一種超高壓旋轉磨料水射流鉆機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超高壓旋轉磨料水射流鉆機，最適用于普氏硬度系數高的巖石鉆孔或破碎。
【背景技術】
[0002]能源工業是國民經濟的基礎產業，也是技術密集型產業。“安全、高效、低碳”集中體現了現代能源技術的特點，也是搶占未來能源技術制高點的主要方向。《國家能源科技“十二五”規劃》要求以增強自主創新能力為著力點，用無限的科技解決有限能源資源的約束，著力提高能源資源的安全、高效開發，推動能源生產和利用方式的變革，規劃將能源勘探和開采技術作為四個重點發展領域之一，明確要求研發復雜地質條件下資源安全、高效、節約、環境友好型開采技術與裝備，如研制適用于巖石抗壓強度10MPa的掘進機，高效井下動力與破巖系統等。隨著各類巖石開挖機械在礦山開采、隧道掘進、油氣井鉆進等實際工程中的廣泛應用，對堅硬巖石破碎技術提出了更高的要求和新的挑戰。
[0003]機械破巖具有破碎塊度大、作業效率高等優點，其已被廣泛運用于礦山開采、建筑工程及資源勘探等領域。然而，采用機械方法破碎硬巖(抗壓強度大于60MPa)時，巖石破碎機構和刀具受到的沖擊和磨損加大，使設備的工作環境更加惡劣，可靠性和工作效率降低，如何實現硬巖的高效破碎已經成為亟待解決的問題和難題，亟需研究新的巖石破碎方法實現堅硬巖石的高效破碎，對實現礦山高效開采、隧道高效掘進乃至我國能源資源的高效開發具有極其重要的意義。
[0004]以往主要通過增大機械驅動功率實現機械破碎堅硬巖石，但機械截齒破巖能力沒有發生改變，僅增大功率會導致巖石破碎機構的磨損加劇、工作面粉塵量增大，難以有效提升機械的破巖效率，且安全隱患增大。高壓水射流破巖是一項利用高能“水箭”沖擊破碎、侵蝕及水楔作用的破碎巖石技術，已經被用于石油鉆探、礦山開采及巖石破碎等工程中，且水射流輔助作用已經被證實可以降低刀具的受力，提高刀具的破巖能力，延長刀具的使用壽命。但受到高壓水旋轉密封性能的限制，以往超高壓水射流輔助機械破巖的旋轉密封裝置存在壽命短、可靠性低等突出問題，且純水射流破巖能力有限也制約了高壓水射流輔助機械破巖的推廣應用，因此難以實現堅硬巖石的安全、高效破碎。
【發明內容】
[0005]發明目的:本發明的目的是克服已有技術存在的超高壓水旋轉密封以及純水射流破巖能力有限的問題，提供一種超高壓旋轉磨料水射流鉆機，實現超高壓旋轉磨料水射流輔助機械破碎普氏硬度系數極高的巖石，降低巖石破碎的粉塵濃度。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案:一種超高壓旋轉磨料水射流鉆機，包括水射流裝置、鉆頭驅動機構和鉆頭機構，所述水射流裝置為超高壓磨料水射流發生系統，所述鉆頭驅動機構包括油缸支撐座、推進油缸、回轉油缸、自收放高壓軟管和液壓接頭，所述鉆頭機構包括通用鉆桿、鉆桿支撐座和鉆頭；所述油缸支撐座和鉆桿支撐座均固定在支撐臺上，推進油缸的缸體與油缸支撐座鉸接，推進油缸的活塞桿與連接塊銷接，連接塊通過螺栓緊固件與回轉油缸殼體連接，回轉油缸輸出軸與通用鉆桿后端通過防脫U型卡箍連接，通用鉆桿前端與鉆頭后端通過防脫U型卡箍連接并設置在鉆桿支撐座的安裝孔內，自收放高壓軟管一端與超高壓磨料水射流發生系統出口相連，自收放高壓軟管另一端與安裝在回轉油缸輸出軸上的液壓接頭相連，回轉油缸輸出軸、通用鉆桿和鉆頭設有相互連通的內流道，液壓接頭通過內流道與鉆頭上的噴嘴連通。
[0007]進一步的，所述回轉油缸輸出軸后端內孔設有內螺旋凹槽，回轉油缸活塞前端設有與內螺旋凹槽相配合的外螺旋齒形，回轉油缸輸出軸后端內孔孔壁開設有液壓油通孔，回轉油缸輸出軸前端圓周上設有安裝液壓接頭的螺紋孔，回轉油缸輸出軸內流道為設置在回轉油缸輸出軸前端的直角形水道，直角形水道與螺紋孔連通，回轉油缸輸出軸前端設有方形凸臺I ;所述通用鉆桿后端設有與方形凸臺I相配合的方型凹槽I，通用鉆桿前端設有方型凸臺II，通用鉆桿內流道為設置在通用鉆桿中心的中心水道，中心水道與直角形水道連通；所述鉆頭后端設有與方型凸臺II相配合的方型凹槽II，鉆頭內流道為設置在鉆頭中心的分流水道，分流水道與中心水道連通，鉆頭前端交替布置多個機械截齒和噴嘴，每個噴嘴均與分流水道連通；所述方型凸臺I和方型凸臺II上均設有多個安裝防脫U型卡箍的通孔I，所述方型凹槽I上設有多個安裝防脫U型卡箍的通孔II，所述方型凹槽II上設有多個安裝防脫U型卡箍的通孔III。
[0008]進一步的，所述回轉油缸活塞和回轉油缸輸出軸中部圓周上均設有動密封圈凹槽，動密封圈凹槽內設有組合密封圈；回轉油缸輸出軸的螺紋孔開口處設有端面靜密封圈凹槽，端面靜密封圈凹槽內設有密封圈；回轉油缸輸出軸的方形凸臺I端部設有密封軸段I，通用鉆桿的方型凹槽I底部設有與密封軸段I相配合的圓柱形凹槽I，通用鉆桿的方型凸臺II端部設有密封軸段II，鉆頭的方型凹槽II底部設有與密封軸段II相配合的圓柱形凹槽II，密封軸段I和密封軸段II上均設有靜密封圈凹槽，靜密封圈凹槽內均設有O型密封圈。
[0009]進一步的，所述機械截齒包括硬質合金頭和齒體，硬質合金頭鑲嵌在齒體上，硬質合金頭具有雙刀具切削面。
[0010]進一步的，所述自收放高壓軟管呈螺旋狀盤放在高壓軟管保護殼內，高壓軟管保護殼固定在回轉油缸殼體上。
[0011]進一步的，所述回轉油缸的往復轉動角度為270°或360°。
[0012]有益效果:(I)本發明采用全液壓驅動，整體尺寸小，結構簡單緊湊，安裝、拆卸方便，推進和回轉油缸體積小、動力大，高壓水密封簡單、可靠，超高壓旋轉磨料射流輔助下可以實現普氏硬度系數高的巖石鉆進切削；(2)超高壓旋轉磨料水射流作用可以極大地增加射流沖擊巖石形成圓環型割縫的深度，最大限度地降低堅硬巖石的抗切削能力，降低機械截齒破碎堅硬巖石的難度，提高了鉆機鉆進堅硬巖石的能力和效率；(3)超高壓磨料水射流不僅可以很好地抑制巖石破碎產生的粉塵，還能實現機械截齒破碎堅硬巖石，延長機械截齒的使用壽命，提高了能源資源的安全、高效開發，對我國礦山的可持續發展有重要的社會意義。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明超高壓旋轉磨料水射流鉆機的剖視示意圖；
[0014]圖2是本發明回轉油缸輸出軸剖視圖；
[0015]圖3是圖2中的A-A向視圖；
[0016]圖4是本發明通用鉆桿剖視圖；
[0017]圖5是圖4中的B-B向視圖；
[0018]圖6是圖4中的C-C向視圖；
[0019]圖7是本發明鉆頭剖視圖；
[0020]圖8是圖7中的D-D向視圖；
[0021]圖9是本發明機械截齒主視圖。
[0022]圖中:1 一支撐臺；2—油缸支撐座；3—推進油缸；4一連接塊；5—螺栓緊固件；6—回轉油缸；7—超高壓磨料水射流發生系統；8—自收放高壓軟管；9一高壓軟管保護殼；10—液壓接頭；11 一防脫U型卡箍；12—通用鉆桿；13—鉆桿支撐座；14一鉆頭；15—0型密封圈；6-1—回轉油缸入油口 ；6-2—回轉油缸活塞；6-3—回轉油缸輸出軸；6-4 —回轉油缸出油口 ；6-5—推力滾子軸承；6-6—回轉油缸殼體；6-7—組合密封圈；6-3-1—內螺旋凹槽；6-3-2—液壓油通孔；6-3-3—動密封圈凹槽；6-3-4—直角形水道；6_3_5—端面靜密封圈凹槽；6-3-6—靜密封圈凹槽；6-3-7—通孔I ;6-3-8—密封軸段I ;6_3_9—方形凸臺I ;12-1—方形凹槽I ;12-2—通孔II ;12-3—中心水道；12_4—方形凸臺II ;12_5—圓柱形凹槽I ;12-6—密封軸段II ;14-1 一機械截齒；14-2—噴嘴；14_3—分流水道；14_4一方形凹槽II ; 14-5—通孔III ; 14-6—圓柱形凹槽II ; 14_1_1 一硬質合金頭；14_1_2—齒體；14-1-3一刀具切削面。
【具體實施方式】
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[0023]下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。
[0024]如圖1所示，本發明的超高壓旋轉磨料水射流鉆機包括水射流裝置、鉆頭驅動機構和鉆頭機構，所述水射流裝置為超高壓磨料水射流發生系統7，本實施例中采用安徽理工大學設計的前混合式超高壓磨料射流系統；所述鉆頭驅動機構包括油缸支撐座2、推進油缸3、回轉油缸6、自收放高壓軟管8和液壓接頭10，所述鉆頭機構包括通用鉆桿12、鉆桿支撐座13和鉆頭14。所述油缸支撐座2和鉆桿支撐座13均固定在支撐臺I上，推進油缸3的缸體與油缸支撐座2鉸接，推進油缸3的活塞桿與連接塊4銷接，連接塊4通過螺栓緊固件5與回轉油缸6的殼體6-6連接，回轉油缸輸出軸6-3與通用鉆桿12后端通過防脫U型卡箍11連接，通用鉆桿12前端與鉆頭14后端通過防脫U型卡箍11連接并設置在鉆桿支撐座13的安裝孔內，所述自收放高壓軟管8呈螺旋狀盤放在高壓軟管保護殼9內，高壓軟管保護殼9固定在回轉油缸殼體6-6上。自收放高壓軟管8 一端與超高壓磨料水射流發生系統7出口相連，自收放高壓軟管8另一端與安裝在回轉油缸輸出軸6-3上的液壓接頭10相連，回轉油缸輸出軸6-3、通用鉆桿12和鉆頭14設有相互連通的內流道，液壓接頭10通過內流道與鉆頭14上的噴嘴14-2連通。
[0025]如圖2至8所示，所述回轉油缸殼體6-6后端設有回轉油缸入油口 6_1，回轉油缸殼體6-6前端設有回轉油缸出油口 6-4，回轉油缸輸出軸6-3后端內孔設有內螺旋凹槽6-3-1，回轉油缸活塞6-2前端設有與內螺旋凹槽6-3-1相配合的外螺旋齒形，回轉油缸輸出軸6-3后端內孔孔壁開設有液壓油通孔6-3-2，回轉油缸輸出軸6-