一种高压水射流辅助掘进机截割机构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种高压水射流辅助掘进机截割机构。它解决了现有高压水射流技术的设计方案不够合理、完善，使射流与截割没有达到良好的配合，不能起到优良辅助效果的问题。本高压水射流辅助掘进机截割机构包括呈锥体的截割头，且锥体的顶端呈球面形状，截割头的表面上固设若干截齿，若干截齿自锥体顶端向后螺旋曲线延伸排布，且若干截齿的齿尖沿锥形面上螺旋曲线的走势连续转向布设，截齿固连截割头的根部朝前固设喷嘴，截割头的内部开设连通喷嘴的输送道，喷嘴的射流方向与截齿的截割方向相一致。本发明可降低截齿受力，有效击碎煤岩；可冷却截齿，延长寿命；可降低粉尘，可抑制火花，提升安全性；可提高煤的块度，提高经济效益。
【专利说明】一种高压水射流辅助掘进机截割机构
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿采掘设备【技术领域】，涉及一种针对煤岩的截割装置，特别是一种高压水射流辅助掘进机截割机构。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国煤炭行业的快速发展，与之密不可分的煤机行业也日益受到重视。煤岩的截割一直是一个工程技术难题，现有的掘进机截割存在较多的不足之处，其具体为:作业中截齿和齿座损坏严重，致使截割头的使用寿命短；并且操作过程中，机身的振动较大，截割时粉尘较大等，这一系列因素都制约着煤岩截割技术的发展。
[0003]高压水射流技术是近三十年发展起来的一门新技术，其应用日趋广泛。近年来，高压水射流在煤层钻孔和割缝方面正得到越来越多专家学者的关注。高压水射流基本原理是利用高压水发生设备产生高压水，通过喷嘴将压力能转变为高度聚集的水射流动能，可用这种射流对物料进行切割、破碎和清洗。
[0004]但现有技术中使用的高压水射流技术的设计方案不够合理、完善，使射流与截割没有达到良好的配合，在高速旋转运作中不能起到预期的辅助效果，进而没有完全发挥高压水射流技术的应用效果。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种通过喷嘴与截齿相互配合位置的布设，并整体组合集成后排布及角度的设置，以达到作为有效射流撞击、侵蚀、高压楔的辅助截割手段的高压水射流辅助掘进机截割机构。
[0006]本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种高压水射流辅助掘进机截割机构，包括呈锥体的截割头，且锥体的顶端呈球面形状，所述截割头的表面上固设若干截齿，所述若干截齿自锥体顶端向后螺旋曲线延伸排布，且若干截齿的齿尖沿锥形面上螺旋曲线的走势连续转向布设，所述截齿固连截割头的根部朝前固设喷嘴，所述截割头的内部开设连通喷嘴的输送道，所述喷嘴的射流方向与截齿的截割方向相一致。
[0007]本高压水射流辅助掘进机截割机构中，若干截齿连续排列形成的螺旋曲线为顺时针旋向延伸，且若干截齿的齿尖也由内圈逐步向外圈转向打开。喷嘴的轴线与截齿的轴线相平行，且两者的朝向相同。整体掘进机的高压水射流部分包括:电机、水箱、超高压泵或增压器、磨料罐、控制器、输送道以及喷嘴；整体掘进机的截割部分包括:截割头、齿座以及截齿。
[0008]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述喷嘴内的喷道包括位于外端的直流道与位于内侧的锥形道，所述直流道衔接锥形道的锥顶口，所述锥形道的锥底口衔接上述输送道。其中连接喷嘴的输送道为高压管，且喷嘴的材料采用碳化钨合金。
[0009]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述直流道的直径为0.8?1.2mm。
[0010]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述锥形道的锥角角度为10°? 15。。
[0011]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述截割头的表面上沿螺旋曲线排布若干齿座，所述齿座呈倾斜状与截割头定位固连，所述截齿垂直固穿于齿座上，且截齿的齿尖朝向螺旋曲线的前端侧。
[0012]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述截齿的轴线与截割头表面的定位点处切线的夹角为30°?45°。
[0013]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述喷嘴定位设置于齿座的正前方根部位置，所述喷嘴的出料口朝向螺旋曲线的前端侧。
[0014]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述截齿与喷嘴的搭配组合设置为两列，该两列搭配组合自截割头的锥体顶端向后螺旋曲线延伸排布。
[0015]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述每列搭配组合中的前半数量中设置有喷嘴，后半数量中无喷嘴设置。由此形成螺旋曲线的内几圈具有喷嘴，而外几圈无喷嘴；进一步使得喷嘴集中安设于截割头锥顶处的球面形状上。
[0016]在上述的高压水射流辅助掘进机截割机构中，所述每列搭配组合的螺旋曲线排布自前向后逐渐延长排布间距。由此从截割头正面整体形成由内向外的逐步扩散结构。
[0017]与现有技术相比，本高压水射流辅助掘进机截割机构利用超高压水射流辅助截割头进行煤岩破碎，且射流与截割相平行设置的作用方向，优化了两者的配合技术，可以显著降低截齿受力，并有效击碎煤岩；同时射流可以冷却截齿，从而极大地延长截齿以及整个截割头的使用寿命；射流还可以降低截割时产生的粉尘，同时抑制截割时可能产生的火花，增强截割生产的安全性；使用超高压水射流辅助截割作业可以提高煤的块度，大大提高经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本高压水射流辅助掘进机截割机构的局部剖视图。
[0019]图2是本高压水射流辅助掘进机截割机构中喷嘴的剖视图。
[0020]图中，1、截割头；2、齿座；3、截齿；4、喷嘴。
【具体实施方式】
[0021]以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0022]如图1和2所示，本高压水射流辅助掘进机截割机构包括截割头1，截割头I上设置齿座2、截齿3及喷嘴4。
[0023]整体掘进机的高压水射流部分包括:电机、水箱、超高压泵或增压器、磨料罐、控制器、输送道以及喷嘴4 ;整体掘进机的截割部分包括:截割头1、齿座2以及截齿3。
[0024]截割头I呈锥体，且锥体的顶端呈球面形状。截割头I的表面上通过焊接固设若干齿座2，若干齿座2分为两列，且该两列齿座2自锥体顶端向后螺旋曲线延伸排布，具体为两列齿座2的始端于相对位置，随后同步顺时针螺旋延伸且形成相邻弧圈的间隔穿插布设。齿座2呈一定倾斜度在截割头I的表面上定位固连，齿座2上垂直固穿截齿3，且截齿3的齿尖朝向螺旋曲线的前端侧。由此若干截齿3形成两列自锥体顶端向后螺旋曲线延伸排布，且若干截齿3的齿尖沿锥形面上螺旋曲线的走势连续转向布设，即为若干截齿3的齿尖由内圈逐步向外圈转向打开。截齿3的轴线与截割头I表面的定位点处切线的夹角为30。?45°。
[0025]齿座2的正前方根部位置定位设置喷嘴4，该喷嘴4的出料口朝向螺旋曲线的前端侦U。齿座2、截齿3与喷嘴4形成搭配组合，具体为每搭配组合的喷嘴4轴线与截齿3轴线相平行，即喷嘴4的射流方向与截齿3的截割方向相一致。每列搭配组合中的前半数量中设置有喷嘴4，后半数量中无喷嘴4设置，由此形成螺旋曲线的内几圈具有喷嘴4，而外几圈无喷嘴4 ;进一步使得喷嘴4集中安设于截割头I锥顶处的球面形状上。每列搭配组合的螺旋曲线排布自前向后逐渐延长排布间距，由此从截割头I正面整体形成由内向外的逐步扩散结构。
[0026]截割头I的内部开设连通喷嘴4的输送道，喷嘴4内的喷道包括位于外端的直流道与位于内侧的锥形道，直流道的直径为0.8?1.2mm;锥形道的锥角角度为10°?15°，其中最佳方案为13°。直流道的外端口即为出料口，内端口衔接锥形道的锥顶口，且锥形道的锥底口衔接输送道。其中连接喷嘴4的输送道为高压管，且喷嘴4的材料采用碳化钨合金。
[0027]高压水射流辅助截割掘进机的具体工作过程为:截割头I开始钻进或横摆截割工作前，调节控制器，使高压水射流装置开始工作；高压水射流装置在水射流喷射之前需混合磨料，磨料采用石英砂，粒径约180 μ m ;水流在经过超高压泵或增压器加压后，水射流形成真空，吸入石英砂磨料，形成磨料水射流，由喷嘴4射出，其压力可达100?150MPa ;截割头I开始工作，磨料水射流在截割头I的带动下旋转，从而进行旋转切割，在磨料水射流切割的作用下，与磨料水射流相平行的截齿3再对煤岩进行截割，通过配合作用可以大大提高截割效率。
[0028]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0029]尽管本文较多地使用了截割头I ;齿座2 ;截齿3 ;喷嘴4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【权利要求】
1.一种高压水射流辅助掘进机截割机构，包括呈锥体的截割头，且锥体的顶端呈球面形状，所述截割头的表面上固设若干截齿，其特征在于，所述若干截齿自锥体顶端向后螺旋曲线延伸排布，且若干截齿的齿尖沿锥形面上螺旋曲线的走势连续转向布设，所述截齿固连截割头的根部朝前固设喷嘴，所述截割头的内部开设连通喷嘴的输送道，所述喷嘴的射流方向与截齿的截割方向相一致。
2.根据权利要求1所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述喷嘴内的喷道包括位于外端的直流道与位于内侧的锥形道，所述直流道衔接锥形道的锥顶口，所述锥形道的锥底口衔接上述输送道。
3.根据权利要求2所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述直流道的直径为0.8?1.2mm。
4.根据权利要求2所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述锥形道的锥角角度为10°?15°。
5.根据权利要求1所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述截割头的表面上沿螺旋曲线排布若干齿座，所述齿座呈倾斜状与截割头定位固连，所述截齿垂直固穿于齿座上，且截齿的齿尖朝向螺旋曲线的前端侧。
6.根据权利要求5所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述截齿的轴线与截割头表面的定位点处切线的夹角为30°?45°。
7.根据权利要求5所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述喷嘴定位设置于齿座的正前方根部位置，所述喷嘴的出料口朝向螺旋曲线的前端侧。
8.根据权利要求1所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述截齿与喷嘴的搭配组合设置为两列，该两列搭配组合自截割头的锥体顶端向后螺旋曲线延伸排布。
9.根据权利要求8所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述每列搭配组合中的前半数量中设置有喷嘴，后半数量中无喷嘴设置。
10.根据权利要求8所述的高压水射流辅助掘进机截割机构，其特征在于，所述每列搭配组合的螺旋曲线排布自前向后逐渐延长排布间距。
【文档编号】E21C25/06GK103806913SQ201310597109
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】黄彬兵, 李学艺, 马国英, 江守波, 吕永刚, 梁中源 申请人:山东科技大学