CN113738268B - 一种冲击凿岩设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冲击凿岩设备，包括传动机构、前端与岩体接触的冲击回转机构，以及布置于所述传动机构和所述冲击回转机构内的液压驱动系统，所述液压驱动系统内填充有传动介质，还包括能够驱动所述冲击回转机构定轴旋转的回转马达，所述冲击回转机构、所述传动机构和所述回转马达沿冲击方向自前至后顺序布置并依次连接，所述冲击回转机构的中段外周部套设有支护机构。该冲击凿岩设备的组件机构布局精巧，结构保护效果较好，且其抗偏载能力较强。
Description
技术领域
本发明涉及岩体破碎配套设备技术领域，特别涉及一种冲击凿岩设备。
背景技术
在隧道掘进或其他需要对岩体进行破碎的施工领域中，液压驱动的冲击凿岩设备以传递动力大、效率高而应用于各种凿岩装备中。随着施工需求的不断提高，冲击凿岩设备的性能也日益受到业内广泛重视。
目前由液压驱动的冲击凿岩设备虽然能够满足基本的凿岩施工需求，但在其实施移动破岩过程中，钻头径向移动阻力大，且随着钻头移动速度的增加，阻力也会显著增加，再加上岩体本身构造的不均匀性会造成钻头工作面受力不均、钻头产生振荡偏载而回转不平稳，这种工况会加剧冲击设备内部零件磨损，降低了破岩设备的使用寿命；并且现有的冲击凿岩设备占用空间大，难以用于地层复杂及有空间限制的区域，这些都为液压驱动的冲击凿岩设备的广泛应用和高效运行造成了不利影响。
因此，如何简化冲击凿岩设备的机构布局，优化其结构保护，提高其抗偏载能力是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种冲击凿岩设备，该冲击凿岩设备的组件机构布局精巧，结构保护效果较好，且其抗偏载能力较强。
为解决上述技术问题，本发明提供一种冲击凿岩设备，包括传动机构、前端与岩体接触的冲击回转机构，以及布置于所述传动机构和所述冲击回转机构内的液压驱动系统，所述液压驱动系统内填充有传动介质，还包括能够驱动所述冲击回转机构定轴旋转的回转马达，所述冲击回转机构、所述传动机构和所述回转马达沿冲击方向自前至后顺序布置并依次连接，所述冲击回转机构的中段外周部套设有支护机构。
优选地，所述冲击回转机构包括插装并伸出于所述支护机构两端的冲击壳，所述冲击壳的前端部联动设置有钻头，所述钻头的前端面上排布有若干滚刀，所述冲击壳的后端部与所述传动机构间联动连接有连接体；
所述支护机构包括套设于所述冲击壳的中段外周部的外壳，所述外壳的端部内壁与所述冲击壳的外壁间嵌装有支护轴承；
所述传动机构包括同轴联动连接于所述连接体与所述回转马达之间的回转接头，所述回转接头的外周部套设有护壳，所述护壳的两端分别设置有与所述回转接头配合的端盖。
优选地，所述连接体的后端面中部凸出设置有插装连接于所述回转接头内的连接凸台，所述回转接头的前端面与所述连接体的后端面间嵌装有前支护铜环并以此形成所述回转接头的前端面与所述连接体的后端面的间隙配合；
所述回转接头的后端面与其对应的端盖内壁间嵌装有后支护铜环并以此形成该端盖的前端面与所述回转接头的后端面的间隙配合。
优选地，所述后支护铜环沿所述回转接头的轴向的厚度大于所述前支护铜环。
优选地，所述护壳的端部内壁与所述回转接头的外壁间嵌装有回转轴承。
优选地，所述钻头的后部插装于所述冲击壳内，且所述冲击壳内壁与所述钻头的外壁间嵌装套设有卡箍。
优选地，所述冲击壳的内壁上沿所述冲击壳的轴向布置有花键槽，所述钻头的外壁上具有移动适配于所述花键槽内的花键。
优选地，所述传动介质为高压水。
优选地，所述液压驱动系统包括位于所述连接体中部并与外部高压水供给系统连通的进水道，所述冲击壳内移动设置有沿水流方向位于所述进水道下游的阀芯，所述冲击壳的后端部设置有连通于所述阀芯与所述进水道间并允许水流自所述进水道流向所述阀芯的单向阀，所述冲击壳内沿其轴向移动设置有冲击活塞，所述冲击活塞位于所述钻头与所述阀芯之间，所述冲击壳内还设置有分别与所述冲击活塞及所述阀芯连通适配的分流体；
所述分流体的后端部侧壁上沿其径向贯穿有连通于所述分流体内壁与所述阀芯外壁的间隙与所述单向阀之间的第一分流道，所述阀芯的外壁上具有朝向所述第一分流道的第一台阶面，所述阀芯的外壁上还具有环形槽，所述环形槽沿轴向位于所述第一台阶面的前侧，所述分流体上沿其径向贯穿有第二分流道和第三分流道，所述分流体的外壁与所述冲击壳的内壁间形成有连通于所述第二分流道与所述第三分流道之间的第一壳流道，所述第一分流道、所述环形槽、所述第二分流道、所述第一壳流道以及所述第三分流道沿水流方向依次连通，所述冲击活塞的外壁与所述分流体的内壁间形成连通于所述第三分流道下游的第一塞流道，所述冲击活塞的外壁上具有朝向所述第一塞流道的第二台阶面，所述冲击活塞位于所述冲击壳内部的活塞腔内，所述活塞腔与所述第三分流道能够通过所述第一塞流道连通；
所述分流体上具有沿其轴向延伸的第四分流道以及连通该第四分流道与所述活塞腔的第五分流道，所述阀芯的前端外周面为自前至后外径递增的锥面，所述分流体上具有连通于所述第四分流道下游并与所述阀芯的前端外周面适配的第六分流道，所述阀芯上具有连通该阀芯的阀腔与所述第六分流道的第一阀孔，所述冲击壳上具有连通于所述阀芯下游并与所述冲击活塞外壁适配的复位流道。
优选地，所述单向阀与所述阀芯间设置有滤芯。
相对上述背景技术，本发明所提供的冲击凿岩设备，其装配及工作运行过程中，将支护机构布置于冲击回转机构的中段，以此通过支护机构为冲击回转机构的中前部提供充足可靠的结构支撑和保护，大幅提高冲击回转机构对径向阻力的耐受性及其抗偏载能力，优化了设备整体工作效率和工况适应能力；同时，由于采用了将传动机构和回转马达均布置于整个冲击凿岩设备的后部的组件布局形式，使得冲击回转机构处的结构载荷进一步降低，设备整体布局更加合理，延缓了零部件失效速率，延长了零部件寿命，使设备整体维护成本和施工成本得以相应降低。
在本发明的另一优选方案中，所述冲击回转机构包括插装并伸出于所述支护机构两端的冲击壳，所述冲击壳的前端部联动设置有钻头，所述钻头的前端面上排布有若干滚刀，所述冲击壳的后端部与所述传动机构间联动连接有连接体；所述支护机构包括套设于所述冲击壳的中段外周部的外壳，所述外壳的端部内壁与所述冲击壳的外壁间嵌装有支护轴承；所述传动机构包括同轴联动连接于所述连接体与所述回转马达之间的回转接头，所述回转接头的外周部套设有护壳，所述护壳的两端分别设置有与所述回转接头配合的端盖。各支护轴承能够进一步为冲击回转机构提供充分可靠的结构支撑，保证冲击回转机构的结构强度和作业精度，进一步优化支护机构对冲击回转机构的支护效果。
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附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的冲击凿岩设备的结构侧视图；
图2为图1的剖视图；
图3为图2中冲击活塞处于初始状态下液压驱动系统的配合结构示意图；
图4为图3中冲击活塞处于加速前移状态下的配合结构示意图；
图5为图3中冲击活塞受力回退状态下的配合结构示意图。
其中，
10-冲击回转机构；
11-冲击壳；
111-第一壳流道；
112-活塞腔；
113-复位流道；
12-钻头；
121-滚刀；
122-卡箍；
13-连接体；
131-连接凸台；
132-进水道；
14-阀芯；
141-第一台阶面；
142-环形槽；
143-阀腔；
144-第一阀孔；
15-单向阀；
16-冲击活塞；
161-第一塞流道；
162-第二台阶面；
17-分流体；
171-第一分流道；
172-第二分流道；
173-第三分流道；
174-第四分流道；
175-第五分流道；
176-第六分流道；
18-滤芯；
20-支护机构；
21-外壳；
22-支护轴承；
30-传动机构；
31-回转接头；
311-前支护铜环；
312-后支护铜环；
32-护壳；
321-端盖；
33-回转轴承；
40-回转马达。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种冲击凿岩设备，该冲击凿岩设备的组件机构布局精巧，结构保护效果较好，且其抗偏载能力较强。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图5。
在具体实施方式中，本发明所提供的冲击凿岩设备，包括传动机构30、前端与岩体接触的冲击回转机构10，以及布置于传动机构30和冲击回转机构10内的液压驱动系统，液压驱动系统内填充有传动介质，还包括能够驱动冲击回转机构10定轴旋转的回转马达40，冲击回转机构10、传动机构30和回转马达40沿冲击方向自前至后顺序布置并依次连接，冲击回转机构10的中段外周部套设有支护机构20。
装配及工作运行过程中，将支护机构20布置于冲击回转机构10的中段，以此通过支护机构20为冲击回转机构10的中前部提供充足可靠的结构支撑和保护，大幅提高冲击回转机构10对径向阻力的耐受性及其抗偏载能力，优化了设备整体工作效率和工况适应能力；同时，由于采用了将传动机构30和回转马达40均布置于整个冲击凿岩设备的后部的组件布局形式，使得冲击回转机构10处的结构载荷进一步降低，设备整体布局更加合理，延缓了零部件失效速率，延长了零部件寿命，使设备整体维护成本和施工成本得以相应降低。
进一步地，冲击回转机构10包括插装并伸出于支护机构20两端的冲击壳11，冲击壳11的前端部联动设置有钻头12，钻头12的前端面上排布有若干滚刀121，冲击壳11的后端部与传动机构30间联动连接有连接体13；支护机构20包括套设于冲击壳11的中段外周部的外壳21，外壳21的端部内壁与冲击壳11的外壁间嵌装有支护轴承22；传动机构30包括同轴联动连接于连接体13与回转马达40之间的回转接头31，回转接头31的外周部套设有护壳32，护壳32的两端分别设置有与回转接头31配合的端盖321。各支护轴承22能够进一步为冲击回转机构10提供充分可靠的结构支撑，保证冲击回转机构10的结构强度和作业精度，进一步优化支护机构20对冲击回转机构10的支护效果。
不难看出，设备作业时，回转马达40提供的旋转动力通过回转接头31传递至连接体13处，并由连接体13进一步传递给冲击壳11，由此带动冲击壳11前端的钻头12实现同步旋转。
具体地，连接体13的后端面中部凸出设置有插装连接于回转接头31内的连接凸台131，回转接头31的前端面与连接体13的后端面间嵌装有前支护铜环311并以此形成回转接头31的前端面与连接体13的后端面的间隙配合；回转接头31的后端面与其对应的端盖321内壁间嵌装有后支护铜环312并以此形成该端盖321的前端面与回转接头31的后端面的间隙配合。前支护铜环311能够与后支护铜环312协同配合，以此有效限制回转接头31的工作位置，避免其发生错位或松脱，并能够为回转接头31提供可靠的结构缓冲，保证回转接头31及其相关连接件的结构冲击耐受性。
在此基础上，考虑到设备实际运行时，当冲击回转机构10受力回退时，后支护铜环312需要承受一定的作用力，其所承受的结构冲击比前支护铜环311处大，故此后支护铜环312的厚度要比前支护铜环311更大一些，以进一步提高其结构强度和耐冲击性能。
更具体地，护壳32的端部内壁与回转接头31的外壁间嵌装有回转轴承33。回转轴承33能够为回转接头31提供进一步的结构支撑，保证护壳32与回转接头31间的配合间隙，保证回转接头31相对于护壳32的转动效率和流畅性。
更进一步地，钻头12的后部插装于冲击壳11内，且冲击壳11内壁与钻头12的外壁间嵌装套设有卡箍122。该卡箍122能够有效限制冲击作业过程中钻头12的极限位置，避免钻头12发生松脱或错位，保证钻头12的作业精度及其与冲击壳11间的装配精度。
此外，冲击壳11的内壁上沿冲击壳11的轴向布置有花键槽，钻头12的外壁上具有移动适配于花键槽内的花键。该花键槽适配结构能够为钻头12提供沿其轴向的可靠定位导向，从而进一步保证钻头12的往复运动循迹性和冲击作业精度。
另一方面，液压驱动系统内填充的传动介质为高压水。水作为流体传动工作介质，价格低廉、运行安全、环保无污染，适宜于各种复杂工况，可作为高压驱动介质用于冲击凿岩设备。以水代替常规的液压油作为液压驱动介质，能够大幅降低设备运行成本和施工成本，降低设备作业时对周围环境的污染，在部分作业地区可以就地取材直接采用当地水源作为高压水来源，提高设备的工况适应能力。
请着重参考图3至图5。
相应地，液压驱动系统包括位于连接体13中部并与外部高压水供给系统连通的进水道132，冲击壳11内移动设置有沿水流方向位于进水道132下游的阀芯14，冲击壳11的后端部设置有连通于阀芯14与进水道132间并允许水流自进水道132流向阀芯14的单向阀15，冲击壳11内沿其轴向移动设置有冲击活塞16，冲击活塞16位于钻头12与阀芯14之间，冲击壳11内还设置有分别与冲击活塞16及阀芯14连通适配的分流体17；
分流体17的后端部侧壁上沿其径向贯穿有连通于分流体17内壁与阀芯14外壁的间隙与单向阀15之间的第一分流道171，阀芯14的外壁上具有朝向第一分流道171的第一台阶面141，阀芯14的外壁上还具有环形槽142，环形槽142沿轴向位于第一台阶面141的前侧，分流体17上沿其径向贯穿有第二分流道172和第三分流道173，分流体17的外壁与冲击壳11的内壁间形成有连通于第二分流道172与第三分流道173之间的第一壳流道111，第一分流道171、环形槽142、第二分流道172、第一壳流道111以及第三分流道173沿水流方向依次连通，冲击活塞16的外壁与分流体17的内壁间形成连通于第三分流道173下游的第一塞流道161，冲击活塞16的外壁上具有朝向第一塞流道161的第二台阶面162，冲击活塞16位于冲击壳11内部的活塞腔112内，活塞腔112与第三分流道173能够通过第一塞流道161连通；
分流体17上具有沿其轴向延伸的第四分流道174以及连通该第四分流道174与活塞腔112的第五分流道175，阀芯14的前端外周面为自前至后外径递增的锥面，分流体17上具有连通于第四分流道174下游并与阀芯14的前端外周面适配的第六分流道176，阀芯14上具有连通该阀芯14的阀腔143与第六分流道176的第一阀孔144，冲击壳11上具有连通于阀芯14下游并与冲击活塞16外壁适配的复位流道113。
另外，单向阀15与阀芯14间设置有滤芯18。该滤芯18能够有效隔绝和滤除高压水中的杂质和异物，以免这些杂质和异物进入下游的液压驱动系统内而对相关液压管路和部件产生阻塞和卡滞，保证液压驱动系统的稳定流畅运行，并使所述冲击凿岩设备的整体工作过程更加平稳可靠。
为了便于理解上述液压驱动系统的结构布局，下面结合图3至图5，阐述一下液压驱动系统的工作过程。
请着重参考图3和图4。
冲击作业时，高压水自外部高压水供给系统经由传动机构30通入进水道132内，之后依次通过单向阀15和滤芯18进入第一分流道171，此时第一台阶面141受到来自第一分流道171的高压水冲击而带动阀芯14向前加速移动，直至环形槽142与第二分流道172相通，之后高压水涌入第二分流道172后，经第一壳流道111和第三分流道173后通入第一塞流道161内，此时第二台阶面162受到来自第一塞流道161的高压水冲击而带动冲击活塞16向前加速移动；随着冲击活塞16的加速前移，钻头12也被推动而同步向前加速移动，直至第三分流道173与活塞腔112导通后，第三分流道173内泄压，此时冲击活塞16的加速度为零，此刻阀芯14依然受到来自第一分流道171处的高压水压力而处于最前端工作位置。
请着重参考图5。
当钻头12冲击作业过程中受到前方岩体反作用力而回弹时，钻头12带动冲击活塞16同步回退，当回退至第二台阶面162与分流体17配合时，高压水经由第五分流道175进入第四分流道174内，随着组件回退量的不断增加，第五分流道175处的水压不断升高，之后高压水经由第六分流道176而对阀芯14的前端外周面形成冲击，以此推动阀芯14加速回退；当阀芯14回退至第六分流道176与第一阀孔144连通时，第六分流道176处的高压水流泄压，此时因阀芯14同时受到第一分流道171处的高压水流压力，故而阀芯14做减速回退；当冲击活塞16与冲击壳11间的液腔与复位流道113连通时，阀芯14处的高压水流经由复位流道113通入冲击活塞16与冲击壳11间的液腔内，以此带动冲击活塞16继续回退，直至退回初始位置处。
若钻头12冲击作业时未受到反作用力且未发生回弹时，冲击活塞16带动钻头12向前移动至速度为0时停止。
需要指出的是，考虑到各部件实际工作时的结构密封需求，可以在各壳类部件或相关液压部件的适配面之间、边沿部处等必要位置设置密封圈，以此保证管路或腔室的密闭和隔绝，保证各部件及管路的稳定可靠运行。
综上可知，本发明中提供的冲击凿岩设备，其装配及工作运行过程中，将支护机构布置于冲击回转机构的中段，以此通过支护机构为冲击回转机构的中前部提供充足可靠的结构支撑和保护，大幅提高冲击回转机构对径向阻力的耐受性及其抗偏载能力，优化了设备整体工作效率和工况适应能力；同时，由于采用了将传动机构和回转马达均布置于整个冲击凿岩设备的后部的组件布局形式，使得冲击回转机构处的结构载荷进一步降低，设备整体布局更加合理，延缓了零部件失效速率，延长了零部件寿命，使设备整体维护成本和施工成本得以相应降低。
以上对本发明所提供的冲击凿岩设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种冲击凿岩设备，包括传动机构、前端与岩体接触的冲击回转机构，以及布置于所述传动机构和所述冲击回转机构内的液压驱动系统，所述液压驱动系统内填充有传动介质，还包括能够驱动所述冲击回转机构定轴旋转的回转马达，其特征在于，所述冲击回转机构、所述传动机构和所述回转马达沿冲击方向自前至后顺序布置并依次连接，所述冲击回转机构的中段外周部套设有支护机构；
所述传动介质为高压水，所述冲击回转机构包括插装并伸出于所述支护机构两端的冲击壳，所述冲击壳的前端部联动设置有钻头，所述钻头的前端面上排布有若干滚刀，所述冲击壳的后端部与所述传动机构间联动连接有连接体；所述支护机构包括套设于所述冲击壳的中段外周部的外壳，所述外壳的端部内壁与所述冲击壳的外壁间嵌装有支护轴承；所述传动机构包括同轴联动连接于所述连接体与所述回转马达之间的回转接头，所述回转接头的外周部套设有护壳，所述护壳的两端分别设置有与所述回转接头配合的端盖；
所述液压驱动系统包括位于所述连接体中部并与外部高压水供给系统连通的进水道，所述冲击壳内移动设置有沿水流方向位于所述进水道下游的阀芯，所述冲击壳的后端部设置有连通于所述阀芯与所述进水道间并允许水流自所述进水道流向所述阀芯的单向阀，所述冲击壳内沿其轴向移动设置有冲击活塞，所述冲击活塞位于所述钻头与所述阀芯之间，所述冲击壳内还设置有分别与所述冲击活塞及所述阀芯连通适配的分流体；
所述分流体的后端部侧壁上沿其径向贯穿有连通于所述分流体内壁与所述阀芯外壁的间隙与所述单向阀之间的第一分流道，所述阀芯的外壁上具有朝向所述第一分流道的第一台阶面，所述阀芯的外壁上还具有环形槽，所述环形槽沿轴向位于所述第一台阶面的前侧，所述分流体上沿其径向贯穿有第二分流道和第三分流道，所述分流体的外壁与所述冲击壳的内壁间形成有连通于所述第二分流道与所述第三分流道之间的第一壳流道，所述第一分流道、所述环形槽、所述第二分流道、所述第一壳流道以及所述第三分流道沿水流方向依次连通，所述冲击活塞的外壁与所述分流体的内壁间形成连通于所述第三分流道下游的第一塞流道，所述冲击活塞的外壁上具有朝向所述第一塞流道的第二台阶面，所述冲击活塞位于所述冲击壳内部的活塞腔内，所述活塞腔与所述第三分流道能够通过所述第一塞流道连通；
所述分流体上具有沿其轴向延伸的第四分流道以及连通该第四分流道与所述活塞腔的第五分流道，所述阀芯的前端外周面为自前至后外径递增的锥面，所述分流体上具有连通于所述第四分流道下游并与所述阀芯的前端外周面适配的第六分流道，所述阀芯上具有连通该阀芯的阀腔与所述第六分流道的第一阀孔，所述冲击壳上具有连通于所述阀芯下游并与所述冲击活塞外壁适配的复位流道。
2.如权利要求1所述的冲击凿岩设备，其特征在于，所述连接体的后端面中部凸出设置有插装连接于所述回转接头内的连接凸台，所述回转接头的前端面与所述连接体的后端面间嵌装有前支护铜环并以此形成所述回转接头的前端面与所述连接体的后端面的间隙配合；
所述回转接头的后端面与其对应的端盖内壁间嵌装有后支护铜环并以此形成该端盖的前端面与所述回转接头的后端面的间隙配合。
3.如权利要求2所述的冲击凿岩设备，其特征在于，所述后支护铜环沿所述回转接头的轴向的厚度大于所述前支护铜环。
4.如权利要求2所述的冲击凿岩设备，其特征在于，所述护壳的端部内壁与所述回转接头的外壁间嵌装有回转轴承。
5.如权利要求1所述的冲击凿岩设备，其特征在于，所述钻头的后部插装于所述冲击壳内，且所述冲击壳内壁与所述钻头的外壁间嵌装套设有卡箍。
6.如权利要求5所述的冲击凿岩设备，其特征在于，所述冲击壳的内壁上沿所述冲击壳的轴向布置有花键槽，所述钻头的外壁上具有移动适配于所述花键槽内的花键。
7.如权利要求1所述的冲击凿岩设备，其特征在于，所述单向阀与所述阀芯间设置有滤芯。
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