CN107023291B - 破岩犁头及使用该犁头的破岩装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种破岩犁头，它包括齿盘和底座，所述齿盘装置在底座顶部，齿盘为直棱柱状，其顶面为等腰梯形，顶部截面上的锐角i为30°~38°，所述底座为四棱台状，底座和齿盘为一体成型结构。本发明还公开了一种破岩装置，它包括犁盘和装置在犁盘上的犁头，所述犁盘的顶部为球缺状，底部为圆柱状，犁盘顶部开设有与犁头的底座相配合的槽，底座装置在槽内。本发明的技术方案与现有技术相比，本发明具有能够实现连续剥采，效率高，而且本申请结构设计简单，能耗底、机型小、成本低，使用简单方便，适用于不同条件下工作，安全、节能、环保。
Description
技术领域
本发明涉及固体岩体挖掘开垦设备领域，特别涉及一种破岩犁头以及安装有该破岩犁头的破岩装置。
背景技术
目前在固体硬岩体的开采挖掘中，由于其硬度大，开采困难等原因，在实际开采中主要采用穿孔爆破开采方式，众所周知，穿孔爆破破岩对生产人员的生命安全构成严重威胁，不利于安全生产，每年在全国各地发生的安全事故防不胜防，教训惨痛。其次，现阶段应用较多的破岩机主要利用机械的大功率特点，以压入、劈裂、胀张、扭掰等方式将岩矿剥采出来，采掘机械在运行中低速旋动，工作效率低，另外由于开采功率要求很高，不仅造成机械体型巨大、制造困难，而且造价昂贵、能耗高，使用不方便。
根据岩石的强度特性可知，岩石抵抗外载破坏的能力称为岩石的强度，岩石的强度与受力状态和加载速度关系很大，一般而言，岩石单向抗压应力的强度比三向抗压应力的强度低约10倍，根据莫尔强度理论的基本思想，莫尔认为岩石不是在简单的应力状态下发生破坏，而是在不同的正应力组合作用下，才使其丧失承载能力，或者说，当岩石某个特定面上作用的正应力和剪应力达到一定的数值，随即发生破坏。为了解决上述技术问题，根据上述理论，本发明利用矿岩力学自然属性即矿岩抗剪强度低于抗压强度，设计一种破岩犁头以及安装有该破岩犁头的破岩装置，在剥采矿岩过程中，以扭力为主，以正压力为辅助，通过旋动将犁头的犁刃切入矿岩中将岩矿石切削，刮磨成岩屑、粉末，即达到破岩目的。本申请在充分利用犁头斜切面、浅入薄采，阻抗力低，适于快速运行原理，切割盘由电动机直接传动，能够实现连续剥采，效率高，且本破岩器具结构设计简单，能耗低，机型小，使用简单方便，适用于不同条件下工作。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种破岩犁头以及装置有该破岩犁头的破岩装置。
一种破岩犁头，它包括齿盘和底座，所述齿盘装置在底座顶部，齿盘为直棱柱状，其顶面为等腰梯形，顶部截面上的锐角为30°~ 38°，所述底座为四棱台状，底座和齿盘为一体成型结构。
进一步地，所述齿盘沿其顶端的边缘向齿盘中心处开设有犁齿槽，所述犁齿槽内嵌装有犁齿，所述犁齿的形状与犁齿槽相配合。
进一步地，所述犁齿包括第一犁齿和第二犁齿，所述第一犁齿的截面为U形，所述第二犁齿为直棱柱体，其底部截面为等腰梯形，底部截面的下底所在的侧壁上开设有倒三角形凹槽。
进一步的，所述底座底部开设有螺孔。
一种装置有上述破岩犁头的破岩装置，它包括犁盘和装置在犁盘上的犁头，所述犁盘的顶部为球缺状，下部为圆柱状，犁盘顶部开设有与犁头的底座相配合的槽，底座装置在槽内。
进一步地，所述犁盘的直径与球缺的球体半径相等。
进一步地，所述犁盘自顶部中心向边缘设置有相邻的环状截割带，所述环状截割带内安装有犁头，且相邻环状截割带内的犁头交错分布；直径为300-600mm的犁盘为小盘，所述小盘的每个环状截割带内设置有三个犁头，犁头相对犁盘中心呈120°分布；直径大于600mm的犁盘为大盘，所述大盘的每个环状截割带内设置有四个犁头，犁头相对犁盘中心呈90°分布。
进一步地，所述齿盘顶面的下底与环状截割带靠近犁盘顶部中心一侧的边缘相切，且上底两端点位于环状截割带另一侧的边缘上。
进一步的，所述槽的底部开设有与螺孔相配合的通孔，犁爪装置在槽，通过螺栓将犁头固定在犁盘上。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明具有能够实现连续剥采，效率高，而且本申请结构设计简单，能耗底、机型小、成本低，使用简单方便，适用于不同条件下工作，节能环保。
附图说明
图1为本发明破岩犁头的结构示意图；
图2为本发明破岩装置的结构示意图；
图3为本发明的犁头分布结构示意图；
1.齿盘；2.底座；3.犁盘；4.犁头； 11.齿槽；12.犁齿；121.第一犁齿；122.第二犁齿；31.环状截割带；i. 顶部截面上的锐角。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见如图1，示意性示出了本发明提供的一种破岩犁头的优选实施例，如图所示，它包括一体成型的齿盘1和底座2，齿盘1装置在底座2顶部；齿盘1用于安装犁齿12，齿盘1为直棱柱状，齿盘1与底座2相连接的一面称为齿盘1底面，另一面称为齿盘1顶面，其他面称为齿盘1侧面，齿盘1顶面为等腰梯形，其中两条平行的边叫底边，较长的一条底边称为下底，较短的一条底边称为上底，另外两条边称为腰，两条腰所在的两个侧面称为犁头4的斜截面；顶部截面上的锐角i（即腰与下底的夹角）为30°~ 38°，齿盘1沿其顶端的边缘向齿盘3中心处开设有犁齿槽11，犁齿槽11内嵌装并焊接有犁齿12，犁齿槽11的形状根据犁齿12形状而开设，两者相配合；犁齿12包括第一犁齿121和第二犁齿122，第一犁齿121的截面为U形，即其靠近齿盘1中心的一侧为弧形，第一犁齿121的截面也可以为V形，即其靠近齿盘1中心的一侧为三角形，第二犁齿122为直棱柱体，其底部截面为等腰梯形，底部截面的下底所在的侧壁上开设有倒三角形凹槽。底座2是承载齿盘1的座体，用于将齿盘1固定在犁盘3上，底座2为上大下小的四棱台状，优选四棱台各条棱与四棱台中心线的夹角为6°，优选底座2的底面和顶面都为等腰梯形。
参见如图2-3，示意性示出了本发明提供的一种装置有破岩犁头的破岩装置的优选实施例，如图所示，它包括犁盘3和装置在犁盘3上的犁头4，所述犁盘3的顶部为球缺状，底部为圆柱状，顶部球缺底面直径、球体半径以及下部圆柱的直径三者相等，犁盘3顶部开设有与犁头4的底座2相配合的槽，底座2装置在槽内，底座2设计为棱台状结构，底座楔入槽内后，可以增加底座2与犁盘3连接稳固性。优选地，犁盘3自顶部中心向边缘设置有相邻的环状截割带31，环状截割带31内均匀安装有若干犁头4，且相邻环状截割带31内的犁头4交错分布；齿盘1顶面的下底与环状截割带31靠近犁盘3顶部中心一侧的边缘相切，且上底两端点位于环状截割带31另一侧的边缘上。优选地，直径为300-600mm的犁盘3为小盘，小盘的每个环状截割带31内设置有三个犁头4，犁头4相对犁盘3中心呈120°分布，即如果将每个犁头4的中心与犁盘3顶部的中心连线，相邻连线之间的夹角为120°；直径大于600mm的犁盘3为大盘，所述大盘的每个环状截割带31内设置有四个犁头4，犁头4相对犁盘3中心呈90°分布，即如果将每个犁头4的中心与犁盘3顶部的中心连线，相邻连线之间的夹角为90°。
优选地，底部球缺优选直径φ为0.87m，由此球缺所在圆面面高为0.134m,球缺底面面积为0.59m2。
优选地，犁盘3的直径与球缺的球半径相等。
优选地，最外圈的环状截割带31内的齿盘1，齿盘顶面的下底与环状截割带31靠近犁盘3顶部中心一侧的边缘相切，上底的两端点突出于环状截割带31另一侧的边缘，并伸出到犁盘3外。
优选地，最外圈的环状截割带31内的犁齿4整体尺寸大于其他环状截割带31内犁齿4的整体尺寸。
优选地，最内圈的环状截割带31内的犁齿4设置为两个。
犁盘3底部的圆柱体底面还开设有用于轴接的孔，便于犁盘3与外接的动力装置连接，孔为三个，均匀分布在底面的同一个同心圆上。
齿盘1选用材质为13Cr11NiW2MoV合金钢，具有强度高、韧性强、抗冲击的优点；犁盘3采用材质为06Cr15Ni25Ti2MoAIVBI制成；犁齿12选用牌号为YG16C的硬质合金钢，提高犁齿12的摩擦性能，有效防止崩尖、崩齿的发生，延长犁头4的使用寿命。
犁齿12暴露在外的部分称为犁尖，犁尖两头尖锐，有利于犁齿12锲入岩层，快速有效的破损岩层，提高破岩效率。在实际应用中，由于齿盘1顶面靠近其下底一侧的犁齿12先触碰矿岩，因此，安装在靠近齿盘1下底的第一犁齿121的边缘可以凸出于齿盘1下底所在的侧面。
犁头4的斜截面是实际应用中与岩体接触的切削刃面，其主要起切割作用，根据岩石硬度不同，每次切削深度为1~3mm。由于顶面上的锐角i（即斜截面与齿盘1顶面下底的夹角）为30°~ 38°，使得犁齿12的犁尖与岩石的正应力、剪应力加载方向一致，可以显著降低切割应力，降低犁头4的切割功率，有利于降低功耗，并且适用于高速切削，效率高于使用直齿、球齿以及滚齿的破岩方法。
采矿量计算:
以满盘10圈，每圈4部犁头，中心2部犁头共38部犁头为例（即每个犁盘设置10个环状截割带，除中心环状截割带内设置两个犁头外，其他每个环状截割带内装置4个犁头，每个犁盘共计38个犁头），电机功率160KW/盘，满载转速650r/min，日工作时间d为24h，平均采深为0.002m×4 =0.008m，粘覆效率为65%，犁盘顶部球缺直径φ为0.87m，球缺底面面积为0.59m2。
单盘剥采能力为：
每转剥采量：V盘·r=0.59m2 ×0.008m×0.65=0.0031m3/r；
每盘日裁量：Vd=24×60min×650r/min×0.0031m3/r =2902m3/d。
多盘架构组机剥采能力为：
2盘机，功率320KW，日剥采量V2·d =2×2902m3/d =5804m3/d；
4盘机，功率640KW，日剥采量V4·d =4×2902m3/d =11608m3/d；
6盘机，功率960KW，日剥采量V6·d =6×2902m3/d =17412m3/d；
这种高效的剥采量是普通爆破开采工艺以及目前掘进机无法达到的，并且本申请在剥采过程中，直接将矿岩切削成岩屑、粉末，排渣可利用浆化式运输，使排渣设备简单，节能降耗，同时，剥采矿石已切削成粉末，减轻选矿厂磨矿工序，降低选矿厂动力消耗和磨矿钢球的损耗，节省成本。同时消除选矿厂在磨矿的过程中的粉尘和噪音污染，绿色环保。其有益效果远大于普通爆破开采。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以列举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种破岩犁头，其特征在于：它包括齿盘(1)和底座(2)，所述齿盘(1)装置在底座(2)上，齿盘(1)为直棱柱状，其顶部截面为等腰梯形，所述顶部截面上的锐角(i)为30°～38°，所述底座(2)为四棱台状，底座(2)和齿盘(1)为一体成型结构，所述齿盘(1)沿其顶端的边缘向齿盘(1)中心处开设有犁齿槽(11)，所述犁齿槽(11)内嵌装有犁齿(12)，所述犁齿(12)的形状与犁齿槽(11)相适配。
2.根据权利要求1所述的破岩犁头，其特征在于：所述犁齿(12)包括第一犁齿(121)和第二犁齿(122)，所述第一犁齿(121)的截面为U形，所述第二犁齿(122)为直棱柱体，其底部截面为等腰梯形，底部截面的下底所在的侧壁上开设有倒三角形凹槽。
3.一种破岩装置，其特征在于：它包括犁盘(3)和装置在犁盘(3)上的破岩犁头(4)，所述破岩犁头为根据权利要求1-2任一权利要求所述的破岩犁头。
4.根据权利要求3所述的破岩装置，其特征在于：所述犁盘(3)的顶部为球缺状，下部为圆柱状，犁盘(3)顶部开设有与底座(2)相配合的槽，底座(2)装置在槽内。
5.根据权利要求4所述的破岩装置，其特征在于：所述犁盘(3)的直径与球缺的球体半径相等。
6.根据权利要求3-5任一项所述的破岩装置，其特征在于：所述犁盘(3)自顶部中心向边缘设置有相邻的环状截割带(31)，所述环状截割带(31)内安装有破岩犁头(4)，且相邻环状截割带(31)内的犁头(4)交错分布；直径为300-600mm的犁盘为小盘，所述小盘的每个环状截割带(31)内设置有三个犁头(4)，犁头(4)相对犁盘(3)中心呈120°分布设置；直径大于600mm的犁盘为大盘，所述大盘的每个环状截割带(31)内设置有四个犁头(4)，犁头(4)相对犁盘(3)中心呈90°分布设置。
7.根据权利要求6所述的破岩装置，其特征在于：所述齿盘(1)顶面的下底与环状截割带靠近犁盘(3)顶部中心一侧的边缘相切，且上底两端点位于环状截割带另一侧的边缘上。
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