CN106639867A - 立岩钻 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立岩钻，包括一个筒状结构的外壳体，外壳体前端设置前接头、后端设置后接头，后接头上设置进气口，前接头上设置有钻头安装孔，在后接头和前接头之间的外壳体内依次设置气路转换机构、气动活塞机构和钻头；当气动活塞机构的活气动活塞机构塞体向前运动时，活塞体前端部对钻头做打击运动，活塞体向后运动时，活塞体内嵌设的螺套带动旋转杆和连接杆单向转动，进而带动钻头旋转。本发明可以自发旋转、其机动性高、消耗能源低、工作效率高、产生粉尘少、可无需看管作业。

Description

立岩钻

技术领域

本发明属于岩土工程施工技术领域，具体涉及一种立岩钻。

背景技术

凿岩机械，是目前国内广泛用来工程钻孔施工以及矿山采石场开采石料的专业工具。它在岩层上钻凿出炮眼，以便放入炸药去炸开岩石，从而完成开采石料或其它石方工程。目前常用的凿岩机械包括以下几类：

（一）、凿岩机：此种机械是采用钎尾打击，钻头对岩石表面的打击功须经钎杆从钎尾传递至做功部位—钎头或钻头，随着钻孔的加深，钎杆的增长打击功会被钎杆的弹性形变所吸收，导致打击功的大量损失，另外，它采用的排气方式为孔外排气，就是说做功之后的废气由孔外排出，排出的废气仍然具有较大的压缩势能，这就造成了机构本身能量的浪费，打击所产生的石屑须经钎杆中心孔的气流吹出孔外，一般钎杆的中心孔径为Ф8，这种孔径在钎杆长度超过3米后，气阻增大，导致通气不畅，排渣效果很差，不能有效地出渣，因此凿岩机的打孔极限深度为3-5米。

（二）、山地钻：山地钻具有较快的凿岩速度及较好的凿岩效果，可在野外做业施工时它有不可回避的缺陷，主要体现在以下几个方面：1.单机体积大，设备整体重量大（300-1000kg），故在山区、丛林、陡坡等复杂地形机动性非常差，工人在搬运过程中耗时、耗力、危险系数高，极易发生人身事故；2. 设备在工作工程中需要安装支撑架（塔架）或车架进行定位做业，施工较复杂耗时费力，由于需要较大的工作台面，在林区以及陡峭的山地基本无法施工，在更特殊的地形区域甚至无法到达做业点；3. 由于钻头旋转需要提供额外的旋转动力的装置，一般是与气动冲击机构相独立的回转马达或液压回转机构，故设备整体能源消耗量高，用工数量大（标准配置6人）；

目前市面上还没有一款无需额外支撑、钻机可独立实现冲击回转、体量小且适用于复杂地形的全自动凿岩机械。

发明内容

本发明的目的是提供一种全自动的立岩钻，解决现有技术中凿岩机械无法自发旋转、机动性差、消耗能源高、工作效率低、产生粉尘大、需要多人看管操作等问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种立岩钻，包括一个筒状结构的外壳体，外壳体前端设置前接头、后端设置后接头，后接头上设置进气口，前接头上设置有钻头安装孔，在后接头和前接头之间的外壳体内依次设置气路转换机构、气动活塞机构和钻头，所述的气路转换机构包括逆止阀、弹簧座、阀片和气路分配器；所述的逆止阀设置在后接头的进气口中；所述的弹簧座上设置有与后接头进气孔连通的多个纵向的通孔，弹簧座的前端面中心位置设置有一个凹孔，凹孔内设置弹簧，弹簧向前伸出弹簧座并镶嵌在所述的逆止阀内；所述弹簧座的前端面紧压气路分配器，在气路分配器上设置有多个直通孔和半通孔，所述阀片设置在弹簧座和气路分配器之间；

所述的气动活塞机构包括气缸、棘轮棘爪机构、活塞体、旋转杆和连接杆；气缸设置在外壳体内，气缸和外壳体之间留有气隙；气隙与气路分配器的半通孔连通，气隙与气缸的前气腔连通；气缸的后气腔与气路分配器的半通孔连通；所述的棘轮棘爪机构包括棘轮和棘爪，棘轮固定设置在外壳体内、气路分配器和气缸后端口之间；所述的旋转杆设置在气缸中心轴位置，旋转杆的后端刚性连接棘爪，棘爪设置在所述的棘轮内并与棘轮配合；旋转杆的中段设置有螺纹，所述的活塞体内嵌设螺套，活塞体通过螺套套设在旋转杆上并与之螺纹配合；旋转杆的前端连接所述的连接杆的后端，连接杆的前端与所述的钻头连接，钻头安装在前接头的钻头安装孔内。

活塞体向前运动时，活塞体前端部对钻头做打击运动，活塞体向后运动时，活塞体内嵌设的螺套带动旋转杆和连接杆单向转动，进而带动钻头旋转，棘轮棘爪机构控制钻头单向定位和精确分度。

所述的活塞体为双段结构，包括前段和后段，前段直径小于后段直径；在前接头和气缸之间的外壳体内设置有导向套，活塞体前段可运动至导向套内，导向套上设置有泄气孔，泄气孔与所述的气隙连通。

所述的钻头、连接杆、旋转杆上均设置连通的纵向中心孔，纵向中心孔与气路分配器的直通孔连通。

所述旋转杆后段设置有限位块，活塞体的行程范围在限位块和导向套之间。

所述的钻头前端镶硬质合金齿。

本发明的有益效果：

1.节省能源：本发明的气动活塞机构利用气压交替变化，既能驱动钻头冲击做功，亦可利用活塞体的回程驱动钻头旋转，与山地钻相比无需外加独立的回转系统，因此节省了约三分之二的能源；

2. 全地形作业且无需额外支撑：本发明的立岩钻与现有凿岩机械相比，结构大大简化，无需支撑架即可工作，减轻了工人的劳动强度，增强了设备的机动性，整机重量仅25公斤， 特别适用于野外山区、丛林、陡坡等地形非常复杂的地形的打孔做业；

3．打孔效率高：本发明的立岩钻和现有技术中的凿岩机相比更加高效、经济、成孔更深，其采用活塞直接打击做功部位（即钻头）的方式，避免了单次打击功的损失，采用孔底排气的方式，利用打击做功之后仍具有一定势能的废气除渣，打孔效率更高，打击速度是凿岩机的2倍；另外，本设备在一个打孔区间可实现一人多机串联同时作业，相对山地钻只能单机打孔做业功效速度可提升数倍；

4．环保健康：本发明立岩钻的结构设计使其在作业过程中无需工人参与，只需视距内观察即可；这样可以大大少减了噪音、粉尘对工人的健康危害。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图中， 1-外壳体，2-前接头，3-后接头，4-逆止阀，5-弹簧座，6-阀片，7-气路分配器，8-气缸，9-棘轮棘爪机构，10-螺套，11-活塞体，12-旋转杆，13-连接杆，14-气隙，15-钻头，16-导向套，17-限位块，18-硬质合金齿，19-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明， 参见图1所示的一种立岩钻，包括一个筒状结构的外壳体1，外壳体1前端设置前接头2、后端设置后接头3，后接头3上设置进气口，前接头2上设置有钻头安装孔，在后接头3和前接头2之间的外壳体1内依次设置气路转换机构、气动活塞机构和钻头15，

所述的气路转换机构包括逆止阀4、弹簧座5、阀片6和气路分配器7；所述的逆止阀4设置在后接头3的进气口中；工作状态中当进气开始时气压将逆止阀4推开，实现进气，设备开始工作；中断进气时，逆止阀4复位，实现设备断气，设备停止工作；所述的弹簧座5上设置有与后接头3进气孔连通的6个纵向的通孔，负责气体下行，弹簧座5的前端面中心位置设置有一个凹孔，凹孔内设置弹簧19，弹簧19向前伸出弹簧座5并镶嵌在所述的逆止阀4内，弹簧座5负责逆止阀4的打开与复位；所述弹簧座5的前端面紧压气路分配器7，在气路分配器7上设置有多个直通孔和半通孔，所述阀片6设置在弹簧座5和气路分配器7之间，阀片6可往复翻转实现前气腔（活塞体11与气缸8前段之间形成的气腔）和后气腔（活塞体11与气缸8后段之间形成的气腔）的切换；

所述的气动活塞机构包括气缸8、棘轮棘爪机构9、螺套10、活塞体11、旋转杆12、导向套16和连接杆13；气缸8设置在外壳体1内，气缸8和外壳体1之间留有气隙14；气隙14与气路分配器7的半通孔连通，气隙14与气缸8的前段连通；气缸8的后端口与气路分配器7的半通孔连通；所述的棘轮棘爪机构9包括棘轮和棘爪，棘轮棘爪机构9配合旋转杆12的往复运动实现单向定位和精确分度；棘轮固定设置在外壳体1内、气路分配器7和气缸8后端口之间；所述的旋转杆12设置在气缸8中心轴位置，旋转杆12的后端刚性连接棘爪，棘爪设置在所述的棘轮内并与棘轮配合；旋转杆12的中段设置有螺纹，在活塞体11内嵌设螺套10，活塞体11通过螺套10套设在旋转杆12上并与之螺纹配合；旋转杆12的前端连接连接杆13的后端，连接杆13的前端与所述的钻头15连接，钻头15安装在前接头2的钻头安装孔内。

所述的活塞体11为双段结构，包括前段和后段，前段直径小于后段直径；在前接头2和气缸之8间的外壳体1内设置有导向套16，导向套16主要起到对气缸8进行闭气以及对活塞体11进行导向的作用；活塞体11前段可运动至导向套16内，导向套16上设置有泄气孔，泄气孔与所述的气隙14连通。

所述的钻头15、连接杆13、旋转杆12上均设置连通的纵向中心孔，纵向中心孔与气路分配器7的直通孔连通。

所述旋转杆12后段设置有限位块17，活塞体11的行程范围在限位块17和导向套16之间。

所述的钻头15前端镶硬质合金齿。

下面介绍本发明的使用过程：

气体通过后接头3的进气口进入，推开逆止阀4后经过弹簧座5上6个纵向的通孔的后继续下行，当经过气路分配器7时气体分为三路：一路气体分别通过弹簧座5、气路分配器7、旋转杆12、连接杆13、钻头15的中心孔直通到孔底，实现孔底吹渣，使岩石渣排出孔外；另一路气体通过气路分配器7的半通孔进入活塞体11与气缸8后段组成的后气腔，随着进气量的增加后气腔压力不断加大，推动活塞体11下行，活塞体11小端进入导向套16并封闭导向套16的泄气孔，这时前气腔的气路封闭；第三路气体通过气缸8与外壳体1的气隙14进入前气腔，这时前气腔的泄气孔是处于封闭状态的，随着前气腔的进气量增加，其气压也随之增加，当前气腔的气压大于后气腔时，将活塞体11向上顶起，此时定位在气路分配器上7的阀片6被顶开，后气腔泄压，活塞体11加速向上运行，实现活塞体11的回程运动，当活塞体11接近运行到后气腔顶端时，活塞体11小端脱离导向套16，前气腔打开排气，前气腔泄压导致阀片6切换，接通后气腔，气体通过气路分配器7的半通孔不断进入后气腔，当后气腔的压力大于前气腔时，活塞体11向下加速度实现冲程运动直至最终打击钻头15，实现破岩。此时，由于活塞体11已进入导向套16再次封闭前气腔导致前气腔的压力不断增加，当前气腔的压力大于后气腔时，气压将活塞体11向上顶起，实现活塞体11回程运动，完成一个循环周期。活塞体11向前运动时，活塞体11前端部对钻头15做打击运动，活塞体11向后运动时，活塞体11内嵌设的螺套13带动旋转杆12和连接杆14单向转动，进而带动钻头14旋转，棘轮棘爪机构9控制钻头15单向定位和精确分度。实现立岩钻的赞头14打击与转动运动并行，提高破岩效率。

本发明最大的特点是：1.在使用过程中无需额外的支撑，只需要前期工人找准打孔地点，扶着立岩钻向下打孔一定深度，立岩钻即可自行继续向下继续打孔，而传统的凿岩机械必须搭建钻架，不仅耗费巨大，也限制了打孔的作业环境。2.只需一根气管提供动力即可完成钻头冲击和钻头旋转两项工作，传统凿岩机械一般采用气动冲击、电动旋转、本发明极大的节省了能源的消耗，大大简化了传统凿岩机械的复杂结构。3.因为本发明的结构简单，重量轻，便于携带至不同的作业场合，不受复杂地形的限制，适用范围极大拓展。4.本发明无需人员看守，可以通过一根气管分流多机串联共同作业，打孔效率高的同时避免凿岩过程中的粉尘对工作人员的伤害。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种立岩钻，包括一个筒状结构的外壳体（1），外壳体（1）前端设置前接头（2）、后端设置后接头（3），后接头（3）上设置进气口，前接头（2）上设置有钻头安装孔，在后接头（3）和前接头（2）之间的外壳体（1）内依次设置气路转换机构、气动活塞机构和钻头（15），其特征在于：

所述的气路转换机构包括逆止阀（4）、弹簧座（5）、阀片（6）和气路分配器（7）；所述的逆止阀（4）设置在后接头（3）的进气口中；所述的弹簧座（5）上设置有与后接头（3）进气孔连通的多个纵向的通孔，弹簧座（5）的前端面中心位置设置有一个凹孔，凹孔内设置弹簧（20），弹簧（20）向前伸出弹簧座（5）并镶嵌在所述的逆止阀（4）内；所述弹簧座（）5的前端面紧压气路分配器（7），在气路分配器（7）上设置有多个直通孔和半通孔，所述阀片（6）设置在弹簧座（5）和气路分配器（7）之间；

所述的气动活塞机构包括气缸（8）、棘轮棘爪机构（9）、活塞体（11）、旋转杆（12）和连接杆（13）；气缸（8）设置在外壳体（1）内，气缸（8）和外壳体（1）之间留有气隙（14）；气隙（14）与气路分配器（7）的半通孔连通，气隙（14）与气缸（8）的前气腔连通；气缸（8）的后气腔与气路分配器（7）的半通孔连通；所述的棘轮棘爪机构（9）包括棘轮和棘爪，棘轮固定设置在外壳体（1）内、气路分配器（7）和气缸（8）后端口之间；所述的旋转杆（12）设置在气缸（8）中心轴位置，旋转杆（12）的后端刚性连接棘爪，棘爪设置在所述的棘轮内并与棘轮配合；旋转杆（12）的中段设置有螺纹，所述的活塞体（11）内嵌设螺套（10），活塞体（11）通过螺套（10）套设在旋转杆（12）上并与之螺纹配合；旋转杆（12）的前端连接所述的连接杆（13）的后端，连接杆（13）的前端与所述的钻头（15）连接，钻头（15）安装在前接头（2）的钻头安装孔内；

活塞体（11）向前运动时，活塞体（11）前端部对钻头（15）做打击运动，活塞体（11）向后运动时，活塞体（11）内嵌设的螺套（10）带动旋转杆（12）和连接杆（14）单向转动，进而带动钻头（14）旋转，棘轮棘爪机构（9）控制钻头（15）单向定位和精确分度。

2.根据权利要求1所述的立岩钻，其特征在于：所述的活塞体（11）为双段结构，包括前段和后段，前段直径小于后段直径；在前接头（2）和气缸（8）之间的外壳体（1）内设置有导向套（16），活塞体（11）前段可运动至导向套（16）内，导向套（16）上设置有泄气孔，泄气孔与所述的气隙（14）连通。

3.根据权利要求1或2所述的立岩钻，其特征在于：所述的钻头（15）、连接杆（13）、旋转杆（12）上均设置连通的纵向中心孔，纵向中心孔与气路分配器（7）的直通孔连通。

4.根据权利要求3所述的立岩钻，其特征在于：所述旋转杆（12）后段设置有限位块（17），活塞体（11）的行程范围在限位块（17）和导向套（16）之间。

5.根据权利要求4所述的立岩钻，其特征在于：所述的钻头（15）前端镶硬质合金齿（18）。