專利名稱：一種環(huán)形天井鉆機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦山機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種環(huán)形天井鉆機(jī)。
背景技術(shù)：
礦山采用天井鉆機(jī)法作業(yè)天井無疑是礦山天井作業(yè)道路上的一座里程碑，通過多年的開發(fā)，現(xiàn)有天井鉆機(jī)已經(jīng)發(fā)展成熟，但是還是存在一些問題由于采用刀盤滾刀切割滾刮天井范圍之內(nèi)的巖石，造成天井鉆機(jī)的體積大、功耗高，天井作業(yè)速度緩慢而且需要人工更換桿件，進(jìn)一步降低速度；同時(shí)現(xiàn)有鉆機(jī)采用長(zhǎng)導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)傳輸動(dòng)力，天井作業(yè)角度控制能力較差?；诂F(xiàn)代礦山對(duì)天井鉆機(jī)提出標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，力求降低粉塵，提高天井工程準(zhǔn)確度。現(xiàn)代礦山技術(shù)趨向于液壓、高智能化鉆機(jī)，因此需要采用全新的理念去開發(fā)一種高智能的設(shè)備代替現(xiàn)有天井鉆機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有環(huán)形天井鉆機(jī)天井掘進(jìn)作業(yè)方案工作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大等技術(shù)之不足，而提供一種采用減小挖掘量和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，并能夠降低礦山天井作業(yè)中的能量消耗，符合節(jié)能減排要求的一種環(huán)形天井鉆機(jī)。一種環(huán)形天井鉆機(jī)，包括鉆頭系統(tǒng)，推進(jìn)系統(tǒng)，斷裂器系統(tǒng)，鉆架，所述鉆架的橫截面為圓環(huán)；所述鉆頭系統(tǒng)安裝在所述鉆架的底部，所述鉆頭系統(tǒng)包括鉆頭底座，所述鉆頭底座分為完全隔開的兩個(gè)腔體包括環(huán)形上腔和環(huán)形下腔，所述環(huán)形上腔為密封的腔體，所述環(huán)形下腔通過圓錐滾子軸承與所述環(huán)形上腔連接，所述環(huán)形下腔的外端面上設(shè)有多個(gè)鉆頭牙輪，所述環(huán)形下腔內(nèi)部設(shè)有鉆頭腔體，所述環(huán)形下腔內(nèi)設(shè)有環(huán)形齒輪，所述環(huán)形上腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)相互同步協(xié)調(diào)控制的鉆頭液壓馬達(dá)和齒輪減速機(jī)構(gòu)，所述鉆頭液壓馬達(dá)與所述齒輪減速機(jī)構(gòu)連接，所述齒輪減速機(jī)構(gòu)上的動(dòng)力輸出齒輪與所述環(huán)形齒輪嚙合；所述鉆架的四個(gè)側(cè)面上均安裝有多個(gè)通過所述液壓油管道控制的液壓缸，所述推進(jìn)系統(tǒng)垂直通過安裝在所述鉆架上的導(dǎo)向裝置安裝在所述液壓缸的活塞端，所述推進(jìn)系統(tǒng)包括推進(jìn)器機(jī)座和安裝在所述推進(jìn)器機(jī)座上的減速器、推進(jìn)液壓馬達(dá)，所述減速器的輸出軸上安裝有主動(dòng)帶輪，所述推進(jìn)器機(jī)座的兩端還設(shè)有履帶軸和安裝在履帶軸上的從動(dòng)帶輪，所述主動(dòng)帶輪和所述從動(dòng)帶輪上安裝有履帶；所述斷裂器系統(tǒng)安裝在所述鉆架的頂端，所述斷裂器系統(tǒng)包括斷裂器底座、弧形刀具、兩雙出式液壓缸，兩所述雙出式液壓缸安裝在斷裂器底座上，兩所述所述雙出式液壓缸之間通過軸承安裝有弧形刀具；本發(fā)明中，所述鉆架上還安裝有冷卻水管道和排粉管道，所述冷卻水管道的進(jìn)水端與水源連接，出水端設(shè)置在所述鉆頭腔體內(nèi)，所述排粉管道的一端與抽取泵連接，抽取端也設(shè)置在所述鉆頭腔體內(nèi)。本發(fā)明中，所述推進(jìn)系統(tǒng)中的減速器采用蝸輪蝸桿減速器。
本發(fā)明中，所述鉆頭液壓馬達(dá)、液壓缸、推進(jìn)液壓馬達(dá)和雙出式液壓缸均由所述液壓油管道供油，所述液壓油管道與地面泵站連接，所述地面泵站通過井外控制臺(tái)控制。本發(fā)明中，所述推進(jìn)系統(tǒng)上安裝有多個(gè)角度傳感器。本發(fā)明中，所述鉆頭底座通過液壓減震器安裝在所述鉆架上。本發(fā)明的環(huán)形天井鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于(1)由于環(huán)形天井鉆機(jī)采用斷裂器系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)斷面作業(yè)方式(即采用斷裂器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖芯的剪切和擠壓作用切斷巖芯，對(duì)于巖芯部分采用井外破碎的方式)代替現(xiàn)有鉆機(jī)的全斷面作業(yè)方式，廢石在井外可以不加處理，天井作業(yè)的能量消耗可以很大程度的減少并提高了能量的利用效率，符合節(jié)能減排要求。(2) 由于采用四個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)同步推進(jìn)，通過傳感器得出特定基準(zhǔn)上的角度，采用三角法測(cè)量并計(jì)算出鉆機(jī)偏移角度，反饋角度偏差給控制單元，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控角度偏差并通過推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行角度修正，能提高鉆機(jī)的作業(yè)天井的角度修正能力。(3)由于采用環(huán)斷面作業(yè)并且采用設(shè)備自行機(jī)構(gòu)自動(dòng)推進(jìn)，可少減小人為因素的干擾，對(duì)天井作業(yè)速度有很大的提高。 (4)由于采用鉆機(jī)設(shè)有冷卻水管道和排粉管道，冷卻廢水完全混合環(huán)斷面巖屑，大幅減少天井作業(yè)過程中的粉塵，改善井下環(huán)境。(5)由于鉆機(jī)采用井外控制臺(tái)直接控制，鉆機(jī)內(nèi)置智能液壓控制系統(tǒng)能夠很大程度的提高設(shè)備的人工智能程度。(6)由于工人不需要進(jìn)入天井作業(yè)工作作業(yè)面，能夠保證工人的人生安全，提高天井作業(yè)安全。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(1)是本發(fā)明的鉆頭俯視圖；圖2(2)是本發(fā)明的鉆頭仰視圖；圖3是本發(fā)明的鉆頭傳動(dòng)減速器系統(tǒng)示意圖；圖4是本發(fā)明的推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的斷裂器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的鉆機(jī)機(jī)架簡(jiǎn)圖；圖7是本發(fā)明的排塵及動(dòng)力輸送管道系統(tǒng)；圖8是本發(fā)明推進(jìn)系統(tǒng)支撐用液壓缸工作原理圖；圖9是本發(fā)明推進(jìn)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)用推進(jìn)液壓馬達(dá)工作原理圖；圖10是本發(fā)明鉆頭系統(tǒng)液壓原理圖；圖11是本發(fā)明斷裂器系統(tǒng)液壓原理圖；圖12是本發(fā)明的鉆頭驅(qū)動(dòng)控制原理圖；圖13是本發(fā)明的角度偏差校正控制原理圖；附圖1至13中，1.鉆頭系統(tǒng) 2.鉆頭傳動(dòng)減速器系統(tǒng) 3.推進(jìn)系統(tǒng) 4.斷裂器系統(tǒng)5.鉆架 6.工作面 7.牙輪頂蓋 8.鉆頭牙輪 9.鉆頭底座 10.鉆頭腔體11.環(huán)形齒輪12.軸承13.鍵14.減速器下底座15.鉆頭液壓馬達(dá)16.減速器上蓋17.齒輪減速機(jī)構(gòu) 18.動(dòng)力輸出齒輪 19.推進(jìn)器機(jī)座 20.履帶軸 21.軸承22.減速器23.液壓缸24.推進(jìn)液壓馬達(dá)25.角度傳感器26.履帶27.斷裂器底座28.弧形刀具29.雙出式液壓缸30.冷卻水管道31.液壓油管道32.排粉管道33.三位四通換向閥34.地面泵站35比例伺服換向閥36傳感器37伺服閥控制
4器38偏差耦合控制器39交叉耦合控制器40信號(hào)處理器41控制器。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明本發(fā)明是環(huán)形天井鉆機(jī)，整體結(jié)構(gòu)包括鉆頭系統(tǒng)1，鉆頭傳動(dòng)減速器系統(tǒng)2，推進(jìn)系統(tǒng)3，斷裂器系統(tǒng)4，鉆架5，排塵及動(dòng)力輸送管道系統(tǒng)以及控制和輔助系統(tǒng)等，各系統(tǒng)均安裝在鉆架5上。各個(gè)系統(tǒng)由地面泵站提供源動(dòng)力，通過液壓油管道輸送至環(huán)形天井鉆機(jī)，以實(shí)現(xiàn)鉆頭系統(tǒng)1旋轉(zhuǎn)掘進(jìn)、推進(jìn)系統(tǒng)3推進(jìn)以及斷裂器系統(tǒng)4切割。工作時(shí)，首先由地面泵站34 供油，在控制系統(tǒng)對(duì)比例伺服換向閥35的控制下，鉆頭液壓馬達(dá)15開始旋轉(zhuǎn)，通過齒輪減速機(jī)構(gòu)17將動(dòng)力傳遞給鉆頭系統(tǒng)1，帶動(dòng)鉆頭牙輪8旋轉(zhuǎn)，通過牙輪對(duì)礦石的壓碎、剪切和滾刮復(fù)合作用破碎礦石。與此同時(shí)，鉆機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)3由推進(jìn)液壓馬達(dá)24驅(qū)動(dòng)履帶26將鉆機(jī)豎直向下推進(jìn)，一方面實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)，另一方面為鉆頭提供部分正壓力，環(huán)形鉆機(jī)掘進(jìn)至設(shè)定距離后余下的巖芯由斷裂器系統(tǒng)4切斷，然后通過井外的巖芯抓取設(shè)備將巖芯抓取出來，在井外進(jìn)行破碎。此發(fā)明極大地節(jié)省了切削時(shí)間，提高了工作效率，正是此發(fā)明的優(yōu)勢(shì)。在鉆機(jī)鉆進(jìn)的同時(shí)，其管道系統(tǒng)的工作主要也分為兩部分，一路為液壓油管道31輸送壓力油，一路管道為冷卻水管道30輸送冷卻水，在工作面與巖屑混合后，通過排粉管道32 排出。所述的鉆頭系統(tǒng)1由牙輪頂蓋7，鉆頭牙輪8，鉆頭底座9，鉆頭腔體10，環(huán)形齒輪 11，圓錐滾子軸承12、鍵13等構(gòu)成，動(dòng)力由齒輪減速機(jī)構(gòu)17通過鍵13連接輸送到環(huán)形齒輪 11，帶動(dòng)鉆頭系統(tǒng)1旋轉(zhuǎn)工作，鉆頭牙輪8自轉(zhuǎn)并公轉(zhuǎn)切割巖石。鉆頭系統(tǒng)主要由鉆頭底座 9構(gòu)成，鉆頭底座9分為完全隔開的兩個(gè)腔體-環(huán)形上腔和環(huán)形下腔。在鉆頭底座9的環(huán)形下腔端面上，根據(jù)環(huán)形斷面沿不同的傾角布置了若干牙輪鉆頭，鉆頭底座9的環(huán)形下腔內(nèi)部設(shè)有鉆頭腔體10，其空間主要用來供鉆頭運(yùn)動(dòng)、冷卻鉆頭及抽取泥漿。環(huán)形上腔內(nèi)安裝有齒輪減速機(jī)構(gòu)17和圓錐滾子軸承12，圓錐滾子軸承12保證了鉆頭獨(dú)立的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。密封的環(huán)形上腔還可以為軸承和環(huán)形齒輪提供潤(rùn)滑和保護(hù)作用。鉆頭系統(tǒng)1與鉆架5之間用液壓減震器連接。所述的鉆頭傳動(dòng)減速器系統(tǒng)2由，鉆頭液壓馬達(dá)15，減速器上蓋16，動(dòng)力輸出齒輪 18等構(gòu)成。它給鉆頭系統(tǒng)輸送動(dòng)力，四個(gè)鉆頭液壓馬達(dá)15通過同步協(xié)調(diào)控制由齒輪減速機(jī)構(gòu)17傳遞動(dòng)力到鉆頭系統(tǒng)1，由于是同步協(xié)調(diào)控制，可以使得每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元負(fù)載均衡，減少運(yùn)動(dòng)過程中的振動(dòng)，保證鉆機(jī)工作過程中的定位準(zhǔn)確性和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。為了增大鉆機(jī)的扭矩，以及使鉆機(jī)在圓周方向受力平衡，設(shè)計(jì)采用四個(gè)鉆頭液壓馬達(dá)15同步驅(qū)動(dòng)鉆頭。為了使鉆頭液壓馬達(dá)15的驅(qū)動(dòng)能夠完全同步，采用棘輪機(jī)構(gòu)同步協(xié)調(diào)控制。所述的推進(jìn)系統(tǒng)2由推進(jìn)器機(jī)座19，履帶軸20，軸承21，減速器22，所述減速器22 為蝸輪蝸桿減速器，液壓缸23，推進(jìn)液壓馬達(dá)24，角度傳感器25，履帶26等構(gòu)成，鉆機(jī)工作時(shí)，先由液壓缸23伸出帶動(dòng)推進(jìn)器機(jī)座19，與巖壁擠壓向履帶26提供壓力，再由推進(jìn)液壓馬達(dá)24旋轉(zhuǎn)，通過蝸輪蝸桿減速器22帶動(dòng)履帶26旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)鉆機(jī)掘進(jìn)，并提供鉆頭破碎巖石所需的正壓力。角度偏差校正是通過安裝在推進(jìn)器機(jī)座19上的角度傳感器25傳回的信號(hào)采用三角法測(cè)量出鉆機(jī)偏移角度并通過信號(hào)處理器40計(jì)算，得出設(shè)備偏移角度，反饋給控制系統(tǒng)修正推進(jìn)液壓馬達(dá)24轉(zhuǎn)速，調(diào)整鉆機(jī)傾角。斷裂器系統(tǒng)1由斷裂器底座27、弧形刀具28、雙出式油缸29等構(gòu)成，當(dāng)鉆機(jī)工作至巖芯設(shè)置長(zhǎng)度時(shí)，雙出式油缸29收縮，減小弧形刀具28的所在半徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖芯的剪切和擠壓作用切斷巖芯。伺服閥控制器37、偏差耦合控制器38、交叉耦合控制器39、信號(hào)處理器40全部位于控制器41內(nèi)，所述控制器41設(shè)置在減速器上蓋上。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)形天井鉆機(jī)，其特征在于包括鉆頭系統(tǒng)(1)，推進(jìn)系統(tǒng)(3)，斷裂器系統(tǒng)(4)， 鉆架(5)；所述鉆頭系統(tǒng)(1)安裝在所述鉆架(5)的底部，所述鉆頭系統(tǒng)(1)包括鉆頭底座(9)， 所述鉆頭底座(9)分為完全隔開的兩個(gè)腔體包括環(huán)形上腔和環(huán)形下腔，所述環(huán)形上腔為密封的腔體，所述環(huán)形下腔通過圓錐滾子軸承(12)與所述環(huán)形上腔連接，所述環(huán)形下腔的外端面上設(shè)有多個(gè)鉆頭牙輪(8)，所述環(huán)形下腔內(nèi)部設(shè)有鉆頭腔體(10)，所述環(huán)形下腔內(nèi)設(shè)有環(huán)形齒輪(11)，所述環(huán)形上腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)相互同步協(xié)調(diào)控制的鉆頭液壓馬達(dá)(15)和齒輪減速機(jī)構(gòu)(17)，所述鉆頭液壓馬達(dá)(15)與所述齒輪減速機(jī)構(gòu)(17)連接，所述齒輪減速機(jī)構(gòu)(17)上的動(dòng)力輸出齒輪(18)與所述環(huán)形齒輪(11)嚙合；所述鉆架(5)的四個(gè)側(cè)面上均安裝有多個(gè)液壓缸(23)，所述推進(jìn)系統(tǒng)(3)通過安裝在所述鉆架(5)上的導(dǎo)向裝置安裝在所述液壓缸(23)的活塞端上，所述推進(jìn)系統(tǒng)(3)包括推進(jìn)器機(jī)座(19)和安裝在所述推進(jìn)器機(jī)座(19)上的減速器(22)、推進(jìn)液壓馬達(dá)(24)，所述減速器(22)的輸出軸上安裝有主動(dòng)帶輪，所述推進(jìn)器機(jī)座(19)的兩端還設(shè)有履帶軸(20) 和安裝在履帶軸(20)上的從動(dòng)帶輪，所述主動(dòng)帶輪和所述從動(dòng)帶輪上安裝有履帶(26)；所述斷裂器系統(tǒng)(4)安裝在所述鉆架(5)的頂端，所述斷裂器系統(tǒng)(4)包括斷裂器底座(27)、弧形刀具(28)、兩雙出式液壓缸(29)，兩所述雙出式液壓缸(29)安裝在斷裂器底座(27)上，兩所述所述雙出式液壓缸(29)之間通過軸承安裝有弧形刀具(28)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形天井鉆機(jī)，其特征在于所述鉆架(5)上還安裝有冷卻水管道(30)和排粉管道(32)，所述冷卻水管道(30)的進(jìn)水端與水源連接，出水端設(shè)置在所述鉆頭腔體(10)內(nèi)，所述排粉管道(32)的一端與抽取泵連接，抽取端也設(shè)置在所述鉆頭腔體(10)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形天井鉆機(jī)，其特征在于所述推進(jìn)系統(tǒng)(3)中的減速器(22)采用蝸輪蝸桿減速器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形天井鉆機(jī)，其特征在于所述鉆頭液壓馬達(dá)(15)、液壓缸(23)、推進(jìn)液壓馬達(dá)(24)和雙出式液壓缸(29)均由所述液壓油管道(31)供油，所述液壓油管道(31)與地面泵站連接，所述地面泵站(34)通過井外控制臺(tái)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的環(huán)形天井鉆機(jī)，其特征在于所述推進(jìn)系統(tǒng)(3)上安裝有多個(gè)角度傳感器(25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形天井鉆機(jī)，其特征在于所述鉆頭底座(9)通過液壓減震器安裝在所述鉆架(5)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)形天井鉆機(jī)，其特征在于鉆機(jī)由鉆頭系統(tǒng)，鉆頭傳動(dòng)減速器系統(tǒng)，推進(jìn)系統(tǒng)，斷裂器系統(tǒng)，鉆架，以及排塵及動(dòng)力輸送管道系統(tǒng)等組成；斷裂器系統(tǒng)安裝在鉆架尾部，推進(jìn)系統(tǒng)均布安裝在鉆架的側(cè)面，鉆頭傳動(dòng)減速器系統(tǒng)安裝在鉆架頭部，鉆頭系統(tǒng)安裝在鉆頭傳動(dòng)減速器系統(tǒng)上，排塵及動(dòng)力輸送管道系統(tǒng)從鉆頭系統(tǒng)至斷裂器系統(tǒng)貫穿安裝。環(huán)式天井鉆機(jī)是一種全新的掘進(jìn)方案，其優(yōu)點(diǎn)在于利用機(jī)器自重大幅降低天井作業(yè)的能量消耗，提高天井掘進(jìn)速度，提高天井作業(yè)的角度控制能力；在同直徑的天井中使得掘進(jìn)斷面減小，減少能耗，提高天井掘進(jìn)效率；采用自帶行進(jìn)機(jī)構(gòu)，能夠完成高天井作業(yè)，提高天井作業(yè)速度；采用電力與液壓驅(qū)動(dòng)，能夠改善巷道空氣環(huán)境，降低天井作業(yè)粉塵污染，提高天井作業(yè)安全；能夠完全自動(dòng)推進(jìn)掘進(jìn)天井，采用無導(dǎo)孔步進(jìn)式作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)天井作業(yè)的完全智能化。
文檔編號(hào)E21B15/00GK102251744SQ20111016369
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者劉浪, 周智勇, 楊珊, 陳建宏, 馬天義 申請(qǐng)人:中南大學(xué)