立巖鑽的製作方法

2023-10-28 13:54:02 2

本發明屬於巖土工程施工技術領域，具體涉及一種立巖鑽。

背景技術：

鑿巖機械，是目前國內廣泛用來工程鑽孔施工以及礦山採石場開採石料的專業工具。它在巖層上鑽鑿出炮眼，以便放入炸藥去炸開巖石，從而完成開採石料或其它石方工程。目前常用的鑿巖機械包括以下幾類：

（一）、鑿巖機：此種機械是採用釺尾打擊，鑽頭對巖石表面的打擊功須經釺杆從釺尾傳遞至做功部位—釺頭或鑽頭，隨著鑽孔的加深，釺杆的增長打擊功會被釺杆的彈性形變所吸收，導致打擊功的大量損失，另外，它採用的排氣方式為孔外排氣，就是說做功之後的廢氣由孔外排出，排出的廢氣仍然具有較大的壓縮勢能，這就造成了機構本身能量的浪費，打擊所產生的石屑須經釺杆中心孔的氣流吹出孔外，一般釺杆的中心孔徑為Ф8，這種孔徑在釺杆長度超過3米後，氣阻增大，導致通氣不暢，排渣效果很差，不能有效地出渣，因此鑿巖機的打孔極限深度為3-5米。

（二）、山地鑽：山地鑽具有較快的鑿巖速度及較好的鑿巖效果，可在野外做業施工時它有不可迴避的缺陷，主要體現在以下幾個方面：1.單機體積大，設備整體重量大（300-1000kg），故在山區、叢林、陡坡等複雜地形機動性非常差，工人在搬運過程中耗時、耗力、危險係數高，極易發生人身事故；2. 設備在工作工程中需要安裝支撐架（塔架）或車架進行定位做業，施工較複雜耗時費力，由於需要較大的工作檯面，在林區以及陡峭的山地基本無法施工，在更特殊的地形區域甚至無法到達做業點；3. 由於鑽頭旋轉需要提供額外的旋轉動力的裝置，一般是與氣動衝擊機構相獨立的迴轉馬達或液壓迴轉機構，故設備整體能源消耗量高，用工數量大（標準配置6人）；

目前市面上還沒有一款無需額外支撐、鑽機可獨立實現衝擊迴轉、體量小且適用於複雜地形的全自動鑿巖機械。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種全自動的立巖鑽，解決現有技術中鑿巖機械無法自發旋轉、機動性差、消耗能源高、工作效率低、產生粉塵大、需要多人看管操作等問題。

為了解決上述問題，本發明的技術方案為：

一種立巖鑽，包括一個筒狀結構的外殼體，外殼體前端設置前接頭、後端設置後接頭，後接頭上設置進氣口，前接頭上設置有鑽頭安裝孔，在後接頭和前接頭之間的外殼體內依次設置氣路轉換機構、氣動活塞機構和鑽頭，所述的氣路轉換機構包括逆止閥、彈簧座、閥片和氣路分配器；所述的逆止閥設置在後接頭的進氣口中；所述的彈簧座上設置有與後接頭進氣孔連通的多個縱向的通孔，彈簧座的前端面中心位置設置有一個凹孔，凹孔內設置彈簧，彈簧向前伸出彈簧座並鑲嵌在所述的逆止閥內；所述彈簧座的前端面緊壓氣路分配器，在氣路分配器上設置有多個直通孔和半通孔，所述閥片設置在彈簧座和氣路分配器之間；

所述的氣動活塞機構包括氣缸、棘輪棘爪機構、活塞體、旋轉杆和連接杆；氣缸設置在外殼體內，氣缸和外殼體之間留有氣隙；氣隙與氣路分配器的半通孔連通，氣隙與氣缸的前氣腔連通；氣缸的後氣腔與氣路分配器的半通孔連通；所述的棘輪棘爪機構包括棘輪和棘爪，棘輪固定設置在外殼體內、氣路分配器和氣缸後埠之間；所述的旋轉杆設置在氣缸中心軸位置，旋轉杆的後端剛性連接棘爪，棘爪設置在所述的棘輪內並與棘輪配合；旋轉杆的中段設置有螺紋，所述的活塞體內嵌設螺套，活塞體通過螺套套設在旋轉杆上並與之螺紋配合；旋轉杆的前端連接所述的連接杆的後端，連接杆的前端與所述的鑽頭連接，鑽頭安裝在前接頭的鑽頭安裝孔內。

活塞體向前運動時，活塞體前端部對鑽頭做打擊運動，活塞體向後運動時，活塞體內嵌設的螺套帶動旋轉杆和連接杆單向轉動，進而帶動鑽頭旋轉，棘輪棘爪機構控制鑽頭單向定位和精確分度。

所述的活塞體為雙段結構，包括前段和後段，前段直徑小於後段直徑；在前接頭和氣缸之間的外殼體內設置有導向套，活塞體前段可運動至導向套內，導向套上設置有洩氣孔，洩氣孔與所述的氣隙連通。

所述的鑽頭、連接杆、旋轉杆上均設置連通的縱向中心孔，縱向中心孔與氣路分配器的直通孔連通。

所述旋轉杆後段設置有限位塊，活塞體的行程範圍在限位塊和導向套之間。

所述的鑽頭前端鑲硬質合金齒。

本發明的有益效果：

1.節省能源：本發明的氣動活塞機構利用氣壓交替變化，既能驅動鑽頭衝擊做功，亦可利用活塞體的回程驅動鑽頭旋轉，與山地鑽相比無需外加獨立的迴轉系統，因此節省了約三分之二的能源；

2. 全地形作業且無需額外支撐：本發明的立巖鑽與現有鑿巖機械相比，結構大大簡化，無需支撐架即可工作，減輕了工人的勞動強度，增強了設備的機動性，整機重量僅25公斤， 特別適用於野外山區、叢林、陡坡等地形非常複雜的地形的打孔做業；

3．打孔效率高：本發明的立巖鑽和現有技術中的鑿巖機相比更加高效、經濟、成孔更深，其採用活塞直接打擊做功部位（即鑽頭）的方式，避免了單次打擊功的損失，採用孔底排氣的方式，利用打擊做功之後仍具有一定勢能的廢氣除渣，打孔效率更高，打擊速度是鑿巖機的2倍；另外，本設備在一個打孔區間可實現一人多機串聯同時作業，相對山地鑽只能單機打孔做業功效速度可提升數倍；

4．環保健康：本發明立巖鑽的結構設計使其在作業過程中無需工人參與，只需視距內觀察即可；這樣可以大大少減了噪音、粉塵對工人的健康危害。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖；

圖中， 1-外殼體，2-前接頭，3-後接頭，4-逆止閥，5-彈簧座，6-閥片，7-氣路分配器，8-氣缸，9-棘輪棘爪機構，10-螺套，11-活塞體，12-旋轉杆，13-連接杆，14-氣隙，15-鑽頭，16-導向套，17-限位塊，18-硬質合金齒，19-彈簧。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行進一步的說明， 參見圖1所示的一種立巖鑽，包括一個筒狀結構的外殼體1，外殼體1前端設置前接頭2、後端設置後接頭3，後接頭3上設置進氣口，前接頭2上設置有鑽頭安裝孔，在後接頭3和前接頭2之間的外殼體1內依次設置氣路轉換機構、氣動活塞機構和鑽頭15，

所述的氣路轉換機構包括逆止閥4、彈簧座5、閥片6和氣路分配器7；所述的逆止閥4設置在後接頭3的進氣口中；工作狀態中當進氣開始時氣壓將逆止閥4推開，實現進氣，設備開始工作；中斷進氣時，逆止閥4復位，實現設備斷氣，設備停止工作；所述的彈簧座5上設置有與後接頭3進氣孔連通的6個縱向的通孔，負責氣體下行，彈簧座5的前端面中心位置設置有一個凹孔，凹孔內設置彈簧19，彈簧19向前伸出彈簧座5並鑲嵌在所述的逆止閥4內，彈簧座5負責逆止閥4的打開與復位；所述彈簧座5的前端面緊壓氣路分配器7，在氣路分配器7上設置有多個直通孔和半通孔，所述閥片6設置在彈簧座5和氣路分配器7之間，閥片6可往復翻轉實現前氣腔（活塞體11與氣缸8前段之間形成的氣腔）和後氣腔（活塞體11與氣缸8後段之間形成的氣腔）的切換；

所述的氣動活塞機構包括氣缸8、棘輪棘爪機構9、螺套10、活塞體11、旋轉杆12、導向套16和連接杆13；氣缸8設置在外殼體1內，氣缸8和外殼體1之間留有氣隙14；氣隙14與氣路分配器7的半通孔連通，氣隙14與氣缸8的前段連通；氣缸8的後埠與氣路分配器7的半通孔連通；所述的棘輪棘爪機構9包括棘輪和棘爪，棘輪棘爪機構9配合旋轉杆12的往復運動實現單向定位和精確分度；棘輪固定設置在外殼體1內、氣路分配器7和氣缸8後埠之間；所述的旋轉杆12設置在氣缸8中心軸位置，旋轉杆12的後端剛性連接棘爪，棘爪設置在所述的棘輪內並與棘輪配合；旋轉杆12的中段設置有螺紋，在活塞體11內嵌設螺套10，活塞體11通過螺套10套設在旋轉杆12上並與之螺紋配合；旋轉杆12的前端連接連接杆13的後端，連接杆13的前端與所述的鑽頭15連接，鑽頭15安裝在前接頭2的鑽頭安裝孔內。

所述的活塞體11為雙段結構，包括前段和後段，前段直徑小於後段直徑；在前接頭2和氣缸之8間的外殼體1內設置有導向套16，導向套16主要起到對氣缸8進行閉氣以及對活塞體11進行導向的作用；活塞體11前段可運動至導向套16內，導向套16上設置有洩氣孔，洩氣孔與所述的氣隙14連通。

所述的鑽頭15、連接杆13、旋轉杆12上均設置連通的縱向中心孔，縱向中心孔與氣路分配器7的直通孔連通。

所述旋轉杆12後段設置有限位塊17，活塞體11的行程範圍在限位塊17和導向套16之間。

所述的鑽頭15前端鑲硬質合金齒。

下面介紹本發明的使用過程：

氣體通過後接頭3的進氣口進入，推開逆止閥4後經過彈簧座5上6個縱向的通孔的後繼續下行，當經過氣路分配器7時氣體分為三路：一路氣體分別通過彈簧座5、氣路分配器7、旋轉杆12、連接杆13、鑽頭15的中心孔直通到孔底，實現孔底吹渣，使巖石渣排出孔外；另一路氣體通過氣路分配器7的半通孔進入活塞體11與氣缸8後段組成的後氣腔，隨著進氣量的增加後氣腔壓力不斷加大，推動活塞體11下行，活塞體11小端進入導向套16並封閉導向套16的洩氣孔，這時前氣腔的氣路封閉；第三路氣體通過氣缸8與外殼體1的氣隙14進入前氣腔，這時前氣腔的洩氣孔是處於封閉狀態的，隨著前氣腔的進氣量增加，其氣壓也隨之增加，當前氣腔的氣壓大於後氣腔時，將活塞體11向上頂起，此時定位在氣路分配器上7的閥片6被頂開，後氣腔洩壓，活塞體11加速向上運行，實現活塞體11的回程運動，當活塞體11接近運行到後氣腔頂端時，活塞體11小端脫離導向套16，前氣腔打開排氣，前氣腔洩壓導致閥片6切換，接通後氣腔，氣體通過氣路分配器7的半通孔不斷進入後氣腔，當後氣腔的壓力大於前氣腔時，活塞體11向下加速度實現衝程運動直至最終打擊鑽頭15，實現破巖。此時，由於活塞體11已進入導向套16再次封閉前氣腔導致前氣腔的壓力不斷增加，當前氣腔的壓力大於後氣腔時，氣壓將活塞體11向上頂起，實現活塞體11回程運動，完成一個循環周期。活塞體11向前運動時，活塞體11前端部對鑽頭15做打擊運動，活塞體11向後運動時，活塞體11內嵌設的螺套13帶動旋轉杆12和連接杆14單向轉動，進而帶動鑽頭14旋轉，棘輪棘爪機構9控制鑽頭15單向定位和精確分度。實現立巖鑽的贊頭14打擊與轉動運動並行，提高破巖效率。

本發明最大的特點是：1.在使用過程中無需額外的支撐，只需要前期工人找準打孔地點，扶著立巖鑽向下打孔一定深度，立巖鑽即可自行繼續向下繼續打孔，而傳統的鑿巖機械必須搭建鑽架，不僅耗費巨大，也限制了打孔的作業環境。2.只需一根氣管提供動力即可完成鑽頭衝擊和鑽頭旋轉兩項工作，傳統鑿巖機械一般採用氣動衝擊、電動旋轉、本發明極大的節省了能源的消耗，大大簡化了傳統鑿巖機械的複雜結構。3.因為本發明的結構簡單，重量輕，便於攜帶至不同的作業場合，不受複雜地形的限制，適用範圍極大拓展。4.本發明無需人員看守，可以通過一根氣管分流多機串聯共同作業，打孔效率高的同時避免鑿巖過程中的粉塵對工作人員的傷害。

本發明的內容不限於實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本發明說明書而對本發明技術方案採取的任何等效的變換，均為本發明的權利要求所涵蓋。