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平移式凿岩非圆形成孔

1、主要结构与工作原理
(1)主要结构
    平移式凿岩成孔机包括框架、渣斗、活塞冲击器、凿岩头、双向步进活塞和气控阀。框架包括固定框架和移动框架。固定框架上安装横向移动的移动框架和渣斗,外部设有定向控制条。移动框架上固接活塞冲击器、双向步进活塞、气控阀。活塞冲击器下端连接凿岩头,侧壁上设有回程出气管和进程出气管。结构件图1、图2所示。

图1平移式凿岩成孔机剖面示意图

图2平移式凿岩成孔机横剖面示意图

(2)工作原理
    双向步进活塞由冲击活塞导出的进程排气和回程排气驱动,有两个进、出气孔。当一个孔进气时,另一个孔排气,或者反过来。其功能是:正向进一次气,活塞正向移动一个指定值;反向进一次气,活塞不动;当活塞移动到指定位置时,自动反向步进移动。
气控阀有两个进气孔,2个进、出气孔。冲击活塞导出的进程排气和回程排气分别进入两个进气孔,通过气控阀进入一个进、出气孔,并将高压气送至双向步进活塞,这时,双向步进活塞排除的气体通过另一个进、出气孔排除。气控阀的功能是:将冲击活塞导出的进程排气和回程排气送入双向步进活塞;保证一个孔送气时另一个孔排气;当双向步进活塞走到端部反向运动时,气控阀改变进程排气和回程排气的气道。这样始终保证双向步进活塞在回程排气时移动,而进程排气时不动。
    平移式凿岩成孔工作原理是:冲击活塞向下冲击下部凿岩头破岩;同时冲击活塞导出进程排气,通过气控阀导入双向步进活塞,使其复位;当冲击活塞向上运动时,导出回程排气,通过气控阀导入双向步进活塞,使其移动一个指定值,带动移动框架移动,对应的凿岩头也移动一个指定值;移动框架移动到固定框架边沿时,受双向步进活塞控制,进行反向步进移动。这样得到的结果是:凿岩头冲击一次移动一个位置;移到成孔边沿时,反过来移动,在成孔范围内反复前后移动,达到破岩目的。而且在冲击时不移动,当冲击活塞向上运动时才移动。
通过高压气体的作用,破岩形成的岩屑沿固定框架外与孔壁的间隙上行,翻过出渣斗侧壁,进入出渣斗。渣满后,将成孔机提出孔外卸渣。固定框架外表面设有定向控制条,一是保持成孔方向,二是保持固定框架与孔壁的间距,以利于高压气将岩屑送至出渣斗。

2、关键技术
(1)自动换向双向步进活塞研制;
(2)不同地质条件下凿岩刃具研制;
(3)系统协调性控制技术;
(4)高频冲击情况下步进平移技术。

3、技术特点
(1)平行移动破岩,突破传统的旋转移动破岩限制,使多种孔形成孔成为可能;
(2)无孔外机架构思突破传统成孔机构成方式,使狭小空间施工、与已有建筑物零距离施工、多机组合施工成为可能;
(3)平行移动可保证破岩头上刃具等值移动,提高破岩效率;
(4)多冲击器破岩,有利于组合形成各种孔形的成孔机;
(5)高压风吹渣行程短,节省能源;
(6)孔内冲击,节能减噪;
(7)设备成本低、孔形限制少,小机器组合成大孔;

4、成孔方法
(1)单元机组合成孔
    由于平移式凿岩成孔机一旦进入岩体后,不需要机架,可多个成孔机组合使用而不存在机架冲突的情况。因此,可根据常用尺寸做成一些单元成孔机,用单元成孔机进行组合,形成图3所示的,由4个平移式凿岩成孔机同时成孔的情况,最后形成T孔。按此方法,还可采用多台平移式凿岩成孔机进行组合,完成矩形、L形、工字形、多边形等各种不同形状的成孔。此外,还可以用小型机组合施工成大孔。多个成孔机组合成孔时,相邻成孔机通过在定向控制条上设卡扣连接方式相互连接,形成一个整体机。也可不加固定,相邻成孔机通过在定向控制条相互接触。多个成孔机组合成孔时,岩石碎屑通过相邻成孔机定向控制条之间空隙和壳体框架与孔壁之间的空隙进入出渣斗。渣满后,分批或一起从孔内提出卸渣。

图3单元机组合成孔示意图

(2)多冲击器成孔机成孔
    如图4所示,将活塞冲击器增加到7个,形成更大的T形成孔机。按此方法,改变活塞冲击器的纵、横排列和数量,可形成各种尺度和孔形的平移式凿岩成孔机。平移式凿岩成孔机做大以后,可以挖掘更大的,不同形状的孔。相应的供气量增加,需要更大的提升力。

图4多冲击器成孔机示意图

(3)倾斜成孔
    在成孔位置,采用机械或人工凿打的方法,按孔的倾斜角度,将地面与平移式凿岩成孔机接触部位凿打成斜面,便于安放成孔机(见图5)。实施时:采用初始定位装置保持平移式凿岩成孔机成孔方向;启动平移式凿岩成孔机倾斜破岩;待机身全部进入岩体后,撤除初始定位装置;平移式凿岩成孔机固定框架上的定向控制条与孔壁接触,保证成孔方向不会改变。倾斜成孔时,平移式凿岩成孔机自重作用降低,成孔速度相应较慢。如果实施水平或近水平成孔,需要对平移式凿岩成孔机施加向前的推进力。

图5倾斜成孔示意图

5、技术意义与发展前景
(1)平移破岩方法突破传统旋转移动破岩限制,填补行业空白;
(2)无孔外机构思突破传统成孔机结构框架,填补行业空白;
(3)自动换向双向步进活塞结构简单,体积小,成本低,使平移破岩成为可能,填补行业空白;
(4)该技术的出现有可能完全淘汰原始的非圆形桩人工成孔方法,避免施工事故;
(5)受弯状态的房屋基础、抗滑桩、桥梁基础等工程量巨大,有广阔的应用市场前景;
(6)一旦管理职能部门确认淘汰人工成孔方法,该技术的应用会变成一种刚需状态;

6、项目合作邀请
    该技术是专利新技术,目前处于原理研究阶段,有待于落地开发。诚请有意者加入该项目的下一步研发,使其成为一种实用技术,应用于市场。一方面为行业发展做出贡献,另一方面谋求企业快速发展。

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