[发明专利]滚珠螺旋内回转风动凿岩机

说明书

本发明属于工程机械，具体说是涉及一种改进的内回转钎风动凿岩机，特别是一种用滚珠螺旋回转机构代替滑动螺旋回转机构的风动凿岩机。

现有风动凿岩机根据采用的内回转转钎机构结构不同而分为二种类型：一种是具有单独螺旋棒的内棘轮转钎机构的风动凿岩机，如燎原风动工具厂生产的《YT24型风动凿岩机》，这种凿岩机的内棘轮转钎机构的螺旋母是紧固在凿岩机的活塞头内。另一种是无独立螺旋棒的外棘轮转钎机构，如湘潭风动机械厂生产的《YTP26型风动凿岩机》，其转钎机构的螺旋槽是开在活塞杆上，螺旋母则是紧固在外棘轮内。这两种类型凿岩机当活塞冲击行程时，棘爪处于顺齿状态，活塞做直线运动，螺旋棒或螺旋母做旋转运动。当活塞返回行程时，棘爪处于逆齿状态，抵住螺旋棒或外棘轮，阻止其转动，使活塞沿着螺旋棒或螺旋母的螺旋方向转动，并带动转动套及钎子克服阻力矩转动一定角度。随着凿岩深度或孔径的增加，阻力矩随之增大，易发生卡钎事故，这就要求凿岩机具有尽可能大的扭矩，以便钻凿深孔、大孔。然而上述现有的内回转凿岩机的螺旋机构均为滑动螺旋副结构，摩擦系数达到0.15，能量损失大，扭矩无法进一步提高，给凿岩机钻凿性能带来一定局限性。

本发明的目的是提供一种在相同能耗情况下可提高扭矩而克服现有技术不足的滚珠螺旋内回转风动凿岩机。

本发明的解决方案是以滚动摩擦代替滑动摩擦并付诸实施来实现的。

根据列出的内回转风动凿岩机扭矩计算公式：

M＝ 1/2 K_md₁FP₀t_g（α-ρ）

式中：M-扭矩（N·m）

K_m-扭矩修正系数

d₁-螺旋棒平均直径（m）

α-螺旋线升角（度）

（一般情况下α是84～85.5°）

L-螺旋线导程（m）

ρ-螺旋副摩擦角（度）

μ-螺旋副材料的摩擦系数

查得：铜马钢的滑动摩擦系数  μ＝0.15  ρ＝8.53°

钢珠的滚动摩擦系数  μ＝0.006  ρ＝0.34°

P₀-凿岩机的使用风压（MP_a）

F-回程时活塞有效受压面积（m²）

F＝ (π)/4 （D²-d²）

D-活塞直径（m）

d-活塞杆直径（m）

由公式可知，K_m，d₁，F，P₀，α对于某种同一空压机驱动的凿岩机来说，是不变数，而式中的ρ是摩擦参数，是可变的，ρ减小，则扭矩M增大。所以本发明的具体解决方案是在活塞中部加工出螺旋槽，即为非独立螺旋棒;在外棘轮（或整体或组合）内加工出相同升角的螺旋槽，即为非独立螺旋母，在螺旋母的齿与螺旋棒的齿之间填充滚珠，在螺旋母两端装设回珠盖板。当活塞（螺旋棒）作轴向运动时，外棘轮（螺旋母）作（顺齿状态）或不作（逆齿状态）旋转运动，而滚珠则沿着螺旋母齿的周围作循环流动，实现了以滚动摩擦代替滑动摩擦的目的。本发明与现有技术相比具有：一、特殊的滚珠螺旋副，现有应用于各种机械设备中之滚珠螺旋母的轴向长度大于螺旋线导程，本发明之滚珠螺旋母的轴向长度小于螺旋线导程，如附图2、4所示;二、结构简单，制造容易，而且在同样能耗情况下，因螺旋副摩擦系数由0.15降到0.006，使得本发明构成的凿岩机比现有滑动螺旋棒结构的凿岩机可提高扭矩1-3倍以上、冲击功5%-10%，这不但在节能意义上，而且在用小型机代替中，大型机钻凿深孔、大孔的意义上都有积极效果。

本发明的具体结构由以下实施例及附图给出。

图1  是本发明结构总装图

图2  是本发明的滚珠螺旋结构图

图3  是图2沿Ⅰ-Ⅰ线的剖视图

图4  是图3沿Ⅱ-Ⅱ线的剖视图

参照附图，实施例中的滚珠螺旋内回转风动凿岩机包括柄体及配气系统11，气缸12，滚珠螺旋机构13，导向套14，机头15，转动套16，钎卡系统17，挡套18，排气系统19等构件组成。其中滚珠螺旋机构13包括：活塞1，活塞头2，大活塞杆3，小活塞杆4，外棘轮螺旋母5，上回珠盖板6，下回珠盖板7，上压紧螺盖8，下压紧螺盖9，滚珠10。