钮接触并启动微动电机工作；在混凝土正常输送过程中，通过活塞将备用输出管封堵住，泵送混凝土从输出管口输出；当输出管口后接的混凝土喷管总成出现混凝土堵管时，由活塞打开备用管口并同步封堵住输出管口，以进行混凝土喷射输出管路之间的自动切换。本发明的安全防护装置为纯机械结构，其运行稳定、可靠性好。

Description

一种喷射混凝土的防爆管安全防护装置
技术领域
本发明属于泵送混凝土安全输送技术领域，具体涉及一种喷射混凝土的防爆管安全防护装置。
背景技术
煤矿掘进工作中锚喷支护是煤矿生产建设的重要工序，而喷射混凝土工艺则是煤矿井下最为普遍的锚喷作业工序。
在湿喷物料管道输送过程中，混凝土输送管道发生堵塞的情况时有发生，除容易造成设备的损坏外，严重时甚至影响到工程进度、威胁施工人员健康。
如何保证煤矿湿喷混凝土管道安全稳定运行，以及在发生混凝土输送管路堵塞现象时，如何在保持井下混凝土喷射作业的应急处理是目前煤矿湿喷支护工程中亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的是，提供一种纯机械结构的喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其在发生混凝土输送管路堵塞时，能自动切断所堵塞管路的进口端、自动开启备用的混凝土输送管的进口端以继续进行井下混凝土喷射作业。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其特征在于，包括一微动电机、一左端带法兰面并与混凝土输送泵连接的管口、右端兼作第一活塞装置的筒体的水平管；
所述第一活塞装置的筒体内设置有第一活塞杆，所述第一活塞杆的自由端伸出所述水平管的右端管口外；
所述水平管上从左至右一前一后分别连通有第一支管和第二支管；
所述水平管、第一支管和第二支管三者的中心轴线在同一个平面上；
所述第一支管的中心轴线与所述水平管中心轴线之间的第一夹角小于等于30度；
所述第二支管的中心轴线与所述水平管中心轴线垂直；
所述第二支管的管壁上还开设有一管口，所述管口连接有第三支管，所述管口的中心轴线与所述第二支管的中心轴线垂直；
所述第一支管、第二支管和第三支管三者的内径相等；
所述第一活塞杆的自由端的外壁上设置有齿圈，所述齿圈与设置在所述第一活塞杆下方的齿轮啮合；
所述齿轮外侧面上的齿部内侧处固定连接有一连杆结构，所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆；
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆依次成可转动连接；
所述第二连杆为一杠杆，所述杠杆的支点到所述第一连杆与第二连杆的连接点的距离大于或等于所述杠杆的支点到所述第三连杆与第二连杆的连接点的距离的2倍；
所述第二支管兼作第二活塞装置的筒体，所述第四连杆兼作第二活塞杆；
所述第二活塞杆的末端伸入所述第二活塞装置的筒体内，其自由端伸出所述第二支管的管口外；
所述第一支管和第三支管分别连接有混凝土喷管总成；
所述齿轮与所述第一活塞杆的表面均分别开设有一不透孔，两个不透孔之间通过一断裂保护装置连接，所述断裂保护装置的抗剪切强度对应于所述混凝土喷管总成和额定工作压力值的80-90％；
所述断裂保护装置为U形卡扣，所述U形卡扣的两个连接腿部分别插入所述不透孔内形成跨接；
所述齿轮与所述微动电机的输出轴固定连接；
所述第一活塞杆的自由端还固定连接有一弹簧，所述微动电机的电源开关按钮设置在所述弹簧的轴向延长线上并与弹簧保留一定间隙，当所述第一活塞杆自左向右运动时，所述弹簧与所述微动电机的电源开关按钮相接触并启动所述微动电机工作；
当所述第一混凝土喷管总成内混凝土正常输送时，所述第一活塞杆的末端将所述第一支管与水平管连通处封堵住，所述第二活塞杆的末端在所述第三支管与第二支管连通处的下方，混凝土自水平管的左端输入从第三支管的出口输出进入第二混凝土喷管总成；
当所述第一混凝土喷管总成内出现堵管时，所述第一活塞杆在装置内混凝土压力的作用下向右推送逐步将所述第一支管与水平管连通处打开；与此同时，所述第一活塞杆的齿圈带动所述齿轮顺时针转动并推动所述连杆机构工作，所述连杆机构的第四连接杆自下而上运动直至完全封堵所述第三支管与第二支管连通处，此时，混凝土自水平管的左端输入从第一支管的出口输出进入第一混凝土喷管总成。
上述技术方案直接带来的技术效果是，喷射混凝土的防爆管安全防护装置为纯机械结构，其运行稳定、可靠性好；
采用上述技术方案的喷射混凝土的防爆管安全防护装置在发生混凝土输送管路堵塞时，能自动切断所堵塞管路的进口端、自动开启备用的混凝土输送管的进口端以继续进行井下混凝土喷射作业。详细说明如下：
上述技术方案中的连杆结构是借鉴现有技术的插齿机的连杆机构，其技术成熟、运行可靠。该连杆机构一方面，可以巧妙地将水平方向上的运动转换为垂直方向上的运动，即实现动作的“换向”；另一方面，其通过杠杆原理，可以将输入的作用力经放大后的输出。具体到上述技术方案中的连杆机构，由于：
1、第一支管的中心轴线与水平管中心轴线之间的第一夹角小于或等于30度；而第二支管的中心轴线与水平管中心轴线垂直；而且第一支管、第二支管和第三支管三者的内径相等。
上述系列技术特征的采用，使得要全部打开第一支管与水平管连接处，第一活塞杆所需进行的从左向右方向上的运动距离(等于管径除以第一夹角的正弦值)，始终为全部封堵住第三支管与水平管连接处，第二活塞杆进行的从下向上方向上运动距离(等于管径)2倍以上。
2、所述第二连杆为一杠杆，所述杠杆的支点到所述第一连杆与第二连杆的连接点的距离大于或等于所述杠杆的支点到所述第三连杆与第二连杆的连接点的距离的2倍。
这一技术手段的采用，一方面可以将源于第一活塞杆产生、经齿轮传递到达连杆机构的主动力，经杠杆效应放大至少2倍以上，以作为第二活塞杆的驱动力；
3、由于第一活塞杆与第二活塞杆各自的末端所受的混凝土压力相等。
因此，只有运用(上述第2)所述的杠杆原理进行力的放大后输出，才能保证第二活塞杆运动的进行；
而(上述第1)所述的要按预期的方式全部打开或封堵住相应的关口连接处，第一活塞杆运动的距离大于或者等于第二活塞杆运动距离的2倍，这一技术手段构成了杠杆发挥预期作用的必要条件之一。即，随着第一活塞杆自左向右运动开始、第一支管与水平管连接处开始渐次打开、装置内混凝土压力开始泄压，直至第一支管与水平管连接处全部成敞开状态、装置内混凝土压力达到新的平衡的全过程中，第二活塞杆将同步向上推送、直至将第三支管与水平管连接处完全封堵。
当上述工作过程结束后，可以将于第三支管连接的混凝土喷管总成拆卸下来(或直接在连接状态下)，进行管路的疏通。疏通完毕后，将其重新安装到位。
当井下混凝土喷射作业完成后，由人工或借助机械，重新将喷射混凝土的防爆管安全防护装置复位，并更换新的断裂保护装置(U形卡扣)，备用。
考虑到喷射混凝土的防爆管安全防护装置在运转过程中，可能存在驱动力不足，将导致相应管口连接处不能自动且顺利地实现完全开启或完全封堵的全部动作，上述技术方案中，还辅之以“齿轮与微动电机的输出轴固定连接；第一活塞杆的自由端还固定连接有一弹簧，当第一活塞杆自左向右运动时，该弹簧与微动电机的电源开关按钮接触并启动微动电机工作”等系列技术手段，以借助微动电机，对齿轮进行强制性辅助驱动。
作为优选，上述齿轮的圆心处设置有一用于支撑所述第一连杆的支撑块。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，可以更好地保证第一连杆动作执行的稳定性，防止其出现以其与齿轮固定连接点产生圆周运动。
进一步优选，上述U形卡扣的材质为酚醛树脂。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，该技术手段的采用，主要是考虑到酚醛树脂材料的脆性(所能产生的弹性变形量小)，以保证其及时断裂。
进一步优选，上述的喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其特征在于，除所述齿轮和所述断裂保护装置之外的其他部分，材质均为不锈钢。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，这主要考虑的是防爆管安全防护装置可以更好地适应其具体的使用工况。
进一步优选，上述第一活塞杆和第二活塞杆的末端均设置有衬胶层；所述水平管与所述第一支管的连接处设置有衬胶层；所述第三支管与所述第二支管的连接处设置有衬胶层。
该优选技术方案直接带来的技术效果是，可以更好地保证所需达到的密封效果。
综上所述，本发明的喷射混凝土的防爆管安全防护装置相对于现有技术，具有纯机械结构所特有的运行安全稳定性与可靠性，其在发生混凝土输送管路堵塞时，能自动切断所堵塞管路的进口端、自动开启备用的混凝土输送管的进口端，以继续进行井下混凝土喷射作业等有益效果。
附图说明
图1为本发明的喷射混凝土的防爆管安全防护装置的剖视结构示意图之一(主要示出第一混凝土喷管总成内混凝土正常输送时的工作状态)；
图2为本发明的喷射混凝土的防爆管安全防护装置的剖视结构示意图之二(主要示出第一混凝土喷管总成内混凝土出现堵管时的工作状态)；
图3为本发明的喷射混凝土的防爆管安全防护装置的剖视结构示意图之三(主要示出微动电机、齿轮即第一活塞杆之间的位置连接关系)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明的喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其特征在于，包括一微动电机、一左端带法兰面并与混凝土输送泵连接的管口、右端兼作第一活塞装置的筒体的水平管1；
上述第一活塞装置的筒体内设置有第一活塞杆5，所述第一活塞杆5的自由端伸出所述水平管的右端管口外；
水平管上从左至右一前一后分别连通有第一支管2和第二支管3；
上述水平管、第一支管2和第二支管3三者的中心轴线在同一个平面上；
上述第一支管2的中心轴线与所述水平管中心轴线之间的夹角小于或等于30度；
上述第二支管3的中心轴线与所述水平管中心轴线垂直；
第二支管3的管壁上还开设有一管口，该管口连接有第三支管4，第三支管4的中心轴线与第二支管3的中心轴线垂直；
上述第一支管2、第二支管3和第三支管4三者的内径相等；
上述第一活塞杆5的自由端的外壁上设置有齿圈31，该齿圈与设置在第一活塞杆下方的齿轮6啮合；
齿轮外侧面上的齿部内侧处11固定连接有一连杆结构，该连杆机构包括第一连杆7、第二连杆9、第三连杆8和第四连杆10；
上述第一连杆7、第二连杆9、第三连杆8和第四连杆10依次成可转动连接；
上述第二连杆9为一杠杆，该杠杆的支点12到第一连杆与第二连杆的连接点的距离大于或等于所述杠杆的支点12到所述第三连杆与第二连杆的连接点的距离的2倍；
上述第二支管12兼作第二活塞装置的筒体，第四连杆10兼作第二活塞杆；
上述第二活塞杆的末端伸入所述第二活塞装置的筒体内，其自由端伸出所述第二支管的管口3外；
上第一支管2和第三支管3分别连接有混凝土喷管总成；
上述齿轮6与所述第一活塞杆表面分别开设有一不透孔(图中未示出)，两个不透孔之间通过一断裂保护装置(图中未示出)连接，该断裂保护装置的抗剪切强度对应于上述混凝土喷管总成和额定工作压力值的80-90％；
上述断裂保护装置为U形卡扣，该U形卡扣的两个连接腿部分别插入上述不透孔内形成跨接；
如图3所示，上述齿轮6与微动电机51的连接轴13固定连接；
上述第一活塞杆的自由端还固定连接有一弹簧41，上述微动电机6的电源开关按钮(图中未示出)设置在弹簧41的轴向延长线上并与弹簧保留一定间隙，当第一活塞杆自左向右运动时，该弹簧41与微动电机的电源开关按钮(图中未示出)接触并启动微动电机6工作；
当上述第一混凝土喷管总成内混凝土正常输送时，上述第一活塞杆5的末端将第一支管与水平管连通处封堵住，第二活塞杆10的末端在第三支管与第二支管连通处的下方，混凝土自水平管的左端输入从第三支管的出口输出进入第二混凝土喷管总成；
当上述第一混凝土喷管总成内出现堵管时，第一活塞杆5在装置内混凝土压力的作用下向右推送逐步将所述第一支管与水平管连通处打开；与此同时，第一活塞杆的齿圈31带动所述齿轮6顺时针转动并推动所述连杆机构工作，连杆机构的第四连接杆自下而上运动直至完全封堵第三支管4与第二支管3连通处，此时，混凝土自水平管的左端输入从第一支管2的出口输出进入第一混凝土喷管总成。
上述齿轮6的圆心处最好还设置有一用于支撑所述第一连杆的支撑块23。
上述U形卡扣的材质为酚醛树脂。
上述的喷射混凝土的防爆管安全防护装置，除所述齿轮6和所述断裂保护装置之外的其他部分，材质均为不锈钢。
上述第一活塞杆5和第二活塞杆10的末端均设置有衬胶层(图中未示出)；水平管1与第一支管2的连接处均设置有衬胶层(图中未示出)；第三支管4与第二支管3的连接处均设置有衬胶层(图中未示出)。

Claims (5)

1.一种喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其特征在于，包括一微动电机、一左端带法兰面并与混凝土输送泵连接的管口、右端兼作第一活塞装置的筒体的水平管；
所述第一活塞装置的筒体内设置有第一活塞杆，所述第一活塞杆的自由端伸出所述水平管的右端管口外；
所述水平管上从左至右一前一后分别连通有第一支管和第二支管；
所述水平管、第一支管和第二支管三者的中心轴线在同一个平面上；
所述第一支管的中心轴线与所述水平管中心轴线之间的夹角小于或等于30度；
所述第二支管的中心轴线与所述水平管中心轴线垂直；
所述第二支管的管壁上还开设有一管口，所述管口连接有第三支管，所述管口的中心轴线与所述第二支管的中心轴线垂直；
所述第一支管、第二支管和第三支管三者的内径相等；
所述第一活塞杆的自由端的外壁上设置有齿圈，所述齿圈与设置在所述第一活塞杆下方的齿轮啮合；
所述齿轮外侧面上的齿部内侧处固定连接有一连杆结构，所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆；
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆依次成可转动连接；
所述第二连杆为一杠杆，所述杠杆的支点到所述第一连杆与第二连杆的连接点的距离大于或等于所述杠杆的支点到所述第三连杆与第二连杆的连接点的距离的2倍；
所述第二支管兼作第二活塞装置的筒体，所述第四连杆兼作第二活塞杆；
所述第二活塞杆的末端伸入所述第二活塞装置的筒体内，其自由端伸出所述第二支管的管口外；
所述第一支管和第三支管分别连接有混凝土喷管总成；
所述齿轮与所述第一活塞杆的表面均分别开设有一不透孔，两个不透孔之间通过一断裂保护装置连接，所述断裂保护装置的抗剪切强度对应于所述混凝土喷管总成和额定工作压力值的80-90％；
所述断裂保护装置为U形卡扣，所述U形卡扣的两个连接腿部分别插入所述不透孔内形成跨接；
所述齿轮与所述微动电机的输出轴成固定连接；
所述第一活塞杆的自由端还固定连接有一弹簧，所述微动电机的电源开关按钮设置在所述弹簧的轴向延长线上并与弹簧保留一定间隙，当所述第一活塞杆自左向右运动时，所述弹簧与所述微动电机的电源开关按钮相接触并启动所述微动电机工作；
当所述第一混凝土喷管总成内混凝土正常输送时，所述第一活塞杆的末端将所述第一支管与水平管连通处封堵住，所述第二活塞杆的末端在所述第三支管与第二支管连通处的下方，混凝土自水平管的左端输入从第三支管的出口输出进入第二混凝土喷管总成；
当所述第一混凝土喷管总成内出现堵管时，所述第一活塞杆在装置内混凝土压力的作用下向右推送逐步将所述第一支管与水平管连通处打开；与此同时，所述第一活塞杆的齿圈带动所述齿轮顺时针转动并推动所述连杆机构工作，所述连杆机构的第四连接杆自下而上运动直至完全封堵所述第三支管与第二支管连通处，此时，混凝土自水平管的左端输入从第一支管的出口输出进入第一混凝土喷管总成。
2.根据权利要求1所述的喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其特征在于，所述齿轮的圆心处设置有一用于支撑所述第一连杆的支撑块。
3.根据权利要求1所述的喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其特征在于，所述U形卡扣的材质为酚醛树脂。
4.根据权利要求1所述的喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其特征在于，除所述齿轮和所述断裂保护装置之外的其他部分，材质均为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的喷射混凝土的防爆管安全防护装置，其特征在于，所述第一活塞杆和第二活塞杆的末端均设置有衬胶层；
所述水平管与所述第一支管的连接处设置有衬胶层；
所述第三支管与所述第二支管的连接处设置有衬胶层。
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