CN113565502B - 一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于横轴式掘进机截割机构技术领域，具体涉及一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头；截割头用于安装在横轴式截割减速器上，并与横轴式截割减速器的内置水路连通，截割头包括截割套筒和截割齿，截割套筒的外周壁上设置有喷嘴，截割套筒的外周壁上开有内置水槽，内置水槽内固定有配水管路，配水管路上的出水口连接喷嘴；截割套筒的内周壁上开有环向的两道沟槽，两道沟槽分别位于排水孔前后，沟槽内嵌有格莱圈，两个格莱圈密封排水孔前后的环空间隙；配水管路上的进水口穿过截割套筒的壁厚、从两个格莱圈之间穿出。本发明丰富了内喷雾式横轴式截割头的种类和形式，优化了其内喷雾路径和效果，提高了截割作业的高效性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于横轴式掘进机截割机构技术领域，具体涉及一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头。
背景技术
悬臂式掘进机按截割头工作形式可分为纵轴式截割头和横轴式截割头，纵轴式截割头作为传统悬臂式掘进机使用部件已经较为成熟，但横轴式截割头比纵轴截割头具有更高的截割效率，主要区别和难点包含以下内容：1.内喷雾为降低截齿截割作业时产生的高温、粉尘发挥关键作用，纵轴式截割头内喷雾水道通常是由减速器壳体外部进入，经截割主轴内腔到达截割头水腔内，再经过截割头线性喷嘴喷出。而横轴式截割头不再和截割主轴连接而是直接与横轴式减速器联接，再结合横轴式截割头外形的不同导致没有纵轴式截割头那么大的密闭水腔，因此，横轴式截割头内喷雾方式也随之变化。2.为了实现更佳的截割效率和巷道支护条件，横轴式截割头外形比纵轴式截割头大，受到的截割扭矩更大，相应的截割头体和截齿齿座也应有所不同。因此，有必要提供高效的内喷雾式横轴式掘进机截割头来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，能有效提高截割效率和使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头；所述截割头用于安装在横轴式截割减速器上，并与横轴式截割减速器的内置水路连通，截割头包括截割套筒和截割齿，多个截割齿以螺旋线的形状绕截割套筒的外周壁排列设置；所述截割套筒的外周壁上在截割齿之间穿插有喷嘴，喷嘴划分为数组，截割套筒的外周壁上开有数条内置水槽，每条内置水槽线性连接单组中的数个喷嘴，内置水槽内固定有配水管路，配水管路上的出水口一一对应连接喷嘴；截割套筒的内周壁上开有环向的两道沟槽，两道沟槽分别位于横轴式截割减速器的排水孔前后，沟槽内嵌有格莱圈，格莱圈的内圈与横轴式截割减速器的壳体密封相接，两个格莱圈密封排水孔前后的环空间隙；配水管路上的进水口穿过截割套筒的壁厚、从两个格莱圈之间穿出。
进一步地，所述的截割齿按4条螺旋线及一线一齿的排布方式固定在截割套筒表面，单组的喷嘴沿截割套筒长向排成一列，且喷嘴列随截割齿的旋向倾斜，喷嘴列环绕截割套筒布置。
进一步地，所述截割套筒包括由沿轴向依次连接的前截割套筒和后截割套筒，后截割套筒包括两个大端相接的锥筒；前截割套筒为圆弧形，与后截割套筒的头部小端平滑相接；截割套筒为平头。
进一步地，所述前截割套筒和后截割套筒焊接连接，焊缝处径向插有防剪切销。
进一步地，所述截割齿包括齿座、挡圈、镐型截齿，齿座底部采用“J型”坡口焊焊接在截割套筒表面，镐型截齿通过挡圈安装在齿座上；齿座采用21CrNiMo6材料锻造件。
进一步地，所述喷嘴包括喷嘴座、线性喷嘴，喷嘴座焊接在截割套筒表面，线性喷嘴安装在喷嘴座内并和配水管路的出水口连接。
进一步地，还包括加固筋，加固筋沿截割头旋转方向焊接在喷嘴座前侧。
进一步地，所述后截割套筒的根部小端处均匀焊接有一圈耐磨板。
进一步地，所述截割套筒通过八方结构、加以端盖并使用螺钉紧固在横轴式减速器的输出轴上。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、专利号为CN202010639008.8的发明专利公开的一种内喷雾式横轴式掘进机截割机构作为本发明的最接近的现有技术，也是现有的内喷雾式横轴式掘进机截割机构的代表性结构。与CN202010639008.8所述的横轴截割头相比，本发明具有以下进步：
第一，本发明取消横轴式截割头最外侧的配水盘，内喷雾水道直接从横轴式截割减速器壳体的出水口进入截割套筒内侧由两个格莱圈形成的密封空间内，并通过截割套筒上的内置水槽内的配水管路流至喷嘴座内的线性喷嘴雾状喷出，截割套筒的内置水槽途径减少并且可以覆盖更多的截割齿，特别是喷嘴座旁边还焊接了加固筋从而提高喷嘴座的稳定性。第二，截割头和横轴式截割减速器通过八方结构联接，并通过端盖用螺钉和横轴式截割减速器紧固，大大提高了截割头拆卸的便捷性。第三，截割套筒外形轮廓也有所变化，前者由倒锥形和大半径弧形组成，本发明由小角度倒锥形、小角度正锥形和小半径弧形组成，不仅可以增加截割扭矩，也可在保证截割底板平整的前提下最大化的减少巷道两帮底部的边角煤岩，从而为支护工艺提供良好的施工条件（有效增大煤机装备在底板处的支护范围）。
2. 截割套筒表面齿座的排布按照一定约束条件采用4条螺旋线设计，优化了截割效率同时提高了煤岩碎屑及时排出的流畅度，因此取消了纵轴截割头所需的导流板。同时齿座将常用的42CrMo材料更换为21CrNiMo6材料锻造而成，具备较好的抗冲击性和耐磨性，齿座底部均开“J型”坡口，增加焊接强度，降低截割过程中齿座后端的开焊率，提高齿座的有效寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大示意图。
图3为截割头的结构示意图。
图4为图3中A-A处的剖视图。
图5为图4中B处的局部放大示意图。
图6为截割套筒上的喷嘴的位置示意图。
图7为图6中K-K处的剖视图。
图8为配水管路的结构示意图。
图9为截割套筒的半剖视图。
图10为图9中P-P处的剖视图。
图11为齿座的结构示意图。
图12为图11中A-A处的剖视图。
图中：1-截割头；2-横轴式截割减速器；3-镐型截齿；4-挡圈；5-格莱圈；5.1-沟槽；6-端盖；7-减速器壳体；8-螺钉；9-截割套筒；10-齿座；11-耐磨板；12-喷嘴座；13-加固筋；14-配水管路；15-线性喷嘴；16-前截割套筒；17-后截割套筒；18-防剪切销；19-内置水槽；20-排水孔。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1所示；一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，截割头1用于安装在横轴式截割减速器2上，并与横轴式截割减速器2的内置水路连通。横轴式截割减速器2安装在减速器壳体7内，截割头1对称设置在横轴式截割减速器2两侧。截割头1包括截割套筒9和截割齿，多个截割齿以螺旋线的形状绕截割套筒9的外周壁排列设置。截割套筒9的外周壁上在截割齿之间穿插有喷嘴，喷嘴划分为数组，截割套筒的外周壁上开有数条内置水槽19，每条内置水槽19线性连接单组中的数个喷嘴，内置水槽19内固定有配水管路14，配水管路14上的出水口一一对应连接喷嘴。
如图2、图4所示；截割套筒9的内周壁上开有环向的两道沟槽5.1，两道沟槽5.1分别位于横轴式截割减速器的排水孔前后，沟槽5.1内嵌有格莱圈5，格莱圈5的内圈与横轴式截割减速器2的壳体密封相接，两个格莱圈5密封排水孔前后的环空间隙；配水管路14上的进水口（如图8所示的D口）穿过截割套筒9的壁厚、从两个格莱圈5之间穿出。
如图1、图3所示；截割齿按4条螺旋线及一线一齿的排布方式固定在截割套筒9表面（一线几齿表示每一层所排列的截齿数量，一般一线几齿的齿数是螺旋线数量的约数，比如3条螺旋线，则有一线1齿或3齿；4条螺旋线，则有一线1齿或2齿或4齿），每个截割头含有52个截割齿，优化截割效率。
如图6、图7所示；单组的喷嘴沿截割套筒9长向排成一列，且喷嘴列随截割齿的旋向倾斜，喷嘴列环绕截割套筒9均匀布置。喷嘴共10列，每列含3个喷嘴，内置水槽19的数量为10条，每条内置水槽19线性连接截割套筒9中部区域的3个喷嘴，如图8所示；配水管路14上的出水口A、B、C一一对应连接喷嘴。
如图9、图10所示；截割套筒9包括由沿轴向依次连接的前截割套筒16和后截割套筒17，后截割套筒17包括两个大端相接的锥筒；前截割套筒16为圆弧形，与后截割套筒17的头部小端平滑相接；截割套筒9为平头。截割套筒9外形轮廓由小角度倒锥形、小角度正锥形、小半径弧形组成，不仅可以增加截割扭矩，同时在保证截割底板平整的前提下最大化的减少巷道两帮底部的边角煤岩，从而为支护工艺提供良好的施工条件（有效增大煤机装备在底板处的支护范围）。另外，前截割套筒16和后截割套筒17焊接连接，焊缝处径向插有防剪切销18，提高截割套筒旋转截割时的抗剪性能。
如图11、图12所示；截割齿包括齿座10、挡圈4、镐型截齿3，齿座10通过多层多道焊方式与截割套筒9焊接连接，齿座10底部采用“J型”坡口焊焊接在截割套筒9表面，镐型截齿3通过挡圈4安装在齿座10上；齿座10采用21CrNiMo6材料锻造件，具备较好的抗冲击性和耐磨性。齿座底部均开J型坡口，增加焊接强度，降低截割过程中齿座后端的开焊率，提高齿座的有效寿命。
如图5所示；喷嘴包括喷嘴座12、线性喷嘴15，喷嘴座12焊接在截割套筒9表面，线性喷嘴15安装在喷嘴座12内并和配水管路14的出水口连接。
如图6所示；还包括加固筋13，加固筋13沿截割头1旋转方向焊接在喷嘴座12前侧。喷嘴座12受力处焊接加固筋13以提高稳固性。相比于嵌入式线性喷嘴，喷水座12可以有更多的范围来调节.
如图1、图4所示；后截割套筒17的根部小端处均匀焊接有一圈耐磨板11。提高截割套筒9根部小端处的耐磨性进而降低煤岩碎屑进入横轴式截割减速器2内的概率。
截割套筒9通过八方结构（正八边形孔与正八边形轴配合结构，类似还有六方连接）、加以端盖6并使用螺钉8紧固在横轴式减速器7的输出轴上。便于拆装，相比于纵轴截割头和截割主轴的联接方式（常见有花键联接、法兰联接等），提高了井下安装的便捷性。
上述的内喷雾式横轴式掘进机截割头的内喷雾工作原理如下：外来流体由横轴式截割减速器壳体中固有的流体通道流入至两个格莱圈5形成的密封空间内，再通过截割套筒9上的内置水槽19里的配水管路14流至截割套筒9表面的喷水12，通过喷水座12内部的线性喷嘴15以雾状喷出至相应镐型截齿3齿尖周围，从而降低截割头在截割作业时镐型截齿3产生的高温和粉尘，有助于提高截割效率和镐型截齿使用寿命。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，所述截割头(1)用于安装在横轴式截割减速器(2)上，并与横轴式截割减速器(2)的内置水路连通，截割头(1)包括截割套筒(9)和截割齿，多个截割齿以螺旋线的形状绕截割套筒(9)的外周壁排列设置；
其特征在于：所述截割套筒(9)的外周壁上在截割齿之间穿插有喷嘴，喷嘴划分为数组，截割套筒的外周壁上开有数条内置水槽(19)，每条内置水槽(19)线性连接单组中的数个喷嘴，内置水槽(19)内固定有配水管路(14)，配水管路(14)上的出水口一一对应连接喷嘴；截割套筒(9)的内周壁上开有环向的两道沟槽(5.1)，两道沟槽(5.1)分别位于横轴式截割减速器的排水孔前后，沟槽(5.1)内嵌有格莱圈(5)，格莱圈(5)的内圈与横轴式截割减速器(2)的壳体密封相接，两个格莱圈(5)密封排水孔前后的环空间隙；配水管路(14)上的进水口穿过截割套筒(9)的壁厚、从两个格莱圈(5)之间穿出；
所述截割套筒(9)包括由沿轴向依次连接的前截割套筒(16)和后截割套筒(17)，后截割套筒(17)包括两个大端相接的锥筒；前截割套筒(16)为圆弧形，与后截割套筒(17)的头部小端平滑相接；截割套筒(9)为平头。
2.根据权利要求1所述的一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，其特征在于：所述的截割齿按4条螺旋线及一线一齿的排布方式固定在截割套筒(9)表面，单组的喷嘴沿截割套筒(9)长向排成一列，且喷嘴列随截割齿的旋向倾斜，喷嘴列环绕截割套筒(9)布置。
3.根据权利要求1所述的一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，其特征在于：所述前截割套筒(16)和后截割套筒(17)焊接连接，焊缝处径向插有防剪切销(18)。
4.根据权利要求2所述的一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，其特征在于：所述截割齿包括齿座(10)、挡圈(4)、镐型截齿(3)，齿座(10)底部采用“J型”坡口焊焊接在截割套筒(9)表面，镐型截齿(3)通过挡圈(4)安装在齿座(10)上；齿座(10)采用21CrNiMo6材料锻造件。
5.根据权利要求4所述的一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，其特征在于：所述喷嘴包括喷嘴座(12)、线性喷嘴(15)，喷嘴座(12)焊接在截割套筒(9)表面，线性喷嘴(15)安装在喷嘴座(12)内并和配水管路(14)的出水口连接。
6.根据权利要求5所述的一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，其特征在于：还包括加固筋(13)，加固筋(13)沿截割头(1)旋转方向焊接在喷嘴座(12)前侧。
7.根据权利要求1所述的一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，其特征在于：所述后截割套筒(17)的根部小端处均匀焊接有一圈耐磨板(11)。
8.根据权利要求1所述的一种高效的内喷雾式横轴式悬臂式掘进机截割头，其特征在于：所述截割套筒(9)通过八方结构、加以端盖(6)并使用螺钉(8)紧固在横轴式减速器(7)的输出轴上。
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