CN104632231A - 顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置 - Google Patents

顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置 Download PDF

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Abstract

顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置，该装置包括移动台车、动力系统、液压控制系统、执行系统。电动机与液压泵连接，液压泵一端与液压油箱连接，另一端与三位四通阀的进油口连接，经过三位四通阀的油液被分为三路，第一路通过止回阀与电磁控制液压阀组连接；第二路通过双向转换控制阀a、双向转换控制阀b与柱塞式初级液压缸连接；第三路通过液压油路进行装置的初始循环；所述初始循环为装置内部的液压油由液压油箱经液压泵和液压油冷却器后回到液压油箱中；作业棒上的多组小型顶柱式千斤顶活塞开始工作，相互对称的顶柱伸出，对岩石实施拉剪应力，当施加应力超过岩石极限破坏拉剪应力时，岩石被破碎。

Description

顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置
技术领域
本发明涉及一种顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置，属于岩质隧道或岩质地下工程非爆破岩石开挖掘进施工技术领域。
背景技术
岩质隧道掘进，目前主要采用钻爆法进行施工。但钻爆法产生的振动、飞石、冲击波、噪声、有害气体等不仅会对周围环境产生影响，同时爆破过程产生飞石和炮烟，迫使钻爆法只能采用间断循环作业，大大影响了钻孔、出碴和支护工作的时间利用率。此外，如果隧道掘进是在城镇复杂环境下进行，爆破振动必将对临近建(构)筑物构成危害，钻爆法施工将会受到极其严格的限制。因而，非爆破隧道掘进方法得到了快速发展。
全断面隧道掘进机(TBM)掘进法是目前最有效的非爆破隧道掘进方法，但隧道掘进机投资巨大，一般适用于圆形截面长隧道工程。悬臂式掘进机是另一种常用隧道掘进机械，具有机动灵活，可以开挖任意形状截面的隧道等特点，但它也有局限性，一般只能用于单轴强度小于120MPa岩石。
岩质隧道多点同步胀裂掘进施工破岩是从岩体内部以施加拉应力来破碎岩石，所需求的破碎力较小，因此胀裂装置结构紧凑，轻便灵活，非常适合于在狭窄空间内破岩工作。此外，岩质隧道多点同步胀裂掘进施工破岩法是非爆破技术，在胀裂过程中无需撒离人员和设备，可以连续作业，破岩过程对围岩和周围复杂环境不会产生有害影响。
发明内容
本发明是一种在岩质隧道掌子面由凿岩台车依据要求成孔，然后插入作业棒，通过柱塞式液压泵将普通液压泵产生的液压动力转换成超高压液压动力，利用超高压油管，将动力传递到破碎胀裂棒头上的多点顶住处，从而形成胀裂岩石的拉应力，最终实现对隧道掌子面处岩石的拉剪破坏使之破碎，实现液压破碎机械对岩石破碎的非爆破式掘进效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置，该装置包括移动台车、动力系统、液压控制系统、执行系统。
所述移动台车包括移动轮(1)、支撑底架(2)、支撑立柱(3)、收纳箱(7)、支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)、连接板(11)。
所述动力系统包括电动机(4)。
所述液压控制系统包括液压泵(5)、柱塞式液压泵(6)、三位四通阀(8)、液压油路管(12)、电磁控制液压阀组(13)、液压油箱(14)、截止阀(15)、止回阀(16)、液压油冷却器(17)、泄压阀(21)、定压阀(22)、液压油路(23)、液压油冷却器(26)、双向转换控制阀a(27)、柱塞式初级液压缸(28)、双向转换控制阀b(29)、柱塞式高压液压缸(30)。
所述执行系统包括作业棒(18)、超高压油管(19)、超高压油管连接头(20)、操作连接线(24)、操作盘(25)。
所述作业棒(18)、超高压油管(19)为5-10组，各组的作业棒(18)与超高压油管(19)相连接且各组平行并列布置；与各组超高压油管(19)相对应，电磁控制液压阀组(13)的各输出端通过超高压油管连接头(20)与各组超高压油管(19)相连。
所述支撑底架(2)设置在移动台车的底部，支撑立柱(3)固定在支撑底架(2)上；支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)位于移动台车的顶部，且支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)相互垂直交叉连接并固定在支撑立柱(3)顶端；移动轮(1)设置在支撑底架(2)与地面之间；连接板(11)设置在支撑立柱(3)上；收纳箱(7)固定在移动台车内部的各支撑立柱(3)与支撑底架(2)之间。
所述动力系统、液压控制系统、执行系统安装固定在移动台车上；柱塞式液压泵(6)包括柱塞式初级液压缸(28)、柱塞式高压液压缸(30)两部分，柱塞式初级液压缸(28)与柱塞式高压液压缸(30)通过内部的比例活塞连接。
操作盘(25)通过操作连接线(24)与电磁控制液压阀组(13)连接，电磁控制液压阀组(13)用以调节控制各组的超高压油管(19)内的油液压力。
电磁控制液压阀组(13)一端设有泄压阀(21)、定压阀(22)，泄压阀(21)、定压阀(22)通过液压油路(23)与液压油箱(14)连接。
电动机(4)与液压泵(5)连接，液压泵(5)一端与液压油箱(14)连接，另一端与三位四通阀(8)的进油口连接，经过三位四通阀(8)的油液被分为三路，第一路通过止回阀(16)与电磁控制液压阀组(13)连接；第二路通过双向转换控制阀a(27)、双向转换控制阀b(29)与柱塞式初级液压缸(28)连接；第三路通过液压油路(23)进行装置的初始循环；所述初始循环为装置内部的液压油由液压油箱(14)经液压泵(13)和液压油冷却器(26)后回到液压油箱(14)中；截止阀(15)设置在油液在进入液压油冷却器(26)之前的支路上。
所述作业棒(18)包括主油道管(31)、小型顶柱式千斤顶活塞(32)、作业棒钢质外壳(33)、顶柱偶件(34)、顶柱(35)、作业棒手持柄(36)、回收顶柱油道(37)、高压密封垫圈(38)；具体而言，主油道管(31)设置在钢质外壳(33)的中间位置，沿钢质外壳(33)的径向方向对称设置有5-10组顶柱偶件(34)，各组顶柱偶件(34)均匀对称布置；顶柱偶件(34)的中间为顶柱(35)，顶柱(35)与小型顶柱式千斤顶活塞(32)连接，主油道管(31)内的油液推动小型顶柱式千斤顶活塞(32)及顶柱(35)；回收顶柱油道(37)设置在小型顶柱式千斤顶活塞(32)沿作业棒钢质外壳(33)径向运动的边缘处，回收顶柱油道(37)与主油道管(31)平行，且对称布置在主油道管(31)两侧；作业棒手持柄(36)设置在作业棒(18)一端且与钢质外壳(33)相连接；小型顶柱式千斤顶活塞(32)与作业棒钢质外壳(33)径向方向设置有高压密封垫圈(38)。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、借助液压机械胀裂设备，通过液压传动(利用液压千斤顶的原理，而不是常见的楔器原理)，胀裂器作业棒多点同步对岩石隧道掌子面处由凿岩台车形成的孔壁施加推力，从而将岩石拉剪破坏使岩体发生破碎。破碎过程没有振动和碎石飞溅，安全可靠。与传统钻爆法施工相比，大幅提高施工安全水平，并具有节能环保等优点。
2、本装置所使用材料均可从市场采购成品，设备体积小，加工制造简单，组装和运输便捷。该装置与凿岩台车配套使用，可以形成机械化循环作业。
附图说明
图1顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置外形结构布置图。
图2为顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置工作原理图。
图3为作业棒顶柱伸出图。
图4为作业棒顶柱收回图。
图5作业棒的剖面图。
图中：1、移动轮，2、支撑底架，3、支撑立柱，4、电动机，5、液压泵，6、柱塞式液压泵，7、收纳箱，8、三位四通阀，9、支撑顶架纵梁，10、支撑顶架横梁，11、连接板，12、液压油路管，13、电磁控制液压阀组，14、液压油箱，15、截止阀，16、止回阀，17、液压油冷却器，18、作业棒，19、超高压油管，20、超高压油管连接头，21、泄压阀，22、定压阀，23、液压油路，24、操作连接线，25、操作盘，26、液压油冷却器，27、双向转换控制阀a，28、柱塞式初级液压缸，29、双向转换控制阀b，30、柱塞式高压液压缸，31、主油道管，32、小型顶柱式千斤顶活塞，33、作业棒钢质外壳，34、顶柱偶件，35、顶柱，36、作业棒手持柄，37、回收顶柱油道，38、高压密封垫圈。
具体实施方式
如图1-5所示，顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置，该装置包括移动台车、动力系统、液压控制系统、执行系统。
所述移动台车包括移动轮(1)、支撑底架(2)、支撑立柱(3)、收纳箱(7)、支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)、连接板(11)。
所述动力系统包括电动机(4)。
所述液压控制系统包括液压泵(5)、柱塞式液压泵(6)、三位四通阀(8)、液压油路管(12)、电磁控制液压阀组(13)、液压油箱(14)、截止阀(15)、止回阀(16)、液压油冷却器(17)、泄压阀(21)、定压阀(22)、液压油路(23)、液压油冷却器(26)、双向转换控制阀a(27)、柱塞式初级液压缸(28)、双向转换控制阀b(29)、柱塞式高压液压缸(30)。
所述执行系统包括作业棒(18)、超高压油管(19)、超高压油管连接头(20)、操作连接线(24)、操作盘(25)。
所述作业棒(18)、超高压油管(19)为5-10组，各组的作业棒(18)与超高压油管(19)相连接且各组平行并列布置；与各组超高压油管(19)相对应，电磁控制液压阀组(13)的各输出端通过超高压油管连接头(20)与各组超高压油管(19)相连。
所述支撑底架(2)设置在移动台车的底部，支撑立柱(3)固定在支撑底架(2)上；支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)位于移动台车的顶部，且支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)相互垂直交叉连接并固定在支撑立柱(3)顶端；移动轮(1)设置在支撑底架(2)与地面之间，用以调整移动台车的位置；连接板(11)设置在支撑立柱(3)上，用以连接固定各组作业棒(18)与超高压油管(19)；收纳箱(7)固定在移动台车内部的各支撑立柱(3)与支撑底架(2)之间，收纳箱(7)用以存放各组作业棒(18)与超高压油管(19)。
所述动力系统、液压控制系统、执行系统安装固定在移动台车上；柱塞式液压泵(6)包括柱塞式初级液压缸(28)、柱塞式高压液压缸(30)两部分，柱塞式初级液压缸(28)与柱塞式高压液压缸(30)通过内部的比例活塞连接。
操作盘(25)通过操作连接线(24)与电磁控制液压阀组(13)连接，电磁控制液压阀组(13)用以调节控制各组的超高压油管(19)内的油液压力，以驱动控制各组的作业棒(18)。
电磁控制液压阀组(13)一端设有泄压阀(21)、定压阀(22)，泄压阀(21)、定压阀(22)通过液压油路(23)与液压油箱(14)连接。
电动机(4)与液压泵(5)连接，液压泵(5)一端与液压油箱(14)连接，另一端与三位四通阀(8)的进油口连接，经过三位四通阀(8)的油液被分为三路，第一路通过止回阀(16)与电磁控制液压阀组(13)连接，用以将初始液压动力输送到电磁控制液压阀组(13)，然后输送到各作业棒(18)上，然后推动作业棒(18)上面的顶柱(35)伸出，密贴岩质胀裂孔壁；第二路通过双向转换控制阀a(27)、双向转换控制阀b(29)与柱塞式初级液压缸(28)连接，将初始液压动力输送到柱塞式初级液压缸(28)，通过缸内的比例活塞，在柱塞式高压液压缸(30)内产生超高压液压动力，然后进入由电磁控制液压阀组(13)控制的超高压油管(19)并最终到达作业棒(1)内，最终实现破碎岩石的目的；第三路通过液压油路(23)进行装置的初始循环，即装置内部的液压油由液压油箱(14)经液压泵(13)和液压油冷却器(26)后回到液压油箱(14)中，目的是检验装置初始工作状态是否正常；截止阀(15)设置在油液在进入液压油冷却器(26)之前的支路上。
所述作业棒(18)包括主油道管(31)、小型顶柱式千斤顶活塞(32)、作业棒钢质外壳(33)、顶柱偶件(34)、顶柱(35)、作业棒手持柄(36)、回收顶柱油道(37)、高压密封垫圈(38)；具体而言，主油道管(31)设置在钢质外壳(33)的中间位置，沿钢质外壳(33)的径向方向对称设置有5-10组顶柱偶件(34)，各组顶柱偶件(34)均匀对称布置；顶柱偶件(34)的中间为顶柱(35)，顶柱(35)与小型顶柱式千斤顶活塞(32)连接，主油道管(31)内的油液推动小型顶柱式千斤顶活塞(32)及顶柱(35)；回收顶柱油道(37)设置在小型顶柱式千斤顶活塞(32)沿作业棒钢质外壳(33)径向运动的边缘处，回收顶柱油道(37)与主油道管(31)平行，且对称布置在主油道管(31)两侧；作业棒手持柄(36)设置在作业棒(18)一端且与钢质外壳(33)相连接；小型顶柱式千斤顶活塞(32)与作业棒钢质外壳(33)径向方向设置有高压密封垫圈(38)。
该装置的实施过程如下，当岩质隧道掌子面按设计间距和孔径成孔完成后，将作业棒(18)插入到孔中，作业棒(18)上的多组小型顶柱式千斤顶活塞(32)开始工作，相互对称的顶柱(35)伸出，对岩石实施拉剪应力，当施加应力超过岩石极限破坏拉剪应力时，岩石被破碎。
当岩质孔壁处的岩石破碎后，作业棒(18)上面的相互对称的顶柱(35)收回，人工拔出作业棒(18)，则完成一次胀裂作业循环。当岩质隧道一个掌子面上的全部胀裂孔均实施完胀裂作业后，开始掌子面破碎岩石的清理，清理结束后，即完成岩质隧道一个作业面的掘进循环施工。如此反复循环，即可完成整个岩质隧道掘进工作，达到预想的机械研发效果，实现非爆破开发岩质隧道的目标。

Claims (3)

1.顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置，其特征在于：该装置包括移动台车、动力系统、液压控制系统、执行系统；
所述移动台车包括移动轮(1)、支撑底架(2)、支撑立柱(3)、收纳箱(7)、支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)、连接板(11)；
所述动力系统包括电动机(4)；
所述液压控制系统包括液压泵(5)、柱塞式液压泵(6)、三位四通阀(8)、液压油路管(12)、电磁控制液压阀组(13)、液压油箱(14)、截止阀(15)、止回阀(16)、液压油冷却器(17)、泄压阀(21)、定压阀(22)、液压油路(23)、液压油冷却器(26)、双向转换控制阀a(27)、柱塞式初级液压缸(28)、双向转换控制阀b(29)、柱塞式高压液压缸(30)；
所述执行系统包括作业棒(18)、超高压油管(19)、超高压油管连接头(20)、操作连接线(24)、操作盘(25)；
所述作业棒(18)、超高压油管(19)为5-10组，各组的作业棒(18)与超高压油管(19)相连接且各组平行并列布置；与各组超高压油管(19)相对应，电磁控制液压阀组(13)的各输出端通过超高压油管连接头(20)与各组超高压油管(19)相连；
所述支撑底架(2)设置在移动台车的底部，支撑立柱(3)固定在支撑底架(2)上；支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)位于移动台车的顶部，且支撑顶架纵梁(9)、支撑顶架横梁(10)相互垂直交叉连接并固定在支撑立柱(3)顶端；移动轮(1)设置在支撑底架(2)与地面之间；连接板(11)设置在支撑立柱(3)上；收纳箱(7)固定在移动台车内部的各支撑立柱(3)与支撑底架(2)之间；
所述动力系统、液压控制系统、执行系统安装固定在移动台车上；柱塞式液压泵(6)包括柱塞式初级液压缸(28)、柱塞式高压液压缸(30)两部分，柱塞式初级液压缸(28)与柱塞式高压液压缸(30)通过内部的比例活塞连接；
操作盘(25)通过操作连接线(24)与电磁控制液压阀组(13)连接，电磁控制液压阀组(13)用以调节控制各组的超高压油管(19)内的油液压力；
电磁控制液压阀组(13)一端设有泄压阀(21)、定压阀(22)，泄压阀(21)、定压阀(22)通过液压油路(23)与液压油箱(14)连接；
电动机(4)与液压泵(5)连接，液压泵(5)一端与液压油箱(14)连接，另一端与三位四通阀(8)的进油口连接，经过三位四通阀(8)的油液被分为三路，第一路通过止回阀(16)与电磁控制液压阀组(13)连接；第二路通过双向转换控制阀a(27)、双向转换控制阀b(29)与柱塞式初级液压缸(28)连接；第三路通过液压油路(23)进行装置的初始循环；所述初始循环为装置内部的液压油由液压油箱(14)经液压泵(13)和液压油冷却器(26)后回到液压油箱(14)中；截止阀(15)设置在油液在进入液压油冷却器(26)之前的支路上。
2.根据权利要求1所述的顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置，其特征在于：所述作业棒(18)包括主油道管(31)、小型顶柱式千斤顶活塞(32)、作业棒钢质外壳(33)、顶柱偶件(34)、顶柱(35)、作业棒手持柄(36)、回收顶柱油道(37)、高压密封垫圈(38)；具体而言，主油道管(31)设置在钢质外壳(33)的中间位置，沿钢质外壳(33)的径向方向对称设置有5-10组顶柱偶件(34)，各组顶柱偶件(34)均匀对称布置；顶柱偶件(34)的中间为顶柱(35)，顶柱(35)与小型顶柱式千斤顶活塞(32)连接，主油道管(31)内的油液推动小型顶柱式千斤顶活塞(32)及顶柱(35)；回收顶柱油道(37)设置在小型顶柱式千斤顶活塞(32)沿作业棒钢质外壳(33)径向运动的边缘处，回收顶柱油道(37)与主油道管(31)平行，且对称布置在主油道管(31)两侧；作业棒手持柄(36)设置在作业棒(18)一端且与钢质外壳(33)相连接；小型顶柱式千斤顶活塞(32)与作业棒钢质外壳(33)径向方向设置有高压密封垫圈(38)。
3.根据权利要求2所述的顶柱式双向多点同步岩石液压破碎装置，其特征在于：该装置的实施过程如下，当岩质隧道掌子面按设计间距和孔径成孔完成后，将作业棒(18)插入到孔中，作业棒(18)上的多组小型顶柱式千斤顶活塞(32)开始工作，相互对称的顶柱(35)伸出，对岩石实施拉剪应力，当施加应力超过岩石极限破坏拉剪应力时，岩石被破碎；
当岩质孔壁处的岩石破碎后，作业棒(18)上面的相互对称的顶柱(35)收回，人工拔出作业棒(18)，则完成一次胀裂作业循环；当岩质隧道一个掌子面上的全部胀裂孔均实施完胀裂作业后，开始掌子面破碎岩石的清理，清理结束后，即完成岩质隧道一个作业面的掘进循环施工；如此反复循环，即可完成整个岩质隧道掘进工作，达到预想的机械研发效果，实现非爆破开发岩质隧道的目标。
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