专利名称：一种矿用气动架柱式钻机及其工作方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及气动岩石钻机。
背景技术：
目前，在具有煤与瓦斯突出和爆炸危险性的煤矿，需进行瓦斯抽放、煤层注水和煤层灭火注浆，因此需要施工几十米以上的钻孔。因这类钻孔的岩石坚固性系数f < 6，所以一般使用旋转式的岩石钻机。旋转式的岩石钻机有电动式、液压式和气动式。电动式不适宜瓦斯突出和爆炸危险性的煤矿，液压式需要液压泵站移动不便，而煤矿井下一般都备有压气管道，所以气动式岩石钻机是煤矿井下的首选。目前，与本发明有关的技术是ZQJC-150/2S型号的煤矿用气动钻机。该钻机整体结构主要由钻机主机、分气器和架体三大部分组成。其中，钻机主机由旋转部和推进部两个独立工作机构组成；架体由立柱、导轨、后支腿和滑架组成。钻机主机的推进部设有推进齿轮，架体的导轨上设有齿条，钻机主机安装在滑架上，通过推进齿轮在齿条上运动使钻机主机在架体上前进或后退。钻机主机的旋转部主要由风动马达和减速箱组成；分气器来的压气经配气阀驱动气动马达输出轴旋转，再经2级齿轮减速传递到减速箱主轴并带着钻具旋转，配气阀可控制钻具的正转、反转、停止，并可调节钻具的转速。推进部主要由推进马达、减速器、配气机构(主要包括阀芯、阀体、卡圈)组成；推进气路的压气经配气机构(包括阀芯、阀体)驱动推进马达输出轴旋转，再经I级齿轮和I级蜗杆、蜗轮减速传递到减速器轴齿轮旋转，该轴齿轮与机架上的齿条啮合，从而使底座上的旋转部、推进部一起沿机架导轨作往复直线运动；配气机构可控制钻具前进、后退和停止，并可调节前进、后退速度。该钻机以0.4 0.6MPa压气为动力，以两台风动马达为动力进行旋转与推进运动，适用于在岩石坚固性系数f < 6的各种具有煤与瓦斯突出和爆炸危险性的煤层、岩层，断面大于2.7m3，高度大于1.Sm,宽度大于1.5m的巷道中工作，用于钻进瓦斯抽放孔、煤层注水孔、灭火注浆孔以及其它工程孔。其优点是免除了电器带来的安全隐患，采用架柱式框架结构，便于拆卸、运输和安装；与同类钻机相比，钻进深度和效率更高。该钻机的不足是:1、由于该钻机以两台风动马达为动力，并且采用两级齿轮变速，所以体积大、笨重(整机达269公斤)，不便于移动；且噪声大。2、由于采用齿轮齿条推进传动机构，易磨损、在齿条上有20%以上的推力损失，一旦有碎石落入齿条易发生憋机。3、当后退时不能加快速度，影响施工效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，发明一种矿用气动架柱式钻机。技术方案是，一种气动架柱式钻机，主要由钻机主机、气动控制阀和架体组成，在架体的导轨上活动安装有滑架，钻机主机固定在滑架上；其特征在于:所述的钻机主机由一个气动活塞马达和一个齿轮箱组成；所述的齿轮箱是在箱体内安装有一级主动齿轮、主轴、单头左旋蜗杆、双头右旋蜗杆、主动链轮和推进传动机构；主轴、单头左旋蜗杆和双头右旋蜗杆纵向平行安装在箱体内；双头右旋蜗杆上设有一级从动齿轮和二级主动齿轮，主轴上设有二级从动齿轮和三级主动齿轮，单头左旋蜗杆上设有三级从动齿轮；上述的推进传动机构是在箱体下部安装一根纵向的中空花键轴，主动链轮安装在中空花键轴上，中空花键轴上还安装有与单头左旋蜗杆啮合的左旋蜗轮以及与双头右旋蜗杆啮合的右旋蜗轮，中空花键轴的左右两端还对称安装有片式摩擦离合器，中空花键轴的空心中设有一根两端带有挡头的推拉杆，推拉杆左右移动时分别拉压或推压左、右离合器，使中空花键轴带动主动链轮正反向转动；在其中一个离合器壳体上设有螺纹轴孔，通过螺纹轴孔安装有螺杆，螺杆的外出端连接有手轮，螺杆的另一端连接在推拉杆上，转动手轮实现推拉杆的左右移动；钻机主机的传动关系是:一级主动齿轮首先通过花键联轴器与气动活塞马达连接，一级主动齿轮与双头右旋蜗杆的一级从动齿轮减速啮合，双头右旋蜗杆的二级主动齿轮与主轴上的二级从动齿轮减速啮合，主轴上的三级主动齿轮与单头左旋蜗杆上的三级从动齿轮减速啮合；从而实现主轴、单头左旋蜗轮和双头右旋蜗轮同时转动；所述的架体的导轨上设有一根起重短环链，钻机主机的主动链轮扣合在起重短环链上，使主动链轮跟随起重短环链爬行，从而使钻机主机在架体上前进或后退；为了使起重短环链紧紧扣在上，在主动链轮两侧还分别设有压紧链轮。在上述的传动关系中，传动比优选为:一级主动齿轮与一级从动齿轮的传动比13:3，二级主动齿轮与二从动齿轮的传动比14:11，三级主动齿轮与三级从动齿轮的传动比5:4，单头左旋蜗杆与左旋蜗轮传动比32:6，双头右旋蜗杆与右旋蜗轮传动比23:12。为了减轻整体重量，钻机齿轮箱体采用优质铝合金，架体导轨采用不锈钢方管。工作原理是:打开气动控制阀，气动活塞马达工作，通过一级主动齿轮与一级从动齿轮减速带动双头右旋蜗杆转动，同时双头右旋蜗杆通过二级主动齿轮与二从动齿轮减速带动主轴转动，主轴通过三级主动齿轮与三级从动齿轮减速带动单头左旋蜗杆转动。此时主轴可带动钻杆旋转。当顺时针调整手轮时，单头左旋蜗杆通过左旋涡轮带动中空花键轴上的主动链轮顺时针转动，从而使主动链轮在起重短环链上向前爬行，实现钻机推进。当逆时针调整手轮时，双头右旋蜗杆通过右旋润轮带动花键轴上的主动链轮逆时针转动，从而使主动链轮在起重短环链上向后爬行，实现钻机以6.0-7.0米/分钟速度快速退出。在上述工作中，离合器主要作用是实现主链轮的换向。该钻机以压风为动力，机械传动实现旋转，推进运动，免除了电器带来的安全隐患。与传统的气动架柱式钻机相比，该钻机节省了一个推进马达，节能效果显著；该钻机采用架柱式框架结构，结构紧凑，便于拆卸、运输和安装，重量仅有52Kg，2个工人就可搬运安装和操作(以前4个)，减少人工，减轻工人的劳动强度，节省了搬运费用和时间，打完眼退钻时速度快，节约时间；采用链轮链条推进不易磨损、在链条上推进基本无推力损失，不易发生憋机，钻进深度可达100米以上，钻进速度0.8米/分。因此，该钻机是煤层探水孔、注水孔、灭火注浆孔的理想钻机。
图1是本发明实施例的整体示意图；图2是图1的俯视图:
图3是钻机主机的主视图；图4是图3的A-A剖视图；图5是图3的B-B剖视图。图例说明，1-齿轮箱，2-立柱，3-导轨，4-起重短环链，5-气动控制阀，6-滑架，7-后支腿，8-气动活塞马达，9a-—级主动齿轮，9b-主轴，10-箱体，11-单头左旋蜗杆，12-双头右旋蜗杆，13- 一级从动齿轮，14- 二级主动齿轮，15- 二级主动齿轮，16- 二级从动齿轮，17-三级从动齿轮，18-右离合器外壳，19-螺杆，20-手轮，21-摩擦盘，22-摩擦片，23-离合体，24-右旋蜗轮，25-主动链轮，26-左旋蜗轮，27-左离合器外壳，28-右压紧链轮，29-左压紧链轮，30-中空花键轴，31-推拉杆，32-花键联轴器。
具体实施例方式如图1、图2所示，一种气动架柱式钻机，主要由钻机主机、气动控制阀5和架体组成，架体由立柱2、导轨3、起重短环链4和后支腿7组成；钻机主机安装在滑架6上，滑架6安装在架体的导轨3上；如图1、3、4、所示，所述的钻机主机由一个气动活塞马达8和一个齿轮箱I组成；所述的齿轮箱I包括箱体10、一级主动齿轮9a、主轴％、单头左旋蜗杆11、双头右旋蜗杆12、主动链轮25和推进传动机构，主轴％、单头左旋蜗杆11和双头右旋蜗杆12纵向平行安装在箱体10内；双头右旋蜗杆12上设有一级从动齿轮13和二级主动齿轮14，主轴9b上设有二级从动齿轮16和三级主动齿轮15，单头左旋蜗杆11上设有三级从动齿轮17 ；如图5所示，上述的推进传动机构是在箱体10下部安装一根纵向的中空花键轴30，主动链轮25安装在中空花键轴30的中间，中空花键轴30上还安装有与单头左旋蜗杆
11啮合的左旋蜗轮26，以及与双头右旋蜗杆12啮合的右旋蜗轮24，中空花键轴30的左右两端还对称安装有片式摩擦离合器，中空花键轴30的空心中设有一根推拉杆31，推拉杆31左移动时，推拉杆31的右挡头推动右离合器，松开左离合器，使主动链轮25顺时针转动，钻机向前钻进；推拉杆31右移动时，推拉杆31的左挡头推动左离合器，松开右离合器，使主动链轮25逆时针转动，钻机向后退出；上述的离合器为片式摩擦离合器，右离合器由右离合器外壳18、摩擦盘21、摩擦片22、离合体23所组成，左离合器的构造包括左离合器外壳27，其余与右离合器相同，且与右离合器对称安装；如图5实施例中还可以看出，在右离合器外壳18上设有螺纹轴孔，通过螺纹轴孔安装有螺杆19，螺杆19的外出端连接有手轮20，螺杆20的另一端连接在推拉杆31上，转动手轮20实现推拉杆31的左右移动；从图4看出，钻机主机的传动关系是:一级主动齿轮9a首先通过花键联轴器32与气动活塞马达8连接，一级主动齿轮9a与双头右旋蜗杆12的一级从动齿轮13减速啮合，双头右旋蜗杆12的二级主动齿轮14与主轴9b上的二级从动动齿轮16减速啮合，主轴9b上的三级主动齿轮15与单头左旋蜗杆11上的三级从动齿轮17减速啮合；从而实现主轴%、左旋蜗轮26和右旋蜗轮24同时转动；如图2、图5所示，所述的架体的导轨3上设有一根起重短环链4，钻机主机的主动链轮25扣合在起重短环链4上，主动链轮25跟随起重短环链4爬行，使钻机主机在架体上前进或后退；为了使起重短环链4紧紧扣在主动链轮25上，在主动链轮25左右两侧还分别设有左压紧链轮29和右压紧链轮28。在上述的传动关系中,传动比优选为:一级主动齿轮9a与一级从动齿轮13的传动比13:3，二级主动齿轮14与二级从动齿轮16的传动比14:11，三级主动齿轮15与三级从动齿轮17的传动比5:4，单头左旋蜗杆与左旋蜗轮传动比32:6，双头右旋蜗杆与右旋蜗轮传动比23:12。为了减轻整体重量，钻机齿轮箱体10采用优质铝合金，架体导轨3采用不锈钢方管。实施例中的气动活塞马达8功能参数如下:额定压力0.5MPa，额定转速2000r/min,扭矩21N M，功率4KW，耗气量5M3/min ;钻机输出转速130r/min，扭矩180N M。实施例的钻机适用于岩石坚固性系数f < 6的各种煤层、岩层,要求施工巷道高度大于2.5m,宽度大于1 .5m。要求供气量大于5M3/min，供气压力0.4 0.63MPa。
权利要求
1.一种矿用气动架柱式钻机,主要由钻机主机、气动控制阀和架体组成,在架体的导轨上活动安装有滑架，钻机主机固定在滑架上；其特征在于: 所述的钻机主机由一个气动活塞马达和一个齿轮箱组成；所述的齿轮箱是在箱体内安装有一级主动齿轮、主轴、单头左旋蜗杆、双头右旋蜗杆、主动链轮和推进传动机构；主轴、单头左旋蜗杆和双头右旋蜗杆纵向平行安装在箱体内；双头右旋蜗杆上设有一级从动齿轮和二级主动齿轮，主轴上设有二级从动齿轮和三级主动齿轮，单头左旋蜗杆上设有三级从动齿轮；上述的推进传动机构是在箱体下部安装一根纵向的中空花键轴，主动链轮安装在中空花键轴上，中空花键轴上还安装有与单头左旋蜗杆啮合的左旋蜗轮以及与双头右旋蜗杆啮合的右旋蜗轮，中空花键轴的左右两端还对称安装有片式摩擦离合器，中空花键轴的空心中设有一根两端带有挡头的推拉杆，推拉杆左右移动时分别拉压或推压左、右离合器，使中空花键轴带动主动链轮正反向转动；在其中一个离合器壳体上设有螺纹轴孔，通过螺纹轴孔安装有螺杆，螺杆的外出端连接有手轮，螺杆的另一端连接在推拉杆上，转动手轮实现推拉杆的左右移动； 钻机主机的传动关系是:一级主动齿轮首先通过花键联轴器与气动活塞马达连接，一级主动齿轮与双头右旋蜗杆的一级从动齿轮减速啮合，双头右旋蜗杆的二级主动齿轮与主轴上的二级从动齿轮减速啮合，主轴上的三级主动齿轮与单头左旋蜗杆上的三级从动齿轮减速啮合；从而实现主轴、单头左旋蜗轮和双头右旋蜗轮同时转动； 所述的架体的导轨上设有一根起重短环链，钻机主机的主动链轮扣合在起重短环链上，使主动链轮跟随起重短环链爬行，从而使钻机主机在架体上前进或后退；在主动链轮两侧还分别设有压紧链轮。
2.如权利要求1所述的矿用气动架柱式钻机，其特征在于，一级主动齿轮与一级从动齿轮的传动比为13:3，二级主动齿轮与二从动齿轮的传动比为14:11，三级主动齿轮与三级从动齿轮的传动比为5:4，单头左旋蜗杆与左旋蜗轮传动比为32:6，双头右旋蜗杆与右旋蜗轮传动比为23:12。
3.—种如权利要求1或2所述的矿用气动架柱式钻机的工作方法,其特征在于,工作时，打开气动控制阀，气动活塞马达工作，通过一级主动齿轮与一级从动齿轮减速带动双头右旋蜗杆转动，同时双头右旋蜗杆通过二级主动齿轮与二从动齿轮减速带动主轴转动，主轴通过三级主动齿轮与三级从动齿轮减速带动单头左旋蜗杆转动；此时主轴带动钻杆旋转；当顺时针调整手轮时，单头左旋蜗杆通过左旋涡轮带动中空花键轴上的主动链轮顺时针转动，从而使主动链轮在起重短环链上向前爬行，实现钻机推进；当逆时针调整手轮时，双头右旋蜗杆通过右旋涡轮带动花键轴上的主动链轮逆时针转动，从而使主动链轮在起重短环链上向后爬行，实现钻机以6.0-7.0米/分钟速度快速退出。
4.如权利要求1或2所述的矿用气动架柱式钻机在岩石坚固性系数f< 6的各种煤层和岩层中钻孔时的应用。
全文摘要
本发明公开了一种矿用气动架柱式钻机及其工作方法和用途，主要由钻机主机、气动控制阀和架体组成，在架体的导轨上活动安装有滑架，钻机主机固定在滑架上；钻机主机由一个气动活塞马达和一个齿轮箱组成，它是以压风为动力，机械传动实现旋转，推进运动。与传统的气动架柱式钻机相比，本发明节省了一个推进马达，节能效果显著，且结构紧凑，便于拆卸、运输和安装。本发明钻机是煤层探水孔、注水孔、灭火注浆孔的理想钻机。
文档编号E21B3/02GK103195358SQ20131011157
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者鲍伟, 赵锦桥, 宋立新, 刘元同, 修湖 申请人:山东科技大学