CN111502668B - 复扩刀盘及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复扩刀盘及其控制方法，复扩刀盘包括：拉杆、上刀盘、下刀盘和柱塞油缸，所述拉杆穿设于所述上刀盘和下刀盘中心，所述下刀盘的直径大于所述上刀盘的直径；所述下刀盘与所述拉杆的底端固定连接；所述柱塞油缸包括缸筒和活塞杆，所述缸筒固定于所述下刀盘的顶端，所述活塞杆能够向上伸出；所述上刀盘位于所述柱塞油缸上方，且与所述活塞杆接触，所述上刀盘与所述拉杆周向固定，并能够相对所述拉杆上下滑动。通过所述复扩刀盘，能够实现一次向上扩孔成井。

Description

复扩刀盘及其控制方法

技术领域

本发明属于矿山机械技术领域，具体涉及一种复扩刀盘及其控制方法。

背景技术

天井钻机是通过刀盘上的滚刀破碎岩石来进行扩孔作业。传统的天井钻机的扩孔工艺通常是：导孔完成后，在下部安装扩孔刀盘，采用扩孔刀盘向上一次完成扩孔，传统的扩孔刀盘的可钻凿井径在1500mm以内。

新的天井钻机一次扩孔直径为3500mm，受限于动力头最大输出能力，若要施工比3500mm更大直径的天井，需由下至上两次扩孔施工才能完成：1、导孔完成后先于下部安装小刀盘，向上施工一条小直径天井；2、拆卸小刀盘，下放钻杆至孔底，再次安装大直径的大刀盘复扩至最终直径。传统的刀盘结构图如图1所示。

因此，刀盘在扩孔作业时需要重复完成两次扩孔作业，每次刀盘的运输、拆卸、安装，耗时耗力；并且，为了保证扩孔精度，二次扩孔需下放钻杆来更换安装大刀盘，经一次扩孔钻的孔直径约300mm，空间大使得人员有掉落风险，增大了安全隐患；再者，为了保证二次扩孔与一次扩孔同心，钻杆下放时需加装稳杆装置，否则孔就会歪斜。

申请号为201110435279.2的专利文献公开了一种用于盾构机的多级阶梯式扩孔刀盘，包括与主轴相连的基座以及安装在基座上的两级以上的阶梯式刀盘，在各级刀盘的环壁上开有排屑口，首级刀盘的前端安装有鱼尾刀架，鱼尾刀架上安装有刀架切刀，各级刀盘端面的辐板上安装有切刀、滚刀和刮刀，在阶梯式刀盘内的空腔中水平安装的中心搅拌轴，中心搅拌轴上分别安装有与阶梯式刀盘级数相对应的搅拌臂，在各搅拌臂上均安装有搅拌刀齿，基座上开设有与螺旋排屑导槽机构相连的排屑出口。该扩孔刀盘虽然公开了包括多级滚刀，但是各级滚刀所在的刀盘是相对固定的，且它是用于盾构机的开挖掘进，其结构和适用场景与本申请都不同。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种复扩刀盘及其控制方法，旨在解决现有的扩孔刀盘在进行大孔径扩孔时需由下至上施工两次从而拆装麻烦、费时费力的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种复扩刀盘，包括：拉杆、上刀盘、下刀盘和柱塞油缸，所述拉杆穿设于所述上刀盘和下刀盘中心，所述下刀盘的直径大于所述上刀盘的直径；所述下刀盘与所述拉杆的底端固定连接；所述柱塞油缸包括缸筒和活塞杆，所述缸筒固定于所述下刀盘的顶端，所述活塞杆能够向上伸出；所述上刀盘位于所述柱塞油缸上方，且与所述活塞杆接触，所述上刀盘与所述拉杆周向固定，并能够相对所述拉杆上下滑动。

优选地，所述拉杆的底端设有第一外花键，所述下刀盘内设有第一内花键套，所述第一内花键套与所述第一外花键配合连接。

优选地，所述下刀盘的顶端设有空心花键轴，所述上刀盘内底部设有第二花键套，所述第二花键套与所述空心花键轴配合连接并能够相对滑动。

优选地，所述上刀盘与所述拉杆之间设有防尘圈和V型密封圈。

优选地，所述上刀盘和所述拉杆之间设有导向支撑带。

优选地，所述上刀盘和下刀盘之间连接有限位拉杆。

优选地，所述柱塞油缸包括绕拉杆轴线等间距分布的多个。

优选地，所述柱塞油缸连接蓄能器，所述柱塞油缸至所述蓄能器之间的管路上设有油缸控制阀。

本发明还提出一种上述任一项所述的复扩刀盘的控制方法，包括以下步骤：

S1，扩孔准备：控制柱塞油缸的活塞杆伸出后，锁紧活塞杆，使上刀盘顶紧岩面；

S2，上刀盘扩孔：上刀盘在拉杆的带动下转动并向上压入岩面，由上刀盘切削岩面，进行一级扩孔；

S3，下刀盘扩孔：当上刀盘扩孔结束时，下刀盘也接触岩面，控制柱塞油缸泄油，使上刀盘处于浮动状态，下刀盘在拉杆的带动下转动并向上压入岩面，由下刀盘切削岩面，进行二级扩孔；

S4，下放刀盘：当下刀盘扩孔结束后，控制拉杆下放，在下刀盘下放的同时活塞杆缓缓伸出并重新将上刀盘顶起，使上刀盘再次接触岩面；

S5，重复步骤S1至S4多次，即实现一次向上扩孔成井。

优选地，所述柱塞油缸连接蓄能器，所述柱塞油缸至所述蓄能器之间的管路上设有油缸控制阀；

在步骤S1中，通过开启所述油缸控制阀，蓄能器内的液压油在其压力气体的作用下流入柱塞油缸内，使活塞杆伸出；

在步骤S2中，保持油缸控制阀关闭，可保证活塞杆锁紧；

在步骤S3中，控制油缸控制阀回到打开状态，可实现柱塞油缸泄油到蓄能器中；

在步骤S4中，保持油缸控制阀开启，可保证上刀盘处于浮动状态。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：

一，本发明所述复扩刀盘，先通过柱塞油缸控制活塞杆伸出，将活塞杆锁紧后，通过拉杆带动上刀盘转动，上刀盘能够在拉杆的提拉作用下压入岩面进行一级扩孔作业，实现扩小孔，当一级扩孔结束后，比上刀盘直径大的下刀盘接触岩面，控制柱塞油缸泄油，使上刀盘处于浮动状态，下刀盘即能在拉杆的作用下切削岩面，进行二级扩孔作业，实现扩大孔，这样循环作业多次即可由下至上一次扩孔成井，一次扩孔即可完成大直径深井的施工，避免刀盘的二次拆装，大大缩短了施工时间，提高了生产效率，节省了劳动强度，也避免了安全隐患。

二，本发明所述复扩刀盘中，下刀盘与拉杆底端进行固定连接，上刀盘与拉杆仅进行周向固定并能轴向相对滑动，柱塞油缸连接在上刀盘和下刀盘之间，柱塞油缸的活塞杆向上伸出并与上刀盘接触，这样当上刀盘作业时，只要锁紧活塞杆，拉杆传来的对刀盘的向上的提拉力即可作用到上刀盘，使上刀盘压入岩面进行切削作业，而当下刀盘作业时，拉杆传来的作用力都直接作用到下刀盘上，因此，上刀盘作业和下刀盘作业时，向上的提拉力都能通过主机动力提供，而无需通过另外的液压驱动来提供向上压入岩石的动力，也缩小了刀盘的占据空间，简化了刀盘的整个液压结构，进而使得整个刀盘结构简单。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为背景技术中现有的扩孔刀盘的结构图；

图2为本发明一实施例提出的复扩刀盘的结构图；

图3为图2的俯视结构图；

图4为图2的剖视结构图；

图5为图4的A处放大图；

图6为图2提出的复扩刀盘在下刀盘作业结束时的作业状态示意图。

本发明的附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	拉杆	2	上刀盘
2-1	上刀盘箱体	2-2	上滚刀
				2-3	第二内花键套	3	下刀盘
3-1	下刀盘箱体	3-2	下滚刀
				3-3	第一内花键套	3-4	空心花键轴
4	柱塞油缸	5	防尘圈
				6	V型密封圈	7	导向支撑带

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种复扩刀盘。

请参照图2至图6，复扩刀盘包括：拉杆1、上刀盘2、下刀盘3和柱塞油缸4。上刀盘2包括：上刀盘箱体2-1和上滚刀2-2。下刀盘3包括：下刀盘箱体3-1和下滚刀3-2。

拉杆1穿设在上刀盘箱体2-1和下刀盘箱体3-1的中心，下刀盘箱体3-1与拉杆1的底端固定连接，上刀盘箱体2-1与拉杆1轴向固定，并能够相对拉杆1上下滑动，上刀盘箱体2-1和下刀盘箱体3-1都能够在拉杆1的带动下转动。

柱塞油缸4包括缸筒和活塞杆，缸筒固定在下刀盘箱体3-1的顶端，活塞杆能够向上伸出或缩回，活塞杆的顶端与上刀盘箱体2-1的底端接触，当活塞杆相对缸筒锁紧时，能够将上刀盘2向上顶紧，当缸筒泄压时，活塞杆能够仅以一较小的力与上刀盘2接触。

拉杆1的顶端与钻杆连接，钻杆通过动力头驱动作业。当动力头带动上刀盘和下刀盘转动时，还施加给拉杆1一向上的轴拉力，使得刀盘能够在轴拉力的作用下向上压入岩石，使岩石破裂，同时在回转扭矩的作用下，滚刀在岩面上转动，使破裂的岩石剥离岩面，并连续旋转冲击破碎岩石，形成扩孔。

因此，当上刀盘2接触岩面时，控制活塞杆伸长并锁紧，此时通过拉杆1带动上刀盘2转动，上刀盘2能够在拉杆1的轴拉力的作用下切削岩面，进行一级扩孔。而在一级扩孔结束时，下刀盘3运动至接触岩面，此时控制柱塞油缸4的无杆腔泄油，可使活塞杆上方的上刀盘2处于浮动状态，使得，当通过拉杆1带动下刀盘3转动时，下刀盘3能够在拉杆的轴拉力的作用下切削岩面，而上刀盘2虽然转动，但不会对岩面进行切削作业，因此上刀盘2不会对下刀盘3的扩孔作业造成干涉(但下刀盘作业时活塞杆会缩回)，从而完成二级扩孔。如图6所示，当二级扩孔结束时，柱塞油缸的活塞杆缩回最底端，通过控制下放钻杆，可将复扩刀盘整托下放一定高度，在复扩刀盘下放的同时，向柱塞油缸4的无杆腔内注油，则活塞杆可缓缓伸长，并重新接触岩面。

一次一级扩孔和一次二级扩孔为一个作业循环，经过一个作业循环后可实现一个一定孔深的大孔径扩孔，这个孔深一般与活塞杆的行程长度一致。完成一个作业循环后，将刀盘整体下放并控制活塞杆重新伸出，又可进行下一个作业循环。重复进行多个作业循环，即可一直向上钻进，由此，一次由下至上的作业，即可实现一次向上扩孔成井。

举例来说，若柱塞油缸4的行程为250mm，则在上刀盘2作业前，活塞杆向上顶起250mm，下刀盘3作业时，下刀盘3向上提升的距离也为250mm。

具体在本实施方式中，通过上刀盘2进行一级扩孔的孔径为3米，通过下刀盘进行二次扩孔的孔径为4.5米，最终可钻得孔径为4.5米的孔井。

进一步地，上刀盘2、下刀盘3和拉杆1的连接结构具体为：

拉杆1的底端设有第一外花键，下刀盘箱体3-1内设有第一内花键套3-3，第一内花键套3-3与第一外花键配合连接以传递扭矩，由此将下刀盘箱体3-1安装在拉杆1底端。

下刀盘箱体3-1的顶部中心设有空心花键轴3-4，空心花键轴3-4套设在拉杆1上，空心花键轴3-4的底端通过螺栓固定在下刀盘箱体3-1上。上刀盘箱体2-1内的底部设有第二内花键套2-3，第二内花键套2-3与空心花键轴3-4配合连接以传递扭矩，当空心花键轴3-4随下刀盘箱体3-1一起转动时，上刀盘箱体2-1通过花键副也被带动进行同步转动，该花键副还能使上刀盘箱体2-1相对下刀盘箱体3-1上下移动。

具体在本实施方式中，四个柱塞油缸4绕拉杆1轴线等间距分布地设置在拉杆1的周围，柱塞油缸4的缸筒固定在下刀盘箱体3-1上，柱塞油缸4的活塞杆能够向上伸出或缩回。但不限定地，在其他一些实施方式中，柱塞油缸4也可以是其他数量，在此不作限定。

进一步地，上刀盘2与拉杆1之间设有密封结构，该密封结构包括防尘圈5和V型密封圈6，防尘圈5设在上刀盘箱体2-1的顶部和拉杆1之间，V型密封圈6包括多层，防尘圈5和V型密封圈6一起形成有效密封，防止掉落的渣石进入下部的花键副。

进一步地，上刀盘箱体2-1的中心孔内还设有导向支撑带7，导向支撑带7主要起定心作用，与拉杆1外表面形成滑动副。当柱塞油缸4的无杆腔进油或泄压，活塞杆可托起上刀盘箱体2-1相对钻杆上下滑动。

进一步地，上刀盘箱体2-1与下刀盘箱体3-1之间连接有限位拉杆8，限位拉杆8底部通过螺栓连接于下刀盘箱体3-1上。限位拉杆8的作用为：当上刀盘箱体2-1和下刀盘箱体3-1一起整体下放时，防止上刀盘被井筒内壁凸石卡住，将上刀盘2-1拉回，以防在下放刀盘时出现下刀盘3放下来了、上刀盘2还被卡在原位的情形。

进一步地，柱塞油缸4连接蓄能器，柱塞油缸4至所述蓄能器之间的管路上设有油缸控制阀，通过油缸控制阀能够控制柱塞油缸4无杆腔与蓄能器的连通状态。

由此，本复扩刀盘的具体作业步骤为：

S1，扩孔准备：开启油缸控制阀，蓄能器内的压力油流向柱塞油缸5，使柱塞油缸4的活塞杆伸出，将上刀盘2顶起，当活塞杆完全伸出时，关闭油缸控制阀，使活塞杆锁紧；

S2，上刀盘扩孔：保持油缸控制阀关闭，使上刀盘2顶紧岩面，上刀盘2在拉杆1的带动下转动并向上压入岩面，由上刀盘2切削岩面，进行一级扩孔，此过程中由于上刀盘2受到岩面的反作用力，柱塞油缸内的压力升高；

S3，下刀盘扩孔：当上刀盘2扩孔结束时，下刀盘3也接触岩面，柱塞油缸4内的压力下降，打开油缸控制阀，使柱塞油缸4泄油，使上刀盘2处于浮动状态，下刀盘3在拉杆的带动下转动并向上压入岩面，由下刀盘3切削岩面，进行二级扩孔，此过程中，上刀盘2始终只以一个较小的压力接触岩面；

S4，下放刀盘：当下刀盘3扩孔结束后，控制拉杆1下放，在下刀盘3下放的同时保持油缸控制阀打开，活塞杆缓缓伸出并重新将上刀盘2顶起，使上刀盘再次接触岩面，以便进行下一次上刀盘扩孔；

S5，重复步骤S1至S4多次，即能够实现一次向上扩孔成井。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种复扩刀盘，其特征在于，包括：拉杆（1）、上刀盘（2）、下刀盘（3）和柱塞油缸（4），所述拉杆（1）穿设于所述上刀盘（2）和下刀盘（3）中心，所述下刀盘（3）的直径大于所述上刀盘（2）的直径；所述下刀盘（3）与所述拉杆（1）的底端固定连接；所述柱塞油缸（4）包括绕拉杆（1）轴线等间距分布的多个，所述柱塞油缸（4）包括缸筒和活塞杆，所述缸筒固定于所述下刀盘（3）的顶端，所述活塞杆能够向上伸出；所述上刀盘（2）位于所述柱塞油缸（4）上方，且与所述活塞杆接触，所述上刀盘（2）与所述拉杆（1）周向固定，并能够相对所述拉杆（1）上下滑动；

所述拉杆（1）的底端设有第一外花键，所述下刀盘（3）内设有第一内花键套（3-3），所述第一内花键套（3-3）与所述第一外花键配合连接，所述下刀盘（3）的顶端设有空心花键轴（3-4），所述上刀盘（2）内底部设有第二花键套（2-3），所述第二花键套（2-3）与所述空心花键轴（3-4）配合连接并能够相对滑动；所述柱塞油缸（4）连接蓄能器，所述柱塞油缸（4）至所述蓄能器之间的管路上设有油缸控制阀。

2.如权利要求1所述的复扩刀盘，其特征在于，所述上刀盘（2）与所述拉杆（1）之间设有防尘圈（5）和V型密封圈（6）。

3.如权利要求2所述的复扩刀盘，其特征在于，所述上刀盘（2）和所述拉杆（1）之间设有导向支撑带（7）。

4.如权利要求3所述的复扩刀盘，其特征在于，所述上刀盘（2）和下刀盘（3）之间连接有限位拉杆（8）。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的复扩刀盘的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，扩孔准备：控制柱塞油缸（4）的活塞杆伸出后，锁紧活塞杆，使上刀盘（2）顶紧岩面；

S2，上刀盘扩孔：上刀盘（2）在拉杆（1）的带动下转动并向上压入岩面，由上刀盘（2）切削岩面，进行一级扩孔；

S3，下刀盘扩孔：当上刀盘（2）扩孔结束时，下刀盘（3）也接触岩面，控制柱塞油缸（4）泄油，使上刀盘（2）处于浮动状态，下刀盘（3）在拉杆（1）的带动下转动并向上压入岩面，由下刀盘（3）切削岩面，进行二级扩孔；

S4，下放刀盘：当下刀盘（3）扩孔结束后，控制拉杆（1）下放，在下刀盘（3）下放的同时活塞杆缓缓伸出并重新将上刀盘（2）顶起，使上刀盘（2）再次接触岩面；

S5，重复步骤S1至S4多次，即实现一次向上扩孔成井。

6.如权利要求5所述的复扩刀盘的控制方法，其特征在于，所述柱塞油缸（4）连接蓄能器，所述柱塞油缸（4）至所述蓄能器之间的管路上设有油缸控制阀；

在步骤S1中，通过开启所述油缸控制阀，蓄能器内的液压油在其压力气体的作用下流入柱塞油缸（4）内，使活塞杆伸出；

在步骤S2中，保持油缸控制阀关闭，保证活塞杆锁紧；

在步骤S3中，控制油缸控制阀回到打开状态，实现柱塞油缸（4）泄油到蓄能器中；

在步骤S4中，保持油缸控制阀开启，保证上刀盘（2）处于浮动状态。

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