一种具有超前射流功能的截割机构及采掘装备

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：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、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：

4、碟形滚刀，所述碟形滚刀上设有水射流系统；

5、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；

6、马达，所述马达固定安装在铣削轴内部；

7、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；

8、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；

9、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；

10、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；

11、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；

12、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；

13、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。

14、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。

15、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。

16、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。

17、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；

18、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。

19、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-。

20、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。

21、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。

22、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。

23、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。

24、本发明的有益效果在于：

25、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。

26、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。

27、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。

28、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。

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：

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；

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。

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：
技术公布日：2024/1/15