一种小孔道内预制裂缝切割装置的制作方法

本发明属于采矿和地下工程顶板切割设备技术领域，具体是一种小孔道内预制裂缝切割装置。

背景技术：

在采矿和地下工程中，经常会对上覆岩层的顶板进行切顶作业，当煤层顶板为坚硬岩层时，由于其自身比较坚硬不容易发生垮落，此时顶板就会出现大面积的悬空，当坚硬的顶板达到承载极限时必然会发生断裂，一旦悬顶面积过大且产生瞬间垮落，会对其下方产生巨大的冲击作用，这种冲击作用会给安全生产带来不必要的麻烦。为了消除坚硬顶板大面积悬空带来的安全隐患，通常可以采用定向水力压裂技术、无声破碎静态爆破技术以及二氧化碳定向爆破技术对坚硬顶板进行切顶作业，切顶作业要想达到一定的效果，也就要使顶板裂隙沿着预定的方向扩展，一般会对孔道进行切割来预制裂缝，进而来控制裂纹的进一步扩展，孔道内预制裂缝的切割效果会直接影响到下一步坚硬顶板的切顶作业效果，所以说孔道内裂缝的切割对坚硬顶板的预裂起到很重要的作用。

在岩石力学试验过程中，经常会对岩石试件进行切割加工，其中在进行水力压裂试验观察裂纹的初始开裂以及扩展状况时，也需要对岩石试件沿圆形孔道进行切割裂缝，在试验过程中以此预制的裂缝为对象，观察这一裂隙的初始开裂和扩展情况，岩石试件孔道内裂缝的预制效果会直接影响到裂隙初始开裂、扩展的试验效果和精确度，所以说在岩石力学试验中对孔道内预制裂缝的精确度要求很严格。

综上所述，无论是在岩石力学试验的过程中还是在地下采矿工程顶板预裂前期施工的过程中，都会遇到在孔道内进行切割裂缝的问题，这些孔道都有一个共同的特点就是直径比较小，而预制裂缝的要求是在这些孔道内沿轴线方向对孔壁进行切割作业，由于孔道内部施工空间比较狭小，这就造成了孔道内切割裂缝施工的困难。

目前岩石力学试件孔道内部裂缝仍然采用钢锯人工切割的方式，这种人工切割方式不仅费时费力，而且裂缝的切割精度比较低，在沿孔道轴线方向出现裂缝宽度大小不一的问题，经常造成岩石试件两端裂缝深度较大，而岩石试件中间裂缝深度较小，采用钢锯的人工切割方式显然不能达到精度要求；同时在目前已经公开的专利中，有关于孔道内部切割的设备，主要是针对地下给排水管道、供热管道以及燃气管道等直径很大的管道的修复更新技术。对于本文提出的小孔径管道内部预制裂缝切割装置，在现有公开的文献资料中，还未能获得相关的报道。

技术实现要素：

本发明为了解决小型孔道内裂缝预制切割的问题，提供一种小孔道内预制裂缝切割装置。

本发明采取以下技术方案：一种小孔道内预制裂缝切割装置，包括从动切割轮、电动机、主动链轮、后叉、连接杆、前叉和传动链条，电动机和主动链轮连接固定，主动链轮固定在前叉上，前叉通过连接杆与后叉连接，后叉上固定有从动切割轮，从动切割轮通过传动链条由主动链轮连接。

从动切割轮包括金刚石锯片、从动链轮和滚动轴承，金刚石锯片两侧设置从动链轮，金刚石锯片与从动链轮通过滚动轴承套在销轴上装配在一起。

其所述的从动切割轮由金刚石锯片、从动链轮、滚动轴承和销轴四部分组成，金刚石锯片和两侧从动链轮通过滚动轴承固定在销轴中间位置。所述金刚石锯片的直径为30mm-50mm，锯片厚度为0.5mm-5 mm；所述从动链轮采用优质碳素结构钢制成，链轮分度圆直径为20mm，齿顶圆直径为22mm，齿根圆直径17mm，厚度为5mm；所述滚动轴承采用深沟球轴承内圆直径为6mm，外圆直径为14mm；所述销轴直径为6mm，长度为24mm。

其所述的电机动力轮由电动机和主动链轮两部分组成，其中主动链轮通过键与电动机轴连接以传动扭矩。所述主动链轮采用优质碳素钢制成，链轮分度圆直径为26mm，齿顶圆直径为28mm，齿根圆直径为23mm，厚度为5mm；所述电动机为三相异步防爆电动机，极数为2极，功率为0.75KW-7.5KW，额定转速为2820 rpm。

其所述操控杆将各部分装配在一起，它由前叉、后叉和连接杆三部分组成，其中前叉与销轴固定连接、电动机传动轴与后叉通过轴承连接，进而将电机动力轮和从动切割轮固定在操控杆上。所述连接杆采用抗扭圆杆加工而成，直径为10mm-15mm，长度为100mm-600mm，前叉间距为18mm-24mm，后叉间距为16mm-20mm。

其所述传动链起到传递动力的作用，它将电机动力链轮和从动切割链轮通过啮合作用连接在一起，电机动力链轮通过传动链条带动从动切割轮转动，将动力传给切割轮，进而进行切割作业。

实现本发明上述所提供的一种小孔道内预制裂缝切割装置，与现有技术相比，具有以下的优点与积极效果。

（1）本发明采用的一种小孔道内预制裂缝切割装置，零件加工工艺简单，可以通过普通的精密铸造和装配实现，小孔道内与预制裂缝采用机械切割的作业方式，提高了预制裂缝的精度。

（2）本发明采用的一种小孔道内预制裂缝切割装置采用双链条对称的传动方式，结构稳定、啮合传动有保证，受环境影响较小，操控杆和金刚石锯片受力均匀可以满足切割的要求。

（3）本发明采用的一种小孔道内预制裂缝切割装置的应用可以解决坚硬顶板预裂裂纹定向扩展的问题，大大减少了钻孔作业及返修的次数，降低了工人劳动强度，降低了施工难度、施工量和施工成本。

（4）本发明采用的一种小孔道内预制裂缝切割装置应用会极大降低矿山企业，尤其具有坚硬顶板矿井需要进行预制裂缝切顶作业的成本，在当前矿山企业不景气的情况下，提高了企业经济效益，缓解了企业压力。

附图说明

图1是小孔道内预制裂缝切割装置结构示意图；

图2是从动切割轮装配结构示意图；

图3是电机动力轮结构示意图；

图4是操控杆零件图；

图5是传动链示意图；

图中：1：金刚石锯片；2：从动链轮；3：滚动轴承；4：销轴；5：电动机；6：主动链轮；7：后叉；8：连接杆；9：前叉；10：传动链条。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步说明。

如图1小孔道内预制裂缝切割装置结构示意图所示，本发明所提供的一种小孔道内预制裂缝切割装置其所述的装置由金刚石锯片1、从动链轮2、滚动轴承3、销轴4、主动链轮5、电动机6、后叉7、连接杆8、前叉9、传动链条10组成。其中金刚石锯片1由其两侧的从动链轮2通过滚动轴承3套在销轴4上装配在一起构成图2所示的从动切割轮；电动机5和主动链轮6通过键连接固定在一起组成图3所示的电机动力轮；然后将销轴4通过螺栓固定在前叉9的端孔中进行固定，它们之间不会发生相对转动，将后叉7端孔与电动机传动轴通过轴承连接在一起，它们之间可以发生相对转动；最后通过传动链条10将主动链轮6和从动链轮2连接在一起，这样在电机的动力作用下，主动轮通过传动链条使从动切割轮发生转动。

如图2从动切割轮装配结构示意图所示，从动切割轮由金刚石锯片1、从动链轮2、滚动轴承3和销轴4构成，其中金刚石锯片1由其两侧的从动链轮2通过滚动轴承3套在销轴4中装配在一起。

所述金刚石锯片1的直径尺寸可以根据小孔径的大小进行调换，直径范围为25mm-80mm，金刚石锯片的厚度可根据切缝的宽度大小确定，锯片厚度范围为0.5mm-5mm，锯片的材质应该由适于切割岩石的高强合金制成，且切割面光洁无毛刺。

所述从动链轮2装配在金刚石锯片1的两侧，通过螺丝使两侧从动链轮夹住中间的金刚石锯片，从而使它们一起发生转动，从动链轮宜采用优质碳素结构钢制成，链轮的分度圆直径宜为20mm，齿顶圆直径为22mm，齿根圆直径17mm，厚度为5mm，当然从动链轮2的大小也可以根据具体情况对其进行更改替换。

所述滚动轴承3将两个从动链轮和销轴4分别连接在一起，其中轴承外圈和从动轮2固定连接，轴承内圈和销轴4固定连接，这样通过轴承的滚动体的滚动就可以使销轴和从动链轮间发生现对转动，其中销轴和滚动轴承内套筒之间采用深沟球轴承内圆直径为6mm，外圆直径为14mm，必要时也可对滚动轴承进行更改和替换。

所述销轴4的两端套入前叉9的端孔内进行固定，其中固定的方式可以是焊接或者螺栓连接；销轴中间与滚动轴承内圈可以通过焊接或者键连接的方式进行固定，销轴的直径为6mm，长度为24mm。

如图3电机动力轮结构示意图所示，由电动机5和主动链轮6两部分组成，主动链轮固定在电动机传动轴上，其中主动链轮通过键连接的方式与电动机轴连接以传动扭矩。

所述电动机5作为动力的来源，从过电机轴带动主动链轮发生转动，电机轴与后叉7端孔通过轴承进行连接，使它们之间可以发生相对转动，电机轴中间通过键连接的方式与主动链轮固定，另外电动机与外部的电源相连，电动机宜为三相异步防爆电动机，极数为2极，功率为0.75KW-7.5KW，额定转速为2820 rpm，当然也可以根据实际情况对电动机进行更换。

所述主动链轮6通过键连接或者焊接的方式与电动机轴连接，主动链轮轮齿通过啮合的方式与传动链条10连接，另外传动链轮宜采用优质碳素钢制成，链轮分度圆直径为26mm，齿顶圆直径为28mm，齿根圆直径为23mm，厚度为5mm，也可根据孔的大小对主动链轮更换。

所述连接杆8将前叉9和后叉7装配在一起，连接杆应该采用抗扭圆杆加工而成，直径为10mm-15mm，长度为100mm-600mm，前叉间距为18mm-24mm，后叉间距为16mm-20mm。

所述传动链条10将主动链轮6和从动链轮2啮合在一起，链条主要起到传动的作用，可以根据两侧链轮的情况进行配套。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。