CN108625770B - 一种可旋转冲击的破碎动力头及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可旋转冲击的破碎动力头及其使用方法，所述可旋转冲击的破碎动力头，包括旋转破碎部、驱动部和破碎锤部；旋转破碎部包括壳体、套设于壳体内且前端穿出壳体的钎杆以及通过内花键套设于钎杆上的导向套；导向套通过套设于其上的支撑轴承转动连接于壳体内；驱动部通过驱动导向套转动来驱使钎杆绕其自身的圆周方向转动；破碎锤部驱使钎杆向前推出冲击坚硬障碍物。该破碎动力头具有边旋转边冲击的功能，能够平稳破碎坚硬障碍物，工作效率高，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种可旋转冲击的破碎动力头及其使用方法，属于工程机械领域。
背景技术
工程钻机动力头作为钻机的核心部件，主要功能是将回转所需的转矩和转速传递给钻头，实现钻头连续破碎岩石和延伸钻孔深度。近来随着国内铁路、公路桥梁、高层建筑等建设工程的大力发展，工程钻机的使用变得更加频繁，对钻机运行的稳定性和工作质量也有了更高的要求。而作为钻机核心部件动力头的改进创新，可以很好的提高钻机的工作性能，相对于传统的靠电机驱动的机械式动力头，液压式动力头有更多的优点。
授权公告号为CN201288500Y的中国专利公开了一种带震动器的旋挖钻孔液压动力头，由液压马达、减速器和转动轴构成的液压动力头其上部设置液压震动器，液压动力头的液压马达其进油管、回油管和泄油回收管与主机体上的油箱连通，液压震动器的进油管通过控制阀与液压马达进油管连通，其回油管通过单向阀与液压马达回油管连通。其存在的问题在于：当动力头遇到坚硬的障碍物时，液压马达需要克服的阻力很大，降低工作效率，且长此以往会降低液压马达和该液压动力头的使用寿命。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可旋转冲击的破碎动力头及其使用方法，该破碎动力头具有边旋转边冲击的功能，能够平稳破碎坚硬障碍物，工作效率高，使用寿命长。
本发明的技术方案如下：
一种可旋转冲击的破碎动力头，包括旋转破碎部、驱动部和破碎锤部；旋转破碎部包括壳体、套设于壳体内且前端穿出壳体的钎杆以及通过内花键套设于钎杆上的导向套；导向套通过套设于其上的支撑轴承转动连接于壳体内；驱动部通过驱动导向套转动来驱使钎杆绕其自身的圆周方向转动；破碎锤部驱使钎杆向前推出冲击坚硬障碍物。
其中，所述驱动部包括通过内花键套设于导向套上的大齿轮、分别设于大齿轮两侧与所述大齿轮啮合的小齿轮以及两分别水平固定于壳体两侧的液压马达；两液压马达的转轴分别与两小齿轮中部固定连接。
其中，所述破碎锤部包括液压缸、氮气室及缓冲液压回路中的压力和震动的储能器，钎杆后端与液压缸内的活塞杆前端抵靠，活塞杆上的活塞将液压缸内分隔为前腔和后腔，氮气室设在液压缸的后部且活塞杆后端伸入氮气室内；活塞杆的后端周面与氮气室开口密封设置；液压缸的顶部设置换向三通阀；换向三通阀控制后腔接通或断开高压油，实现活塞杆的往复运动。
其中，所述导向套包括前后设置的第一导向套和第二导向套；第一导向套包括前后同轴设置的前筒和后筒；后筒内径大于前筒，前筒后端套设固定于后筒前端内，第二导向套的前端外壁向内收缩且套设于后筒内，位于后筒内部的第二导向套的前端面设置有挡块环；挡块环套设于钎杆上；所述大齿轮套设于后筒和第二导向套的连接处。
其中，位于导向套前部的钎杆外周固定设有限制钎杆穿出壳体的限位凸台。
其中，所述导向套外套设有两个推力轴承，推力轴承的外壁与壳体内壁固定连接，两个推力轴承分别套设于前筒外侧壁第二导向套外侧壁。
其中，所述支撑轴承的数量为两个，且分别固定套设于第一导向套外侧壁和第二导向套的外侧壁。
其中，所述旋转破碎部、驱动部和破碎锤部的下端面固定于一水平的连接座上；连接座上设置有若干连接接头。
其中，所述壳体前端设置有套设于钎杆上的挡水轴套；挡水轴套的后端面与壳体前端面固定连接。
一种可旋转冲击的破碎动力头的使用方法，包括上述的破碎动力头，实施如下：
旋转破碎：两个液压马达工作，小齿轮转动，旋转带动大齿轮旋转；大齿轮带动导向套旋转，导向套带动钎杆旋转；同时主机的移动装置带动该破碎动力头整体向前移动，钎杆行进钻孔；
旋转及冲击破碎：上述旋转钻时钎杆的头部向前遇到坚硬障碍物或厚实土层时；钎杆后移，此时启动油泵工作；同时液压马达继续工作；前腔进油；后腔出油，活塞杆向后移动，压缩氮气室气压，使得氮气室压力增大，随后换向三通阀换向，后腔进油，活塞杆在油压和气压作用下快速向前推进，使钎杆高速旋转状态下向前顶，完成一次冲击，使钎杆头部能迅速突破障碍物；
阻力消除：钎杆的头部受到岩石层或者土层的阻力，通过钎杆把作用力传递到挡块环，挡块环把作用力传递到第二导向套，第二导向套再次把作用力传递到推力轴承处，由壳体消化钻头受到的阻力。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明设置有旋转破碎部和破碎锤部，该破碎动力头具有旋转钻破和液压推动钻破两种破碎方式，能够平稳破碎坚硬障碍物，工作效率高，使用寿命长。
2、本发明通过设置于大齿轮两侧的小齿轮驱动大齿轮旋转，对称设置使得旋转破碎部前半部分的受力更加均匀。
3、本发明第一导向套、第二导向套、挡块环和推力轴承的设置，能够使得壳体消化钎杆所受到的阻力，提供工作效率和延长使用寿命。
4、本发明设置有挡水轴套，可以在钻孔时往钎杆头部注入水流，不但可以冷却高速旋转的钎杆，还能有效减少粉尘。
5、本发明设置有连接座和连接接头，方便该破碎动力头与移动装置连接。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的图1的俯视结构示意图；
图3为本发明的图2的沿A-A线的剖面示意图；
图4为本发明的大齿轮和小齿轮的啮合示意图；
图5为图3的B处的局部放大示意图。
图6为本发明的破碎锤部工作示意图；
图中附图标记表示为：
1、旋转破碎部；11、壳体；12、钎杆；13、导向套；131、第一导向套；132、第二导向套；133、前筒；134、后筒；135、挡块环；14、支撑轴承；2、驱动部；21、大齿轮；22、小齿轮；23、液压马达；3、破碎锤部；31、液压缸；32、氮气室；321、储能器；33、活塞杆；330、活塞；34、前腔；35、后腔；36、换向三通阀；4、推力轴承；5、连接座；6、连接接头；7、挡水轴套；81、限位凸台；83、油泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
在本实施例中“前”指的图1中的E方向（即钎杆12伸出壳体11的方向），“后”指的是图1中的F方向（即氮气室32所在方向）。
参见图1-5，一种可旋转冲击的破碎动力头，包括旋转破碎部1、驱动部2和破碎锤部3；旋转破碎部1包括壳体11、套设于壳体11内且前端穿出壳体11的钎杆12以及通过内花键套设于钎杆12上的导向套13；钎杆12可沿导向套13轴向一定范围内移动；导向套13通过套设于其上的支撑轴承14转动连接于壳体11内；位于导向套13前部的钎杆12外周固定设有限制钎杆12穿出壳体11长度的限位凸台81；驱动部2通过驱动导向套13转动来驱使钎杆12绕其自身的圆周方向转动；破碎锤部3驱使钎杆12向前推出冲击坚硬障碍物；驱动部2包括通过内花键套设于导向套13上的大齿轮21、分别设于大齿轮21两侧与所述大齿轮21啮合的小齿轮22以及两分别水平固定于壳体11两侧的液压马达23；小齿轮22的轴向长度大于大齿轮21的轴向长度；在不影响大齿轮21和小齿轮22相互啮合的情况下，大齿轮21有一定的轴向移动空间；两液压马达23的转轴分别与两小齿轮22中部固定连接；破碎锤部3包括液压缸31、氮气室32及缓冲液压回路中的压力和震动的储能器321，钎杆12后端与液压缸31内的活塞杆33前端抵靠，活塞杆33上的活塞330将液压缸31内分隔为前腔34和后腔35，氮气室32设在液压缸31的后部且活塞杆33后端伸入氮气室32内；活塞杆33的后端周面与氮气室32开口密封设置；液压缸31的顶部设置换向三通阀36；换向三通阀36控制后腔35接通或断开高压油，实现活塞杆33的往复运动。
参见图6，所述破碎锤部3的工作过程：油泵83工作，换向三通阀36左右位接通时，前腔34通高压油，后腔35接回油，在前腔34压力油的作用下，活塞330回程，当回程到一定位置时，反馈至换向三通阀36，换向三通阀36接左位，后腔35接高压油，此时前腔34和后腔35都为高压油，但因后端面积大于活塞330前端面积，活塞330为冲程。当活塞杆33伸出后，换向三通阀36回位，液压缸31回位。
参见图3和图5，所述导向套13包括前后设置的第一导向套131和第二导向套132；第一导向套131包括前后同轴设置的前筒133和后筒134；后筒134内径大于前筒133，前筒133后端套设固定于后筒134前端内，第二导向套132的前端外壁向内收缩且套设于后筒134内，位于后筒134内部的第二导向套132的前端面设置有挡块环135；挡块环135套设于钎杆12上；所述大齿轮21套设于后筒134和第二导向套132的连接处。
参见图3，所述导向套13外套设有两个推力轴承4，推力轴承4的外壁与壳体11内壁固定连接，两个推力轴承4分别套设于前筒133外侧壁第二导向套132外侧壁。设置有推力轴承4能更好承受轴向载荷，延长装置的使用寿命。
参见图3，所述支撑轴承14的数量为两个，且分别固定套设于第一导向套131外侧壁和第二导向套132的外侧壁。
参见图1-4，所述钎杆12的前端的头部外壁上设置有外螺纹。
参见图1-4，所述旋转破碎部1、驱动部2和破碎锤部3的下端面固定于一水平的连接座5上；连接座5上设置有若干连接接头6。方便该破碎动力头与移动装置连接。
参见图1，所述壳体11前端设置有套设于钎杆12上的挡水轴套7；挡水轴套7的后端面与壳体11前端面固定连接。可以在钻孔时往钎杆12头部注入水流，不但可以冷却高速旋转的钎杆12头部，还能有效减少粉尘。
一种可旋转冲击的破碎动力头的使用方法，包括上述的破碎动力头，实施如下：
旋转钻破：两个液压马达23工作，小齿轮22转动，旋转带动大齿轮21旋转；大齿轮21带动导向套13旋转，导向套13带动钎杆12旋转；同时主机的移动装置带动该破碎动力头整体向前移动，钎杆12行进钻孔；
旋转钻及破碎：上述旋转钻时钎杆12的头部向前遇到坚硬障碍物或厚实土层时；钎杆12后移，此时人为启动油泵83工作；液压马达23同时继续工作；前腔34进油；后腔35出油，活塞杆33向后移动，压缩氮气室32气压，使得氮气室32压力增大，随后换向三通阀36换向，后腔35进油，活塞杆33在油压和气压作用下快速向前推进，使钎杆12高速旋转状态下向前顶，完成一次冲击，使钎杆12头部能迅速突破障碍物；同时储能器321内部充满着氮气，在前一次打击的时候把剩余的能量和活塞杆33反冲的能量储存起来，在第二次打击的时候同时释放能量，增加打击能力；
阻力消除：钎杆12的头部受到岩石层或者土层的阻力，通过钎杆12把作用力传递到挡块环135，挡块环135把作用力传递到第一导向套131和第二导向套132，第一导向套131和第二导向套132再次把作用力传递到推力轴承4处，由壳体11消化钎杆12的头部受到的阻力。
上述的旋转钻破、旋转冲击破碎和阻力消除是本发明正常工作状态下同时具备的功能，并非各自独立的工作形态。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种可旋转冲击的破碎动力头，其特征在于：包括旋转破碎部（1）、驱动部（2）和破碎锤部（3）；旋转破碎部（1）包括壳体（11）、套设于壳体（11）内且前端穿出壳体（11）的钎杆（12）以及通过内花键套设于钎杆（12）上的导向套（13），钎杆(12)可沿导向套(13)轴向一定范围内移动；导向套（13）通过套设于其上的支撑轴承（14）转动连接于壳体（11）内；驱动部（2）通过驱动导向套（13）转动来驱使钎杆（12）绕其自身的圆周方向转动；破碎锤部（3）驱使钎杆（12）向前推出冲击坚硬障碍物；
位于导向套（13）前部的钎杆（12）外周固定设有限制钎杆（12）穿出壳体（11）的限位凸台（81）；
所述驱动部（2）包括通过内花键套设于导向套（13）上的大齿轮（21）、分别设于大齿轮（21）两侧与所述大齿轮（21）啮合的小齿轮（22）以及两分别水平固定于壳体（11）两侧的液压马达（23）；两液压马达（23）的转轴分别与两小齿轮（22）中部固定连接；
所述导向套（13）包括前后设置的第一导向套（131）和第二导向套（132）；第一导向套（131）包括前后同轴设置的前筒（133）和后筒（134）；后筒（134）内径大于前筒（133），前筒（133）后端套设固定于后筒（134）前端内，第二导向套（132）的前端外壁向内收缩且套设于后筒（134）内，位于后筒（134）内部的第二导向套（132）的前端面设置有挡块环（135）；挡块环（135）套设于钎杆（12）上；所述大齿轮（21）套设于后筒（134）和第二导向套（132）的连接处；
所述导向套（13）外套设有两个推力轴承（4），推力轴承（4）的外壁与壳体（11）内壁固定连接，两个推力轴承（4）分别套设于前筒（133）外侧壁第二导向套（132）外侧壁。
2.根据权利要求1所述的可旋转冲击的破碎动力头，其特征在于：所述破碎锤部（3）包括液压缸（31）、氮气室（32）及缓冲液压回路中的压力和震动的储能器（321），钎杆（12）后端与液压缸（31）内的活塞杆（33）前端抵靠，活塞杆（33）上的活塞（330）将液压缸（31）内分隔为前腔（34）和后腔（35），氮气室（32）设在液压缸（31）的后部且活塞杆（33）后端伸入氮气室（32）内；活塞杆（33）的后端周面与氮气室（32）开口密封设置；液压缸（31）的顶部设置换向三通阀（36）；换向三通阀（36）控制后腔（35）接通或断开高压油，实现活塞杆（33）的往复运动。
3.根据权利要求1所述的可旋转冲击的破碎动力头，其特征在于：所述支撑轴承（14）的数量为两个，且分别固定套设于第一导向套（131）外侧壁和第二导向套（132）的外侧壁。
4.根据权利要求1所述的可旋转冲击的破碎动力头，其特征在于：所述旋转破碎部（1）、驱动部（2）和破碎锤部（3）的下端面固定于一水平的连接座（5）上；连接座（5）上设置有若干连接接头（6）。
5.根据权利要求1所述的可旋转冲击的破碎动力头，其特征在于：所述壳体（11）前端设置有套设于钎杆（12）上的挡水轴套（7）；挡水轴套（7）的后端面与壳体（11）前端面固定连接。
6.一种可旋转冲击的破碎动力头的使用方法，包括权利要求4所述的破碎动力头，其特征在于：实施如下：
旋转破碎：两个液压马达（23）工作，小齿轮（22）转动，旋转带动大齿轮（21）旋转；大齿轮（21）带动导向套（13）旋转，导向套（13）带动钎杆（12）旋转；同时主机的移动装置带动该破碎动力头整体向前移动，钎杆（12）行进钻孔；
旋转及冲击破碎：旋转破碎中，钎杆（12）的头部向前遇到坚硬障碍物或厚实土层时；钎杆（12）后移，此时启动油泵（83）工作；同时液压马达（23）继续工作；前腔（34）进油；后腔（35）出油，活塞杆（33）向后移动，压缩氮气室（32）气压，使得氮气室（32）压力增大，随后换向三通阀（36）换向，后腔（35）进油，活塞杆（33）在油压和气压作用下快速向前推进，使钎杆（12）高速旋转状态下向前顶，完成一次冲击，使钎杆（12）头部能迅速突破障碍物；
阻力消除：钎杆（12）的头部受到岩石层或者土层的阻力，通过钎杆（12）把作用力传递到挡块环（135），挡块环（135）把作用力传递到第二导向套（132），第二导向套（132）再次把作用力传递到推力轴承（4）处，由壳体（11）消化钻头受到的阻力。
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