专利名称：自攻双向切削力矩自平式采掘钻机及其方法
技术领域：
本发明涉及采掘钻孔机械，具体为自攻双向切削力矩自平式采掘钻机及其方法。
现有采掘钻孔机械很多，如采煤机、钻探打孔机、手提式电钻、风钻等采掘钻孔机械。它们的共同特点是切削主轴上多片切削刃同向、同步旋转切削，而切削阻力矩反向传递到机壳上形成一个与切削力矩大小相等、方向相反的作用力矩，使机身产生反向旋转的趣势。为了保证切削作业的正常进行，机械采掘钻机(如采煤机、钻探打孔机等)就需要配置相当重量的机座，来保持在切削反力作用下，机械本身的稳定。
手提式电钻、风钻切削主轴上主切削反力矩，通过固定在机身上的手柄而作用到操作人员的手臂上，用操作人员作用在手柄上的力矩来平衡采掘钻机的切削阻力矩而保持切削作业进行。普通采掘钻机工作时主要产生六个力，设主切削力与进给压力为正(如图4)。
M(-)阻-切削主力矩、M(+)切-主切削力矩、M(-)反-驱动反作用力矩、M(+)支-保持机壳稳定而施加的支承力矩、P(+)压-为使钻机轴向进给而施加的轴向压力、R反-物料对钻机的轴向反力。四个回转力矩的绝对值相等。即｜M阻｜＝｜M切｜＝｜M反｜＝｜M支｜
两个轴向力的绝对值相等即｜R阻｜＝｜P压｜钻机在工作时其切削阻力矩M阻及轴向反向力R反与操作人员施加给钻机的支承力矩M支和轴向压力P压的大小相等方向相反。也就是当切削阻力矩增大或减小时，操作人员作用到钻机上的支承力矩也要随之相应增大或减小。切削阻力矩M阻与主切削力矩M切相平衡，主切削力矩M切与机壳反作用力矩M反相平衡，机壳上反作用力矩M反与钻机的支承力矩M支相平衡，而支承力矩M支又与切削阻力矩M阻相平衡，形成一个力矩平衡封闭环。(如图5)本发明的目的在于提供一种使力矩平衡、不需操作人员施加支承力矩、结构简单、重量轻的采掘钻机。
本发明的目的是这样实现的内切削刀刃、外切削刀刃双向同时绕钻机主轴中心双向旋转切削吃料和双向切削力矩自平衡，固接于钻机主轴上的定位自攻杆和内切削刀架随主轴旋转切削产生主切削力矩(M切)的同时，固定在主轴上的小齿轮通过过轮与内齿浮动套带动外切削刀架反向旋转切削产生反向切削力矩(M反)、实现双向切削力矩输出。M切、M阻、M′阻、M反四个力矩组成了封闭环。主轴一端与驱动机构输出主轴为一体，另一端由方套加销钉固接定位自攻杆、在方套上连接有内切削刀架、在方套后有外切削刀架与主轴滑动配合、与内齿浮动套螺钉紧固连接、过轮由销轴固定在过轮架上、里面与小齿轮啮合，外面与内齿浮动套内齿相啮合、滚轮与自平操纵套销轴连接、在内齿浮动套的环槽内滚动、自平操纵套的内螺纹与固定套螺纹旋合连接、前面通过滚轮与内齿浮动套滚动连接、内齿浮动套前面与外切削刀架螺钉固接、与固定套滑动配合、内齿与过轮啮合、固定套用螺栓与驱动机构外壳固接、内切削刀架、外切削刀架上分别用螺栓固定内切削刀刃、外切削刀刃。
本发明的优点在于省力、省功、省时，操作人员不必承受切削阻力矩，只承受手提钻机部分自重和一部分进给压力，则驱动功率可提高到0.5～1.0千瓦。结构简单、制造使用方便。
图1为本发明实施例手提式采掘钻机结构原理示意图;
图2为本发明中的过轮、小齿轮、主轴、内齿浮动套之间的连接关系剖面示意图;
图3为本发明与其它机械联合作业的原理示意图;
图4为普通采掘钻机工作时主要产生六个力的原理示意图;
图5为普通采掘钻机的四个力矩组成的封闭环原理示意图;
图6为本发明的四个力矩组成的封闭环原理示意图;
图7为本发明的作用力矩组成的封闭环原理示意图。
1-定位自攻杆、2-内切削刀架、3-外切削刀架、4-过轮、5-过轮架、6-滚轮、7-自平操纵套、8-主轴、9-小齿轮、10-内齿浮动套、11-固定套、12-手柄、13-驱动机构、14-防尘环、15-销轴、16-内切削刀刃、17-外切削刀刃、18-取料斗轮、19-安全蓬、20-上支架、21-底座、22-下座架、23-行走驱动、24-行走轮、25-输出皮带机、26-方套、27-外斗刃、28-溜料板、29-进出料斗、D-掘进直径、H-采掘钻机中心到掘进外圆距离、-为土方切削边缘剖面符号、
为钢筋混凝土剖面符号。
下面结合附图详述本发明最佳实施例及工作过程定位自攻杆的尖进入料层后起到钻机中心径向定位作用，当定位自攻杆随主轴旋转进给时，杆上的自攻螺纹将产生轴向进给力，使钻机具有自攻功能。内、外切削刀架上分别装有内外切削刀刃，可同时按不同方向绕主轴旋转切削作业，其切削阻力大小，可通过调节内外切削刀刃的长短，有级调节和通过自平调节机构调节内外刀刃相对吃刀进展，无级随动调节实现双力矩平衡切削作业。由内外双向切削产生的切削力矩差通过过轮带动销轴过轮架和固定套向两个不同方向旋转(旋转方向与内外切削刀架中切削阻力矩相对较小的切削刀架同向)通过固定套外螺纹效应推动自平操纵套轴向平移运动。并通过滚轮带动内齿浮动套和外切削刀架轴向前后移动，自行调节内外切削刀刃的相对进尺深度而达到双向切削力矩呈相对平衡状态下工作。驱动机构由减速机和动力源组成。动力源可选用风动、油动、电动等。通过减速机主轴输出主力矩。当主驱动起动后，设主轴正转，并带动定位自攻杆和内切削刀架工作。随着定位自攻杆尖进入料层深度的增加，物料对定位自攻杆的阻力矩也逐渐增加。当物料对主轴作用的阻力矩大于驱动机构机壳和固定套的旋转静力矩时，主轴停转而固定套反向转动，并通过螺纹使自平操纵套通过滑轮带动内齿浮动套及外切削刀架轴向前移而使外切削刀刃的位置前置于内切削刀刃。当内齿浮动套前移至极限位置而与过轮架轴向接触。这时由于手柄施加的外支承力矩作用使固定套停转而主轴在驱动力矩作用下继续带动定位自攻杆和内切削刀架工作。
当自攻定位杆钻进一定深度，外切削刀刃首先与料层接触切削而产生阻力矩。随着外切削刀刃与物料接触面的增加，作用到外切削刀刃上的切削阻力矩也逐渐增加。当作用在外切削刀刃上的阻力矩绝对值大于作用在定位自攻杆的阻力矩时，外切削刀架将带动内齿浮动套并通过过轮、销轴、过轮架带动固定套正向旋转。使自平操纵套在螺纹效应作用下，通过滚轮拉动内齿浮动套、外切削刀架后退，而使内切削刀刃超前工作。
M切-驱动主轴带动定位自攻杆和内切削刀刃所作用的主切削力矩。M反-驱动机构外壳通过固定套过轮架、销轴并通过过轮将驱动反力矩传递给内齿浮动套和外切削刀架，使外切削刀刃延内切削刀刃相反的方向进行切削作业。M阻-物料对定位自攻杆和内切削刀刃的切削阻力矩。M′阻-物料对外切削刀刃的切削阻力矩。
本发明手提式采掘钻机，可广泛用于采矿、地下工程掘进作业。尤其在不适合大型机械操作的场合，本机将成为水平、向上等复杂作业场合替代手工作业的高效采掘机械。本发明手提式采掘钻机特别对石棉、云母等具有一定纤维韧性的矿物进行采掘效果更佳。图3为地下涵洞及地铁地下施工中水平掘进纵深连续掘进作业的大型机械。取料斗轮与外轮切削刀架固接为一体，工作中随外切削刀架旋转切料而旋转，并通过外斗刃将内切削刀刃切下的散料由下面提到圆周上面，再把散料卸到溜料板上。通过溜料板将散料溜进出料斗中，然后，通过输出皮带机将散料排出。实现连续作业。上支架上面支承安全蓬，中间与自平操作套固接，下面与底座固接。在支架结构内设操纵室，室内设操纵盘座椅等。底座中间为调节千斤顶，柱塞上支架固接，缸体与下座架固接。通过压油量随时调节H高度，使H＝D/2，保持水平进给。下座架上面与底座固接两侧设有行走驱动和行走轮下面吊接输出皮带机。
权利要求
1.自攻双向切削力矩自平式采掘钻机及其方法，其特征在于a内切削刀刃(16)、外切削刀刃(17)双向同时绕钻机主轴(8)中心双向旋转切削吃料和双向切削力矩自平衡，固接于钻机主轴(8)上的定位自攻杆(1)和内切削刀架(2)随主轴旋转切削产生主切削力矩(M切)的同时，固定在主轴上的小齿轮(9)通过过轮(4)与内齿浮动套(10)带动外切削刀架反向旋转切削产生反向切削力矩(M反)、实现双向切削力矩输出；bM切、M阻、M阻、M反四个力矩组成了封闭环；c主轴(8)一端与驱动机构(13)输出主轴为一体，另一端由方套(26)加销钉固接定位自攻杆(1)、在方套(26)上连接有内切削刀架(2)、在方套(26)后有外切削刀架(3)与主轴(8)滑动配合、与内齿浮动套(10)螺钉紧固连接、过轮(4)由销轴(15)固定在过轮架(5)上、里面与小齿轮(9)啮合，外面与内齿浮动套(10)内齿相啮合、液轮(6)与自平操纵套(7)销轴连接、在内齿浮动套(10)的环槽内滚动、自平操纵套的内螺纹与固定套(11)螺纹旋合连接、前面通过滚轮(6)与内齿浮动套(10)滚动连接、内齿浮动套(10)前面与外切削刀架(3)螺钉固接、与固定套(11)滑动配合、内齿与过轮(4)啮合、固定套(11)用螺栓与驱动机构(13)外壳固接、内切削刀架(2)、外切削刀架(3)上分别用螺栓固定内切削刀刃(15)、外切削刀刃(17)。
全文摘要
本发明涉及采掘钻孔机械，具体为自攻双向切削力矩自平式采掘钻机及其方法。其特点是内切削刀刃、外切削刀刃双向同时绕钻机主轴中心双向旋转切削吃料和双向切削力矩自平衡。固接于钻机主轴上的定位自攻杆和内切削刀架随主轴旋转切削产生主切削力矩的同时，固定在主轴上的小齿轮通过过轮与内齿浮动套带动外切削刀架反向旋转切削产生反向切削力矩，实现双向切削力矩输出。是一种结构简单、重量轻的采掘钻机。
文档编号E21B10/00GK1090010SQ9311430
公开日1994年7月27日 申请日期1993年11月12日 优先权日1993年11月12日
发明者姜清明 申请人:姜清明