CN110241881B - 一种利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于疏浚工程绞吸船挖掘施工技术领域，公开了一种利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀及其使用方法，包括大圈、轮毂和一对刀具；所述轮毂与大圈相对设置，所述刀具连接在轮毂和大圈之间；还包括圆柱形的空压冲击装置；所述空压冲击装置镶嵌于所述轮毂内；还包括设在挖岩绞刀轴心处的绞刀传动轴；所述绞刀传动轴的一端与绞刀原动机连接；另一端穿过所述大圈与所述空压冲击装置螺纹连接。该挖岩绞刀在常规的利用传动轴带动轮毂旋转、沿施工横移面挖掘的同时，利用空压带动活塞运动产生轴向冲击力，对下一施工横移面上的岩石施加冲击功，促进岩石内部裂纹、裂隙的演化，降低岩石强度。

Description

一种利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀及其使用方法

技术领域

本发明属于疏浚工程绞吸船挖掘施工技术领域，尤其涉及一种利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀及其使用方法。

背景技术

在大型疏浚工程领域，对于淤泥和沙质底床的疏浚，目前已经有比较成熟的工艺，但对于岩石类底床，疏浚工艺尚不完善，通常情况下，采用绞吸挖泥船对岩石类底床进行疏浚施工。然而，当作为疏浚对象的岩石强度较高时（大于30Mpa），随着岩石强度的提高，绞吸挖泥船施工过程中将产生绞刀刀齿磨损加剧、寿命降低等技术问题，进而影响绞刀挖掘效率；

岩石是一种含有裂纹、裂隙等多种细观缺陷的混合物质，其破坏过程包括弹性阶段和塑性阶段。在外力作用下，岩石会产生变形，根据能量守恒原理，外力所做的功将转换为一种能量，储存在岩石内部，这种能量称为应变能，而单位体积内的应变能则称为应变能密度。根据第四强度理论，当岩石内应变能密度大于临界值时，其内部裂纹、裂隙将产生不可逆的演化，使岩石强度降低。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种可以降低绞刀刀齿磨损量、延长刀齿使用寿命、提高绞刀挖掘效率的空压冲击辅助挖岩绞刀及其使用方法。该挖岩绞刀在常规的利用传动轴带动轮毂旋转、沿施工横移面挖掘的同时，利用空压带动活塞运动产生轴向冲击力，对下一施工横移面上的岩石施加冲击功，促进岩石内部裂纹、裂隙的演化，降低岩石强度。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀，包括大圈、轮毂和一对刀具；所述轮毂与大圈相对设置，所述刀具连接在轮毂和大圈之间；还包括圆柱形的空压冲击装置；所述空压冲击装置镶嵌于所述轮毂内；

还包括设在挖岩绞刀轴心处的绞刀传动轴；所述绞刀传动轴的一端与绞刀原动机连接；另一端穿过所述大圈与所述空压冲击装置螺纹连接。

进一步，所述空压冲击装置包括上接头、逆止阀、配气座、活塞、活塞缸及冲击锤；

所述上接头为T型结构，上接头的大径端设有连接绞刀传动轴用的螺纹孔；小径端设有与螺纹孔连通的逆止阀容置腔；

所述上接头下方设有与所述逆止阀配合的逆止阀座；所述逆止阀座和所述配气座也均为T型结构，逆止阀座的大端与逆止阀配合，逆止阀座的小端与配气座的大端连接；配气座轴心处带有配气杆；所述配气座的小端下方设有所述活塞；活塞外侧滑动连接有活塞缸；所述活塞缸的内侧与配气座的小端配合固定；所述配气座通过配气杆自带的进气通道为活塞缸的气室提供气源；

所述活塞下方一定距离处设有定位冲击锤的定位块；所述定位块的内部与冲击锤紧密结合为一体；所述冲击锤的冲击部在定位块端部对岩石进行冲击；所述定位块外侧设有导向套；导向套的下端连接有与所述轮毂配合的阶梯块。

进一步，上接头的小径端外侧至导向套外侧设有与轮毂配合的圆柱形外壳体；外壳体与上接头、外壳体与导向套、导向套与阶梯块之间通过螺纹连接或其他方式一体连接。

进一步，所述外壳体的内壁对所述活塞缸座、导向套均径向和轴向定位。

进一步，所述定位块的上端外侧与外壳体内壁接触，在该接触处设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有向冲击锤传递推进力的卡钎套。

进一步，在所述定位块顶端设有与活塞尺寸匹配的圆柱形凸起；该凸起与冲击锤及活塞均同轴设置。

更进一步，还公开了一种利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀的使用方法，包括如下步骤：

S1、将挖岩绞刀移动至施工横移面Ι区的一端，利用铰吸船中的绞刀原动机驱动绞刀传动轴旋转；

S2、绞刀传动轴通过空压冲击装置的上接头带动轮毂旋转；轮毂驱使刀臂以及其上的刀齿旋转并与当前施工横移面上岩石接触，进行挖掘；

S3、空气通过配气座不断进入活塞缸内推动活塞运动，进而活塞与冲击锤接触并推动冲击锤不断冲击施工横移面Ⅱ区上的岩石；

S4、保持步骤S2、S3，绞刀传动轴控制绞刀由施工横移面Ι区的一端向另一端横移；

S5、当绞刀到达施工横移面Ι区的另一端时，调整绞刀位置至施工横移面Ⅱ区的一端并开始旋转，重复步骤S2、S3，此时冲击锤不断冲击施工横移面Ⅲ区的岩石；

S6、保持步骤S2、S3，绞刀传动轴控制绞刀由施工横移面Ⅱ区的一端向另一端横移,当绞刀横移至施工横移面Ⅱ区的另一端时，调整绞刀位置至施工横移面Ⅲ区直至挖掘结束。

本发明的优点及积极效果为：

本发明的挖岩绞刀及使用方法可在不影响绞刀沿施工横移面挖掘的条件下，对下一施工横移面进行预破碎，从而降低岩石强度；同时由于岩石强度降低，刀齿磨损现象可缓解，提高了刀齿使用寿命及施工效率。

具体的，通过在轮毂内设置空压冲击装置，使配气座、配气杆、活塞缸和活塞共同构成联合配气机构，使活塞推动冲击锤进行岩石敲击；同时绞刀传动轴与空压冲击装置螺纹连接，绞刀传动轴在绞刀原动机的驱动下可带动轮毂旋转，从而使刀具开始挖岩操作；整个挖岩绞刀结构紧凑、一体联动，能够保证挖岩和冲击同时进行，较使用专门的冲击装置进行岩石冲击，效率更高。

附图说明

图1为本发明优选实施例中挖岩绞刀的主视图；

图2为图1的仰视图；

图3为本发明优选实施例中空压冲击装置的正视剖视图；

图4为本发明优选实施例中挖岩绞刀的工作状态图。

图中：1、大圈；2、刀具；21、刀臂；22、刀齿；3、轮毂；4、空压冲击装置；40、上接头；40a、螺纹孔；41、外壳体；42、逆止阀；43、逆止阀座；44、钢垫圈；45、减震弹簧；46、配气座；47、配气杆；48、活塞；49、活塞缸；410、活塞缸座；411、定位块；411a、凸起；412、弹簧涨圈；413、卡钎套；414、导向套； 415、阶梯块；416、冲击锤；5、铰吸船；6、绞刀；7、绞刀传动轴。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

请参阅图1至图4，本发明公开了一种利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀，包括大圈1、轮毂3、一对刀具2和圆柱形的空压冲击装置4；所述轮毂3与大圈1相对设置，所述刀具2连接在轮毂3和大圈1之间；优选的，所述大圈1是用于支撑整个挖岩绞刀的圆形环体；所述刀具2均匀固定在大圈1下端；刀具2包括刀臂21和设在刀臂21外侧面的刀齿22；所述刀臂21上焊接有齿座；所述刀齿22卡接在齿座上；所述刀臂21一端与大圈1焊接固定，另一端与轮毂3外侧焊接为一个整体；所述空压冲击装置4镶嵌于所述轮毂3内；

所述挖岩绞刀6的轴心处设有绞刀传动轴7；所述绞刀传动轴7的一端与绞刀6原动机连接；另一端穿过所述大圈1与所述空压冲击装置4螺纹连接；

如图3所示，优选的，所述空压冲击装置4包括上接头40、逆止阀42、配气座46、活塞48、活塞缸49及冲击锤416；

所述上接头40为T型结构，上接头40的大径端内部设有连接绞刀传动轴7用的螺纹孔40a；上接头40的小径端外侧至冲击锤416处设有与轮毂3配合的圆柱形外壳体41；外壳体41内壁与上接头40的小径端外侧接触；外壳体41的顶部与上接头40大径端的底部接触；

所述上接头40的小径端内设有与螺纹孔40a连通的逆止阀42容置腔；逆止阀42容置腔内设有密封空压冲击装置4内部气体的逆止阀42；

所述上接头40下方设有与所述逆止阀42配合的逆止阀座43；所述逆止阀42底端与逆止阀座43接触的轴心处设有减震弹簧45，从而避免空压冲击装置4工作时对逆止阀42与逆止阀座43造成损伤。具体的，逆止阀座43和所述配气座46也均为T型结构，逆止阀座43的外侧通过外壳体41内壁进行轴向接触定位；逆止阀座43的大端与逆止阀42配合，逆止阀座43的小端与配气座46的大端连接；优选的，所述配气座46与逆止阀座43外侧套设有钢垫圈44；所述钢垫圈44与逆止阀座43的大端之间存在一定距离的振动间隙；

配气座46轴心处带有一体连接的配气杆47；所述配气座46的小端下方设有所述活塞48；活塞48外侧滑动连接有活塞缸49；所述配气座46、配气杆47、活塞缸49和活塞48共同构成联合配气机构，以便使活塞48推动冲击锤416进行岩石敲击；具体的，外界空气由配气杆47进入配气座46内以后，所述配气座46通过配气杆47自带的进气通道为活塞缸49的气室提供气源；进而空气推动活塞48沿活塞缸49滑动并推动冲击锤416敲击岩石；

优选的，配气座46的小端外侧与所述活塞缸49的内侧配合；活塞缸49外侧设有活塞缸座410；优选的，所述外壳体41的内壁设有与所述活塞缸座410配合定位的阶梯凹槽，从而防止活塞缸座410在轴向和径向移位；

所述活塞48下方一定距离处设有定位冲击锤416的定位块411；所述定位块411的内部与冲击锤416紧密结合为一体；所述冲击锤416的冲击部在定位块411端部对岩石进行冲击；优选的，所述定位块411的外侧为阶梯状；所述定位块411与外壳体41之间设有导向套414，以便保证冲击锤416始终位于整个空压冲击装置4的轴心处；

具体的，所述外壳体41的下端设有与导向套414的外侧配合的台阶状卡合部；导向套414的内侧与定位块411也通过互相匹配的台阶卡合；

导向套414的下端设有与所述轮毂3卡接的阶梯块415；所述阶梯块415中心设有与定位块411端部配合的阶梯孔；

优选的，所述定位块411的上端外侧与外壳体41内壁接触，在该接触处设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有减震用的弹簧涨圈412及向冲击锤416传递推进力的卡钎套413；所述弹簧涨圈412的直径大于所在处定位块411的直径，从而外壳和定位块411都能得到减震保护；所述卡钎套413的直径略小于或等于该处外壳体41的直径，从而避免将活塞48的推进力传递给外壳体41；

在所述定位块411顶端设有与活塞48尺寸匹配的圆柱形凸起411a；该凸起411a与冲击锤416及活塞48均同轴设置；凸起411a与活塞48之间存在一定距离的间隙；从而活塞48工作时首先冲击该凸起411a，该凸起411a通过卡钎套413向整个定位块411传递轴向推进力，从而带动所述冲击锤416的冲击部通过定位块411端部对岩石进行冲击；

本实施例中，外壳体41与上接头40、外壳体41与导向套414、导向套414与阶梯块415之间通过螺纹连接或其他方式一体连接，从而上接头40旋转时带动阶梯块415旋转，进而带动轮毂3旋转；轮毂3驱使刀臂21以及其上的刀齿22旋转并与当前施工横移面上岩石接触，进行挖掘；

如图4所示，本发明还公开了上述挖岩绞刀的使用方法，具体包括如下步骤：

S1、将挖岩绞刀6移动至施工横移面Ι区的一端，利用铰吸船5中的绞刀6原动机驱动绞刀传动轴7旋转；

S2、绞刀传动轴7通过空压冲击装置4的上接头40带动轮毂3旋转；轮毂3驱使刀臂21以及其上的刀齿22旋转并与当前施工横移面上岩石接触，进行挖掘；

S3、与此同时，空气通过配气座46不断进入活塞缸49内推动活塞48运动，进而活塞48与冲击锤416接触并推动冲击锤416不断冲击施工横移面Ⅱ区上的岩石；

S4、保持步骤S2、S3，绞刀传动轴7控制绞刀6由施工横移面Ι区的一端向另一端横移；

S5、当绞刀6到达施工横移面Ι区的另一端时，调整绞刀6位置至施工横移面Ⅱ区的一端并开始旋转，重复步骤S2、S3，此时冲击锤416不断冲击施工横移面Ⅲ区的岩石；

S6、保持步骤S2、S3，绞刀传动轴7控制绞刀6由施工横移面Ⅱ区的一端向另一端横移,当绞刀6横移至施工横移面Ⅱ区的另一端时，调整绞刀6位置至施工横移面Ⅲ区直至挖掘结束。

本实施例在不影响绞刀6沿施工横移面挖掘的条件下，对下一施工横移面进行有效进行预破碎，可缓解刀齿22磨损，提高刀齿22的使用寿命。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀的使用方法，所述挖岩绞刀包括大圈、轮毂和一对刀具；所述轮毂与大圈相对设置，所述刀具连接在轮毂和大圈之间；其特征在于：还包括圆柱形的空压冲击装置；所述空压冲击装置镶嵌于所述轮毂内；

还包括设在挖岩绞刀轴心处的绞刀传动轴；所述绞刀传动轴的一端与绞刀原动机连接；另一端穿过所述大圈与所述空压冲击装置螺纹连接；

所述空压冲击装置包括上接头、逆止阀、配气座、活塞、活塞缸及冲击锤；

所述上接头为T型结构，上接头的大径端设有连接绞刀传动轴用的螺纹孔；小径端设有与螺纹孔连通的逆止阀容置腔；

所述上接头下方设有与所述逆止阀配合的逆止阀座；所述逆止阀座和所述配气座也均为T型结构，逆止阀座的大端与逆止阀配合，逆止阀座的小端与配气座的大端连接；配气座轴心处带有配气杆；所述配气座的小端下方设有所述活塞；活塞外侧滑动连接有活塞缸，活塞缸外侧设有活塞缸座；所述活塞缸的内侧与配气座的小端配合固定；所述配气座通过配气杆自带的进气通道为活塞缸的气室提供气源；

所述活塞下方一定距离处设有定位冲击锤的定位块；所述定位块的内部与冲击锤紧密结合为一体；所述冲击锤的冲击部在定位块端部对岩石进行冲击；所述定位块外侧设有导向套；导向套的下端连接有与所述轮毂配合的阶梯块；

所述使用方法，包括如下步骤：

S1、将挖岩绞刀移动至施工横移面Ι区的一端，利用铰吸船中的绞刀原动机驱动绞刀传动轴旋转；

S2、绞刀传动轴通过空压冲击装置的上接头带动轮毂旋转；轮毂驱使刀臂以及其上的刀齿旋转并与当前施工横移面上岩石接触，进行挖掘；

S3、空气通过配气座不断进入活塞缸内推动活塞运动，进而活塞与冲击锤接触并推动冲击锤不断冲击施工横移面Ⅱ区上的岩石；

S4、保持步骤S2、S3，绞刀传动轴控制绞刀由施工横移面Ι区的一端向另一端横移；

S5、当绞刀到达施工横移面Ι区的另一端时，调整绞刀位置至施工横移面Ⅱ区的一端并开始旋转，重复步骤S2、S3，此时冲击锤不断冲击施工横移面Ⅲ区的岩石；

S6、保持步骤S2、S3，绞刀传动轴控制绞刀由施工横移面Ⅱ区的一端向另一端横移,当绞刀横移至施工横移面Ⅱ区的另一端时，调整绞刀位置至施工横移面Ⅲ区直至挖掘结束。

2.如权利要求1所述的利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀的使用方法，其特征在于：上接头的小径端外侧至导向套外侧设有与轮毂配合的圆柱形外壳体；外壳体与上接头、外壳体与导向套、导向套与阶梯块之间通过螺纹连接或其他方式一体连接。

3.如权利要求2所述的利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀的使用方法，其特征在于：所述外壳体的内壁对所述活塞缸座、导向套均径向和轴向定位。

4.如权利要求2所述的利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀的使用方法，其特征在于：所述定位块的上端外侧与外壳体内壁接触，在该接触处设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有向冲击锤传递推进力的卡钎套。

5.如权利要求4所述的利用空压冲击辅助破碎的挖岩绞刀的使用方法，其特征在于：在所述定位块顶端设有与活塞尺寸匹配的圆柱形凸起；该凸起与冲击锤及活塞均同轴设置。