一种用于悬臂式掘进机的新型钻头的制作方法

本发明属于轨道交通工程装备技术领域，具体涉及一种用于悬臂式掘进机的新型钻头。

背景技术：

悬臂式掘进机是一种能够实现截割、装载运输、自行走及喷雾除尘的联合机组。相较于钻爆岩掘进机，悬臂式掘进机主要应用于硬度较低的全岩巷道和半煤岩巷道。优势是可以连续开挖，无爆破震动，能更自由地决定支护岩石的适当时机，可以减少超挖。节省岩石支护和衬砌费用。相较于全断面掘进机，悬臂式掘进机更加小巧，在隧道中有较大的灵活性，能用于任何支护类型。并且具有投资少，施工准备时间短和再利用性高等显著特点。

在现实的掘进工作中，悬臂式掘进机仅能截割巷道部分断面，要破碎全断面岩石时，可以多次上下左右连续移动截割头(钻头)来完成工作。因此可适用于任何断面形状的隧道。但在目前的工作情况反映来看，悬臂式掘进机的掘进速度受掘进机利用率影响很大，在最优条件下利用率可以达到60％左右，但若岩石需要支护或者其他辅助工作跟不上时，利用率会更加低。

其面临的最大障碍是在工作中遇到地质情况复杂及硬岩分布多的情况下，悬臂式掘进机的截割钻头往往由于硬岩难以切割破碎，在岩石表面打滑无法掘进。这样掘进效率往往会受到极大的干扰，甚至出现各种各样的机械故障，如磨损破坏截割钻头的刃具部分，机器抖动造成内部零件受损。这样就需要停机维护检修。目前在工程中的解决办法一般为，使用人工冲击钻首先破碎硬岩，使岩石表面出现裂缝，然后悬臂式掘进机继续掘进。此法会产生额外的人工作业，施工安全性也需要警惕。并且导致工程延期，造成不必要的经济损失

技术实现要素：

针对现有技术中悬臂式掘进机难以切割破碎硬岩，人工作业存在安全风险的问题，本发明提供一种一种用于悬臂式掘进机的新型钻头，其目的在于：使悬臂式掘进机能够在硬岩中掘进，减少人工作业，降低安全风险。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于悬臂式掘进机的新型钻头，包括截割钻头、壳体和冲击钻头，所述截割钻头与壳体连接，截割钻头中部设置有滑道，所述滑道中设置有冲击器，冲击钻头与冲击器连接，所述壳体内部设置有传动装置，所述传动装置与截割钻头连接。

采用该技术方案后，在掘进过程中遇到硬岩时，可以使用冲击钻头能够对硬岩进行切割破碎，提高了掘进机的掘进效率，减小掘进机的故障率，不需要额外的人工作业，降低了施工的安全风险，而且将冲击钻头设置在截割钻头的内部，最大限度的保留原有悬臂式掘进机的机构及外形，悬臂段伸长的距离短，可以避免工作中掘进机因悬臂段过长而失去平衡翻车。

优选的，所述传动装置为切割头轴轴套，所述切割头轴轴套内部设置有内花键。

采用该技术方案后，切割头轴轴套上的内花键与截割臂上的切割头轴的内花键配合，便于截割臂扭矩的传递。

优选的，所述切割头轴轴套与截割钻头之间设置有扭矩限制联轴器。

采用该技术方案后，扭矩限制联轴器可以防止冲击器在随着切割头轴转动时被硬岩切削时产生的过大的扭矩而损坏，扭矩限制联轴器可以设定最大扭矩，当工作中扭矩大于设定值时，联轴器内外圈打滑释放扭矩，从而保护冲击器。

优选的，所述冲击器与扭矩限制联轴器固定且可拆卸连接。

采用该技术方案后，冲击器能够随着扭矩限制联轴器旋转，进而使冲击钻头随截割钻头同步转动，使冲击钻头与截割钻头之间没有相对运动，消除冲击钻头与截割钻头之间的磨损，降低故障率，而且可拆卸连接，便于后期维修和更换。

优选的，所述截割钻头与壳体通过轴承连接，所述壳体与切割头轴轴套通过轴承连接。

采用该技术方案后，在截割钻头旋转工作时，壳体保持静止，避免其他物体缠绕在壳体上，而且静止的壳体不会对工作人员造成伤害，减小施工中的安全风险。

优选的，所述轴承位于壳体内部，所述壳体靠近截割钻头一端连接有前端盖，所述前端盖分别与壳体、截割钻头之间设置有密封材料，壳体靠近切割头轴轴套一侧设置有后端盖，所述后端盖分别与壳体、传动装置之间设置有密封材料。

采用该技术方案后，将轴承设置在壳体内部，而且壳体两端密封处理，防止水、碎石、尘土进入壳体内部，使内部结构传动良好，故障率降低。

优选的，所述冲击器连接有气动回转接头，所述气动回转接头包括定子和转子，所述定子上设置有进气口，所述转子上设置有出气口，所述进气口连接有空气压缩机，冲击器上设置有冲击器进气口，所述出气口与冲击器进气口连接。

采用该技术方案后，气动回转接头能够避免连接空气压缩机及冲击器的气管因切割头轴的转动而缠绕在悬臂段上，防止气管破裂或断裂，避免危险情况的发生。

优选的，所述截割钻头上设置有数个尖齿，位于冲击钻头侧面的尖齿的长度大于所述冲击钻头凸出滑道的距离。

采用该技术方案后，在截割钻头旋转工作时能够减少冲击钻头与硬岩的接触，从而减小冲击器受到的扭矩，减少冲击器在工作中的振动，减小故障率，延长使用寿命。

采用该技术方案后，

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.截割钻头中设置冲击钻头，在掘进过程中遇到硬岩时，可以使用冲击钻头能够对硬岩进行切割破碎，提高了掘进机的掘进效率，减小掘进机的故障率，不需要额外的人工作业，降低了施工的安全风险，而且将冲击钻头设置在截割钻头的内部，最大限度的保留原有悬臂式掘进机的机构及外形，悬臂段伸长的距离短，可以避免工作中掘进机因悬臂段过长而失去平衡翻车。

2.传动装置内部设置内花键，传动装置上的内花键与截割臂上的切割头轴的外花键配合，便于截割臂扭矩的传递。

3.传动装置与截割钻头之间设置有扭矩限制联轴器，可以防止冲击器在随着切割头轴转动时被硬岩切削时产生的过大的扭矩而损坏，扭矩限制联轴器可以设定最大扭矩，当工作中扭矩大于设定值时，联轴器内外圈打滑释放扭矩，从而保护冲击器。

4.冲击器与扭矩限制联轴器固定且可拆卸连接，冲击器能够随着扭矩限制联轴器旋转，进而使冲击钻头随截割钻头同步转动，使冲击钻头与截割钻头之间没有相对运动，消除冲击钻头与截割钻头之间的磨损，降低故障率，而且可拆卸连接，便于后期维修和更换。

5.与壳体两端分别与截割钻头、传动装置通过轴承连接，在截割钻头旋转工作时，壳体保持静止，避免其他物体缠绕在壳体上，而且静止的壳体不会对工作人员造成伤害，减小施工中的安全风险。

6.壳体两端设置密封材料，将轴承设置在壳体内部，防止水、碎石、尘土进入壳体内部，使内部结构传动良好，故障率降低。

7.冲击器连接有气动回转接头，气动回转接头能够避免连接空气压缩机及冲击器的气管因切割头轴的转动而缠绕在悬臂段上，防止气管破裂或断裂，避免危险情况的发生。

8.冲击钻头回缩时的位置低于截割钻头的尖齿，在截割钻头旋转工作时能够减少冲击钻头与硬岩的接触，从而减小冲击器受到的扭矩，减少冲击器在工作中的振动，减小故障率，延长使用寿命。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖面图；

图3是本发明的分解结构示意图；

图4是冲击器与气动回转接头结构示意图；

图5是截割臂的结构示意图。

其中：1-冲击钻头，2-冲击器，3-截割钻头，4-前端盖，5-气动回转接头，6-前端轴承，7-扭矩限制联轴器，8-切割头轴轴套，9-后端轴承，10-壳体，11-后端盖，12-进气口，13-出气口，14-冲击器进气口，15-截割臂，16-切割头轴，17-定子，18-转子。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1～图5对本发明作详细说明。

一种用于悬臂式掘进机的新型钻头，包括截割钻头3、壳体10和冲击钻头1，所述截割钻头3与壳体10的一端法兰连接，截割钻头3中部设置有滑道，所述滑道中设置有冲击器2，冲击钻头1与冲击器2连接，所述壳体10的另一端连接有传动装置，传动装置位于壳体10的内部，所述传动装置与截割钻头3法兰连接。本发明工作时，当遇到硬岩，截割钻头3无法破碎时，开启冲击器2使冲击钻头1工作，将硬岩破碎，破碎完成后继续使用截割钻头3进行掘进。这样设置能够提高工作效率，而且不需要人工作业，减小安全风险。

本实施例中，所述传动装置为切割头轴轴套8，所述切割头轴轴套8内部设置有内花键，截割臂15设置有切割头轴16，切割头轴16上设置有外花键与所述内花键配合，实现传动。

所述切割头轴轴套8与截割钻头3之间设置有扭矩限制联轴器7。扭矩限制联轴器7与切割头轴轴套8、气动回转接头5法兰连接。扭矩限制联轴器7可以有效解决冲击器2在随着截割钻头3转动时被硬岩切削而产生的过大的扭矩而损坏的问题，扭矩限制联轴器7可以设定最大扭矩，当工作中扭矩大于设定值时，扭矩限制联轴器7内外圈打滑释放扭矩，从而保护冲击器。

所述冲击器2与扭矩限制联轴器7通过冲击器2顶部设置的螺纹连接，便于检修及更换。

所述截割钻头3与壳体10通过前端轴承6连接，壳体10连接前端轴承6的外圈，截割钻头3连接前端轴承6的内圈，所述壳体10与切割头轴轴套8通过后端轴承9连接，壳体10连接后端轴承9的外圈，切割头轴轴套8连接后端轴承9的内圈。这样设置可以使壳体10在掘进机工作过程中保持静止，避免壳体10转动而带来安全隐患。

所述前端轴承6和后端轴承9位于壳体10内部，所述壳体10靠近截割钻头3一端连接有前端盖4，所述前端盖4与壳体10、截割钻头3之间设置有密封材料，壳体10靠近切割头轴轴套8一侧设置有后端盖11，所述后端盖11分别与壳体10、切割头轴轴套8之间设置有密封材料。

所述冲击器2连接有气动回转接头5，气动回转接头5是将气体介质从静态系统输入到动态旋转系统的过渡连接密封装置，气动回转接头5包括定子17和转子18，转子18与冲击器2固定连接能够随冲击器2一起旋转，转子18的两端分别与截割钻头3、扭矩限制联轴器7法兰连接，所述定子17上设置有进气口12，转子18上设置有出气口13，所述进气口12连接有空气压缩机，所述出气口13与冲击器2上的冲击器进气口14连接。启动空气压缩机，高压气体通过气管接入定子17上的进气口12，再通过转子18上的出气口13与冲击器进气口14连接，进入冲击器2的高压气体通过活塞使冲击钻头产生冲程压力(冲击力)，完成向前“击打”的动作。“击打”破岩后，冲击器2内的回程进气通道打开，气压下降，开始活塞的回程准备工作。如此往复，完成冲击器2的钻进工作。气动回转接头5的使用可以防止连接空气压缩机及冲击器2的气管因切割头轴16的转动而缠绕在悬臂段上。由于冲击器2与截割钻头3的工作方式不同，工作原理也不同，因此在掘进时可以单独进行冲击碎岩或者截割掘进任意一种作业，也可以两种掘进工具同时进行作业。

所述截割钻头3上设置有数个尖齿，位于冲击钻头1侧面的尖齿的长度大于所述冲击钻头1凸出滑道的距离。在掘进过程中遇到硬岩时，冲击器2内的高压气体使冲击钻头1伸出，冲击破碎硬岩。在不需要使用冲击钻头1时，冲击器2内的气体泄压，冲击钻头缩回，减少冲击钻头1与硬岩的接触，从而减小冲击器2受到的扭矩，减少冲击器2在工作中的振动，降低装置的故障率。

整个设计中最大限度的保留原有悬臂式掘进机的机构及外形。除了截割钻头内部重新设计以外，其余原始部分均保持原样。设计改造后悬臂段伸长了很短的距离，可以避免工作中掘进机因悬臂段过长而失去平衡翻车。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。