[发明专利]一种信息互馈式异向旋转截割装置及使用方法

说明书

本发明涉及隧道、巷道快速掘进领域，特别涉及一种信息互馈式异向旋转截割装置及使用方法，该装置包括截割头、异向旋转装置、动力启停装置、信息互馈分析系统。截割头包括前部破岩部件、中部切割部件、尾部成型部件，各部件后部焊接驱动轴和锥齿轮、上面焊接截齿和导料板，且截齿和导料板布设形态与所在部件转向相同，分步实现岩体破碎、切割与成型；异向旋转装置由两组锥齿轮组成，控制截割头同轴异向转动；信息互馈分析系统与动力启停装置相连，通过转速、扭矩传感装置和控制装置，实时监测、反馈、调整截割头转速与扭矩，实现复杂地质条件不同岩性巷道的快速掘进。该装置及使用方法能够有效提高巷道掘进效率，降低设备损耗，减轻截割头磨损。

技术领域

本发明涉及隧道、巷道快速掘进领域，特别涉及一种信息互馈式异向旋转截割装置及使用方法。

背景技术

掘进机被广泛应用于山体隧洞、地铁隧道、煤矿巷道等地下空间施工领域。截割头是隧、巷道掘进机的工作机构，其结构主要包括截割头提、导料板、齿座、截齿及其他附件，主要用于切割、破碎岩石，因此截割头是掘进机磨损量最大的部位。因此，截割头需要采用特殊钢材制作，使之具有良好的强度和耐磨性能，具有一定的使用寿命，在一定的使用周期内对其进行更换即可。目前，国内截割头大多仿制国外产品，没有针对不同截割介质开展截割头定制化设计研究，导致截割头适应性差，无法有效突破复杂地质条件，作业效率普遍不高。与此同时，目前市场上的掘进机截割头在使用过程中仍然存在一定的缺陷，例如，掘进机截割头长期钻动时，截割头温度升高，难以降温，严重影响着掘进机截割头的使用效率。因此，截割头的性能决定了掘进机的截割效率和使用寿命，影响着掘进机的整体稳定性和可靠性。

目前，传统掘进机截割头在隧、巷道掘进工作中存在以下主要问题：

(1)传统掘进机的截割头为整体式设计，其截割方式为单一方向整体旋转截割，切割岩体时截割头的灵活性差，对掘进岩性及地质条件适应性差，无法适应复杂地质岩性条件下的隧、巷道掘进工作，截割头在遇到硬度较高的岩体时容易出现截割头卡死，导致掘进机掘岩效率低下；

(2)截割过程中掘进机的转速和功率不能依据巷道现场施工具体条件及时进行自我调整，截割头在切割、破碎硬岩后出现卡死时，由于截割头的转速和功率未能及时调整至满足截割硬岩的状态而导致掘进机出现过载停机，影响了掘进效率，同时，无法有效截割岩体时会导致掘进机的掘进能耗高；

(3)传统掘进机截割岩体时为单一剪切破坏岩体，截割头在掘进过程中直接与坚硬的岩体接触，通过高速转动达到切割、破落岩体的功能，导致了截割头磨损严重，且与之相连轴承所受扭矩较大，轴承扭曲变形严重，进而影响掘进机截割头的切入性，当掘进机截割头的切入性能达不到规定要求，就会导致掘进机出现突然停止运行的状况，突然停机会严重损害掘进机的性能，多次停机会导致掘进机损害。

此外，掘进机在实际使用过程中还存在截齿、齿座损坏严重问题，截割头大端叶片和头体磨损严重，截割头的使用寿命短，截割头钻进无力，截割头硬度不适，机身震动较大以及截割时粉尘较大等问题。因此，改进现有截割头的结构设计、合理的选择截齿数量、正确的进行截齿排列、有的放矢地设计和使用截割头的运动参数时改善使用在中硬度煤岩工作面中掘进机的截割性能、减少截齿与齿座消耗、提高截割头使用寿命和机器可靠性的关键。

综上所述，需要设计一种新型的截割头，以克服截割、破岩过程中截割头磨损严重、截割头卡死以及掘进能耗高等问题，提高截割效率，降低掘进能耗，本发明设计的新型截割头改变单一方向旋转截割破岩方式，改用剪切劈裂组合破岩方式，提高截割头破岩能力，降低截割头磨损程度及减小与之连接轴承所受扭矩，降低设备能耗。

发明内容

本发明的目的是针对现在存在的问题，提供一种信息互馈式异向旋转截割装置及使用方法，能够有效解决截割头钻进卡死、截割头磨损严重、掘进效率低以及掘进能耗较高的问题。