一种双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备的制作方法

2021-01-17 11:01:58|

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本发明属于岩石层(或土岩夹杂层)开挖掘进技术领域，特别涉及一种双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备。

背景技术：

自然资源是人类生存和发展不可缺少的物质基础，能源与资源的短缺是中国经济发展与国家安全面临的一个严峻挑战。

随着我国社会的建设和发展，现如今全国各地建设进程快速增长，需要掘进开挖的土石方量基数庞大，并且城市固废日益增长，许多废旧矿山急需治理恢复。将建设进程中的上述硬质石料(花岗岩等)及以下土石方实现免钻爆、安全高效、节能环保的快速施工，是助力于我国在安全高效、节能环保的前提下的基础建设进程的关键。

当前，我国已经成为世界最大的掘进机制造基地及应用市场。随着国内城市道交通，铁路，公路，水利，市政工程等建设事业的高速度增长，我国掘进机械也迎来了飞速的发展。我国掘进机械行业已经成为国内高端装备制造业和战略性新兴产业重点支持发展产业。

掘进设备按掘进工艺分为钻眼爆破法掘进设备和综合机械化掘进设备，国内广泛采用钻眼爆破法掘进设备。钻爆法掘进设备包括：钻(凿)孔机械、装载机械、转载机械、巷道支护机械、休整巷道机械。综合机械化掘进设备包括：悬臂式掘进机、连续采煤机、掘锚联合机组、全断面掘进机。与钻眼爆破法相比，综合机械化掘进设备有着安全、快速、高效的优点，是掘进机械化发展方向。

钻眼爆破法所使用的钻孔机械主要是凿岩机，它是利用冲击破碎岩石的原理进行工行的。在工作时，凿岩机需完成两个基本动作，即击钎和转钎。活塞不断地冲击钎尾，即可在岩石上形成一定深度的炮眼。此外，为保证钎杆持续有效地凿岩，还必须给凿岩机施加合适的轴向推力，并将钻孔中的岩屑及时地排出。凿岩机的类型较多，根据所用动力的不同，可分为风动凿岩机、液压凿岩机、电动凿岩机和内燃凿岩机。

综合机械化掘进设备主要有掘进机。掘进机是一种能够同时完成破落岩层、装载与转载、运输、喷雾除尘和调动行走的联合机组。它具有掘进速度快，掘进巷道稳定，减少岩石冒落与瓦斯突出，减少巷道的超挖量和支护作业的充填量，改善劳动条件、减轻劳动强度等优点。因此，掘进机在与综采工作面配套使用中发挥着越来越大的作用。

随着我国社会的建设和发展，需要掘进开挖的土石方量基数庞大，并且城市固废日益增长，许多废旧矿山急需治理恢复。将建设进程中的硬质石料(花岗岩等)及以下土石方实现免钻爆、安全高效、节能环保的快速施工，是助力于我国在安全高效、节能环保的前提下的基础建设进程的关键。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备，实现建设施工进程中对硬质岩层土石方进行免钻爆、安全高效、节能环保的开挖掘进施工。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案实现：

一种双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备，在现有的反铲挖掘机的机臂末端安装多对齿双绞切齿辊掘进机。

所述多对齿双绞切齿辊掘进机包括两个机械臂、两个滚动齿辊和两个驱动电机；每个机械臂的一端铰接所述反铲挖掘机的机臂末端，另一端各通过轴承对应连接一个滚动齿辊，所述每个机械臂与所述机臂之间分别连接第一液压杆；每个滚动齿辊各连接一个驱动电机。

所述滚动齿辊本体采用镍铬合金制造，并进行调质热处理，在滚动齿辊表面喷镀一层钛金属。

所述滚动齿辊的齿端镶焊由高强度硬质特种耐磨钢材制成的咬合齿。

所述多对齿双绞切齿辊掘进机上方设置机罩，所述机罩安装在所述机械臂上。

本发明具有的有益效果是：

(1)本设备制造生产周期短。每套多对齿双绞切齿辊掘进机从制造、生产到调试只需一个月，加之对反铲挖掘机的改造及安装调试时间也只需两个月。如批量化生产则需时更少。

(2)本设备适用于多种复杂工况，特别是硬质岩层的施工作业，尤其适用于摩氏硬度达到7.5左右及以下的岩层(石英石岩、花岗岩等及以下的岩层)进行土石方开挖掘进作业。在免钻爆、安全高效、节能环保条件下运用本设备对矿山开挖、石材破碎加工、废旧矿山整治、孤石或松动边坡处理、城市固废现场加工等施工及农业石笋化土地复垦整治等方面比传统反铲挖掘机更具对硬质岩石的快速挖掘优势。本设备在摩氏硬度达到7.5左右及以下的岩层(石英石岩、花岗岩等及以下的岩层)进行土石方开挖掘进作业时对硬质石料(石英石岩、花岗岩等)的松动破碎能力可达同级反铲挖掘机效率的330％～380％，并呈现土石方开挖掘进作业时石质越硬，效率之比越高的情况，真正做到了安全高效。

(3)本设备移动便捷，进、出场灵活，操作简单，操纵人员及维修人员培训较为简单。

(4)本设备能实现“低成本、低能耗、低排放”施工，还能消除常规爆破施工对周边环境的影响，消除常规爆破存在的不安全因素。

(5)本设备的易损部件更换周期长，每更换一次可连续使用8～9个月，可实现计划性检修和更换易损部件，且易损部件更换工作量小、时间短，3～4个工时可完成全部部件的更换。

(6)施工噪音低，本设备中的多对齿双绞切齿辊掘进机噪音≤70db；本设备整体作业噪音≤90db。

(7)开挖出来的土石方粒径能根据需要在一定范围内调整，但最大粒径不超过200mm。

附图说明

图1为本发明双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备的结构示意图。

图2为图1中的滚动齿辊的咬合齿结构示意图。

图中，1：反铲挖掘机，2：机臂，3：机械臂，4：咬合齿，5：轴承，6：第一液压杆，7：机罩，8：第二液压杆，9：永磁同步驱动电机，10：滚动齿辊。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。

实施例1

一种双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备，在原有的反铲挖掘机1上安装多对齿双绞切齿辊掘进机。反铲挖掘机采用240型反铲挖掘机，240型反铲挖掘机选择晋工jgm924挖掘机，整机工作质量22750kg，额定功率为128.5kw，铲斗使用反铲。液压传动装置额定工作压力为2.5mpa～10mpa，主配压阀直径80mm～250mm，最大行程15mm。

所述多对齿双绞切齿辊掘进机包括：两个机械臂3、两个滚动齿辊10、两根第一液压杆6和两个永磁同步驱动电机9。两个机械臂3的一端均铰接在反铲挖掘机1的机臂2末端，另一端一一对应与两个滚动齿辊10分别通过滑动轴承5连接；两根第一液压杆6的一端分别连接在机臂2上，另一端一一对应连接两个机械臂3，在每个机械臂3与对应的滚动齿辊10之间各连接一根第二液压杆8。两个永磁同步驱动电机9一一对应连接两个滚动齿辊10。滚动齿辊10的齿端镶焊由高强度硬质特种耐磨钢材制成的咬合齿4。滚动齿辊10本体采用镍铬合金制造，并进行调质热处理，以消除热应力，增大金属的强度与硬度。对滚动齿辊10进行离子喷镀处理，在表面喷镀一层钛金属，以增大其硬度及防腐性能，适应不同条件下的工况。

因为永磁同步驱动电机9直接与滚动齿辊10连接，所以其有效出力在防抱死滚动齿轮未动作前接近100％，转化损耗很小。两个滚动齿辊10分别在两个永磁同步驱动电机9的驱动力下相对转动，形成强大的咬合力和绞切力，咬合齿4的齿面上迎角度在11°～13°为最佳，在与待开挖的硬质石方接触瞬间，将石方撕裂并绞切破碎。撕裂出来的土石方颗粒粒径大小，根据需要由更换不同规格的滚动齿辊10来控制。土石方颗粒粒径可根据需要在一定范围内调整，但最大粒径一般不宜超过200mm，并且一定条件下土石方颗粒粒径大小与工作效率成正比。

多对齿双绞切齿辊式挖掘机的移动、工作所需的反作用力(即机件对岩层的压力及绞切齿对岩石的咬合力)、多对齿双绞切齿辊掘进机工作时位置角度的调整等动力，由240反铲挖掘机提供。

为防止多对齿双绞切齿辊掘进机作业中由于撕裂岩体而飞溅出来的石子对现场施工人员及设备造成危害，在多对齿双绞切齿辊掘进机的上方设置了防尘防溅的机罩7，机罩7连接在所述机械臂3上。在工作过程中，如果机罩7损坏应及时修复，机罩7缺损时不得进行施工作业，以防安全事故的发生。

多对齿绞双切齿辊掘进机的驱动电源应尽可能使用外接电源。条件不允许时亦可用自身动力并采用液压马达驱动，实验表明，在使用自身动力并采用液压马达驱动时因液压马达功率输出只有2×16kw，故多对齿双绞切齿辊掘进机工作效率下降较多。800型多对齿双绞切齿辊掘进机的驱动电机功率为2×80kw。

经试验，本发明的双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备适用于方解石、石灰石摩氏硬度3.5以上及摩氏硬度达到7.5的岩层(石英石岩、花岗岩等及以下的岩层)进行土石方开挖掘进作业，在摩氏硬度达到7.5及以下的岩层(石英石岩、花岗岩等及以下的岩层)进行土石方开挖掘进作业时对硬质石料(石英石岩、花岗岩等)的松动破碎能力可达同级反铲挖掘机效率的330％～380％。而且施工噪音低，多对齿双绞切齿辊掘进机噪音小于70db；整套设备作业噪音小于90db。实现免钻爆、安全高效、节能环保施工；适用于矿山开挖、石材破碎加工、废旧矿山整治、孤石或松动边坡处理、城市固废现场加工等施工及农业石笋化土地复垦整治。

实施例2

本发明的双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备也可作为机制砂工艺的重要粗破碎机械之一。

对某建筑工地废混凝土块、废砖块进行处理，废建筑料约为150m³。

(1)运用设备转场灵活的特点把本装置转移到建筑工地进行组装，并使用滚筒制砂机进行后续的处理，处理量为40t/h，组装完成占地约为50㎡。

(2)选用3台额定功率为100kw四级电机，装机功率为300kw，并使用三芯电缆完成整个电路的连接。

(3)使用如实施例1的本发明双滚免钻爆快速挖掘集成模块化设备对建筑工地的废料进行初步破碎，保证入料时废料的直径小于200mm，之后进入集料斗中进行破碎并水洗，废料由高硬度咬合齿破碎之后小于80mm由皮带运输机运输到滚筒制砂机中。

(4)在滚筒制砂机中进行细破碎，根据不同产品需求得到不同粒径的机制砂，得到的初级产品进入磁选机进行磁选，分离出矿物杂质，最终产品进入细沙仓，杂质进入杂质仓。

(5)滚筒破碎机外罩有隔音罩使运行时噪音小于80分贝，处理量约为40t/h，本建筑工地的废料大约3个工作日可以处理完成并且获得大约750吨机制砂产品。

实施例3

对某地尾矿进行处理，处理量约为600m³。

(1)运用设备转场灵活的特点把本装置转移到建筑工地进行组装，因处理量较大，使用两套本发明设备，并使用滚筒制砂机进行后续的处理，组装完成占地约为100㎡。

(2)选用6台额定功率为100kw四级电机，装机功率为600kw，并使用三芯电缆完成整个电路的连接。