CN111005684B - 一种电磁冲击破岩钻孔装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电磁冲击破岩钻孔装置及使用方法，装置包括安装盘，所述安装盘一侧设有多个钻头机构，另一侧与盾体端部固定连接，所述钻头机构包括固定设于安装盘内的安装筒，所述安装筒内设有可前后移动和自转的钻头；另外本发明公开与装置相应的使用方法；本发明解决了现有破岩技术安全性不足、环境污染和效率低的问题，同时实现冲击破岩及旋转钻孔功能。
Description
技术领域
本发明涉及破岩技术领域，具体地指一种电磁冲击破岩钻孔装置及使用方法。
背景技术
近年来，随着城市、工业、交通建设快速发展，大量工程都需要对岩体进行开挖破碎工作，同时对岩体破碎的要求越来越高，控制爆破振动，减小噪声及环境污染等已经成为亟待解决的问题。目前采用破岩的方式主要有炸药破碎、静力破碎和盾构技术。炸药爆破速度快，操作简单、方便，但是安全性差，采用爆破破岩，在爆炸过程中产生振动、噪声、环境污染、以及对整个岩体结构造成影响使得其稳定性降低易于发生地质问题。静力破碎具有环境污染小、安全性高等特点，但是破岩时间长效率低,受环境影响较大，且静力破碎剂具有腐蚀性。现有盾构技术应用很广泛，但是在使用过程中存在一些方面的不足，比如：现有的广泛使用的破岩机器刀盘，部分维修和更换繁杂困难，既影响工程进度又对工作人员造成影响，对设备整体要求很高。总体来看，现有的破岩技术主要存在安全性不足、环境污染、效率低等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种电磁冲击破岩钻孔装置及使用方法，解决现有破岩技术安全性不足、环境污染和效率低的问题，同时实现冲击破岩及旋转钻孔功能。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种电磁冲击破岩钻孔装置，包括安装盘，所述安装盘一侧设有多个钻头机构，另一侧与盾体端部固定连接，所述钻头机构包括固定设于安装盘内的安装筒，所述安装筒内设有可前后移动和自转的钻头。
优选地，所述安装盘表面还设有喷水孔，喷水孔与盾体内设置的喷水管连通。
优选地，所述安装盘的圆周面还通过第一轴承与环形齿刀连接，所述环形齿刀端部通过旋转杆与旋转轴连接，所述旋转轴与盾体内的电机输出轴连接。
优选地，所述钻头头部中心位置与转轴一端连接，所述转轴两端均架设于移动碗体内的第二轴承上，所述移动碗体背部与可移动的第一电磁铁连接，第一电磁铁通过缓冲弹簧与第二电磁铁连接，所述第二电磁铁固定于安装筒内端部，所述转轴上套装固定有转轮，所述转轮两侧均设有喷气管。
更为优选地，所述移动碗体为闭合的空心半球体结构，其侧面开设有透气孔。
更为优选地，两个喷气管均与主管一端连接，主管另一端与气泵连接，每个喷气管端部均设有可移动挡片。
更为优选地，可移动挡片与L型杆一端连接，L型杆另一端与压片连接，所述压片上设有铁片，与铁片相对的位置上设有第三电磁铁，所述铁片与第三电磁铁之间通过压缩弹簧连接。
更为优选地，所述压片上还设有限位杆，与限位杆相对的位置上设有限位筒体。
优选地，所述安装筒还与气管连接，所述气管与气泵连接。
另外，本发明还公开上述电磁冲击破岩钻孔装置的使用方法，它包括如下步骤：
S1：将钻头机构的第一电磁铁和第二电磁铁接通电源，并交替变换第二电磁铁的磁极，使得第二电磁铁交替吸引和排斥第一电磁铁；
S2：第一电磁铁产生往复运动并带动移动碗体往复移动，从而使得钻头不断前后移动并冲击岩石层，实现冲击破岩功能；
S3：开启钻头机构的气泵，喷气管喷出气体并射向转轮；
S4：转轮旋转并带动转轴旋转，从而使得钻头自转，实现旋转钻孔功能；
S5：在破岩和钻孔过程中，与喷水管连接的水泵工作，使得水从喷水孔喷出，对破岩钻孔位置进行冷却和降尘过程。
本发明的有益效果：
1.本发明具有冲击破岩功能以及旋转钻孔功能，通过控制电磁铁实现冲击破岩功能，方便快捷，降低了这项工作带来的风险，同时也没有气缸工作的噪声。
2、另外气泵系统在密闭空间产生的气体压强加上磁力，更能保证冲击的效果。
3.在进行旋转钻孔功能时，多个钻头是进行“自转”，这区别于现有的围绕轴心进行“公转”的技术，本发明中的钻头自转阻力更小，不易出现钻头卡死的现象，而且是多个钻头各自进行自转过程，更易于破岩推进。
3、通过喷射的气体来驱动转轮旋转，最终实现钻头的正转及反转功能，此机构区别于噪声较大的气缸机构，本发明驱动机构运行的噪音低，污染少，安全性高，控制简单而方便。
4. 从喷水孔喷出的水可以进行冷却，也起到保护钻头的作用，另外高压水流也可以起到软化岩层的作用，这在很大程度上提高了破岩速度与效率，同时也降低了钻头的磨蚀作用。
5、本发明解决了现有破岩技术安全性不足、环境污染和效率低的问题，同时实现冲击破岩及旋转钻孔功能。
附图说明
图1一种电磁冲击破岩钻孔装置的立体结构示意图；
图2为图1的正视结构示意图；
图3为环形齿刀及其驱动机构的结构示意图；
图4为钻头机构的立体结构示意图；
图5为图4的内部结构示意图；
图6为图5中移动碗体的内部结构示意图；
图7为图6中转轮与喷气管的位置示意图；
图8为图6中A区域的放大结构示意图；
图中，安装盘1、钻头机构2、安装筒2.1、钻头2.2、第二轴承2.3、转轴2.4、移动碗体2.5、第一电磁铁2.6、第二电磁铁2.7、转轮2.8、喷气管2.9、透气孔2.10、主管2.11、可移动挡片2.12、L型杆2.13、压片2.14、铁片2.15、第三电磁铁2.16、压缩弹簧2.17、限位杆2.18、限位筒体2.19、气管2.20、缓冲弹簧2.21、盾体3、喷水孔4、第一轴承5、环形齿刀6、旋转杆7、旋转轴8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至8所示，一种电磁冲击破岩钻孔装置，包括安装盘1，所述安装盘1一侧设有多个钻头机构2，另一侧与盾体3端部固定连接，所述钻头机构2包括固定设于安装盘1内的安装筒2.1，所述安装筒2.1内设有可前后移动和自转的钻头2.2。优选地，本实施例中的钻头2.2为锥形结构，其表面分布有多个凸起，可以增大钻头2.2对岩体的接触面积，提高破岩效率；另外盾体3为圆筒形结构，起到保护内部管路的作用。
优选地，如图2所示，所述安装盘1表面还设有喷水孔4，喷水孔4与盾体3内设置的喷水管连通。由于钻头2.2在破岩和钻孔的过程中会产生大量热量，这时从喷水孔4喷出的水可以进行冷却，也起到保护钻头的作用，另外高压水流也可以起到软化岩层的作用，这在很大程度上提高了破岩速度与效率，同时也降低了钻头2.2的磨蚀作用。
优选地，如图3所示，所述安装盘1的圆周面还通过第一轴承5与环形齿刀6连接，所述环形齿刀6端部通过旋转杆7与旋转轴8连接，所述旋转轴8与盾体3内的电机输出轴连接。当电机工作时，其带动旋转轴8旋转，进而使得旋转杆7带动环形齿刀6旋转，从而可以快速将破碎的岩石拨开到孔外，避免对破岩和钻孔过程产生影响。
优选地，如图5至7所示，所述钻头2.2头部中心位置与转轴2.4一端连接，所述转轴2.4两端均架设于移动碗体2.5内的第二轴承2.3上，所述移动碗体2.5背部与可移动的第一电磁铁2.6连接，第一电磁铁2.6通过缓冲弹簧2.21与第二电磁铁2.7连接，所述第二电磁铁2.7固定于安装筒2.1内端部，所述转轴2.4上套装固定有转轮2.8，所述转轮2.8两侧均设有喷气管2.9。当气泵开启时，从喷气管2.9处喷出高压气体，气体推动转轮2.8旋转，转轮2.8旋转并带动转轴2.4旋转，从而使得钻头2.2自转，实现旋转钻孔功能。另外将钻头机构2的第一电磁铁2.6和第二电磁铁2.7接通电源，并交替变换第二电磁铁2.7的磁极后，可以使得第二电磁铁2.7交替吸引和排斥第一电磁铁2.6，这样第一电磁铁2.6产生往复运动并带动移动碗体2.5往复移动，从而使得钻头2.2不断前后移动并冲击岩石层，实现冲击破岩功能。另外在本实施例中，缓冲弹簧2.21起到缓冲作用，在缓冲弹簧2.21中部所在的安装筒2.1内部位置上也可以增设挡环，这样可以防止在吸引过程中第一电磁铁2.6太靠近第二电磁铁2.7，避免钻头2.2完全缩入安装筒2.1内部。
更为优选地，所述移动碗体2.5为闭合的空心半球体结构，其侧面开设有透气孔2.10。透气孔2.10可以保证移动碗体2.5内外气压平衡，避免影响气体驱动过程。
更为优选地，两个喷气管2.9均与主管2.11一端连接，主管2.11另一端与气泵连接，每个喷气管2.9端部均设有可移动挡片2.12。如图所示，为了使得转轮2.8旋转方向可以变换，通过控制两个喷气管2.9的通断可以实现此功能，例如可移动挡片2.12挡住左侧的喷气管2.9，这时只有右侧的喷气管2.9喷出气体，从而使得转轮2.8逆时针转动，而当可移动挡片2.12挡住右侧的喷气管2.9，这时只有左侧的喷气管2.9喷出气体，从而使得转轮2.8顺时针转动，最终可以实现钻头2.2的正转和反转功能，提高钻孔效果。
更为优选地，如图8所示，可移动挡片2.12与L型杆2.13一端连接，L型杆2.13另一端与压片2.14连接，所述压片2.14上设有铁片2.15，与铁片2.15相对的位置上设有第三电磁铁2.16，所述铁片2.15与第三电磁铁2.16之间通过压缩弹簧2.17连接。当第三电磁铁2.16工作时，可以吸引铁片2.15，从而使得压片2.14带动L型杆2.13及可移动挡片2.12下移，从而可以将相应的喷气管2.9阻挡，因此需要左侧或右侧的喷气管2.9工作时，只需要开启相应一侧的第三电磁铁2.16即可实现上述功能。
更为优选地，所述压片2.14上还设有限位杆2.18，与限位杆2.18相对的位置上设有限位筒体2.19。限位杆2.18与限位筒体2.19的配合可以保证压片2.14的移动过程更加平稳。
优选地，如图5所示，所述安装筒2.1还与气管2.20连接，所述气管2.20与气泵连接。如果需要进一步增大钻头2.2的破岩或进给功效，可以开启相应的气泵，使得气管2.20向安装筒2.1内充入气体，其内部压强增大，使得移动碗体2.5带动过钻头2.2压向岩石，提高了破岩效果。
本实施例关于上述电磁冲击破岩钻孔装置的使用方法包括如下主要步骤：
S1：将钻头机构2的第一电磁铁2.6和第二电磁铁2.7接通电源，并交替变换第二电磁铁2.7的磁极，使得第二电磁铁2.7交替吸引和排斥第一电磁铁2.6；在本实施例中，可以通过改变电流方向而改变电磁铁磁场方向或磁极方向。
S2：第一电磁铁2.6产生往复运动并带动移动碗体2.5往复移动，从而使得钻头2.2不断前后移动并冲击岩石层，实现冲击破岩功能；
S3：开启钻头机构2的气泵，喷气管2.9喷出气体并射向转轮2.8；
S4：转轮2.8旋转并带动转轴2.4旋转，从而使得钻头2.2自转，实现旋转钻孔功能；
S5：在破岩和钻孔过程中，与喷水管连接的水泵工作，使得水从喷水孔4喷出，对破岩钻孔位置进行冷却和降尘过程。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电磁冲击破岩钻孔装置，包括安装盘（1），所述安装盘（1）一侧设有多个钻头机构（2），另一侧与盾体（3）端部固定连接，其特征在于：所述钻头机构（2）包括固定设于安装盘（1）内的安装筒（2.1），所述安装筒（2.1）内设有可前后移动和自转的钻头（2.2）；所述钻头（2.2）头部中心位置与转轴（2.4）一端连接，所述转轴（2.4）两端均架设于移动碗体（2.5）内的第二轴承（2.3）上，所述移动碗体（2.5）背部与可移动的第一电磁铁（2.6）连接，第一电磁铁（2.6）通过缓冲弹簧（2.21）与第二电磁铁（2.7）连接，所述第二电磁铁（2.7）固定于安装筒（2.1）内端部，所述转轴（2.4）上套装固定有转轮（2.8），所述转轮（2.8）两侧均设有喷气管（2.9）。
2.根据权利要求1所述的一种电磁冲击破岩钻孔装置，其特征在于：所述安装盘（1）表面还设有喷水孔（4），喷水孔（4）与盾体（3）内设置的喷水管连通。
3.根据权利要求1所述的一种电磁冲击破岩钻孔装置，其特征在于：所述安装盘（1）的圆周面还通过第一轴承（5）与环形齿刀（6）连接，所述环形齿刀（6）端部通过旋转杆（7）与旋转轴（8）连接，所述旋转轴（8）与盾体（3）内的电机输出轴连接。
4.根据权利要求1所述的一种电磁冲击破岩钻孔装置，其特征在于：所述移动碗体（2.5）为闭合的空心半球体结构，其侧面开设有透气孔（2.10）。
5.根据权利要求1所述的一种电磁冲击破岩钻孔装置，其特征在于：两个喷气管（2.9）均与主管（2.11）一端连接，主管（2.11）另一端与气泵连接，每个喷气管（2.9）端部均设有可移动挡片（2.12）。
6.根据权利要求5所述的一种电磁冲击破岩钻孔装置，其特征在于：可移动挡片（2.12）与L型杆（2.13）一端连接，L型杆（2.13）另一端与压片（2.14）连接，所述压片（2.14）上设有铁片（2.15），与铁片（2.15）相对的位置上设有第三电磁铁（2.16），所述铁片（2.15）与第三电磁铁（2.16）之间通过压缩弹簧（2.17）连接。
7.根据权利要求6所述的一种电磁冲击破岩钻孔装置，其特征在于：所述压片（2.14）上还设有限位杆（2.18），与限位杆（2.18）相对的位置上设有限位筒体（2.19）。
8.根据权利要求1所述的一种电磁冲击破岩钻孔装置，其特征在于：所述安装筒（2.1）还与气管（2.20）连接，所述气管（2.20）与气泵连接。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的电磁冲击破岩钻孔装置的使用方法，其特征在于：它包括如下步骤：
S1：将钻头机构（2）的第一电磁铁（2.6）和第二电磁铁（2.7）接通电源，并交替变换第二电磁铁（2.7）的磁极，使得第二电磁铁（2.7）交替吸引和排斥第一电磁铁（2.6）；
S2：第一电磁铁（2.6）产生往复运动并带动移动碗体（2.5）往复移动，从而使得钻头（2.2）不断前后移动并冲击岩石层，实现冲击破岩功能；
S3：开启钻头机构（2）的气泵，喷气管（2.9）喷出气体并射向转轮（2.8）；
S4：转轮（2.8）旋转并带动转轴（2.4）旋转，从而使得钻头（2.2）自转，实现旋转钻孔功能；
S5：在破岩和钻孔过程中，与喷水管连接的水泵工作，使得水从喷水孔（4）喷出，对破岩钻孔位置进行冷却和降尘过程。
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