本發(fā)明屬于機械設(shè)計與制造領(lǐng)域。該機器填補了我國爆破作業(yè)過程中所缺乏的一項工程機械的空白。

背景技術(shù)：

本發(fā)明是針對工程爆破中由于炮孔堵塞都是人工隨意完成，堵塞質(zhì)量低下甚至出現(xiàn)不堵塞炮孔等現(xiàn)象導致炸藥爆炸能量利用率大大降低，爆破效果得不到有效控制，導致大量的欠挖及爆破飛石等情況，同時采用人工堵塞炮孔就會大量增加了工人的工作量，也會出現(xiàn)堵塞質(zhì)量參差不齊的現(xiàn)象，不能保證炮孔堵塞的全部達到要求。所設(shè)計制造的一種新型炮泥制作堵塞一體機，可以將炮泥的制作和炮孔的堵塞集成于一體，提高了工程爆破中炮泥制作和堵塞的自動化程度和質(zhì)量，該機器應(yīng)用范圍廣，它還可適用于煤礦等礦山開采的爆破作業(yè)，還可以應(yīng)用于鐵路建設(shè)、交通運輸建設(shè)以及各類土石方開挖的基礎(chǔ)設(shè)施的爆破施工建設(shè)。

機械是一種人為的實物構(gòu)件的組合。機械各部分之間具有確定的相對運動，機器具備機構(gòu)的特征外，還必須具備第三個特征即能代替人類的勞動以完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能。炮泥制作堵塞一體機滿足對于機械的定義，其設(shè)計過程符合機械的設(shè)計原理及人們長期積累的經(jīng)驗，炮泥制作堵塞一體機有許許多多的零部件和構(gòu)件，它們對炮泥堵塞一體機動、靜態(tài)性能影響很大，作用機理非常復雜。影響炮泥制作堵塞一體機動、靜態(tài)特性的因素很多，而且十分復雜，這些因素主要有：

(1)各種構(gòu)件的材質(zhì)(包括材料、硬度等)；

(2)各種構(gòu)件的加工方法(常用方法：車、銑、刨、磨、刮等)；

(3)各種構(gòu)件的加工質(zhì)量(包括表面粗糙度、波紋度、平面度)；

(4)構(gòu)件結(jié)合面的介質(zhì)狀況及配合(包括干結(jié)合面、有油結(jié)合面、過盈配合、間隙配合)；

(5)構(gòu)件的動載荷性質(zhì)(法向力、切向力、扭矩、彎矩)和大?。?/p>

(6)構(gòu)件的相對位移性質(zhì)(法向位移、切向位移、轉(zhuǎn)角)、大小和相位差(與結(jié)合面上的動載荷之間的相位差)；

(7)各構(gòu)件組合為機構(gòu)，機構(gòu)運動的約束與干涉；

(8)整機裝配的約束與干涉；

(9)整機的實驗優(yōu)化。

這些眾多的影響因素，加之它們的影響規(guī)律又多為非線性，而且有些因素相互間又有影響，最重要很多機構(gòu)的設(shè)計與制造都是憑借工作人員多年積累的工作經(jīng)驗，從而更加無法以理論解析的方法直接確定它們的影響規(guī)律和影響程度的大小，研制過程還應(yīng)通過樣機制造、現(xiàn)場使用實驗等的方法來檢驗設(shè)計研制中可能存在塞得問題，再有針對性的不斷改進與優(yōu)化，從而達到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)配置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是從工程爆破的的實際需要需求出發(fā)，設(shè)計研制出了一款將炮泥制作、堵塞集于一體的工程機械。該機器可以按照不同的配比將多種材料進行充分地混合攪拌，制作出滿足要求的炮泥堵塞材料,由于炮泥材料與常用的攪拌器攪拌材料區(qū)別很大，所設(shè)計的攪拌器具有自己獨有的特點，如：攪拌的動力傳遞路線是由下向上，由于攪拌啟動阻力矩很大，以及攪拌中阻力扭矩過大造成整個攪拌系統(tǒng)整體變形破壞，在攪拌軸的支撐中經(jīng)過多次試驗選用特殊的組成組合，等等；另一方面直接將制作合格的堵塞材料根據(jù)要求輸送到不同高度和位置的炮孔內(nèi)，實現(xiàn)炮孔的堵塞，炮泥傳送系統(tǒng)中不僅是傳輸而且需要考慮多方面的因素影響，如：保證炮泥的充分攪拌，再攪拌過程中傳輸泵切斷動力，攪拌完成連接動力需要添加動力連接切斷機構(gòu)，如果，傳輸過程中出現(xiàn)炮泥堵塞傳輸管路、甚至堵塞傳輸泵，傳輸系統(tǒng)中應(yīng)具有過載保護裝置本系統(tǒng)采用了炮泥溢流裝置。在炮泥堵塞過程中不僅要保證炮孔的堵塞質(zhì)量，還應(yīng)保證炮孔中炸藥的安全，避免炮泥直接沖擊炮孔內(nèi)的炸藥、并且在操作過程中還要避免產(chǎn)生靜電等情況發(fā)生以及各種影響爆破安全不利因素。同時炮孔堵塞過程中會出現(xiàn)操作的間斷，即堵塞完成一個炮孔在移動到下一炮孔進行堵塞，因此，炮泥的輸出應(yīng)該具有開關(guān)控制，但是，攪拌過程和工作泵不能停止，故設(shè)備還應(yīng)該具有過載保護和回料的機構(gòu)。為了實現(xiàn)方便的施工操作，上述各設(shè)備機構(gòu)均安裝于在牽引或人工作用可以行走、轉(zhuǎn)向、舉升的底盤舉升裝置上，方便施工場地的轉(zhuǎn)換以及工作中不同高度炮孔的堵塞操作。炮泥制作堵塞一體機良好地解決了炮泥制作堵塞一體化機械化的難題，填補了工程施工機械的一項空白，實現(xiàn)了炮孔堵塞的機械化自動化，大大地提高了炮泥制作和炮孔堵塞的速度以及質(zhì)量，同時大大地提高了隧道爆破的效率、質(zhì)量和安全性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

1、一種炮泥制作堵塞一體機，其特征是由多個系統(tǒng)部件組成，包括炮泥混合攪拌裝置ⅰ、炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)ⅱ、牽引轉(zhuǎn)向機構(gòu)ⅲ、整機底盤及行走機構(gòu)ⅳ、整機舉升機構(gòu)ⅴ；

炮泥混合攪拌裝置ⅰ的特征是：炮泥攪拌器頂蓋與攪拌桶身通過連接銷連接，安全防護網(wǎng)焊接在攪拌桶身內(nèi)部，卸料口焊接在攪拌桶身下部，出料口焊接在攪拌桶身，采用了框式攪拌器，動力的傳遞采用底入式；攪拌器軸通過連接螺栓與框式攪拌器固定連接，攪拌器軸帶動框式攪拌器旋轉(zhuǎn)攪拌制作炮泥；炮泥混合攪拌裝置包括頂蓋、攪拌桶身、攪拌器用支撐架固定，支撐架與減速器箱體用螺栓組件連接；攪拌軸是位于攪拌裝置下方，由下向上進入攪拌容器內(nèi)部，攪拌軸上必須安裝安裝可調(diào)密封裝置，密封裝置內(nèi)部纏繞密封用的密封橡膠條保證密封達到預(yù)期要求；

炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)ⅱ的特征：風動馬達與高壓風管連接，風動馬達通過螺栓組與車架連接固定，通過聯(lián)軸器與t型減速器輸入軸連接，t型減速器的輸出軸與攪拌器的攪拌軸連接，t型減速器的輸出軸由離合器與泵連接，通過離合器分別連接在t型減速器輸出軸和泵的部分，將動力傳送給泵，出料管兩端分別與出料口和泵入料口連接，泵安裝在車架上并與炮泥溢流閥連接，炮泥溢流閥輸出口與傳送管路連接，溢流口與回料管路連接，傳送管路與噴槍連接，噴槍上安裝有限位擋板，限位擋板上面安裝有可滑動的導氣管；

牽引轉(zhuǎn)向機構(gòu)ⅲ、整機底盤及行走機構(gòu)ⅳ特征：行走機構(gòu)與車架共同構(gòu)成了整機底盤及行走機構(gòu)ⅳ，炮泥制作堵塞及升降機構(gòu)都安裝在車架底盤上，牽引轉(zhuǎn)向機構(gòu)ⅲ、整機底盤及行走機構(gòu)ⅳ共同作用保證了整機的行走、轉(zhuǎn)向功能的實現(xiàn)；

牽引轉(zhuǎn)向機構(gòu)用車架連接到整機底盤及行走機一體，組成整機的安裝支撐平臺，炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)固定安裝在這個平臺上，再將炮泥混合攪拌裝置組件安裝在炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)上方，工作時，接通風動馬達，將動力傳遞到t型減速器，t型減速器再將動力傳遞到攪拌軸帶動框式攪拌器攪拌制作炮泥；完成炮泥制作后，根據(jù)炮孔高度利用升降機構(gòu)升降到需要高度，通過炮泥制作與傳輸堵塞系將炮泥用炮泥噴槍傳送入指定炮孔。

2.牽引轉(zhuǎn)向機構(gòu)ⅲ的特征是：牽引擺動桿與水平動桿用螺栓組連接，水平動桿與偏轉(zhuǎn)桿用螺栓組連接，偏轉(zhuǎn)桿與轉(zhuǎn)向軸由鍵連接一起偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向軸用與底盤上固定連接板連接一起，轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向車輪軸固定連接，轉(zhuǎn)向車輪軸上安裝轉(zhuǎn)向車輪，通過限位螺母固定旋合，使轉(zhuǎn)向車輪在轉(zhuǎn)向車輪軸上位置固定。

3.整機底盤及行走機構(gòu)ⅳ的特征是：車架上面安裝各設(shè)備的裝置固定連接板構(gòu)成整機底盤，車輪連接支架板用連接螺栓組與車架固連，行走軸上安裝行走車輪，行走軸安裝支撐軸承，支撐軸承置于套杯內(nèi)部，套杯安裝在車輪連接支架上，行走軸的兩端安裝軸向彈簧擋圈進行軸承軸向限位，行走軸兩端用端蓋封閉，端蓋用螺釘與套杯連接固定。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)炮泥制作堵塞一體機第一次實現(xiàn)了炮泥制作與堵塞的一體化和機械化，大大提高了隧道爆破中炮孔堵塞的速度和堵塞的質(zhì)量，減少了工人的勞動強度。

(2)炮泥制作堵塞一體機設(shè)計了適合隧道爆破環(huán)境的可行走轉(zhuǎn)向底盤和舉升機構(gòu)，實現(xiàn)了爆破掌子面各個位置炮孔的良好堵塞，提高了隧道爆破的效果，改善了爆破的環(huán)境。

(3)炮泥制作堵塞一體機在設(shè)計中，選擇了風動馬達為動力源，具有防爆防靜電的效果，保證了隧道爆破環(huán)境的安全，整機的結(jié)構(gòu)簡單緊湊。

(4)炮泥制作堵塞一體機的使用不僅僅局限于隧道爆破環(huán)境中使用，也可以適用于礦山開采、路橋施工等多領(lǐng)域，整機設(shè)計中充分考慮了使用的環(huán)境條件，可以滿足惡劣工程環(huán)境的使用要求。

附圖說明

圖1炮泥混合攪拌裝置ⅰ。

圖2炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ⅱ

圖3炮泥噴槍結(jié)構(gòu)。

圖4牽引轉(zhuǎn)向機構(gòu)ⅲ。

圖5整機底盤及行走機構(gòu)ⅳ。

圖6舉升機構(gòu)簡ⅴ。

圖7炮泥制作堵塞一體機整機結(jié)構(gòu)

圖8本裝置示意圖

其中

1-頂蓋2-框式攪拌器3-出料口4-卸料口

5-安全防護網(wǎng)6-連接螺栓7-攪拌軸8攪拌桶身9-連接銷

10-支撐架11-連接螺栓組a12-密封裝置13-密封橡膠條

14-風動馬達15-高壓風管16-螺栓組b17-聯(lián)軸器18-t型減速器

19-攪拌器20-離合器21-泵22-出料管23-溢流閥24-傳送管路

25-回料管路26-噴槍27-限位擋板28-導氣管

29-牽引擺動桿30-水平動桿31-螺栓組c32-螺栓組d

33-偏轉(zhuǎn)桿34-轉(zhuǎn)向軸35-轉(zhuǎn)向車輪軸36-轉(zhuǎn)向車輪37-限位螺母

38-車架39-固定連接板40-連接支架41-連接螺栓組e42-行走軸

43-行走輪44-軸承45-套杯46-彈簧擋圈47-端蓋48-螺釘

49-轉(zhuǎn)向機構(gòu)50-整機底盤及行走機構(gòu)51-舉升機構(gòu)

52-炮泥混合攪拌裝置組件53-炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)54-炮泥噴槍結(jié)構(gòu)

具體實施方式

(一)炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)：

炮泥的制作和傳輸堵塞系統(tǒng)是該機器的主要工作機構(gòu)，工作時先將按一定比例配制的不同炮泥固體材料與水進行充分地混合攪拌，再將炮泥輸送到指定的炮孔內(nèi)，在堵塞炮孔的過程中必須避免炮泥對炮孔內(nèi)的炸藥產(chǎn)生強烈沖擊及在堵塞過程中炮孔內(nèi)的空氣壓力過大增長，造成炸藥的意外爆炸。炮泥制作堵塞一體機的炮泥制作堵塞系統(tǒng)主要組成包括：不同材料混合攪拌機構(gòu)、炮泥輸送系統(tǒng)、炮泥噴槍及限位減壓機構(gòu)以及控制系統(tǒng)等。

(1)炮泥混合攪拌機構(gòu)?。?/p>

經(jīng)過前期分析、實驗攪拌設(shè)備選用便于物料裝、載的立式腔體，攪拌器的類型選用適合攪拌高濃度淤泥和沉降性淤泥的框式攪拌器。攪拌器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，攪拌器的動力傳遞采用底入式驅(qū)動，動力源由風動馬達通過傳動系統(tǒng)提供。頂蓋1用連接銷9與攪拌桶身8連接，炮泥材料從頂蓋1投入攪拌器內(nèi)；框式攪拌器2攪拌物料，攪拌軸7旋轉(zhuǎn)帶動攪拌器攪拌炮泥材料；，攪拌完成后打開出料口3，炮泥會在重力的作用下進入炮泥輸送系統(tǒng)；卸料口4打開閥門可用于卸載多余的炮泥材料。為防止工人投料操作時出現(xiàn)危險，必須加裝安全防護網(wǎng)5，安全防護網(wǎng)5焊接再攪拌桶身8內(nèi)部，安全防護網(wǎng)5的作用是確保操作人員上料時的安全。

(2)炮泥制作與輸送系統(tǒng)：

炮泥的輸送采用適合的泵傳送粘度較高的砂漿混合物，所用的泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，流量及壓力基本無脈沖，運行平穩(wěn)，可輸送高粘度介質(zhì)等特點。根據(jù)泵的大小不同可以輸送粘度從0-200000厘泊的介質(zhì)，含有硬質(zhì)懸浮顆?；蚬腆w顆粒的介質(zhì)、纖維的介質(zhì)，輸出壓力可達2.4mp，調(diào)節(jié)性能好，范圍寬，效率高。如圖2所示，t型減速器18將動力由下向上傳遞給攪拌器19完成炮泥的制作，制作好的炮泥后，通過離合器20將風動馬達14與泵21共同工作使炮泥通過泵21傳輸?shù)脚谀鄧姌?6，將炮泥輸送入炮孔完成炮孔的堵塞。溢流閥23在傳送過程中出現(xiàn)炮泥意外堵住傳送管路，導致整個傳送系統(tǒng)壓力過高時進行卸載，起到保護作用。

(3)炮泥噴槍及限位減壓機構(gòu)：

炮泥噴槍用于深入炮孔內(nèi)輸出炮泥，結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。噴槍26的手握處是一個具有一定體積的腔體，可以起到緩沖炮泥的作用，手柄開關(guān)可控制出口的開合。帶切口噴頭有利于炮泥進入炮孔并且避免炮泥直接沖擊到炸藥。槍管上方并聯(lián)一超過噴槍管長度的排氣管27可將堵塞過程中炮孔內(nèi)的氣體排出，減少孔內(nèi)壓力。管道上還連接了一個可以活動的限位擋板28，起到限位的作用，以防工人操作時將槍頭深入孔內(nèi)過深，觸碰到炸藥引發(fā)事故。

(4)炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)ⅱ的結(jié)構(gòu)與控制：

綜合上述設(shè)計得出炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。其工作原理是：將不同的炮泥材料按照規(guī)定的配比注入攪拌器19內(nèi)，接通氣源，風動馬達14處于工作狀態(tài)，通過t型減速器18減速帶動攪拌器軸7旋轉(zhuǎn)將動力傳遞到框式攪拌器2攪拌物料，完成炮泥材料的均勻混合攪拌。在攪拌的過程中泵21與傳動軸分離，泵21不工作。攪拌完成后打開攪拌器出口3，炮泥材料從攪拌器出料口3進入泵21體內(nèi)，操作離合器20手柄，通過離合器20結(jié)合將泵21與傳動軸連接，泵21工作輸送炮泥。在炮泥的傳送過程中攪拌器19一直處于工作狀態(tài)，以保證炮泥材料的流動性。堵塞炮孔時，炮孔的數(shù)量較多，最遠孔之間的距離較大，堵塞中需要移動，在運動過程中就要關(guān)閉噴槍26，但工作機構(gòu)仍然保持工作。為了避免炮泥堵塞在噴槍口甚至脹裂噴槍組件和軟管，泵21的出口處串聯(lián)一個溢流閥23，當炮泥噴槍26打開時炮泥直接通過噴槍送入炮孔內(nèi)，當噴槍26開關(guān)關(guān)閉時，在溢流閥23的作用下，炮泥被循環(huán)重新送入攪拌器19內(nèi)，保障炮孔堵塞工作的順利完成。

(二)整機底盤及舉升機構(gòu)

炮泥堵塞一體工作環(huán)境條件較差，特別是要求盡可能接近炮孔，在設(shè)計過程中為了方便工作，要求炮泥制作堵塞一體機在牽引設(shè)備的牽引下能夠靈活運動，并且，在操作中能夠滿足不同高度炮孔的堵塞要求。因此，炮泥制作堵塞一體機應(yīng)具備行走底盤和舉升機構(gòu)。

(1)牽引轉(zhuǎn)向機構(gòu)ⅲ

炮泥堵塞一體機的轉(zhuǎn)向機構(gòu)與汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比功能相同但是結(jié)構(gòu)要求簡單靈活。整機牽引轉(zhuǎn)向系要求通過牽引設(shè)備的牽引、轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)。在設(shè)計過程中力求結(jié)構(gòu)簡單實用。如圖4所示。參考汽車的牽引轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，行走時通過牽引擺動桿29將炮泥制作堵塞一體機與牽引設(shè)備連接，實現(xiàn)行走，轉(zhuǎn)向時利用四桿機構(gòu)平動原理，隨著牽引設(shè)備的轉(zhuǎn)向，將轉(zhuǎn)向力傳遞給牽引擺動桿29，通過牽引牽引擺動桿29偏轉(zhuǎn)運動，帶動四桿機構(gòu)中的水平動桿30運動，導致前轉(zhuǎn)向車36旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)整機的轉(zhuǎn)向。考慮炮泥堵塞一體機工作路況的特殊，路面碎石多，轉(zhuǎn)向機構(gòu)置于底盤前端，以保證轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向性能良好。

(2)整機底盤及行走機構(gòu)ⅳ

整機底盤部分包括了行走、車架等結(jié)構(gòu)，其它各零部件都是放置于底盤之上，底盤也是整機的重要支撐部件。在外力的牽引下具有行走和轉(zhuǎn)向的能力。研制中采用后輪行走前輪轉(zhuǎn)向，設(shè)備依靠外力牽引或人力推動實現(xiàn)整機的運動。如圖5所示為行走機構(gòu)簡圖。車架38，用于安裝各設(shè)備的固定連接板39等，連接車架38和行走軸42的連接支架40，與車架38通過連接螺栓組e41連接，并方便裝拆，行走軸42上安裝后行走車輪43與牽引轉(zhuǎn)向機構(gòu)共同作用完成行走及轉(zhuǎn)向。

(3)舉升機構(gòu)ⅴ

在施工現(xiàn)場炮孔的布置是分散具有一定的高度，對最上方炮孔的填充，工人的操作存在一定的困難。因此在底盤與工作機構(gòu)之間設(shè)計了一個可以實現(xiàn)自由舉升的舉升機構(gòu)。炮泥制作堵塞一體機的舉升機構(gòu)設(shè)計為x型剪叉式舉升機構(gòu)作為整機舉升機構(gòu)。x形剪式機構(gòu)是一種單自由度機構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單，方便加工和使用。設(shè)計如圖6所示，為了保護工人操作時的安全，在舉升的平臺上還添加了護欄和一個簡易扶手便于施工人員登上平。

(三)炮泥制作堵塞一體機的總體結(jié)構(gòu)及操作方式

炮泥制作堵塞一體機主要有上述各部分系統(tǒng)，整機結(jié)構(gòu)布置圖如圖7所示。炮泥制作堵塞一體機，主要其特征包括，炮泥制作堵塞一體機的功能是獨有的，通過查閱資料無相同的設(shè)備，具有獨創(chuàng)性，在設(shè)備的各零部件的組成完全按照工作需要設(shè)計，具有自己獨有特點的組成結(jié)構(gòu)，重要的是將炮泥的制作和炮孔的堵塞功能集于一體，實現(xiàn)了炮孔的堵塞自動化和機械化，具有非常重要的實用價值。

炮泥堵塞一體機為了方便整機的工作，具備了行走轉(zhuǎn)向機構(gòu)，當整機轉(zhuǎn)移施工場地或者進入停留場地時，由其它牽引設(shè)備牽引，通過整機底盤及行走機構(gòu)50、轉(zhuǎn)向機構(gòu)49中的車輪方便地實現(xiàn)行走，遇見轉(zhuǎn)彎時在牽引設(shè)備的引領(lǐng)下通過牽引擺動桿29的偏移帶動車輪的偏轉(zhuǎn)完成轉(zhuǎn)向。在施工中炮孔的布置具有不同的高度，由于整機1米多的高度加上人體高度仍然有一定的高度限制，因此為操作的方便，通過x型剪叉式舉升機構(gòu)作為整機舉升機構(gòu)51實現(xiàn)操作高度的調(diào)整。將不同的炮泥材料按照規(guī)定的配比與水添加于專用的炮泥混合攪拌裝置組件52中，攪拌器動力傳動部件采用由下向上的傳動路線帶動攪拌器完成炮泥攪拌功能，攪拌完成后通過炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)53中的連接泵21、風動馬達14由離合器20接合，泵21工作，將炮泥由攪拌器中通過傳輸管路輸送入炮泥噴槍26，再由炮泥噴槍26將炮泥傳送入炮孔完成炮孔堵塞。當出現(xiàn)炮泥傳送意外或過載現(xiàn)象時為保護泵21能夠正常工作，炮泥制作與傳輸堵塞系統(tǒng)53中的溢流閥23將炮泥溢出返回攪拌容器內(nèi)，保護泵21及整機各部件能夠正常工作。