一種高壓水射流輔助掘進機截割機構的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種高壓水射流輔助掘進機截割機構。它解決了現有高壓水射流技術的設計方案不夠合理、完善，使射流與截割沒有達到良好的配合，不能起到優良輔助效果的問題。本高壓水射流輔助掘進機截割機構包括呈錐體的截割頭，且錐體的頂端呈球面形狀，截割頭的表面上固設若干截齒，若干截齒自錐體頂端向后螺旋曲線延伸排布，且若干截齒的齒尖沿錐形面上螺旋曲線的走勢連續轉向布設，截齒固連截割頭的根部朝前固設噴嘴，截割頭的內部開設連通噴嘴的輸送道，噴嘴的射流方向與截齒的截割方向相一致。本發明可降低截齒受力，有效擊碎煤巖；可冷卻截齒，延長壽命；可降低粉塵，可抑制火花，提升安全性；可提高煤的塊度，提高經濟效益。
【專利說明】一種高壓水射流輔助掘進機截割機構
【技術領域】
[0001]本發明屬于煤礦采掘設備【技術領域】，涉及一種針對煤巖的截割裝置，特別是一種高壓水射流輔助掘進機截割機構。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國煤炭行業的快速發展，與之密不可分的煤機行業也日益受到重視。煤巖的截割一直是一個工程技術難題，現有的掘進機截割存在較多的不足之處，其具體為:作業中截齒和齒座損壞嚴重，致使截割頭的使用壽命短；并且操作過程中，機身的振動較大，截割時粉塵較大等，這一系列因素都制約著煤巖截割技術的發展。
[0003]高壓水射流技術是近三十年發展起來的一門新技術，其應用日趨廣泛。近年來，高壓水射流在煤層鉆孔和割縫方面正得到越來越多專家學者的關注。高壓水射流基本原理是利用高壓水發生設備產生高壓水，通過噴嘴將壓力能轉變為高度聚集的水射流動能，可用這種射流對物料進行切割、破碎和清洗。
[0004]但現有技術中使用的高壓水射流技術的設計方案不夠合理、完善，使射流與截割沒有達到良好的配合，在高速旋轉運作中不能起到預期的輔助效果，進而沒有完全發揮高壓水射流技術的應用效果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種通過噴嘴與截齒相互配合位置的布設，并整體組合集成后排布及角度的設置，以達到作為有效射流撞擊、侵蝕、高壓楔的輔助截割手段的高壓水射流輔助掘進機截割機構。
[0006]本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種高壓水射流輔助掘進機截割機構，包括呈錐體的截割頭，且錐體的頂端呈球面形狀，所述截割頭的表面上固設若干截齒，所述若干截齒自錐體頂端向后螺旋曲線延伸排布，且若干截齒的齒尖沿錐形面上螺旋曲線的走勢連續轉向布設，所述截齒固連截割頭的根部朝前固設噴嘴，所述截割頭的內部開設連通噴嘴的輸送道，所述噴嘴的射流方向與截齒的截割方向相一致。
[0007]本高壓水射流輔助掘進機截割機構中，若干截齒連續排列形成的螺旋曲線為順時針旋向延伸，且若干截齒的齒尖也由內圈逐步向外圈轉向打開。噴嘴的軸線與截齒的軸線相平行，且兩者的朝向相同。整體掘進機的高壓水射流部分包括:電機、水箱、超高壓泵或增壓器、磨料罐、控制器、輸送道以及噴嘴；整體掘進機的截割部分包括:截割頭、齒座以及截齒。
[0008]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述噴嘴內的噴道包括位于外端的直流道與位于內側的錐形道，所述直流道銜接錐形道的錐頂口，所述錐形道的錐底口銜接上述輸送道。其中連接噴嘴的輸送道為高壓管，且噴嘴的材料采用碳化鎢合金。
[0009]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述直流道的直徑為0.8?1.2mm。
[0010]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述錐形道的錐角角度為10°? 15。。
[0011]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述截割頭的表面上沿螺旋曲線排布若干齒座，所述齒座呈傾斜狀與截割頭定位固連，所述截齒垂直固穿于齒座上，且截齒的齒尖朝向螺旋曲線的前端側。
[0012]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述截齒的軸線與截割頭表面的定位點處切線的夾角為30°?45°。
[0013]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述噴嘴定位設置于齒座的正前方根部位置，所述噴嘴的出料口朝向螺旋曲線的前端側。
[0014]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述截齒與噴嘴的搭配組合設置為兩列，該兩列搭配組合自截割頭的錐體頂端向后螺旋曲線延伸排布。
[0015]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述每列搭配組合中的前半數量中設置有噴嘴，后半數量中無噴嘴設置。由此形成螺旋曲線的內幾圈具有噴嘴，而外幾圈無噴嘴；進一步使得噴嘴集中安設于截割頭錐頂處的球面形狀上。
[0016]在上述的高壓水射流輔助掘進機截割機構中，所述每列搭配組合的螺旋曲線排布自前向后逐漸延長排布間距。由此從截割頭正面整體形成由內向外的逐步擴散結構。
[0017]與現有技術相比，本高壓水射流輔助掘進機截割機構利用超高壓水射流輔助截割頭進行煤巖破碎，且射流與截割相平行設置的作用方向，優化了兩者的配合技術，可以顯著降低截齒受力，并有效擊碎煤巖；同時射流可以冷卻截齒，從而極大地延長截齒以及整個截割頭的使用壽命；射流還可以降低截割時產生的粉塵，同時抑制截割時可能產生的火花，增強截割生產的安全性；使用超高壓水射流輔助截割作業可以提高煤的塊度，大大提高經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本高壓水射流輔助掘進機截割機構的局部剖視圖。
[0019]圖2是本高壓水射流輔助掘進機截割機構中噴嘴的剖視圖。
[0020]圖中，1、截割頭；2、齒座；3、截齒；4、噴嘴。
【具體實施方式】
[0021]以下是本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。
[0022]如圖1和2所示，本高壓水射流輔助掘進機截割機構包括截割頭1，截割頭I上設置齒座2、截齒3及噴嘴4。
[0023]整體掘進機的高壓水射流部分包括:電機、水箱、超高壓泵或增壓器、磨料罐、控制器、輸送道以及噴嘴4 ;整體掘進機的截割部分包括:截割頭1、齒座2以及截齒3。
[0024]截割頭I呈錐體，且錐體的頂端呈球面形狀。截割頭I的表面上通過焊接固設若干齒座2，若干齒座2分為兩列，且該兩列齒座2自錐體頂端向后螺旋曲線延伸排布，具體為兩列齒座2的始端于相對位置，隨后同步順時針螺旋延伸且形成相鄰弧圈的間隔穿插布設。齒座2呈一定傾斜度在截割頭I的表面上定位固連，齒座2上垂直固穿截齒3，且截齒3的齒尖朝向螺旋曲線的前端側。由此若干截齒3形成兩列自錐體頂端向后螺旋曲線延伸排布，且若干截齒3的齒尖沿錐形面上螺旋曲線的走勢連續轉向布設，即為若干截齒3的齒尖由內圈逐步向外圈轉向打開。截齒3的軸線與截割頭I表面的定位點處切線的夾角為30。?45°。
[0025]齒座2的正前方根部位置定位設置噴嘴4，該噴嘴4的出料口朝向螺旋曲線的前端偵U。齒座2、截齒3與噴嘴4形成搭配組合，具體為每搭配組合的噴嘴4軸線與截齒3軸線相平行，即噴嘴4的射流方向與截齒3的截割方向相一致。每列搭配組合中的前半數量中設置有噴嘴4，后半數量中無噴嘴4設置，由此形成螺旋曲線的內幾圈具有噴嘴4，而外幾圈無噴嘴4 ;進一步使得噴嘴4集中安設于截割頭I錐頂處的球面形狀上。每列搭配組合的螺旋曲線排布自前向后逐漸延長排布間距，由此從截割頭I正面整體形成由內向外的逐步擴散結構。
[0026]截割頭I的內部開設連通噴嘴4的輸送道，噴嘴4內的噴道包括位于外端的直流道與位于內側的錐形道，直流道的直徑為0.8?1.2mm;錐形道的錐角角度為10°?15°，其中最佳方案為13°。直流道的外端口即為出料口，內端口銜接錐形道的錐頂口，且錐形道的錐底口銜接輸送道。其中連接噴嘴4的輸送道為高壓管，且噴嘴4的材料采用碳化鎢合金。
[0027]高壓水射流輔助截割掘進機的具體工作過程為:截割頭I開始鉆進或橫擺截割工作前，調節控制器，使高壓水射流裝置開始工作；高壓水射流裝置在水射流噴射之前需混合磨料，磨料采用石英砂，粒徑約180 μ m ;水流在經過超高壓泵或增壓器加壓后，水射流形成真空，吸入石英砂磨料，形成磨料水射流，由噴嘴4射出，其壓力可達100?150MPa ;截割頭I開始工作，磨料水射流在截割頭I的帶動下旋轉，從而進行旋轉切割，在磨料水射流切割的作用下，與磨料水射流相平行的截齒3再對煤巖進行截割，通過配合作用可以大大提高截割效率。
[0028]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0029]盡管本文較多地使用了截割頭I ;齒座2 ;截齒3 ;噴嘴4等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
【權利要求】
1.一種高壓水射流輔助掘進機截割機構，包括呈錐體的截割頭，且錐體的頂端呈球面形狀，所述截割頭的表面上固設若干截齒，其特征在于，所述若干截齒自錐體頂端向后螺旋曲線延伸排布，且若干截齒的齒尖沿錐形面上螺旋曲線的走勢連續轉向布設，所述截齒固連截割頭的根部朝前固設噴嘴，所述截割頭的內部開設連通噴嘴的輸送道，所述噴嘴的射流方向與截齒的截割方向相一致。
2.根據權利要求1所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述噴嘴內的噴道包括位于外端的直流道與位于內側的錐形道，所述直流道銜接錐形道的錐頂口，所述錐形道的錐底口銜接上述輸送道。
3.根據權利要求2所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述直流道的直徑為0.8?1.2mm。
4.根據權利要求2所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述錐形道的錐角角度為10°?15°。
5.根據權利要求1所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述截割頭的表面上沿螺旋曲線排布若干齒座，所述齒座呈傾斜狀與截割頭定位固連，所述截齒垂直固穿于齒座上，且截齒的齒尖朝向螺旋曲線的前端側。
6.根據權利要求5所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述截齒的軸線與截割頭表面的定位點處切線的夾角為30°?45°。
7.根據權利要求5所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述噴嘴定位設置于齒座的正前方根部位置，所述噴嘴的出料口朝向螺旋曲線的前端側。
8.根據權利要求1所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述截齒與噴嘴的搭配組合設置為兩列，該兩列搭配組合自截割頭的錐體頂端向后螺旋曲線延伸排布。
9.根據權利要求8所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述每列搭配組合中的前半數量中設置有噴嘴，后半數量中無噴嘴設置。
10.根據權利要求8所述的高壓水射流輔助掘進機截割機構，其特征在于，所述每列搭配組合的螺旋曲線排布自前向后逐漸延長排布間距。
【文檔編號】E21C25/06GK103806913SQ201310597109
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】黃彬兵, 李學藝, 馬國英, 江守波, 呂永剛, 梁中源 申請人:山東科技大學