一种液压钻机顶锤式冲击旋转动力头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种液压钻机顶锤式冲击旋转动力头。
【背景技术】
[0002]液压锚杆钻机主要应用于电站、公路及铁路等山体边坡治理锚索加固、隧道管棚超前支护、基坑斜拉粧锚索、抗浮锚杆、地源热泵井、路基加固、水电工程大坝基础及坝身防渗处理、排水孔、矿山及采石场爆破孔、微型粧孔等工程。传统液压锚杆钻机动力头是旋转式液压动力头，不具备冲击功能，在遇到岩层，砂卵石层时，需要借助潜孔冲击器来进行破岩作业，需要匹配空压机和冲击器，施工费用高，作业效率低。一些厂家采用液压破碎锤接到回转式动力头后面进行冲击功能扩充，由于液压破碎锤冲击频率低，单次冲击力大，整体缺少打击缓冲，所以容易损坏动力头。通过对岩层破碎作业的研宄，采用冲击回转钻进这种回转和冲击联合破岩的钻进方法，冲击回转钻进方法主要是把高频低能量的冲击脉冲载荷传给普通回转钻进的硬质合金钻头或金刚石钻头，由不断移动的轴向载荷和其它载荷综合作用，进行切削，研磨或压碎岩石，同时在有节奏的动载荷作用下，使岩石破碎，并在岩石内部形成附加的疲劳应力，而在岩土锚固工程中，大量遇到的是破碎岩石，砂卵石层。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术之不足而提供一种解决不同围岩顶板条件下的锚杆支护问题，冲击频率快，大大减低了成本，提高了效率的液压钻机顶锤式冲击旋转动力头。
[0004]本实用新型的目的通过下述技术方案予以实现:
[0005]一种液压钻机顶锤式冲击旋转动力头，包括冲击机构和旋转机构，所述冲击机构包括打击组、频率组和限位组，所述旋转机构包括旋转组、倒打组、花键轴、倒打缓冲器，所述限位组通过油路分别与打击组和频率组连接，所述限位组控制打击组的活塞运动，所述频率组与打击组连接并且控制打击组的活塞的打击频率，所述打击组包括基座和安装在基座内的活塞，所述旋转组包括齿轮箱和支撑座，所述倒打组包括倒打外壳、固定环和倒打活塞，所述齿轮箱通过支撑座安装在钻机的托座上，所述齿轮箱通过液压马达带动运行，所述齿轮箱中部设有内腔，所述齿轮箱的内腔中安装有花键轴，所述花键轴由齿轮箱的内齿轮带动旋转，所述基座安装在所述齿轮箱上方，使得基座中的活塞置于齿轮箱内腔的花键轴正上方，所述倒打外壳安装在所述齿轮箱下方，所述固定环固定在倒打外壳内，并且将设置在固定环中且套装在所述花键轴外的倒打活塞与花键轴固定，所述花键轴的最大外径的台阶限位在所述倒打活塞上，当所述打击组活塞向下运动时，冲击花键轴，同时所述倒打活塞在所述花键轴受到冲击时起到缓冲的作用。
[0006]所述齿轮箱内设有大齿轮、内齿轮和小齿轮，所述小齿轮安装在所述液压马达转轴上，所述小齿轮与大齿轮外齿嗤合，所述内齿轮安装在大齿轮内，所述内齿轮外齿与所述的大齿轮内齿啮合相配合，所述内齿轮套装在所述花键轴外并且与花键轴的键槽配合从而带动花键轴旋转，所述花键轴可在内齿轮内沿轴向滑动。
[0007]所述打击组上安装有高低切换阀，所述齿轮箱上安装有两个液压马达，所述高低速切换阀的两个控制端分别与第一旋转控制口和第二旋转控制口连接，高低速切换阀的两个进油口分别与第一旋转进油口和第二旋转进油口连接，第一液压马达分别与第一旋转进油口和高低速切换阀连接，第二液压马达分别与第二旋转进油口和高低速切换阀连接，当第一旋转控制口控制时，第一旋转进油口进油依次通过高低速切换阀、第一液压马达、第二液压马达、再通过高低速切换阀到第二旋转进油口的油路上，此时两个马达串联在一起并正转，当第二旋转进油口进油，依次通过高低速切换阀、第二液压马达、第一液压马达、再通过高低速切换阀到第一旋转进油口的油路上，此时两个马达串联在一起并反转。当第二旋转控制口控制时，第一旋转进油口进油时，高压油同时通过第一液压马达和第二液压马达，此时两个马达并联在一起并正转，反之反转。
[0008]所述倒打活塞设有一个进油口和一个出油口，所述进油口与打击进油口连接，出油口上安装有节流接头和倒打缓冲器。
[0009]所述限位组包括阀体和阀芯，所述打击组包括前基座、活塞、前缓冲器、后缓冲器和后基座，所述限位组安装在前基座上，所述前基座一端安装在旋转机构旋转基座上，另一端卡装有所述后基座，所述活塞安装在所述前基座与后基座的内腔中，所述前缓冲器安装在所述的前基座上，所述后缓冲器安装在所述后基座上，所述阀体设有进油口和出油口，所述阀芯安装在所述阀体内，所述阀芯上端与阀体之间设有第一油腔，所述阀芯中部与阀体之间设有第二油腔、第三油腔和第四油腔，所述阀芯底部与阀体之间设有第五油腔，所述活塞前端设有第一凹槽与前基座上的第六油腔连通，所述活塞后端设有第二凹槽与前基座和后基座之间形成的第七油腔连通，所述第一油腔通过油路与第六油腔连通，所述第六油腔通过油路与前缓冲器连接，所述第二油腔通过油路与第七油腔连通，所述第三油腔通过油路与后缓冲器连接，当所述阀芯置于上位时，所述第一油腔与进油口连通，所述第二油腔和第三油腔连通，当阀芯置于下位时，所述第六油腔通过所述活塞的第一凹槽与第四油腔连通，所述第二油腔和第三油腔不连通，所述第三油腔与出油口连通，所述第一油腔与第二油腔连通。
[0010]所述活塞在第六油腔内的受力面小于活塞在第七油腔内的受力面，所述阀芯在第四油腔内的受力面积小于阀芯在第一油腔内的受力面积，所述阀芯在第五油腔内的受力面积大于阀芯在第一油腔内的受力面积，所述阀芯在第一油腔内的受力面与阀芯在第四油腔内的受力面之和大于阀芯在第五油腔内的受力面。
[0011]所述频率组包括安装在前基座上的频率阀阀体，所述频率阀阀体的活塞腔内安装有频率活塞，所述频率活塞的上端通过弹簧支撑在频率阀阀体的上端盖上，下端支撑在频率阀阀体的下端盖上，所述频率活塞的下端侧壁设有凹槽与频率阀阀体之间形成第八油腔，所述第八油腔与控制油口连通，所述频率阀阀体沿轴向设有四个频率控制油口，所述频率活塞的上端侧壁设有凹槽与频率阀阀体之间形成第九油腔，当频率活塞在初始位置时，四个所述频率控制油口均与第九油腔连通，频率活塞通过所述控制油口进油压力控制频率活塞上下运动，随着频率活塞向上运动直到最上端时，依次封闭下面三个频率控制油口，另一个频率控制油口始终与第四油腔连通。
[0012]所述倒打缓冲器和所述前、后缓冲器为一边充高压氮气另一边充液压油的缓冲器。
[0013]由于采用上述方案，本装置将冲击机构和旋转机构结合，在现有的锚杆钻机上增加一个冲击功能，在正常顶板条件下，旋转式锚杆钻机仍以旋转方式打孔，当需要辅以冲击时，把本装置通过冲击机构的活塞对旋转机构上的花键轴进行冲击，从而保证在旋转钻孔时超前冲击破岩，使孔底岩石产生微观裂缝，以使旋转钻孔更为有效，当遇到局部坚硬岩层时，以冲击钻孔为主，充分发挥冲击破的特点，并辅以旋转切削，从而有效的解决不同围岩顶板条件下的锚杆支护问题，大大减低了成本，提高了效率；
[0014]本装置通过安装在旋转组上的倒打组，使得在工作倒打活塞在花键轴受到冲击时起到缓冲的作用，防止刚性碰撞，提高动力头使用寿命，在提升钻杆同时可以反向冲击，以使钻杆松动，便于拆卸钻杆；
[0015]本装置通过安装在打击组上的频率组来控制打击组的打击频率，通过控制油口控制频率活塞移动改变活塞与油腔的受力面积，从而可控制打击频率，同时也可以提高活塞打击频率，在岩土锚固工程中，可根据不同的岩层情况来调整频率，提高打击效率和打击力度，降低成本；
[0016]本装置通过高低切换阀，在工作中，通过旋转控制口来切换阀口位置，改变所述的两个液压马达的连接方式，并联时，所述的旋转组输出为低速高扭矩，串联时，所述的旋转组输出为高速低扭矩，
[0017]本装置的打击组采用了两个缓冲器，通过缓冲器与阀芯配合从而控制活塞运动，提高了活塞运动的频率，本装置的倒打缓冲器和前、后缓冲器通过气体的压缩、膨胀来起到缓冲和提供瞬间动能的作用。
【附图说明】
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