一种具有超前射流功能的截割机构及采掘装备

1.本发明涉及采掘装备领域，具体涉及一种具有超前射流功能的截割机构及采掘装备。


背景技术：

2.地下采掘常用的纵轴式掘进机因截齿受力条件差，铣削硬岩时效率低、截齿断裂失效频繁，已被证实难以应用于硬岩采掘；横轴式掘进机铣削硬岩能力相对较好，但因截齿穿透硬岩困难引起的粘滑振动常导致破岩效率下降和截齿磨损加速等问题，如功率300kw铣削头破碎强度150mpa硬岩时效率不足10m3/h，高磨蚀性时截齿消耗高达10把/m3。拥有极大推进力的tbm可以挤压破碎硬岩，但受到体积大、灵活性差、断面形状固定等因素制约，难以适应地球深部复杂矿体采掘作业。如何实现空间受限的硬岩机械化高效破碎已成为深部硬岩快速采掘的关键难题，也是地下硬岩机械化采掘的热点研究问题之一。
3.面对深地环境下的硬岩环境，要实现坚硬矿体资源安全高效绿色开采，迫切需要创新硬岩截割方式，以提高受限空间坚硬岩体的快速采掘作业。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种具有超前射流功能的截割机构及采掘装备，其具有提高硬岩破岩能力、可有效降低碟形滚刀的受力载荷，同时使磨损更均匀、可适用于硬岩的矿体采掘作业。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.本发明提供一种具有超前射流功能的截割机构及采掘装备，包括：
7.碟形滚刀，所述碟形滚刀上设有水射流系统；
8.铣削轴，所述铣削轴为空心轴，其前端与碟形滚刀连接，其后端固定连接回转支承的输出端；
9.马达，所述马达固定安装在铣削轴内部；
10.振动轴，所述振动轴的前端连接碟盘滚刀并能够带动其转动，其后端连接马达的输出轴，所述振动轴上还设有偏心块；
11.外壳，所述外壳前端部分转动连接在铣削轴上，所述外壳后端与掘进机的方形外壳相连；
12.高频电磁阀，所述高频电磁阀安装在和碟形滚刀上流道-连接的管道上，用于控制水射流系统的启闭；
13.驱动装置，所述驱动装置用于驱动铣削轴做往复回转运动；所述驱动装置选用直角电机或往复回转油缸；
14.所述驱动装置选用所述直角电机时为方案一，所述直角电机与回转支承的蜗杆连接；回转支承的输出端连接铣削轴；
15.方案一还设有行程定位装置，所述行程定位装置安装在外壳内，用于实现铣削轴
的回转定位；
16.所述驱动装置选用往复回转机构为方案二，所述往复回转机构安装在外壳上，用于推进铣削轴往复回转。
17.优选地，在方案一中，所述铣削轴后端固定连接法兰，所述连接法兰后端面固定连接回转支承；所述直角电机输出端通过电机连接法兰与回转支承的蜗杆连接，实现铣削轴的往复旋转运动。
18.优选地，所述碟形滚刀上的水射流系统包括若干射流喷嘴，均布安装在滚刀刀刃上，同于通过高压水和磨料，通过常闭的高频电磁阀控制启闭。
19.优选地，方案一中，行程定位装置包括固定在外壳内的限位开关和铣削轴上的拨片，所述拨片与直角电机电性连接，共同作用实现回转支承的往复运动并限制其回转角度。
20.优选地，方案二中，往复回转机构选用固定在外壳上的往复回转油缸，往复回转油缸输出端铰接配合铣削轴上的铰接板-和铰接孔-，实现铣削轴的往复运动；
21.外壳下方设有矩形口-，供往复回转油缸连接铣削轴，焊接有结构-用于安装往复回转油缸。
22.优选地，所述铣削轴前后两端的外壁上通过轴肩-安装有轴承，通过轴承与外壳转动连接，铣削轴内部设有用于安装液压马达的法兰盘-。
23.优选地，方案一中，所述外壳包括固定在一起的前壳-和后壳-，前壳-为柱形并通过轴承转动连接在铣削轴上，后壳-为方形并固定在掘进机的方形外壳上，后壳-通过螺栓固定连接回转支承固定壳，回转支承固定壳用于固定连接回转支承。
24.优选地，所述碟形滚刀前端设有密封盖，所述振动轴的前端与密封盖固定。
25.优选地，所述碟形滚刀的密封盖内安装有用于感知碟形滚刀的运动路径和工作状态并将信号传递给外部控制台的三轴加速度传感器，三轴加速度传感器感知碟形滚刀运动状态，传递信号给掘进机控制系统，经控制系统转换后用于控制高频电磁阀进而实现各个方向射流的独立控制。
26.本发明还提供一种具有超前射流功能的采掘设备，采用所述的截割机构。
27.本发明的有益效果在于：
28.1.碟形滚刀提出了两种一定角度进行往复回转运动，使滚刀的受力点分散，降低滚刀的局部磨损，有效延长了滚刀寿命，降低了滚刀更换频率，提高了经济效益。
29.2.碟形滚刀内部设有专用的动力源给偏心轴提供动力，使偏心块旋转产生激振力，且偏心块厚度大小可调，可在不同地质环境下使用不同的偏心块，有助于减少碟形滚刀工作时的受力载荷，提高破岩效率。
30.3.碟形滚刀上通有高压磨料水射流，低速旋转往复运动割缝辅助滚刀破岩，有效提高水射流的割缝效果，提高硬岩巷道的掘进效率。
31.4.通过密封盖安装能够有感知碟形滚刀运动方向的三轴加速度传感器，内部设有限位开关，可独立控制单个方向水射流的启动与关闭，大大降低了水和磨料的浪费，且割缝的水射流与滚刀工作方向一致，提高除尘效果。
附图说明
32.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。
33.图1为本发明实施例提供的一种具有超前射流功能的采掘设备；
34.图2为本发明实施例提供的方案一截割机构的示意图；
35.图3为本发明实施例提供的方案二截割机构的示意图；
36.图4为本发明实施例提供的方案一铣削轴的刨视图；
37.图5为本发明实施例提供的方案二铣削轴的刨视图；
38.图6为本发明实施例方案一提供的外壳的示意图及剖视图；
39.图7为本发明实施例方案二提供的外壳开孔处的刨视图。
40.附图标记说明：
41.1、碟形滚刀；1-1、流道；2、外壳；2-1、前壳；2-2、后壳；2-3、矩形开孔；2-4、油缸安装板；3、射流喷嘴；4、密封盖；5、深沟球轴承；6、三轴加速度传感器；7、轴套；8、振动轴；9、平键；10、端盖、11、液压马达；12、轴承；13、连接法兰；14、回转支承；15、回转支承固定壳；16、直角电机；17、铣削轴；17-1、铰接板；17-2、铰接孔；17-3、法兰盘；17-4、轴肩；18、拨片；19、限位开关；20、偏心块；21、往复回转油缸；22、高频电磁阀。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1和图2所示，本发明实施例一提供的一种具有超前射流功能的截割机构，包括碟形滚刀1、铣削轴17、振动轴8、回转支承14、驱动装置、限位开关19、液压马达11、外壳2、高频电磁阀22，驱动装置选用直角电机16；
44.如图2所示，碟形滚刀1上设有流道1-1，流道1-1前端出口装有水射流喷嘴3，碟形滚刀1通过螺钉和铣削轴17前端相连接，流道1-1后端出口连接掘进机的高压水系统，当碟形滚刀1工作时，水射流经流道1-1从水射流喷嘴3射出，进行超前割缝。
45.如图2所示，密封盖4通过螺钉4-1与碟形滚刀1前端相连，密封盖4内部装有三轴加速度传感器6，当碟形滚刀1工作时，三轴加速度传感器6感知碟形滚刀1的运动方向，开启对应方向的控制水射流的高频电磁阀22，密封盖4通过深沟球轴承5与振动轴8前端固定连接。
46.如图2所示，振动轴8由液压马达11驱动，振动轴8和液压马达11前端输出轴通过平键9相连，振动轴8上设有偏心块20和轴套7，液压马达11设在铣削轴17的内部，由螺钉固定在铣削轴17的法兰盘17-3上，工作时，液压马达11转动，带动振动轴8进而使偏心块20旋转，产生偏心力，而铣削轴17做往复旋转摆动，使液压马达11的油管不会缠绕。
47.如图2和图4所示，铣削轴17内部为空心且设有法兰盘17-3，铣削轴17外壁的两端装有轴承12，轴承12采用双列圆柱滚子轴承，通过双列圆柱滚子轴承转动连接在外壳2的前壳内部，铣削轴17做往复摆动运动，以摆动角度为90
°
为例，碟形滚刀1通过螺钉安装在铣削轴17前端，液压马达11通过螺钉安装在法兰盘17-3上，连接法兰13通过螺钉连接铣削轴17
后端。
48.如图2所示，连接法兰13为中空结构，以便于液压马达11的油管通过，其后端通过螺钉连接回转支承14。
49.如图2所示，回转支承14上有与其相配合的蜗杆，蜗杆后面连接有电机连接法兰，电机连接法兰装有直角电机16。
50.如图2和图6所示，外壳2包括固定在一起的前壳2-1和后壳2-2，前壳2-1通过螺钉孔固定密封有端盖10，端盖10开有供铣削轴17前端穿过的通孔，前壳2-1内还设有供限位开关19安装的螺钉孔，后壳2-2为方形结构，通过螺栓与前壳2-1连接，后壳2-2通过螺栓安装在掘进机方形外壳上，后壳2-2螺栓连接回转支承固定壳15。
51.如图2和图3所示，端盖10通过螺钉连接在外壳2上，端盖10设有与铣削轴17前端双列圆柱滚子轴承适配的固定结构，端盖10和铣削轴17间隙配合，端盖10与碟形滚刀1之间拥有间隙。
52.如图2所示，回转支承固定壳15通过螺栓与回转支承14相连，后端设有槽板并通过螺栓固定在后壳2-2上，回转支承固定壳15为中空结构，供液压马达11的油管通过。
53.如图2所示，直角电机16为回转支承14提供动力，实现固定圈数的正反转，正反转圈数取决于回转支承14和蜗杆的减速比，还有碟形滚刀1的转动角度。
54.如图2所示，铣削轴17上安装有拨片18，用于和限位开关19配合，实现对铣削轴17的往复旋转运动的限位，拨片18和直角电机16的电路连接，配合行程限位开关19可实现回转定位。
55.施例二；
56.如图3和图7所示，本发明实施例二提供的一种具有超前射流功能的截割机构，本实施例中外壳2为中空柱形，驱动装置选用往复回转油缸21。
57.如图3和图5所示，铣削轴17同样内部为空心且设有法兰盘17-3，铣削轴17外壁的两端装有轴承，轴承采用双列圆柱滚子轴承，通过双列圆柱滚子轴承转动连接在外壳2，铣削轴17上设有铰接板17-1和铰接孔17-2，往复回转油缸21输出端铰接铣削轴17做往复摆动运动。本实施例往复回转油缸21直接固定在外壳2上，没有连接法兰13、回转支承14以及回转支承固定壳，其余同实施例一相同。
58.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于：包括：碟形滚刀(1)，所述碟形滚刀(1)上设有水射流系统；铣削轴(17)，所述铣削轴(17)为空心轴，其前端与碟形滚刀(1)连接；马达(11)，所述马达(11)固定安装在铣削轴(17)内部；振动轴(8)，所述振动轴(8)的前端连接碟盘滚刀(1)并能够带动其转动，其后端连接马达(11)的输出轴，所述振动轴(8)上还设有偏心块(20)；外壳(2)，所述外壳(2)前端部分转动连接在铣削轴(17)上，所述外壳(2)后端与掘进机的方形外壳相连；高频电磁阀(22)，所述高频电磁阀(20)安装在和碟形滚刀(1)上流道(1-1)连接的管道上，用于控制水射流系统的启闭；驱动装置，所述驱动装置用于驱动铣削轴(17)做往复回转运动；所述驱动装置选用直角电机(16)或往复回转油缸(21)；所述驱动装置选用所述直角电机(16)时为方案一，所述直角电机(16)与回转支承(14)的蜗杆连接，回转支承(14)的输出端连接铣削轴(17)；方案一还设有行程定位装置，所述行程定位装置安装在外壳(2)内，用于实现铣削轴(17)的回转定位；所述驱动装置选用往复回转机构为方案二，所述往复回转机构安装在外壳(2)上，用于推进铣削轴(17)往复回转。2.如权利要求1所述的一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于：在方案一中，所述铣削轴(17)后端固定连接法兰(13)，所述连接法兰(13)后端面固定连接回转支承(14)；所述直角电机(16)输出端通过电机连接法兰与回转支承(14)的蜗杆连接，实现铣削轴(17)的往复旋转运动。3.如权利要求2所述的一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于：所述碟形滚刀(1)上的水射流系统包括若干射流喷嘴(3)，均布安装在滚刀刀刃上，同于通过高压水和磨料，通过常闭的高频电磁阀(22)控制启闭。4.如权利要求2所述的一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于：方案一中，行程定位装置包括固定在外壳(2)内的限位开关(19)和铣削轴(17)上的拨片(18)，所述拨片(18)与直角电机(16)电性连接，共同作用实现回转支承(14)的往复运动并限制其回转角度。5.如权利要求1所述的一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于：方案二中，往复回转机构选用固定在外壳(2)上的往复回转油缸(21)，往复回转油缸(21)输出端铰接配合铣削轴(17)上的铰接板(17-1)和铰接孔(17-2)，实现铣削轴(17)的往复运动；外壳(2)下方设有矩形口(2-3)，供往复回转油缸(21)连接铣削轴(17)，焊接有结构(2-4)用于安装往复回转油缸(21)。6.根据权利要求1所述的一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于，所述铣削轴(17)前后两端的外壁上通过轴肩(17-4)安装有轴承(12)，通过轴承(12)与外壳(2)转动连接，铣削轴(17)内部设有用于安装液压马达(11)的法兰盘(17-3)。7.根据权利要求1所述的一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于，方案一中，所述外壳(2)包括固定在一起的前壳(2-1)和后壳(2-2)，前壳(2-1)为柱形并通过轴承(12)
转动连接在铣削轴(17)上，后壳(2-2)为方形并固定在掘进机的方形外壳上，后壳(2-2)通过螺栓固定连接回转支承固定壳(15)，回转支承固定壳(15)用于固定连接回转支承(14)。8.如权利要求1所述的一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于：所述碟形滚刀(1)前端设有密封盖(4)，所述振动轴(8)的前端与密封盖(4)固定。9.根据权利要求8所述的一种具有超前射流功能的截割机构，其特征在于，所述碟形滚刀(1)的密封盖(4)内安装有用于感知碟形滚刀(1)的运动路径和工作状态并将信号传递给外部控制台的三轴加速度传感器(6)，三轴加速度传感器(6)感知碟形滚刀(1)运动状态，传递信号给掘进机控制系统，经控制系统转换后用于控制高频电磁阀(22)进而实现各个方向射流的独立控制。10.一种具有超前射流功能的采掘设备，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的截割机构。

技术总结
本发明公开了一种具有超前射流功能的截割机构及采掘装备，包括碟形滚刀、铣削轴、射流喷嘴、振动轴，液压马达、驱动装置，铣削轴的前端与碟形滚刀连接，驱动装置控制铣削轴做往复运动；射流喷嘴成组均布安装在碟形滚刀刀刃上；振动轴上设有偏心块并且后端连接液压马达，前端固定连接在碟盘滚刀的密封盖内；液压马达安装在铣削轴内部，用于驱动振动轴并带动偏心块；驱动装置选直角电机或往复回转机构，选用直角电机时设有行程定位装置，安装在外壳内，实现铣削轴的往复回转限位；本发明具有提高硬岩破岩能力、可有效降低碟形滚刀的受力载荷，同时使磨损更均匀、可适用于硬岩矿体的采掘作业。掘作业。掘作业。


技术研发人员：江红祥 朱真才 刘送永 刘云飞 宋申 卢昊 汤裕 李洪盛 路绪昌 杨圣泽 张祥祥
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/10/19