專利名稱：自攻雙向切削力矩自平式采掘鉆機(jī)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采掘鉆孔機(jī)械，具體為自攻雙向切削力矩自平式采掘鉆機(jī)及其方法。
現(xiàn)有采掘鉆孔機(jī)械很多，如采煤機(jī)、鉆探打孔機(jī)、手提式電鉆、風(fēng)鉆等采掘鉆孔機(jī)械。它們的共同特點(diǎn)是切削主軸上多片切削刃同向、同步旋轉(zhuǎn)切削，而切削阻力矩反向傳遞到機(jī)殼上形成一個(gè)與切削力矩大小相等、方向相反的作用力矩，使機(jī)身產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的趣勢(shì)。為了保證切削作業(yè)的正常進(jìn)行，機(jī)械采掘鉆機(jī)(如采煤機(jī)、鉆探打孔機(jī)等)就需要配置相當(dāng)重量的機(jī)座，來保持在切削反力作用下，機(jī)械本身的穩(wěn)定。
手提式電鉆、風(fēng)鉆切削主軸上主切削反力矩，通過固定在機(jī)身上的手柄而作用到操作人員的手臂上，用操作人員作用在手柄上的力矩來平衡采掘鉆機(jī)的切削阻力矩而保持切削作業(yè)進(jìn)行。普通采掘鉆機(jī)工作時(shí)主要產(chǎn)生六個(gè)力，設(shè)主切削力與進(jìn)給壓力為正(如圖4)。
M(-)阻-切削主力矩、M(+)切-主切削力矩、M(-)反-驅(qū)動(dòng)反作用力矩、M(+)支-保持機(jī)殼穩(wěn)定而施加的支承力矩、P(+)壓-為使鉆機(jī)軸向進(jìn)給而施加的軸向壓力、R反-物料對(duì)鉆機(jī)的軸向反力。四個(gè)回轉(zhuǎn)力矩的絕對(duì)值相等。即｜M阻｜＝｜M切｜＝｜M反｜＝｜M支｜
兩個(gè)軸向力的絕對(duì)值相等即｜R阻｜＝｜P壓｜鉆機(jī)在工作時(shí)其切削阻力矩M阻及軸向反向力R反與操作人員施加給鉆機(jī)的支承力矩M支和軸向壓力P壓的大小相等方向相反。也就是當(dāng)切削阻力矩增大或減小時(shí)，操作人員作用到鉆機(jī)上的支承力矩也要隨之相應(yīng)增大或減小。切削阻力矩M阻與主切削力矩M切相平衡，主切削力矩M切與機(jī)殼反作用力矩M反相平衡，機(jī)殼上反作用力矩M反與鉆機(jī)的支承力矩M支相平衡，而支承力矩M支又與切削阻力矩M阻相平衡，形成一個(gè)力矩平衡封閉環(huán)。(如圖5)本發(fā)明的目的在于提供一種使力矩平衡、不需操作人員施加支承力矩、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕的采掘鉆機(jī)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的內(nèi)切削刀刃、外切削刀刃雙向同時(shí)繞鉆機(jī)主軸中心雙向旋轉(zhuǎn)切削吃料和雙向切削力矩自平衡，固接于鉆機(jī)主軸上的定位自攻桿和內(nèi)切削刀架隨主軸旋轉(zhuǎn)切削產(chǎn)生主切削力矩(M切)的同時(shí)，固定在主軸上的小齒輪通過過輪與內(nèi)齒浮動(dòng)套帶動(dòng)外切削刀架反向旋轉(zhuǎn)切削產(chǎn)生反向切削力矩(M反)、實(shí)現(xiàn)雙向切削力矩輸出。M切、M阻、M′阻、M反四個(gè)力矩組成了封閉環(huán)。主軸一端與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出主軸為一體，另一端由方套加銷釘固接定位自攻桿、在方套上連接有內(nèi)切削刀架、在方套后有外切削刀架與主軸滑動(dòng)配合、與內(nèi)齒浮動(dòng)套螺釘緊固連接、過輪由銷軸固定在過輪架上、里面與小齒輪嚙合，外面與內(nèi)齒浮動(dòng)套內(nèi)齒相嚙合、滾輪與自平操縱套銷軸連接、在內(nèi)齒浮動(dòng)套的環(huán)槽內(nèi)滾動(dòng)、自平操縱套的內(nèi)螺紋與固定套螺紋旋合連接、前面通過滾輪與內(nèi)齒浮動(dòng)套滾動(dòng)連接、內(nèi)齒浮動(dòng)套前面與外切削刀架螺釘固接、與固定套滑動(dòng)配合、內(nèi)齒與過輪嚙合、固定套用螺栓與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)外殼固接、內(nèi)切削刀架、外切削刀架上分別用螺栓固定內(nèi)切削刀刃、外切削刀刃。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于省力、省功、省時(shí)，操作人員不必承受切削阻力矩，只承受手提鉆機(jī)部分自重和一部分進(jìn)給壓力，則驅(qū)動(dòng)功率可提高到0.5～1.0千瓦。結(jié)構(gòu)簡單、制造使用方便。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例手提式采掘鉆機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖;
圖2為本發(fā)明中的過輪、小齒輪、主軸、內(nèi)齒浮動(dòng)套之間的連接關(guān)系剖面示意圖;
圖3為本發(fā)明與其它機(jī)械聯(lián)合作業(yè)的原理示意圖;
圖4為普通采掘鉆機(jī)工作時(shí)主要產(chǎn)生六個(gè)力的原理示意圖;
圖5為普通采掘鉆機(jī)的四個(gè)力矩組成的封閉環(huán)原理示意圖;
圖6為本發(fā)明的四個(gè)力矩組成的封閉環(huán)原理示意圖;
圖7為本發(fā)明的作用力矩組成的封閉環(huán)原理示意圖。
1-定位自攻桿、2-內(nèi)切削刀架、3-外切削刀架、4-過輪、5-過輪架、6-滾輪、7-自平操縱套、8-主軸、9-小齒輪、10-內(nèi)齒浮動(dòng)套、11-固定套、12-手柄、13-驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、14-防塵環(huán)、15-銷軸、16-內(nèi)切削刀刃、17-外切削刀刃、18-取料斗輪、19-安全蓬、20-上支架、21-底座、22-下座架、23-行走驅(qū)動(dòng)、24-行走輪、25-輸出皮帶機(jī)、26-方套、27-外斗刃、28-溜料板、29-進(jìn)出料斗、D-掘進(jìn)直徑、H-采掘鉆機(jī)中心到掘進(jìn)外圓距離、-為土方切削邊緣剖面符號(hào)、
為鋼筋混凝土剖面符號(hào)。
下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明最佳實(shí)施例及工作過程定位自攻桿的尖進(jìn)入料層后起到鉆機(jī)中心徑向定位作用，當(dāng)定位自攻桿隨主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時(shí)，桿上的自攻螺紋將產(chǎn)生軸向進(jìn)給力，使鉆機(jī)具有自攻功能。內(nèi)、外切削刀架上分別裝有內(nèi)外切削刀刃，可同時(shí)按不同方向繞主軸旋轉(zhuǎn)切削作業(yè)，其切削阻力大小，可通過調(diào)節(jié)內(nèi)外切削刀刃的長短，有級(jí)調(diào)節(jié)和通過自平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)內(nèi)外刀刃相對(duì)吃刀進(jìn)展，無級(jí)隨動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)雙力矩平衡切削作業(yè)。由內(nèi)外雙向切削產(chǎn)生的切削力矩差通過過輪帶動(dòng)銷軸過輪架和固定套向兩個(gè)不同方向旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)外切削刀架中切削阻力矩相對(duì)較小的切削刀架同向)通過固定套外螺紋效應(yīng)推動(dòng)自平操縱套軸向平移運(yùn)動(dòng)。并通過滾輪帶動(dòng)內(nèi)齒浮動(dòng)套和外切削刀架軸向前后移動(dòng)，自行調(diào)節(jié)內(nèi)外切削刀刃的相對(duì)進(jìn)尺深度而達(dá)到雙向切削力矩呈相對(duì)平衡狀態(tài)下工作。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速機(jī)和動(dòng)力源組成。動(dòng)力源可選用風(fēng)動(dòng)、油動(dòng)、電動(dòng)等。通過減速機(jī)主軸輸出主力矩。當(dāng)主驅(qū)動(dòng)起動(dòng)后，設(shè)主軸正轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)定位自攻桿和內(nèi)切削刀架工作。隨著定位自攻桿尖進(jìn)入料層深度的增加，物料對(duì)定位自攻桿的阻力矩也逐漸增加。當(dāng)物料對(duì)主軸作用的阻力矩大于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)殼和固定套的旋轉(zhuǎn)靜力矩時(shí)，主軸停轉(zhuǎn)而固定套反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過螺紋使自平操縱套通過滑輪帶動(dòng)內(nèi)齒浮動(dòng)套及外切削刀架軸向前移而使外切削刀刃的位置前置于內(nèi)切削刀刃。當(dāng)內(nèi)齒浮動(dòng)套前移至極限位置而與過輪架軸向接觸。這時(shí)由于手柄施加的外支承力矩作用使固定套停轉(zhuǎn)而主軸在驅(qū)動(dòng)力矩作用下繼續(xù)帶動(dòng)定位自攻桿和內(nèi)切削刀架工作。
當(dāng)自攻定位桿鉆進(jìn)一定深度，外切削刀刃首先與料層接觸切削而產(chǎn)生阻力矩。隨著外切削刀刃與物料接觸面的增加，作用到外切削刀刃上的切削阻力矩也逐漸增加。當(dāng)作用在外切削刀刃上的阻力矩絕對(duì)值大于作用在定位自攻桿的阻力矩時(shí)，外切削刀架將帶動(dòng)內(nèi)齒浮動(dòng)套并通過過輪、銷軸、過輪架帶動(dòng)固定套正向旋轉(zhuǎn)。使自平操縱套在螺紋效應(yīng)作用下，通過滾輪拉動(dòng)內(nèi)齒浮動(dòng)套、外切削刀架后退，而使內(nèi)切削刀刃超前工作。
M切-驅(qū)動(dòng)主軸帶動(dòng)定位自攻桿和內(nèi)切削刀刃所作用的主切削力矩。M反-驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)外殼通過固定套過輪架、銷軸并通過過輪將驅(qū)動(dòng)反力矩傳遞給內(nèi)齒浮動(dòng)套和外切削刀架，使外切削刀刃延內(nèi)切削刀刃相反的方向進(jìn)行切削作業(yè)。M阻-物料對(duì)定位自攻桿和內(nèi)切削刀刃的切削阻力矩。M′阻-物料對(duì)外切削刀刃的切削阻力矩。
本發(fā)明手提式采掘鉆機(jī)，可廣泛用于采礦、地下工程掘進(jìn)作業(yè)。尤其在不適合大型機(jī)械操作的場合，本機(jī)將成為水平、向上等復(fù)雜作業(yè)場合替代手工作業(yè)的高效采掘機(jī)械。本發(fā)明手提式采掘鉆機(jī)特別對(duì)石棉、云母等具有一定纖維韌性的礦物進(jìn)行采掘效果更佳。圖3為地下涵洞及地鐵地下施工中水平掘進(jìn)縱深連續(xù)掘進(jìn)作業(yè)的大型機(jī)械。取料斗輪與外輪切削刀架固接為一體，工作中隨外切削刀架旋轉(zhuǎn)切料而旋轉(zhuǎn)，并通過外斗刃將內(nèi)切削刀刃切下的散料由下面提到圓周上面，再把散料卸到溜料板上。通過溜料板將散料溜進(jìn)出料斗中，然后，通過輸出皮帶機(jī)將散料排出。實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。上支架上面支承安全蓬，中間與自平操作套固接，下面與底座固接。在支架結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)操縱室，室內(nèi)設(shè)操縱盤座椅等。底座中間為調(diào)節(jié)千斤頂，柱塞上支架固接，缸體與下座架固接。通過壓油量隨時(shí)調(diào)節(jié)H高度，使H＝D/2，保持水平進(jìn)給。下座架上面與底座固接兩側(cè)設(shè)有行走驅(qū)動(dòng)和行走輪下面吊接輸出皮帶機(jī)。
權(quán)利要求
1.自攻雙向切削力矩自平式采掘鉆機(jī)及其方法，其特征在于a內(nèi)切削刀刃(16)、外切削刀刃(17)雙向同時(shí)繞鉆機(jī)主軸(8)中心雙向旋轉(zhuǎn)切削吃料和雙向切削力矩自平衡，固接于鉆機(jī)主軸(8)上的定位自攻桿(1)和內(nèi)切削刀架(2)隨主軸旋轉(zhuǎn)切削產(chǎn)生主切削力矩(M切)的同時(shí)，固定在主軸上的小齒輪(9)通過過輪(4)與內(nèi)齒浮動(dòng)套(10)帶動(dòng)外切削刀架反向旋轉(zhuǎn)切削產(chǎn)生反向切削力矩(M反)、實(shí)現(xiàn)雙向切削力矩輸出；bM切、M阻、M阻、M反四個(gè)力矩組成了封閉環(huán)；c主軸(8)一端與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)輸出主軸為一體，另一端由方套(26)加銷釘固接定位自攻桿(1)、在方套(26)上連接有內(nèi)切削刀架(2)、在方套(26)后有外切削刀架(3)與主軸(8)滑動(dòng)配合、與內(nèi)齒浮動(dòng)套(10)螺釘緊固連接、過輪(4)由銷軸(15)固定在過輪架(5)上、里面與小齒輪(9)嚙合，外面與內(nèi)齒浮動(dòng)套(10)內(nèi)齒相嚙合、液輪(6)與自平操縱套(7)銷軸連接、在內(nèi)齒浮動(dòng)套(10)的環(huán)槽內(nèi)滾動(dòng)、自平操縱套的內(nèi)螺紋與固定套(11)螺紋旋合連接、前面通過滾輪(6)與內(nèi)齒浮動(dòng)套(10)滾動(dòng)連接、內(nèi)齒浮動(dòng)套(10)前面與外切削刀架(3)螺釘固接、與固定套(11)滑動(dòng)配合、內(nèi)齒與過輪(4)嚙合、固定套(11)用螺栓與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)外殼固接、內(nèi)切削刀架(2)、外切削刀架(3)上分別用螺栓固定內(nèi)切削刀刃(15)、外切削刀刃(17)。
全文摘要
本發(fā)明涉及采掘鉆孔機(jī)械，具體為自攻雙向切削力矩自平式采掘鉆機(jī)及其方法。其特點(diǎn)是內(nèi)切削刀刃、外切削刀刃雙向同時(shí)繞鉆機(jī)主軸中心雙向旋轉(zhuǎn)切削吃料和雙向切削力矩自平衡。固接于鉆機(jī)主軸上的定位自攻桿和內(nèi)切削刀架隨主軸旋轉(zhuǎn)切削產(chǎn)生主切削力矩的同時(shí)，固定在主軸上的小齒輪通過過輪與內(nèi)齒浮動(dòng)套帶動(dòng)外切削刀架反向旋轉(zhuǎn)切削產(chǎn)生反向切削力矩，實(shí)現(xiàn)雙向切削力矩輸出。是一種結(jié)構(gòu)簡單、重量輕的采掘鉆機(jī)。
文檔編號(hào)E21B10/00GK1090010SQ9311430
公開日1994年7月27日 申請(qǐng)日期1993年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月12日
發(fā)明者姜清明 申請(qǐng)人:姜清明