專利名稱：一種礦用氣動架柱式鉆機及其工作方法和用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣動巖石鉆機。
背景技術：
目前，在具有煤與瓦斯突出和爆炸危險性的煤礦，需進行瓦斯抽放、煤層注水和煤層滅火注漿，因此需要施工幾十米以上的鉆孔。因這類鉆孔的巖石堅固性系數(shù)f < 6，所以一般使用旋轉式的巖石鉆機。旋轉式的巖石鉆機有電動式、液壓式和氣動式。電動式不適宜瓦斯突出和爆炸危險性的煤礦，液壓式需要液壓泵站移動不便，而煤礦井下一般都備有壓氣管道，所以氣動式巖石鉆機是煤礦井下的首選。目前，與本發(fā)明有關的技術是ZQJC-150/2S型號的煤礦用氣動鉆機。該鉆機整體結構主要由鉆機主機、分氣器和架體三大部分組成。其中，鉆機主機由旋轉部和推進部兩個獨立工作機構組成；架體由立柱、導軌、后支腿和滑架組成。鉆機主機的推進部設有推進齒輪，架體的導軌上設有齒條，鉆機主機安裝在滑架上，通過推進齒輪在齒條上運動使鉆機主機在架體上前進或后退。鉆機主機的旋轉部主要由風動馬達和減速箱組成；分氣器來的壓氣經配氣閥驅動氣動馬達輸出軸旋轉，再經2級齒輪減速傳遞到減速箱主軸并帶著鉆具旋轉，配氣閥可控制鉆具的正轉、反轉、停止，并可調節(jié)鉆具的轉速。推進部主要由推進馬達、減速器、配氣機構(主要包括閥芯、閥體、卡圈)組成；推進氣路的壓氣經配氣機構(包括閥芯、閥體)驅動推進馬達輸出軸旋轉，再經I級齒輪和I級蝸桿、蝸輪減速傳遞到減速器軸齒輪旋轉，該軸齒輪與機架上的齒條嚙合，從而使底座上的旋轉部、推進部一起沿機架導軌作往復直線運動；配氣機構可控制鉆具前進、后退和停止，并可調節(jié)前進、后退速度。該鉆機以0.4 0.6MPa壓氣為動力，以兩臺風動馬達為動力進行旋轉與推進運動，適用于在巖石堅固性系數(shù)f < 6的各種具有煤與瓦斯突出和爆炸危險性的煤層、巖層，斷面大于2.7m3，高度大于1.Sm,寬度大于1.5m的巷道中工作，用于鉆進瓦斯抽放孔、煤層注水孔、滅火注漿孔以及其它工程孔。其優(yōu)點是免除了電器帶來的安全隱患，采用架柱式框架結構，便于拆卸、運輸和安裝；與同類鉆機相比，鉆進深度和效率更高。該鉆機的不足是:1、由于該鉆機以兩臺風動馬達為動力，并且采用兩級齒輪變速，所以體積大、笨重(整機達269公斤)，不便于移動；且噪聲大。2、由于采用齒輪齒條推進傳動機構，易磨損、在齒條上有20%以上的推力損失，一旦有碎石落入齒條易發(fā)生憋機。3、當后退時不能加快速度，影響施工效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，發(fā)明一種礦用氣動架柱式鉆機。技術方案是，一種氣動架柱式鉆機，主要由鉆機主機、氣動控制閥和架體組成，在架體的導軌上活動安裝有滑架，鉆機主機固定在滑架上；其特征在于:所述的鉆機主機由一個氣動活塞馬達和一個齒輪箱組成；所述的齒輪箱是在箱體內安裝有一級主動齒輪、主軸、單頭左旋蝸桿、雙頭右旋蝸桿、主動鏈輪和推進傳動機構；主軸、單頭左旋蝸桿和雙頭右旋蝸桿縱向平行安裝在箱體內；雙頭右旋蝸桿上設有一級從動齒輪和二級主動齒輪，主軸上設有二級從動齒輪和三級主動齒輪，單頭左旋蝸桿上設有三級從動齒輪；上述的推進傳動機構是在箱體下部安裝一根縱向的中空花鍵軸，主動鏈輪安裝在中空花鍵軸上，中空花鍵軸上還安裝有與單頭左旋蝸桿嚙合的左旋蝸輪以及與雙頭右旋蝸桿嚙合的右旋蝸輪，中空花鍵軸的左右兩端還對稱安裝有片式摩擦離合器，中空花鍵軸的空心中設有一根兩端帶有擋頭的推拉桿，推拉桿左右移動時分別拉壓或推壓左、右離合器，使中空花鍵軸帶動主動鏈輪正反向轉動；在其中一個離合器殼體上設有螺紋軸孔，通過螺紋軸孔安裝有螺桿，螺桿的外出端連接有手輪，螺桿的另一端連接在推拉桿上，轉動手輪實現(xiàn)推拉桿的左右移動；鉆機主機的傳動關系是:一級主動齒輪首先通過花鍵聯(lián)軸器與氣動活塞馬達連接，一級主動齒輪與雙頭右旋蝸桿的一級從動齒輪減速嚙合，雙頭右旋蝸桿的二級主動齒輪與主軸上的二級從動齒輪減速嚙合，主軸上的三級主動齒輪與單頭左旋蝸桿上的三級從動齒輪減速嚙合；從而實現(xiàn)主軸、單頭左旋蝸輪和雙頭右旋蝸輪同時轉動；所述的架體的導軌上設有一根起重短環(huán)鏈，鉆機主機的主動鏈輪扣合在起重短環(huán)鏈上，使主動鏈輪跟隨起重短環(huán)鏈爬行，從而使鉆機主機在架體上前進或后退；為了使起重短環(huán)鏈緊緊扣在上，在主動鏈輪兩側還分別設有壓緊鏈輪。在上述的傳動關系中，傳動比優(yōu)選為:一級主動齒輪與一級從動齒輪的傳動比13:3，二級主動齒輪與二從動齒輪的傳動比14:11，三級主動齒輪與三級從動齒輪的傳動比5:4，單頭左旋蝸桿與左旋蝸輪傳動比32:6，雙頭右旋蝸桿與右旋蝸輪傳動比23:12。為了減輕整體重量，鉆機齒輪箱體采用優(yōu)質鋁合金，架體導軌采用不銹鋼方管。工作原理是:打開氣動控制閥，氣動活塞馬達工作，通過一級主動齒輪與一級從動齒輪減速帶動雙頭右旋蝸桿轉動，同時雙頭右旋蝸桿通過二級主動齒輪與二從動齒輪減速帶動主軸轉動，主軸通過三級主動齒輪與三級從動齒輪減速帶動單頭左旋蝸桿轉動。此時主軸可帶動鉆桿旋轉。當順時針調整手輪時，單頭左旋蝸桿通過左旋渦輪帶動中空花鍵軸上的主動鏈輪順時針轉動，從而使主動鏈輪在起重短環(huán)鏈上向前爬行，實現(xiàn)鉆機推進。當逆時針調整手輪時，雙頭右旋蝸桿通過右旋潤輪帶動花鍵軸上的主動鏈輪逆時針轉動，從而使主動鏈輪在起重短環(huán)鏈上向后爬行，實現(xiàn)鉆機以6.0-7.0米/分鐘速度快速退出。在上述工作中，離合器主要作用是實現(xiàn)主鏈輪的換向。該鉆機以壓風為動力，機械傳動實現(xiàn)旋轉，推進運動，免除了電器帶來的安全隱患。與傳統(tǒng)的氣動架柱式鉆機相比，該鉆機節(jié)省了一個推進馬達，節(jié)能效果顯著；該鉆機采用架柱式框架結構，結構緊湊，便于拆卸、運輸和安裝，重量僅有52Kg，2個工人就可搬運安裝和操作(以前4個)，減少人工，減輕工人的勞動強度，節(jié)省了搬運費用和時間，打完眼退鉆時速度快，節(jié)約時間；采用鏈輪鏈條推進不易磨損、在鏈條上推進基本無推力損失，不易發(fā)生憋機，鉆進深度可達100米以上，鉆進速度0.8米/分。因此，該鉆機是煤層探水孔、注水孔、滅火注漿孔的理想鉆機。


圖1是本發(fā)明實施例的整體示意圖；圖2是圖1的俯視圖:
圖3是鉆機主機的主視圖；圖4是圖3的A-A剖視圖；圖5是圖3的B-B剖視圖。圖例說明，1-齒輪箱，2-立柱，3-導軌，4-起重短環(huán)鏈，5-氣動控制閥，6-滑架，7-后支腿，8-氣動活塞馬達，9a-—級主動齒輪，9b-主軸，10-箱體，11-單頭左旋蝸桿，12-雙頭右旋蝸桿，13- 一級從動齒輪，14- 二級主動齒輪，15- 二級主動齒輪，16- 二級從動齒輪，17-三級從動齒輪，18-右離合器外殼，19-螺桿，20-手輪，21-摩擦盤，22-摩擦片，23-離合體，24-右旋蝸輪，25-主動鏈輪，26-左旋蝸輪，27-左離合器外殼，28-右壓緊鏈輪，29-左壓緊鏈輪，30-中空花鍵軸，31-推拉桿，32-花鍵聯(lián)軸器。
具體實施例方式如圖1、圖2所示，一種氣動架柱式鉆機，主要由鉆機主機、氣動控制閥5和架體組成，架體由立柱2、導軌3、起重短環(huán)鏈4和后支腿7組成；鉆機主機安裝在滑架6上，滑架6安裝在架體的導軌3上；如圖1、3、4、所示，所述的鉆機主機由一個氣動活塞馬達8和一個齒輪箱I組成；所述的齒輪箱I包括箱體10、一級主動齒輪9a、主軸％、單頭左旋蝸桿11、雙頭右旋蝸桿12、主動鏈輪25和推進傳動機構，主軸％、單頭左旋蝸桿11和雙頭右旋蝸桿12縱向平行安裝在箱體10內；雙頭右旋蝸桿12上設有一級從動齒輪13和二級主動齒輪14，主軸9b上設有二級從動齒輪16和三級主動齒輪15，單頭左旋蝸桿11上設有三級從動齒輪17 ；如圖5所示，上述的推進傳動機構是在箱體10下部安裝一根縱向的中空花鍵軸30，主動鏈輪25安裝在中空花鍵軸30的中間，中空花鍵軸30上還安裝有與單頭左旋蝸桿
11嚙合的左旋蝸輪26，以及與雙頭右旋蝸桿12嚙合的右旋蝸輪24，中空花鍵軸30的左右兩端還對稱安裝有片式摩擦離合器，中空花鍵軸30的空心中設有一根推拉桿31，推拉桿31左移動時，推拉桿31的右擋頭推動右離合器，松開左離合器，使主動鏈輪25順時針轉動，鉆機向前鉆進；推拉桿31右移動時，推拉桿31的左擋頭推動左離合器，松開右離合器，使主動鏈輪25逆時針轉動，鉆機向后退出；上述的離合器為片式摩擦離合器，右離合器由右離合器外殼18、摩擦盤21、摩擦片22、離合體23所組成，左離合器的構造包括左離合器外殼27，其余與右離合器相同，且與右離合器對稱安裝；如圖5實施例中還可以看出，在右離合器外殼18上設有螺紋軸孔，通過螺紋軸孔安裝有螺桿19，螺桿19的外出端連接有手輪20，螺桿20的另一端連接在推拉桿31上，轉動手輪20實現(xiàn)推拉桿31的左右移動；從圖4看出，鉆機主機的傳動關系是:一級主動齒輪9a首先通過花鍵聯(lián)軸器32與氣動活塞馬達8連接，一級主動齒輪9a與雙頭右旋蝸桿12的一級從動齒輪13減速嚙合，雙頭右旋蝸桿12的二級主動齒輪14與主軸9b上的二級從動動齒輪16減速嚙合，主軸9b上的三級主動齒輪15與單頭左旋蝸桿11上的三級從動齒輪17減速嚙合；從而實現(xiàn)主軸%、左旋蝸輪26和右旋蝸輪24同時轉動；如圖2、圖5所示，所述的架體的導軌3上設有一根起重短環(huán)鏈4，鉆機主機的主動鏈輪25扣合在起重短環(huán)鏈4上，主動鏈輪25跟隨起重短環(huán)鏈4爬行，使鉆機主機在架體上前進或后退；為了使起重短環(huán)鏈4緊緊扣在主動鏈輪25上，在主動鏈輪25左右兩側還分別設有左壓緊鏈輪29和右壓緊鏈輪28。在上述的傳動關系中,傳動比優(yōu)選為:一級主動齒輪9a與一級從動齒輪13的傳動比13:3，二級主動齒輪14與二級從動齒輪16的傳動比14:11，三級主動齒輪15與三級從動齒輪17的傳動比5:4，單頭左旋蝸桿與左旋蝸輪傳動比32:6，雙頭右旋蝸桿與右旋蝸輪傳動比23:12。為了減輕整體重量，鉆機齒輪箱體10采用優(yōu)質鋁合金，架體導軌3采用不銹鋼方管。實施例中的氣動活塞馬達8功能參數(shù)如下:額定壓力0.5MPa，額定轉速2000r/min,扭矩21N M，功率4KW，耗氣量5M3/min ;鉆機輸出轉速130r/min，扭矩180N M。實施例的鉆機適用于巖石堅固性系數(shù)f < 6的各種煤層、巖層,要求施工巷道高度大于2.5m,寬度大于1 .5m。要求供氣量大于5M3/min，供氣壓力0.4 0.63MPa。
權利要求
1.一種礦用氣動架柱式鉆機,主要由鉆機主機、氣動控制閥和架體組成,在架體的導軌上活動安裝有滑架，鉆機主機固定在滑架上；其特征在于: 所述的鉆機主機由一個氣動活塞馬達和一個齒輪箱組成；所述的齒輪箱是在箱體內安裝有一級主動齒輪、主軸、單頭左旋蝸桿、雙頭右旋蝸桿、主動鏈輪和推進傳動機構；主軸、單頭左旋蝸桿和雙頭右旋蝸桿縱向平行安裝在箱體內；雙頭右旋蝸桿上設有一級從動齒輪和二級主動齒輪，主軸上設有二級從動齒輪和三級主動齒輪，單頭左旋蝸桿上設有三級從動齒輪；上述的推進傳動機構是在箱體下部安裝一根縱向的中空花鍵軸，主動鏈輪安裝在中空花鍵軸上，中空花鍵軸上還安裝有與單頭左旋蝸桿嚙合的左旋蝸輪以及與雙頭右旋蝸桿嚙合的右旋蝸輪，中空花鍵軸的左右兩端還對稱安裝有片式摩擦離合器，中空花鍵軸的空心中設有一根兩端帶有擋頭的推拉桿，推拉桿左右移動時分別拉壓或推壓左、右離合器，使中空花鍵軸帶動主動鏈輪正反向轉動；在其中一個離合器殼體上設有螺紋軸孔，通過螺紋軸孔安裝有螺桿，螺桿的外出端連接有手輪，螺桿的另一端連接在推拉桿上，轉動手輪實現(xiàn)推拉桿的左右移動； 鉆機主機的傳動關系是:一級主動齒輪首先通過花鍵聯(lián)軸器與氣動活塞馬達連接，一級主動齒輪與雙頭右旋蝸桿的一級從動齒輪減速嚙合，雙頭右旋蝸桿的二級主動齒輪與主軸上的二級從動齒輪減速嚙合，主軸上的三級主動齒輪與單頭左旋蝸桿上的三級從動齒輪減速嚙合；從而實現(xiàn)主軸、單頭左旋蝸輪和雙頭右旋蝸輪同時轉動； 所述的架體的導軌上設有一根起重短環(huán)鏈，鉆機主機的主動鏈輪扣合在起重短環(huán)鏈上，使主動鏈輪跟隨起重短環(huán)鏈爬行，從而使鉆機主機在架體上前進或后退；在主動鏈輪兩側還分別設有壓緊鏈輪。
2.如權利要求1所述的礦用氣動架柱式鉆機，其特征在于，一級主動齒輪與一級從動齒輪的傳動比為13:3，二級主動齒輪與二從動齒輪的傳動比為14:11，三級主動齒輪與三級從動齒輪的傳動比為5:4，單頭左旋蝸桿與左旋蝸輪傳動比為32:6，雙頭右旋蝸桿與右旋蝸輪傳動比為23:12。
3.—種如權利要求1或2所述的礦用氣動架柱式鉆機的工作方法,其特征在于,工作時，打開氣動控制閥，氣動活塞馬達工作，通過一級主動齒輪與一級從動齒輪減速帶動雙頭右旋蝸桿轉動，同時雙頭右旋蝸桿通過二級主動齒輪與二從動齒輪減速帶動主軸轉動，主軸通過三級主動齒輪與三級從動齒輪減速帶動單頭左旋蝸桿轉動；此時主軸帶動鉆桿旋轉；當順時針調整手輪時，單頭左旋蝸桿通過左旋渦輪帶動中空花鍵軸上的主動鏈輪順時針轉動，從而使主動鏈輪在起重短環(huán)鏈上向前爬行，實現(xiàn)鉆機推進；當逆時針調整手輪時，雙頭右旋蝸桿通過右旋渦輪帶動花鍵軸上的主動鏈輪逆時針轉動，從而使主動鏈輪在起重短環(huán)鏈上向后爬行，實現(xiàn)鉆機以6.0-7.0米/分鐘速度快速退出。
4.如權利要求1或2所述的礦用氣動架柱式鉆機在巖石堅固性系數(shù)f< 6的各種煤層和巖層中鉆孔時的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦用氣動架柱式鉆機及其工作方法和用途，主要由鉆機主機、氣動控制閥和架體組成，在架體的導軌上活動安裝有滑架，鉆機主機固定在滑架上；鉆機主機由一個氣動活塞馬達和一個齒輪箱組成，它是以壓風為動力，機械傳動實現(xiàn)旋轉，推進運動。與傳統(tǒng)的氣動架柱式鉆機相比，本發(fā)明節(jié)省了一個推進馬達，節(jié)能效果顯著，且結構緊湊，便于拆卸、運輸和安裝。本發(fā)明鉆機是煤層探水孔、注水孔、滅火注漿孔的理想鉆機。
文檔編號E21B3/02GK103195358SQ20131011157
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權日2013年4月1日
發(fā)明者鮑偉, 趙錦橋, 宋立新, 劉元同, 修湖 申請人:山東科技大學