CN107893626A - 一种封闭式水压凿岩机工作系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种封闭式水压凿岩机工作系统，包括水压凿岩机，水压凿岩机通过供水系统和回水系统与水箱形成封闭的循环回路，供水系统和回水系统上分别设置有用于过滤水的过滤系统和对水的流量、水压进行测量的检测系统。本发明采用上述方案，可直接使用自来水，实现了高压水与低压水的闭路循环，比气动凿岩机系统节能90%以上，比气动凿岩机系统噪音低，在采矿作业面处气动凿岩机的噪音平均在128.5 dB(A)，水压凿岩机的噪音在100.5dB(A),可降低20%以上的噪音。
Description
技术领域
本发明创造涉及一种水压凿岩机，具体地说涉及一种使用在矿山开采、公路、铁路、水利、隧道建设工程中的封闭式水压凿岩机工作系统，属于工程机械领域。
背景技术
目前在我国矿山开采、高铁、地铁隧道、水利建设中，大量使用气腿式气动凿岩机，年需求量在10万台以上，从业人员达到35万以上。气动凿岩机已有150多年的发展与应用历史，但除机具结构、材质及其它一些改进外，能量利用率一直得不到实质性提高，振动大、噪声高等问题也始终无法解决。
20世纪70年代投入市场的液压凿岩机以中、高压液压油作为能量传递介质，设备输出功率大、破岩效率高、能耗低、寿命长、工作环境好、易于自动控制，在世界范围内获得了迅速推广普及，然而由于机型重、推力大，必须安放在相应的液压钻车上才能发挥其效率，因此，液压凿岩机主要应用于大断面的巷(隧)道掘进中。其次，液压凿岩机及台车造价高、使用成本高、对操作者的技能要求高、维修技术要求高，限制了它在矿山开采、公路、铁路、水利、隧道建设工程中的应用。因此，在大部分中、小型采掘及地下工程建设中仍在大量使用气腿式气动凿岩机，而液压凿岩机的使用量不及它的1％。
大量的气腿式气动凿岩机的使用一方面消耗大量的能源，增加了矿山生产成本，另一方面噪声超过125 dB(A)及强烈的振动和大量的油污，使大量的从业人员患上耳聋、白手病等职业疾病，严重威胁着矿工的身心健康。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种凿岩速度快、噪音低、无油雾污染、振动小、节能的封闭式水压凿岩机工作系统，替代现在大量使用的气动凿岩机工作系统，改善操作者的工作环境，降低能耗、保护操作者的身心健康，还可拓宽使用到小型液压钻车上，可取代我国液压凿岩机的部分进口，从而降低钻车的成本，推动钻车在矿山及隧道等工程建设中的应用。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种封闭式水压凿岩机工作系统，包括水压凿岩机，水压凿岩机通过供水系统和回水系统与水箱形成封闭的循环回路，供水系统和回水系统上分别设置有用于过滤水的过滤系统和对水的流量、水压进行测量的检测系统。
以下是本发明对上述方案的进一步优化：所述供水系统包括高压泵，高压泵连通有分流阀，分流阀上设置有两路出水口，其中一路将高压水输出至在水压凿岩机工作系统中提供旋转扭矩的水压马达，另一路将高压水输送到水压凿岩机内，实现水压凿岩机的活塞与水压马达同步运行。
进一步优化：所述两路出水口分别为分流阀出水口和分流阀高压水出口，在分流阀的调节下，其中一路高压水从分流阀出水口输出至在水压凿岩机工作系统中提供旋转扭矩的水压马达，另一路高压水从分流阀高压水出口进入到水压凿岩机内。
进一步优化：所述分流阀的上端面设置有分流阀进水口，分流阀进水口与高压泵连通。
进一步优化：所述分流阀的底部靠近分流阀高压水出口的位置设置有低压水口，在水压凿岩机机体内推动活塞回程运动的高压水在回程运动即将结束时就进入分流阀的低压水口。
进一步优化：所述分流阀上还设置有第三路出水口，该出水口为分流阀上靠近分流阀进水口的位置设置的将分流阀内的低压水输送至水箱的分流阀主回水口，低压水口内的水在分流阀的调节下输送至分流阀主回水口。
进一步优化：所述水压马达上靠近左端的位置设置有水压马达进水口，水压马达进水口与分流阀出水口连通。
进一步优化：所述水压马达上靠近水压马达进水口的位置设置有水压马达回水口，水压马达回水口连接有分流阀回水口，分流阀回水口内的水在分流阀的调节下输送至分流阀主回水口。
进一步优化：所述分流阀进水口连通有支腿控制阀，支腿控制阀上设置有支腿控制阀高压水进口和支腿控制阀回水口。
进一步优化：所述支腿控制阀高压水进口与分流阀进水口连通，支腿控制阀回水口与分流阀主回水口连通。
使用时，工作人员向水箱中添加自来水，自来水经输送水泵（0.5-1kw)输送至精密级过滤器 (该过滤器采用聚丙烯中空纤维膜，其有效截留孔径为0.01—0.1um。）中，过滤后的水通过第二流量计进入高压泵(7.5-10kw)加压，加压后的高压水进入分流阀进水口；
然后高压水进入分流阀并在分流阀的调节下同时分配给凿岩机的冲击部分和水压马达，实现水压凿岩机的活塞与水压马达同步运行；
在水压凿岩机工作过程中的回水通过分流阀主回水口经连接管路流经第一流量计再通过微米级过滤器（该微米级过滤器为孔隙2um-5um的过滤器）回到水箱。
本发明采用上述方案，可直接使用自来水，实现了高压水与低压水的闭路循环，比气动凿岩机系统节能90%以上，一台13m3的螺杆式空压机可带4台气动式凿岩机，螺杆式空压机功率为110KW；气动凿岩机工作时产生大量的油雾，需使用鼓风机向凿岩面处鼓风，加强油雾的外排，其功率为75KW；气动凿岩机在采矿作业中，凿岩时间大约在4小时，在这4小时中电能耗费量为（110+75）×4=740KW，费用大约为740元；水压凿岩机在同等条件下，凿岩速度是气动凿岩机的2.5倍，泵站功率13KW，在同等开采量下，水压凿岩机的耗电费用为1.6×13×1=20.8元，节电能达到90%以上；比气动凿岩机系统噪音低，在采矿作业面处气动凿岩机的噪音平均在128.5 dB(A)，水压凿岩机的噪音在100.5dB(A) ,可降低20%以上的噪音。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明在实施例中液压凿岩机的工作原理图；
图2为本发明在实施例中液压凿岩机的结构原理图；
图3为本发明在实施例中分流阀的结构示意图；
图4为本发明在实施例中分流阀的底部结构图；
图5为本发明在实施例中水压马达的结构示意图；
图6为本发明在实施例中支腿控制阀的结构示意图。
图中：1-第一流量计；2-水箱；3-排水阀；4-第一单向阀；5-第二单向阀；6-第一截止阀；7-微米级过滤器；8-第一压力表；9-第二截止阀；10-第三截止阀；11-输送水泵；12-精密级过滤器；13-第二流量计；14-第四截止阀；15-第二压力表；16-高压泵；17-第三压力表；18-水压凿岩机；19-分流阀；20-水压马达；21-水压支腿；22-支腿控制阀；J1-水压马达进水口；P1-水压马达回水口；J2-分流阀进水口；P2-分流阀主回水口；J3-分流阀出水口；P3-分流阀回水口；J4-支腿控制阀高压水进口；P4-支腿控制阀回水口；B-高压水出口；A-低压回水口；J5-分流阀高压水出口；P5-低压水口。
具体实施方式
实施例，如图1至图6所示，一种封闭式水压凿岩机工作系统，包括水压凿岩机18，水压凿岩机18通过供水系统和回水系统与水箱2形成封闭的循环回路，供水系统和回水系统上分别设置有用于过滤水的过滤系统和对水的流量、水压进行测量的检测系统。
所述供水系统包括与水箱2连通的输送水泵11，输送水泵11的进水口通过连接管与水箱2连通，输送水泵11用于将水箱2内的水抽出。
所述输送水泵11与水箱2之间的连接管上设置有第二单向阀5，用来控制该连接管的通与断。
所述输送水泵11的出水口通过连接管连接有高压泵16，高压泵16的出水口连接有高压管，该高压管远离高压泵16的一端为高压水出口B，水经过高压泵16加压并通过高压水出口B输出高压水。
所述高压水出口B与分流阀进水口J2连通，分流阀进水口J2设置在水压凿岩机18上的分流阀19的上端面上，这样高压水就进入分流阀19内。
所述回水系统包括用于连接水箱2和水压凿岩机18的回水连接管，该回水连接管上远离水箱2的一端设置有低压回水口A。
所述低压回水口A连接有分流阀主回水口P2，分流阀主回水口P2设置在水压凿岩机18上的分流阀19上靠近分流阀进水口J2的位置，这样水压凿岩机18内的低压水就通过分流阀主回水口P2流回水箱2。
所述过滤系统包括连接在输送水泵11与高压泵16之间的用于过滤水的精密级过滤器12，精密级过滤器12的进水口与输送水泵11的出水口连通，精密级过滤器12的出水口与高压泵16的进水口连通。
所述水箱2和水压凿岩机18的回水连接管上设置有用于过滤水的微米级过滤器7，微米级过滤器7的进水口与低压回水口A连通，微米级过滤器7的出水口与水箱2连通。
所述检测系统包括连接在精密级过滤器12与高压泵16之间的用于测量该处水流量的第二流量计13。
所述第二流量计13与高压泵16之间设置有用于检测该处水压的第二压力表15。
所述高压泵16与高压水出口B之间设置有用于测量该处水压的第三压力表17，这样也实现了测量进入水压凿岩机18内的高压水的压力。
所述微米级过滤器7与低压回水口A之间设置有用于检测该处水流量的第一流量计1。
所述第一流量计1与低压回水口A之间设置有用于测量该处水压的第一压力表8。
所述输送水泵11与精密级过滤器12之间设置有第三截止阀10。
所述精密级过滤器12与第二流量计13之间设置有第四截止阀14。
所述微米级过滤器7与水箱2之间沿该处水的流向依次设置有第一截止阀6和第一单向阀4。
所述微米级过滤器7与第一流量计1之间设置有第二截止阀9。
所述分流阀19的一侧靠近左端的位置设置有分流阀出水口J3，该侧靠近右端的位置设置有分流阀回水口P3。
所述分流阀19的底部靠近左端的位置设置有分流阀高压水出口J5，分流阀19的底部靠近分流阀高压水出口J5的位置设置有低压水口P5。
在分流阀19的调节下，其中一路高压水从分流阀出水口J3输出；另一路高压水从分流阀高压水出口J5进入到水压凿岩机18的机体内（图中未表示），推动活塞实现冲回程运动，在水压凿岩机18机体内推动活塞回程运动的高压水在回程运动即将结束时就进入分流阀19的低压水口P5。
所述分流阀出水口J3通过高压管连通有水压马达进水口J1，高压水通过水压马达进水口J1进入水压马达20。
所述水压马达进水口J1设置在水压马达20上靠近左端的位置，水压马达20安装在水压凿岩机18上靠近分流阀19的位置，水压马达20在水压凿岩机工作系统中提供旋转扭矩，带动水压凿岩机18的回转机构进行旋转从而带动钎杆钻头旋转凿出孔。
所述分流阀回水口P3通过高压管与水压马达回水口P1连通，水压马达回水口P1设在水压马达20上靠近水压马达进水口J1的位置，水压马达20内的水经过水压马达回水口P1流至分流阀回水口P3，再经分流阀19的调节流至分流阀主回水口P2。
所述水压凿岩机18的一侧铰接有水压支腿21，水压支腿21给水压凿岩机18提供向上的支撑力和向前的力，实现水压凿岩机18凿孔的连续性（水压支腿22的运动形式是与水压凿岩机18通过铰接方式连接的活塞杆伸长与收缩两种运动。）。
所述水压支腿21的一端设置有支腿控制阀22，支腿控制阀22用来控制水压支腿22的伸长与收缩。
所述支腿控制阀22上设置有支腿控制阀高压水进口J4和支腿控制阀回水口P4。
所述支腿控制阀高压水进口J4与分流阀进水口J2连通，即支腿控制阀高压水进口J4通过三通接头与分流阀进水口J2以及高压水出口B连通。
所述支腿控制阀回水口P4与分流阀主回水口P2相连通，即支腿控制阀回水口P4通过三通接头与分流阀主回水口P2以及低压回水口A连通。
所述水箱2的外部靠近底部的位置设置有排水阀3，这样设计便于将水箱2中的水排掉。
使用时，工作人员向水箱2中添加自来水，自来水经输送水泵11（0.5-1kw)输送至精密级过滤器12 (该过滤器采用聚丙烯中空纤维膜，其有效截留孔径为0.01—0.1um。）中，过滤后的水通过第二流量计13进入高压泵16(7.5-10kw)加压，加压后的高压水进入分流阀进水口J2；
然后高压水进入分流阀19并在分流阀19的调节下同时分配给凿岩机的冲击部分和水压马达20，实现水压凿岩机18的活塞与水压马达20同步运行；
在水压凿岩机18工作过程中的回水通过分流阀主回水口P2经连接管路流经第一流量计1再通过微米级过滤器7（该微米级过滤器7为孔隙2um-5um的过滤器）回到水箱2。
本发明采用上述方案，可直接使用自来水，实现了高压水与低压水的闭路循环，比气动凿岩机系统节能90%以上，一台13m3的螺杆式空压机可带4台气动式凿岩机，螺杆式空压机功率为110KW；气动凿岩机工作时产生大量的油雾，需使用鼓风机向凿岩面处鼓风，加强油雾的外排，其功率为75KW；气动凿岩机在采矿作业中，凿岩时间大约在4小时，在这4小时中电能耗费量为（110+75）×4=740KW，费用大约为740元；水压凿岩机在同等条件下，凿岩速度是气动凿岩机的2.5倍，泵站功率13KW，在同等开采量下，水压凿岩机的耗电费用为1.6×13×1=20.8元，节电能达到90%以上；比气动凿岩机系统噪音低，在采矿作业面处气动凿岩机的噪音平均在128.5 dB(A)，水压凿岩机的噪音在100.5dB(A) ,可降低20%以上的噪音。
Claims (10)
1.一种封闭式水压凿岩机工作系统，包括水压凿岩机（18），其特征在于：水压凿岩机（18）通过供水系统和回水系统与水箱（2）形成封闭的循环回路，供水系统和回水系统上分别设置有用于过滤水的过滤系统和对水的流量、水压进行测量的检测系统。
2.根据权利要求1所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述供水系统包括高压泵（16），高压泵（16）连通有分流阀（19），分流阀（19）上设置有两路出水口，其中一路将高压水输出至在水压凿岩机工作系统中提供旋转扭矩的水压马达（20），另一路将高压水输送到水压凿岩机（18）内，实现水压凿岩机（18）的活塞与水压马达（20）同步运行。
3.根据权利要求2所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述两路出水口分别为分流阀出水口（J3）和分流阀高压水出口（J5），在分流阀（19）的调节下，其中一路高压水从分流阀出水口（J3）输出至在水压凿岩机工作系统中提供旋转扭矩的水压马达（20），另一路高压水从分流阀高压水出口（J5）进入到水压凿岩机（18）内。
4.根据权利要求3所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述分流阀（19）的上端面设置有分流阀进水口（J2），分流阀进水口（J2）与高压泵（16）连通。
5.根据权利要求4所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述分流阀（19）的底部靠近分流阀高压水出口（J5）的位置设置有低压水口（P5），在水压凿岩机（18）机体内推动活塞回程运动的高压水在回程运动即将结束时就进入分流阀（19）的低压水口（P5）。
6.根据权利要求5所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述分流阀（19）上还设置有第三路出水口，该出水口为分流阀（19）上靠近分流阀进水口（J2）的位置设置的将分流阀（19）内的低压水输送至水箱（2）的分流阀主回水口（P2），低压水口（P5）内的水在分流阀（19）的调节下输送至分流阀主回水口（P2）。
7.根据权利要求6所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述水压马达（20）上靠近左端的位置设置有水压马达进水口（J1），水压马达进水口（J1）与分流阀出水口（J3）连通。
8.根据权利要求7所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述水压马达（20）上靠近水压马达进水口（J1）的位置设置有水压马达回水口（P1），水压马达回水口（P1）连接有分流阀回水口（P3），分流阀回水口（P3）内的水在分流阀（19）的调节下输送至分流阀主回水口（P2）。
9.根据权利要求8所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述分流阀进水口（J2）连通有支腿控制阀（22），支腿控制阀（22）上设置有支腿控制阀高压水进口（J4）和支腿控制阀回水口（P4）。
10.根据权利要求9所述的一种封闭式水压凿岩机工作系统，其特征在于：所述支腿控制阀高压水进口（J4）与分流阀进水口（J2）连通，支腿控制阀回水口（P4）与分流阀主回水口（P2）连通。
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