一种冻土反循环双向切削冲击钻具的制作方法

本发明涉及一种冻土反循环双向切削冲击钻具，属于工程机械技术领域。

背景技术：

我国冻土分布广泛，冻结期长，土冻结后，其中产生冰胶结力，使得冻土的强度比非冻结状态提高好几倍乃至好几十倍，且冻土的力学性质随负温而剧烈变化。冻土既比非冻土强度大，又具有不同于一般岩石介质的，容易粘聚的特殊性质。冻土对加载速率很敏感，在冲击载荷作用下，一般呈脆性破坏，冲击速率越高，脆性越明显。本发明利用行星齿轮系的内齿圈和太阳轮始终反向旋转的特点，分别作为中心钻头和截齿钻筒的驱动，实现中心钻头顺时针旋转，同时截齿钻筒逆时针旋转，工作时对对冻土形成剪切作用，并在压缩空气反循环作用下实现连续排渣，可以提高开挖效率。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种冻土反循环双向切削冲击钻具，该冻土反循环双向切削冲击钻具基于反向旋转的外层截齿筒钻冲击功能和压缩气体反循环功能，可配合锚固钻机、挖掘机实现坚硬冻土的冲击旋转双向切削钻进，从而有效解决坚硬冻土施工困难问题。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种冻土反循环双向切削冲击钻具，包括壳体、截齿钻筒、中心钻头；所述壳体内安装有行星齿轮系统，行星齿轮系统动力输出带动截齿钻筒和中心钻头相对反向旋转，壳体前端固定有液压马达，液压马达带动行星齿轮系统的动力输入。

所述截齿钻筒套装在中心钻头外，壳体套装在截齿钻筒的前端。

所述行星齿轮系统包括花键齿轮、行星架、行星轮、内齿圈、花键钎轴，花键齿轮、内齿圈、行星轮、花键钎轴均安装在行星架中，行星架固定在壳体内；花键齿轮为双联齿轮，其中一联作为行星轮系的太阳轮输出动力，另一联齿轮通过小齿轮获得液压马达的动力输入；花键齿轮的动力输出通过花键钎轴传递至中心钻头，并通过行星轮、内齿圈传递至截齿钻筒。

所述中心钻头上设置有多个偏心的引射孔。

所述行星架上设置有多个过气孔和排渣孔。

所述小齿轮和液压马达之间有减速器传递动力。

所述截齿钻筒内装有引流蜗壳，引流蜗壳上有多个出口。

所述行星架上设置有多个排渣孔，且行星架上的排渣孔和引流蜗壳上的出口一一对应。

所述花键钎轴前端固定液压冲击器，液压冲击器位于壳体前端位置。

本发明的有益效果在于：突破传统钻具的单向旋转切削冲击功能，可以同时实现内层旋转切削冲击和外层反向旋转切削的功能，对冻土形成剪切作用，同时减小钻具的反作用扭矩，降低主机的参数要求，并在压缩空气反循环作用下实现连续排渣，解决破碎、切削坚硬冻土困难的问题，从而提高冻土开挖作业效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1沿垂直面半剖的剖视图；

图3是图1沿水平面半剖的剖视图；

图4是图1中行星架与壳体固接的结构示意图；

图5是图1中引流蜗壳的结构示意图；

图6是图1中中心钻头的局部剖视结构图。

图中：1-液压冲击器，2-液压马达，3-减速器，4-壳体，5-截齿钻筒，6-中心钻头，7-过气孔，8-小齿轮，9-花键齿轮，10-花键钎轴，11-内齿圈，12-行星轮，13-引流蜗壳，14-进气通道，15-排渣通道，16-行星架，17-出口，18-环形旋流腔，19-引射孔，20-排渣孔。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1至图6所示的一种冻土反循环双向切削冲击钻具，包括壳体4、截齿钻筒5、中心钻头6；所述壳体4内安装有行星齿轮系统，行星齿轮系统动力输出带动截齿钻筒5和中心钻头6相对反向旋转，壳体4前端固定有液压马达2，液压马达2带动行星齿轮系统的动力输入。

所述截齿钻筒5套装在中心钻头6外，壳体4套装在截齿钻筒5的前端。

所述行星齿轮系统包括花键齿轮9、行星架16、行星轮12、内齿圈11、花键钎轴10，花键齿轮9、内齿圈11、行星轮12、花键钎轴10均安装在行星架16中，行星架16固定在壳体4内；花键齿轮9为双联齿轮，其中一联作为行星轮系的太阳轮输出动力，另一联齿轮通过小齿轮8获得液压马达2的动力输入；花键齿轮9的动力输出通过花键钎轴10传递至中心钻头6，并通过行星轮12、内齿圈11传递至截齿钻筒5。

所述中心钻头6上设置有多个偏心的引射孔19。

所述行星架16上设置有多个过气孔7和排渣孔20。

所述小齿轮8和液压马达2之间有减速器3传递动力。

所述截齿钻筒5内装有引流蜗壳13，引流蜗壳13上有多个出口17。

所述行星架16上设置有多个排渣孔20，且行星架16上的排渣孔20和引流蜗壳13上的出口17一一对应。

所述花键钎轴10前端固定液压冲击器1，液压冲击器1位于壳体4前端位置。

由此，本发明主要由液压冲击器1、液压马达2、减速器3、小齿轮8、花键齿轮9、壳体4、行星架16、行星轮12、内齿圈11、截齿钻筒5、花键钎轴10、中心钻头6、引流蜗壳13组成。传动系统中的花键齿轮9、行星架16、行星轮12和内齿圈11组成一个行星齿轮系，行星架16与壳体4固接，花键齿轮9通过花键钎轴10把扭矩传递给中心钻头6，同时花键齿轮9通过行星轮12、内齿圈11把扭矩传递给截齿钻筒5，形成中心钻头6和截齿钻筒5的旋转方向始终相反的运动状态。

花键齿轮9为双联齿轮，其中一联齿轮作为行星轮系的太阳轮，另一联齿轮通过小齿轮8、减速器3获得液压马达2的扭矩输入。

行星架16有若干个过气孔7和排渣孔20。中心钻头6、截齿钻筒5、引流蜗壳13形成一个环形旋流腔18。中心钻头6有若干个偏心的引射孔19。

引流蜗壳13有若干个出口17，与行星架16的排渣孔20一一对应。

行星架16和壳体4固接，形成一个整体，行星轮12从侧面装入行星架16，内齿圈11与壳体4铰接，能自由转动，截齿钻筒与内齿圈11固连，是悬臂结构。

如图2、图3所示，液压马达2输出的扭矩经过小齿轮8、花键齿轮9、花键钎轴10传递到中心钻头6，实现中心钻头6上的截齿切削冻土功能，同时花键齿轮9通过行星轮12、内齿圈11传递到截齿钻筒5，实现截齿钻筒5切削冻土功能，并与中心钻头6旋转方向相反。液压冲击器1产生的冲击能通过花键钎轴10传递给中心钻头6，实现冲击破碎冻土功能。

如图3-图6所示，压缩空气通过从进气通道14、行星架16、花键钎轴10、中心钻头6作用于孔底，然后通过中心钻头6上的引射孔19产生引射作用，并在环形旋流腔18形成旋流，最后通过引流蜗壳13的出口17、行星架16、排渣通道15排出钻具。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种冻土反循环双向切削冲击钻具，包括壳体、截齿钻筒、中心钻头；所述壳体内安装有行星齿轮系统，行星齿轮系统动力输出带动截齿钻筒和中心钻头相对反向旋转，壳体前端固定有液压马达，液压马达带动行星齿轮系统的动力输入。本发明突破传统钻具的单向旋转切削冲击功能，可以同时实现内层旋转切削冲击和外层反向旋转切削的功能，对冻土形成剪切作用，同时减小钻具的反作用扭矩，降低主机的参数要求，并在压缩空气反循环作用下实现连续排渣，解决破碎、切削坚硬冻土困难的问题，从而提高冻土开挖作业效率。

技术研发人员：吴帮普;康文波;覃政;穆迪
受保护的技术使用者：贵州航天天马机电科技有限公司
技术研发日：2019.03.25
技术公布日：2019.05.10