CN104533440B - 半断面式岩土铣掘机 - Google Patents

Abstract

半断面式岩土铣掘机，包括履带式行走机构、回转支承平台以及位于平台上的发动机、变速箱、液压系统和驾驶室，还设有圆筒状圆锥齿轮箱，圆筒状圆锥齿轮箱内设有驱动主轴、圆锥齿轮Ⅰ、圆锥齿轮Ⅱ；圆筒状圆锥齿轮箱的两侧分别设有蜗壳形料仓、铣刀盘，蜗壳形料仓的底部设有排料口，蜗壳形料仓内设有涡轮；圆筒状圆锥齿轮箱通过伸缩支撑臂及支撑臂铰接基座与回转支承平台相连，伸缩支撑臂通过前后变距油缸、上下变幅油缸与回转支承平台相连；伸缩支撑臂内设有伸缩传动轴，伸缩传动轴的一端与圆锥齿轮Ⅱ相连，另一端通过万向节与变速箱相连。本发明具有切割能力强，生产效率高，施工安全性大，开采成本低，能源消耗少等优点。

Description

半断面式岩土铣掘机

技术领域

本发明涉及一种半断面式岩土铣掘机。

背景技术

全断面式隧道掘进机，即“盾构机”，是一种主要用于挖掘地面之上或地下隧道工程的专业工具，其存在诸如应用范围不广、工作效率偏低、施工成本很高及能源消耗很大的缺点与不足，难以推广普及应用于大规模的土石方挖掘及采矿、采石等项目工程。

目前，在大型露天矿藏的开采和普通建筑用石料的采掘以及进行土石方挖掘这类项目工程中，对于硬度等级为Ⅰ～Ⅴ级（即：极坚硬～中硬）的矿石或岩石山体，人们普遍先在矿（岩）体上打孔爆破，然后再用“粗破型”破碎机破碎岩石，或者采用挖掘机、装载机等工程机械取走松动的岩石（以腾出大面积空旷场地作建设之用）的传统手段、方式来进行项目施工。由于其技术手段和施工工艺比较原始落后，故而也同样存在着开采危险性大、人工劳动强度高、工序繁杂、生产效率低下及能耗大、开采成本很高和易于诱发地震与山体滑坡等地质灾害的诸多缺点与弊端。

至于单斗式挖掘机，尽管它的应用范围很广，且其挖掘土壤的效率也非常高，但是它却不能去直接挖掘那些未经爆破，比较坚硬的岩石（如各种硬岩、硬土以及冻土等）。同样，像推土机及铲运机等土石方工程机械，它们也照样无法去直接掘取或移运这种硬质的岩土堆层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种岩石切割能力强，生产效率高，施工安全性大，开采成本低，能源消耗少的半断面式岩土铣掘机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种半断面式岩土铣掘机，包括履带式行走机构、回转支承平台以及位于平台上的发动机、变速箱、液压系统和驾驶室，还设有圆筒状圆锥齿轮箱，所述圆筒状圆锥齿轮箱内设有驱动主轴、圆锥齿轮Ⅰ、圆锥齿轮Ⅱ，所述圆锥齿轮Ⅰ安装在驱动主轴上，并与圆锥齿轮Ⅱ相连；所述圆筒状圆锥齿轮箱的两侧分别设有蜗壳形料仓、铣刀盘，所述蜗壳形料仓的底部设有排料口，所述蜗壳形料仓内设有涡轮，所述涡轮安装在驱动主轴上，所述铣刀盘通过轴承安装在蜗壳形料仓上，并与驱动主轴相连；所述圆筒状圆锥齿轮箱通过伸缩支撑臂及支撑臂铰接基座与回转支承平台相连，所述伸缩支撑臂通过前后变距油缸、上下变幅油缸与回转支承平台相连，所述前后变距油缸、上下变幅油缸通过管路与液压系统相连；所述伸缩支撑臂内设有伸缩传动轴，所述伸缩传动轴的一端与圆锥齿轮Ⅱ相连，另一端通过万向节与变速箱相连。

进一步，所述铣刀盘由2-4个呈扇形状且均布于刀盘圆截面上的刀排体、2-4节弧形且均布于刀盘圆截面上的锯齿条以及与刀盘背面连接的轴承座焊接而成，所述刀排体上沿径向设有锯齿状的切削刀片，且前一幅刀排体与后一幅刀排的切削刀片交错排列。

进一步，所述铣刀盘的轮缘上均布有柱齿状的铣齿（或称为“预截器”）。

进一步，所述涡轮为三叶式涡轮。

进一步，所述伸缩支撑臂为双节式伸缩支撑臂。

进一步，所述伸缩传动轴为花键式伸缩传动轴。

本发明涡轮随驱动主轴作单向旋转，以便利用自身的机械力来完成强制性排卸仓内所收集、吞入的物料。本发明通过伸缩支撑臂、臂内的伸缩传动轴以及置于伸缩支撑臂左右两侧的前后变距油缸、上下变幅油缸进行连接，这两副液压油缸可使铣刀盘分别进行前后与上下四个方向的工作运动，而铣刀盘左右方向的工作运动，则通过回转支承平台上的一个超大直径的齿圈与驱动齿轮予以配合来实现。

本机具切削岩石山体时，主要是利用从山顶往下逐级分层的水平式铣削推进的作业方式来切削停机面以上的各种物料（即“半断面式”），当然，它还可利用刀盘轮缘上所布置的柱形铣齿-即可进行周铣的预截器来分层依次地铣掘停机面以下一定深度的岩土层，然后再接着继续去铣削停机面之上的物料。每个岩土铣削层的高度，2m-4m不等。由于机具工作机头采用的是双刀盘结构且作单向式工作回转，故而它在回转支承平台的驱动作用下，既可沿逆时针方向，也可沿顺时针方向针对岩土堆层进行左右开弓的、连续地切割工作。其具体过程是：当一侧刀盘在沿顺时针或逆时针方向完成半个铣削工作循环后，另一侧刀盘面上具有反向切割齿的刀盘便紧接着在前后变距油缸与回转支承平台的联合驱动作用下，开始对岩壁进行反向式地切割工作。边切割边不断地向前推动。其机头的整个工作过程，仿佛是在沿着一条“之”字形的运动轨迹在进行运动。而对于那种在切削较软岩体时可能遇到的内含很坚硬的夹石，或者其间夹着硬质金属团、块等异物的情况，为了避免产生“让刀”（即“刀盘打滑”）的现象而致使切削工作难以为继，因此，人们可以仿照金属切削加工过程中解决此类问题的常用方法（即采用降低刀盘转速和减小吃力进给量的切削方法）来予以成功解决。

本发明机具既是一种矿石与普通建筑石料的开采机具，同时也是一种可进行大规模土、石方挖掘工程的大型通用工程机械。

本发明机具是以一种“端面铣削+周向预截”的工作方式来直接从岩体或矿体上切割、剥离、采掘矿石或者石料、土料，具有岩石切割能力强（因铣削是属于一种高速、连续工作且小切削量的去除加工方式，故相对于那种低速、间歇式作业且大切削量的挖掘工作方式来讲，铣削的切割能力要更为强大）、生产效率高、施工安全性大、能源消耗少以及采掘工序省、生产与运营成本低和日后便于实现自动化、信息化远程操控乃至智能化无人操控工作的一系列优点。此外，还由于本发明机具所切割、采掘下来的矿石、石料或土壤，它们全都是一种块度（或粒度）比较细小的粉碎状或粉末状颗粒，因此这些细碎或细微物料本身，它们即已变成一种具有广泛工业应用价值的能够直接在市场上出售的产品。而若以传统的开采手段和工艺方法来开采这类岩石（矿石）或土壤，所得到的只是那种大块度的“荒料”或者成为废石、废料（除非人们接下来再继续采用“中破型”或者“细破型”规格的破碎机，来进一步对这些尚无商品价值的“半成品”予以精深加工、破碎才行）。这样，本发明机具不但简化了工艺（即一举省略了“打孔爆破”和“粗破”这两道采矿前期必经的工序），而且同时还大幅度提高了所生产产品的成品率，从而有助于相关企业进一步降低其每吨产品的生产成本，创造出更多的经济与社会效益（节能、环保）。

附图说明

图1 为本发明实施例的结构简化示意图；

图2 为图1所示实施例的侧视图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照附图，本实施例包括履带式行走机构1、回转支承平台2以及位于平台上的发动机3、变速箱4、液压系统5和驾驶室6，还设有圆筒状圆锥齿轮箱7，所述圆筒状圆锥齿轮箱7内设有驱动主轴8、圆锥齿轮Ⅰ9、圆锥齿轮Ⅱ10，所述圆锥齿轮Ⅰ9安装在驱动主轴8上，并与圆锥齿轮Ⅱ10相连；所述圆筒状圆锥齿轮箱7的两侧分别设有蜗壳形料仓11、铣刀盘12，所述蜗壳形料仓11的底部设有排料口，所述蜗壳形料仓11内设有涡轮13，所述涡轮13安装在驱动主轴8上，所述铣刀盘12通过轴承安装在蜗壳形料仓11上，并与驱动主轴8相连；所述圆筒状圆锥齿轮箱7通过伸缩支撑臂14及支撑臂铰接基座15与回转支承平台2相连，所述伸缩支撑臂14通过前后变距油缸16、上下变幅油缸17与回转支承平台2相连，所述前后变距油缸16、上下变幅油缸17通过管路与液压系统5相连；所述伸缩支撑臂14内设有伸缩传动轴18，所述伸缩传动轴18的一端与圆锥齿轮Ⅱ10相连，另一端通过万向节19与变速箱4相连。

本实施例中，所述铣刀盘12由2个呈扇形状且均布于刀盘圆截面上的刀排体12-1、2节弧形且均布于刀盘圆截面上的锯齿条12-2以及与刀盘背面连接的轴承座焊接而成，所述刀排体12-1上沿径向设有锯齿状的切削刀片12-3，且前一幅刀排体与后一幅刀排的切削刀片交错排列。

本实施例中，所述铣刀盘12的轮缘上均布有柱齿状的铣齿12-4（或称为“预截器”）。

本实施例中，所述涡轮13为三叶式涡轮。

本实施例中，所述伸缩支撑臂14为双节式伸缩支撑臂。

本实施例中，所述伸缩传动轴18为花键式伸缩传动轴。

工作时，发动机通过变速箱和伸缩传动轴将动力传输给驱动主轴，并带动铣刀盘作单向旋转，而铣刀盘切割岩土的吃刀（即“进给”）运动，一方面是通过刀盘轮缘上均布设置的柱齿状的铣齿进行周向铣刨（简称“周铣”），另一方面，是通过与刀盘联动的回转支承平台对其所施加的一种轴向进给力（即令刀盘以其端面进行铣削，简称“端铣”）来予以共同实现。由于钢制的刀盘直径很大且本身有一定的实体厚度，因此，该刀盘在工作时将可产生一种很强大的回转力矩（即一种对岩体断面进行直接切割的周向切割力）和由回转支承平台提供的轴向进给力，致使刀盘能够紧压岩壁上边回转边推进。又由于在刀盘上布置有2副刀排体，每一幅刀排体上均设置有一排呈锯齿状的刀片（碳化钨），并且前一幅刀排体与后一幅刀排的刀片交错排列，再加上任意一幅刀排又必定是从早已有破损或裂纹、裂隙的岩壁边缘处或岩体残缺口这些部位以一种较小的吃刀（进给）量来切割岩体或矿体，因此，即便是对于那种质地硬度非常大的岩石山体（岩石越硬，其脆性也越大），本机具刀盘也将因所承受的切削阻力并不是太大而有能力将它化整为零，逐一地给铣削、铲除掉。

具体的切削过程：第一幅刀排首先从岩体边缘处开始吃刀、切割，吃刀时，刀排给岩壁（待切削面）一个脉冲（间歇）式冲击作用力和铲削式剪切力，以及机具对岩壁施加的强大压力的复合作用力，从而致使岩壁局部表层被凿碎、压裂而出现一道道周围带有众多细小裂纹、裂隙的同心圆状的沟槽。紧接着，随着刀盘继续旋转，刀盘中的第二副刀排便开始在前一副刀排已经铲刮、凿切出一条条犁沟的基础上（此时，该岩壁因表层再度受损、破裂，其组织结构强度又进一步降低），再次对该岩壁表层进行“错位式”、小吃刀量地铲削与凿切，从而再度在该切削面上犁出一道道新的、深度更深的沟槽。如此循环往复不断地铲、凿与切割，最终，硬质岩石山体将被一层层给铣削、铲刮、切割掉。同时，人们也可以从中获得一种细小粒径的商品型矿产资源产品，如冶金工业用的金属矿石颗粒、化工生产用的非金属矿石颗粒、以及建筑所用的石料、铺设高铁或高速公路用的筑路石和农业耕种所用的小颗粒状的土壤等等。

当这些呈细小颗粒状的物料被切割下来后，通过喇叭形导料口进入（或称“被挤压进”）蜗壳形集料仓的前端部分，这些彼此松散、独立的物料已没有之前的相互紧密地连接关系，在三叶式涡轮的推动下进入到料仓内部的螺旋形物料流通、传输管道。由于该管道内任意一处位置的横截面积都要小于其管口处，因此管道内物料所承受的压力必然要大于管道口物料之压力。于是，在这种压力和涡轮驱动力的共同作用下，仓内的物料由之前的轴向移动转变成径向移动（呈辐射状），并沿着螺旋管道向前移动至压力很小的管口处，最终掉落到管口下方所布置的输送机上被运送至指定地点，若无此输送机设置，物料可就地直接洒抛在采掘作业面上，然后再由相关配套的装载机予以清运。

Claims (5)

1.一种半断面式岩土铣掘机，包括履带式行走机构、回转支承平台以及位于平台上的发动机、变速箱、液压系统和驾驶室，其特征在于：还设有圆筒状圆锥齿轮箱，所述圆筒状圆锥齿轮箱内设有驱动主轴、圆锥齿轮Ⅰ、圆锥齿轮Ⅱ，所述圆锥齿轮Ⅰ安装在驱动主轴上，并与圆锥齿轮Ⅱ相连；所述圆筒状圆锥齿轮箱的两侧分别设有蜗壳形料仓、铣刀盘，所述蜗壳形料仓的底部设有排料口，所述蜗壳形料仓内设有涡轮，所述涡轮安装在驱动主轴上，所述铣刀盘通过轴承安装在蜗壳形料仓上，并与驱动主轴相连；所述圆筒状圆锥齿轮箱通过伸缩支撑臂及支撑臂铰接基座与回转支承平台相连，所述伸缩支撑臂通过前后变距油缸、上下变幅油缸与回转支承平台相连，所述前后变距油缸、上下变幅油缸通过管路与液压系统相连；所述伸缩支撑臂内设有伸缩传动轴，所述伸缩传动轴的一端与圆锥齿轮Ⅱ相连，另一端通过万向节与变速箱相连；

所述铣刀盘由2-4个呈扇形状且均布于刀盘圆截面上的刀排体、2-4节弧形且均布于刀盘圆截面上的锯齿条以及与刀盘背面连接的轴承座焊接而成，所述刀排体上沿径向设有锯齿状的切削刀片，且前一幅刀排体与后一幅刀排体的切削刀片交错排列。

2.根据权利要求1所述的半断面式岩土铣掘机，其特征在于：所述铣刀盘的轮缘上均布有柱齿状的铣齿。

3.根据权利要求1或2所述的半断面式岩土铣掘机，其特征在于：所述涡轮为三叶式涡轮。

4.根据权利要求1或2所述的半断面式岩土铣掘机，其特征在于：所述伸缩支撑臂为双节式伸缩支撑臂。

5.根据权利要求1或2所述的半断面式岩土铣掘机，其特征在于：所述伸缩传动轴为花键式伸缩传动轴。