CN110905544A - 一种脉冲射流辅助式掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲射流辅助式掘进机，包括分别固定安装在悬臂式掘进机前端两侧的两个脉冲射流系统，脉冲射流系统包括依次连接在一起的脉冲射流装置、姿态调整机构以及距离调整机构，距离调整机构固定安装在悬臂式掘进机上；脉冲射流装置包括储能系统、冲击系统和喷射系统；本脉冲射流辅助式掘进机结构紧凑，能够在不增加能耗的前提下实现对岩层硬度f>10的坚硬岩层快速冲蚀弱化，进而实现提高掘进效率、降低安全隐患的目的。
Description
技术领域
本发明涉及掘进机领域，具体涉及一种脉冲射流辅助式掘进机。
背景技术
掘进机是用于开凿平直地下巷道的机器，分为开敞式掘进机和护盾式掘进机，通常包括行走机构、工作机构、装运机构和转载机构组成，随着行走机构向前推进，工作机构中的切割头不断破碎岩石，并将碎岩运走，具有安全、高效和成巷质量好等优点，特别是悬臂式掘进机，它集截割、装运、行走、操作等功能于一体，主要用于截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道。
目前水射流辅助破岩是一种环保、安全的破岩方式，重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在我国处于试验阶段，切割功率大、截割效率高、工作稳定且有很好的除尘系统的全岩巷重型悬臂式掘进机是岩巷掘进技术今后的发展方向；在岩层硬度f<10的全岩巷道和半煤岩巷道中，悬臂式掘进机得到大力发展，悬臂式掘进机已逐步成为我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式，但通常岩层的硬度是一个非确定值，即不同区域内的岩层硬度不一定相同，且工作条件十分恶劣，当岩层硬度f>10时，悬臂式掘进机不但效率极低、能耗增大，而且截齿磨损严重、甚至无法掘进，通常需将掘进机后撤至安全距离后采用钻炮掘后再进行掘进，掘进效率较低、而且操作安全隐患较大，高硬度岩巷掘进已成我国掘进机械化发展的瓶颈。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种脉冲射流辅助式掘进机，其结构简单、冲击力大、工作效率高、设计了高效弱化岩体的脉冲射流装置并将其与掘进能力低、截割效率高的掘进机有机结合，采用脉冲射流装置先对坚硬岩石进行弱化，降低岩石强度，实现环保高效的弱化岩体，避免了掘进机在开采坚硬岩石时出现采不动、效率低、截齿损毁严重的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种脉冲射流辅助式掘进机，包括分别固定安装在悬臂式掘进机(2)前端两侧的两个脉冲射流系统(1)，所述脉冲射流系统(1)包括依次连接在一起的脉冲射流装置1-12、姿态调整机构以及距离调整机构，所述距离调整机构固定安装在悬臂式掘进机2上；
所述脉冲射流装置1-12包括储能系统、冲击系统和喷射系统；
所述储能系统包括蓄能器1-12-1、后端盖1-12-2、压力腔1-12-3、进油口1-12-10、阶梯形活塞1-12-11、蓄能器连接口1-12-12；蓄能器1-12-1通过蓄能器连接口1-12-12与后端盖1-12-2连接；压力腔1-12-3后端与后端盖1-12-2通过螺纹连接在一起，压力腔1-12-3前端设有进油口1-12-10；阶梯形活塞1-12-11包括活塞杆、小活塞、大活塞3个部分，阶梯形活塞能够在压力腔1-12-3内前后移动；
所述冲击系统包括设在压力腔1-12-3前端并周向均布的若干个快速泄油口1-12-4和前端盖1-12-5；压力腔1-12-3前端与前端盖1-12-5螺纹连接在一起；
所述喷射系统包括喷射腔1-12-6、喷嘴1-12-7、压盖1-12-8以及进水口1-12-9；压盖1-12-8通过紧定螺钉与前端盖1-12-5前端连接；喷射腔1-12-6位于前端盖1-12-5中心孔内并通过紧定螺钉与压盖1-12-8连接，喷射腔1-12-6前端设有可拆卸的锥形喷嘴1-12-7；前端盖1-12-5上设有与喷射腔1-12-6接通的进水口1-12-9；所述后端盖1-12-2、前端盖1-12-5固定在固定架1-13上。
优选地，所述阶梯形活塞1-12-11包括外径逐渐增大的活塞杆、小活塞以及与压力腔1-12-3内壁适配的大活塞。
优选地，所述脉冲射流装置1-12内喷嘴1-12-7根据不同的岩石特性更换选用不同的喷嘴。
优选地，所述脉冲射流装置1-12根据岩石硬度选择不同型号和最大工作压力的蓄能器1-12-1。
优选地，所述脉冲射流装置1-12的快速卸油口1-12-4数量为4-6个，其能够快速降低阶梯型活塞冲击时的阻力，能够高效利用蓄能器内储存的能量。
优选地，所述距离调整机构包括固定在悬臂式掘进机2的固定板2-1上并设有齿条1-1的固定座1-2，固定座1-2上滑动连接移动支座1-3，移动支座1-3内固定有步进电机，步进电机输出轴设有与齿条1-1啮合的齿轮。
优选地，所述姿态调整机构包括通过十字连接头1-4铰接在移动支座1-3前端上部的大臂1-6，移动支座1-3前端下部通过下俯仰液压缸1-5与大臂1-6中部铰接，大臂1-6远离移动支座1-3的一端通过销钉铰接上俯仰座1-8，上俯仰座1-8与大臂1-6间铰接上俯仰液压缸1-7，上俯仰座1-8上固定回转液压缸1-9，回转液压缸1-9输出端安装有固定座1-11，脉冲射流装置1-12的固定架1-13铰接在上固定座1-11上，固定架1-13与上固定座1-11之间还铰接有调节液压缸1-10。
本发明的有益效果在于：
1、高效弱化岩体的脉冲射流装置并将其与掘进能力低、截割效率高的掘进机有机结合，采用脉冲射流装置先对坚硬岩石进行弱化，降低岩石强度，实现环保高效的弱化岩体，避免了掘进机在开采坚硬岩石时出现采不动、效率低、截齿损毁严重的问题。最适用于硬度f>10的岩石巷道开凿；
2、在普通掘进机无法正常掘进的情况下，实现在巷道断面上先由脉冲射流装置对掘进面进行冲击弱化，降低岩石的破坏强度，进而由掘进机截割部对巷道进行开拓；
3、脉冲射流辅助装置能实现多种角度、位置、姿态以满足多工况冲击弱化的需要，也可实现两个脉冲射流装置同时工作，大大提高了弱化岩体的效率；将脉冲射流装置合理地集成于掘进机之上，兼具两台脉冲射流冲击装置和一台掘进机的功能，此种脉冲射流辅助式掘进机很好地节约了巷道开拓成本；
4、其结构紧凑，使用在掘进机上使其掘进能力强，掘进效率高，减小了截齿的损耗，且脉冲射流装置姿态调整灵活，可最大限度的满足硬岩掘进时多方位弱化岩体的需求，具有广泛的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的信息。
图1为本发明实施例提供的一种脉冲射流辅助式掘进机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的脉冲射流系统结构示意图；
图3为本发明实施例提供的脉冲射流装置结构原理示意图。
附图标记说明：
1、脉冲射流系统，1-1、齿条，1-2、固定座，1-3、移动支座，1-4、十字连接头，1-5、下俯仰液压缸，1-6、大臂，1-7、上俯仰液压缸，1-8、上俯仰座，1-9、回转液压缸，1-10、调节液压缸，1-11、上固定座，1-12、脉冲射流装置，1-12-1、蓄能器，1-12-2、后端盖，1-12-3、压力腔，1-12-4、快速泄油口，1-12-5、前端盖，1-12-6、喷射腔，1-12-7、喷嘴，1-12-8、压盖，1-12-9、进水口，1-12-10、进油口，1-12-11、阶梯形活塞，1-12-12、蓄能器连接口，1-13、固定架，2、悬臂式掘进机，2-1、支撑板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，一种脉冲射流辅助式掘进机，包括分别固定安装在悬臂式掘进机2前端两侧的两个脉冲射流系统1，所述脉冲射流系统1包括依次连接在一起的脉冲射流装置1-12、姿态调整机构以及距离调整机构，所述距离调整机构固定安装在悬臂式掘进机2上；悬臂式掘进机2选用型号EBZ-75。
所述脉冲射流装置1-12包括储能系统、冲击系统和喷射系统；
所述储能系统包括蓄能器1-12-1、后端盖1-12-2、压力腔1-12-3、进油口1-12-10、阶梯形活塞1-12-11、蓄能器连接口1-12-12；蓄能器1-12-1通过蓄能器连接口1-12-12与后端盖1-12-2连接；压力腔1-12-3后端与后端盖1-12-2通过螺纹连接在一起，压力腔1-12-3前端设有进油口1-12-10；所述阶梯形活塞1-12-11包括外径逐渐增大的活塞杆、小活塞以及与压力腔1-12-3内壁适配的大活塞，相较于普通圆柱活塞，可减小活塞运动阻力，降低系统能量损失，阶梯形活塞能够在压力腔1-12-3内前后移动。
所述冲击系统包括设在压力腔1-12-3前端并周向均布的4-6个快速泄油口1-12-4和前端盖1-12-5；压力腔1-12-3前端与前端盖1-12-5螺纹连接在一起；4-6个快速泄油口1-12-4能够快速降低阶梯型活塞冲击时的阻力，能够高效利用蓄能器内储存的能量。
所述喷射系统包括喷射腔1-12-6、喷嘴1-12-7、压盖1-12-8以及进水口1-12-9；压盖1-12-8通过紧定螺钉与前端盖1-12-5前端连接；喷射腔1-12-6位于前端盖1-12-5中心孔内并通过紧定螺钉与压盖1-12-8连接，喷射腔1-12-6前端设有可拆卸的锥形喷嘴1-12-7；前端盖1-12-5上设有与喷射腔1-12-6接通的进水口1-12-9；所述后端盖1-12-2、前端盖1-12-5固定在固定架1-13上。
脉冲射流装置1-12工作原理为：液压油从进油口1-12-10进入压力腔1-12-3的同时推动阶梯形活塞1-12-11向压力腔后端移动，阶梯形活塞1-12-11在向压力腔后端移动过程中将压力腔内液压油通过蓄能器连接口1-12-12压入蓄能器1-12-1内，蓄能器1-12-1内氮气在液压油压缩作用下产生高压、完成蓄能，同时阶梯形活塞1-12-11在向压力腔后端移动过程中会将前端盖1-12-5上开设的进水口1-12-9打开，水随之从进水口进入并充满喷射腔1-12-6；
蓄能阶段完成后，压力腔1-12-3前端的快速泄油口1-12-4在快速泄油阀作用下开启，压力腔1-12-3内液压油从快速泄油口1-12-4流出，压力腔1-12-3内油压急速下降，阶梯形活塞1-12-11在蓄能器1-12-1作用下产生高速运动，阶梯形活塞1-12-11在向压力腔1-12-3前端运动会将进水口1-12-9封住，同时阶梯形活塞1-12-11的动能迅速传递给喷射腔1-12-6内的水柱使水柱的压力在短时间内急速升高并从喷嘴1-12-7喷射出去，岩石在水柱巨大冲击力作用下弱化、破碎。
脉冲射流装置将阶梯形活塞的动能转化为喷射腔水柱冲击能，实现了短时间内产生巨大冲击力，从而弱化岩石的目的；与传统连续水射流冲击破岩相比，本装置不仅具有更大冲击力，且每次冲击所消耗仅为喷射腔内的水，达到节水目的同时可减少工作面积水。
所述脉冲射流装置1-12内喷嘴1-12-7根据不同的岩石特性更换选用不同的喷嘴。
所述脉冲射流装置1-12根据岩石硬度选择不同型号和最大工作压力的蓄能器1-12-1。
所述距离调整机构包括固定在悬臂式掘进机2的固定板2-1上并设有齿条1-1的固定座1-2，固定座1-2上滑动连接移动支座1-3，移动支座1-3内固定有步进电机，步进电机输出轴设有与齿条1-1啮合的齿轮，相比一般的液压缸推动的形式，能够节省较大的设计空间，结构较为简单。
所述姿态调整机构包括通过十字连接头1-4铰接在移动支座1-3前端上部的大臂1-6，移动支座1-3前端下部通过两个下俯仰液压缸1-5与大臂1-6中部铰接，该处设有两个下俯仰液压缸1-5，当两下俯仰液压缸1-5伸长量相同时，大臂1-6上下抬升，当两下俯仰液压缸1-5伸长量不同时，大臂1-6则会左右摆动；
大臂1-6远离移动支座1-3的一端通过销钉安装有上俯仰座1-8，上俯仰座1-8与大臂1-6间铰接有上俯仰液压缸1-7，通过控制上俯仰液压缸1-7的伸长量，可以再一次对脉冲射流装置1-12的俯仰角度进一步调节，增大工作范围；
上俯仰座1-8上固定回转液压缸1-9，回转液压缸1-9输出端安装有固定座1-11，脉冲射流装置1-12的固定架1-13与固定座1-11铰接，固定架1-13与上固定座1-11之间还铰接有调节液压缸1-10；通过控制回转液压缸1-9的输出量，可以对脉冲射流装置1-12的回转角进一步调节，从而增大工作面积；
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种脉冲射流辅助式掘进机，其特征在于，包括分别固定安装在悬臂式掘进机(2)前端两侧的两个脉冲射流系统(1)，所述脉冲射流系统(1)包括依次连接在一起的脉冲射流装置(1-12)、姿态调整机构以及距离调整机构，所述距离调整机构固定安装在悬臂式掘进机(2)上；
所述脉冲射流装置(1-12)包括储能系统、冲击系统和喷射系统；
所述储能系统包括蓄能器(1-12-1)、后端盖(1-12-2)、压力腔(1-12-3)、进油口(1-12-10)、阶梯形活塞(1-12-11)、蓄能器连接口(1-12-12)；蓄能器(1-12-1)通过蓄能器连接口(1-12-12)与后端盖(1-12-2)连接；压力腔(1-12-3)后端与后端盖(1-12-2)通过螺纹连接在一起，压力腔(1-12-3)前端设有进油口(1-12-10)；阶梯形活塞(1-12-11)包括活塞杆、小活塞、大活塞3个部分，阶梯形活塞能够在压力腔(1-12-3)内前后移动；
所述冲击系统包括前端盖(1-12-5)和设在压力腔(1-12-3)前端并周向均布的若干个快速泄油口(1-12-4)；压力腔(1-12-3)前端与前端盖(1-12-5)螺纹连接在一起；
所述喷射系统包括喷射腔(1-12-6)、喷嘴(1-12-7)、压盖(1-12-8)以及进水口(1-12-9)；压盖(1-12-8)通过紧定螺钉与前端盖(1-12-5)前端连接；喷射腔(1-12-6)位于前端盖(1-12-5)中心孔内并通过紧定螺钉与压盖(1-12-8)连接，喷射腔(1-12-6)前端设有可拆卸的锥形喷嘴(1-12-7)；前端盖(1-12-5)上设有与喷射腔(1-12-6)接通的进水口(1-12-9)；所述后端盖(1-12-2)、前端盖(1-12-5)固定在固定架(1-13)上。
2.根据权利要求1所述脉冲射流辅助式掘进机，其特征在于：所述阶梯形活塞(1-12-11)包括外径逐渐增大的活塞杆、小活塞以及与压力腔(1-12-3)内壁适配的大活塞。
3.根据权利要求1所述脉冲射流辅助式掘进机，其特征在于：所述脉冲射流装置(1-12)内喷嘴(1-12-7)根据不同的岩石特性更换选用不同的喷嘴。
4.根据权利要求1所述脉冲射流辅助式掘进机，其特征在于：所述脉冲射流装置(1-12)根据岩石硬度选择不同型号和最大工作压力的蓄能器(1-12-1)。
5.根据权利要求1所述脉冲射流辅助式掘进机，其特征在于：所述脉冲射流装置(1-12)的快速卸油口(1-12-4)数量为4-6个。
6.根据权利要求1所述脉冲射流辅助式掘进机，其特征在于，所述距离调整机构包括固定在悬臂式掘进机(2)的固定板(2-1)上并设有齿条(1-1)的固定座(1-2)，固定座(1-2)上滑动连接移动支座(1-3)，移动支座(1-3)内固定有步进电机，步进电机输出轴设有与齿条(1-1)啮合的齿轮。
7.根据权利要求6所述脉冲射流辅助式掘进机，其特征在于，所述姿态调整机构包括通过十字连接头(1-4)铰接在移动支座(1-3)前端上部的大臂(1-6)，移动支座(1-3)前端下部通过下俯仰液压缸(1-5)与大臂(1-6)中部铰接，大臂(1-6)远离移动支座(1-3)的一端通过销钉铰接在上俯仰座(1-8)上，上俯仰座(1-8)与大臂(1-6)间铰接上俯仰液压缸(1-7)，上俯仰座(1-8)与回转液压缸(1-9)固定，回转液压缸(1-9)输出端安装固定座(1-11)，脉冲射流装置(1-12)的固定架(1-13)铰接在上固定座(1-11)上，固定架(1-13)与上固定座(1-11)之间还铰接有调节液压缸(1-10)。
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