气冷式离心力开启割刀及其使用方法与流程

1.本发明涉及采煤装置技术领域，具体是指一种气冷式离心力开启割刀及其使用方法。


背景技术：

2.钻进造穴就是在钻进的过程中造穴，也就是钻孔进到一段距离后造穴；造穴完成后，收回割刀继续钻孔，到一段距离后再造穴。循环多次，直到一个探防孔完成。现在，钻进造穴瓦斯探放，抽采中广泛应用。为了适应这种探放工艺，众多公司都研发了割刀翼能够开启和收回的煤层割刀。刀翼开启为压力水推开，这种水压开启式煤层割刀在有水的环境中广泛应用；但在无水的环境中就不能使用了。
3.公开号为cn114059931a的发明专利公开了一种用于煤矿井下巷道的扩孔装置和方法，可以通过刀翼旋转的离心力实现自动打开，并且在刀翼打开后，实现了前端钻头水流的封堵，对侧面刀翼进行喷水。但是该申请在刀翼打开后无法对前端钻头继续进行冷却，因此前端钻头失去冷却作用，容易导致钻头高温。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的不足，提供一种气冷式离心力开启割刀及其使用方法。
5.本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种气冷式离心力开启割刀，包括割刀壳体、铰接在割刀壳体侧面的刀翼以及位于割刀壳体内的中轴，所述中轴上设有齿条，刀翼上设有与齿条啮合的齿轮，割刀壳体前后两端分别连接有公接头和母接头，所述中轴两端的外圈分别与割刀壳体密封滑接，中轴内开有中心通孔，所述中心通孔侧面开有多个侧喷气口，公接头内装有弹簧轴座以及位于弹簧轴座和中轴之间的回位弹簧，所述弹簧轴座上设有与中轴前端内孔适配的插轴，插轴中心开有与公接头前端连通的插轴通孔，所述插轴通孔内装有向前开启的单向阀。
6.本方案中的公接头与钻头相连接，母接头与钻杆连接，钻杆固定在钻机上，钻机旋转、推进，带动钻杆和钻头钻进；钻孔时冷空气通过钻杆内孔进入母接头，通过中轴内的中心通孔进入公接头，为钻头冷却，此时由于转速低，刀翼闭合；当钻进到规定长度时，加大钻机转速到设定值，在离心力作用下，刀翼张开，钻机旋转推进，开始造穴，此时，刀翼上齿轮带动中轴前移，回位弹簧被压缩，中轴的前端内孔被弹簧轴座的插轴封住，冷空气通过中轴四周的侧喷气口排出，为刀翼冷却，同时，有部分冷空气从中轴的前端内孔和插轴之间的间隙通过，为前面的钻头冷却，当气体压力增大时，插轴通孔内的单向阀打开，多余的冷空气放出为钻头冷却。
7.作为优化，所述中轴的前端设有前活塞，割刀壳体内固接有与前活塞适配的前衬套。本方案中的前活塞在前衬套内实现了中轴前端的密封滑接。
8.作为优化，所述中轴的后端设有后活塞，割刀壳体内固接有与后活塞适配的后衬套。本方案中的后活塞在后衬套内实现了中轴后端的密封滑接。
9.作为优化，所述中心通孔的前端装有密封套，所述插轴端部与密封套适配。本方案中的密封套实现了与插轴端部的配合。
10.作为优化，所述弹簧轴座前后滑接在公接头内，所述公接头的前端内孔中螺纹连接有顶在弹簧轴座前端面的六角孔调整螺母。本方案中的六角孔调整螺母与公接头螺纹配合，可以在不拆卸公接头时调节回位弹簧的松紧度。
11.作为优化，所述插轴通孔为前大后小的阶梯孔，所述单向阀包括位于大径孔内的单向阀球和单向阀弹簧，所述单向阀弹簧将单向阀球压紧在小径孔端部。本方案中单向阀弹簧将单向阀球压紧在小径孔端部，当气体压力增大时，克服单向阀弹簧的压力，使单向阀开启。
12.作为优化，所述插轴的后端倒角设置。
13.一种气冷式离心力开启割刀的使用方法，包括如下步骤：a、使用时公接头与钻头相连接，母接头与钻杆连接，钻杆固定在钻机上，钻机旋转、推进，带动钻杆和钻头钻进；b、钻孔时：冷空气通过钻杆内孔进入母接头，通过中轴内的中心通孔进入公接头，为钻头冷却，此时由于转速低，刀翼闭合；c、造穴时：当钻进到规定长度时，加大钻机转速到设定值，在离心力作用下，刀翼张开，钻机旋转推进，开始造穴，此时，刀翼上齿轮带动中轴前移，回位弹簧被压缩，中轴的前端内孔被弹簧轴座的插轴封住，冷空气通过中轴四周的侧喷气口排出，为刀翼冷却，同时，有部分冷空气从中轴的前端内孔和插轴之间的间隙通过，为前面的钻头冷却，当气体压力增大时，插轴通孔内的单向阀打开，多余的冷空气放出为钻头冷却。
14.本发明的有益效果为：本发明的气冷式离心力开启割刀及其使用方法，离心力开启割刀采用在规定转速时离心力开启，低于规定转速时在弹簧推力下回位，方便可控，避免了刀翼回位不彻底，影响钻孔进度。
15.中轴四周加工侧喷气口，冷空气排出，为刀翼冷却，也将刀翼库内的粉尘吹出，防止刀翼收回时卡滞。刀翼和水刀中轴采用齿轮齿条配合，可以在较低转速时将刀翼锁住，防止刀翼微动，影响钻孔质量和进度。
16.中轴的中心通孔与公接头前端连通，可以在钻进时为钻头提供冷却气体，造穴时中心通孔前端和插轴通孔内的单向阀配合，既给造穴割刀提供冷却气体，又给钻头提供冷却气体。
附图说明
17.图1为本发明内部结构示意图；图2为本发明刀翼展开后结构示意图；图3为本发明图1外侧的俯视图；图4为本发明弹簧轴座的剖面示意图；图5为本发明图4的左视图；图6为本发明中轴的剖面示意图；图中所示：1、母接头，2、割刀壳体，3、后衬套，4、螺母堵头，5、中轴，6、销轴，7、刀翼，8、前衬
套， 9、密封套，10、回位弹簧，11、公接头，12、弹簧轴座，13、六角孔调整螺母，14、前密封圈，15、后密封圈，16、后活塞，17、前活塞，18、侧喷气口，19、齿条，20、插轴，21、插轴通孔，22、单向阀球，23、单向阀弹簧，24、气体穿过孔。
具体实施方式
18.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
19.如图1~6所示，本发明的气冷式离心力开启割刀，包括割刀壳体2、铰接在割刀壳体2侧面的刀翼7以及位于割刀壳体2内的中轴5，割刀壳体2前后两端分别连接有公接头11和母接头1，公接头11与钻头相连接，母接头1与钻杆连接，钻杆固定在钻机上，钻机旋转、推进，带动钻杆和钻头钻进。钻杆的中心向母接头1内部通入冷空气。
20.所述刀翼7设置有两个且相对于割刀壳体2的轴线对称设置。所述割刀壳体2为中空的管状结构，两侧分别开有刀翼容纳口，用来容纳收起的刀翼7。刀翼7的后端与割刀壳体2铰接，且铰接轴垂直于割刀壳体2的轴线，使刀翼7前端可以向外展开。
21.所述中轴5上设有齿条19，刀翼7上设有与齿条19啮合的齿轮，本实施例中的齿轮为一体成型在刀翼7上的半齿轮，齿轮与刀翼7的铰接轴线同轴，因此当刀翼7展开时带动齿轮旋转，从而带动中轴5向前移动。
22.所述中轴5两端的外圈分别与割刀壳体2密封滑接，具体来说，所述中轴5的前端设有前活塞17，割刀壳体2内固接有与前活塞17适配的前衬套8，前活塞17与前衬套8之间装有前密封圈14，前密封圈14为大方形gsf密封圈。
23.所述中轴5的后端设有后活塞16，割刀壳体2内固接有与后活塞16适配的后衬套3。后活塞16与后衬套3之间装有后密封圈15，后密封圈15为小方形gsf密封圈。
24.中轴5内开有中心通孔，所述中心通孔侧面开有多个侧喷气口18，本实施例中的侧喷气口18设置有4列，4列沿周向排布，每列中的多个侧喷气口18沿轴向排布。
25.公接头11内装有弹簧轴座12以及位于弹簧轴座12和中轴5之间的回位弹簧10，弹簧轴座12上设有三个向外的凸起，三个凸起外侧构成与公接头11内孔适配的圆形，从而使弹簧轴座12前后滑接在公接头11内，相邻凸起之间构成气体穿过孔24，从而使冷空气可以从这里穿过进入公接头11的前端。
26.所述公接头11的前端内孔中螺纹连接有顶在弹簧轴座12前端面的六角孔调整螺母13。六角孔调整螺母与公接头螺纹配合，可以在不拆卸公接头时调节回位弹簧的松紧度。
27.所述弹簧轴座12上设有与中轴5前端内孔适配的插轴20，本实施例中中心通孔的前端装有密封套9，所述插轴20端部与密封套9适配，具体来说，插轴20的直径略小于密封套9的内径。所述插轴20的后端倒角设置，从而便于插轴20插入密封套9。
28.插轴20中心开有与公接头11前端连通的插轴通孔21，插轴通孔21贯穿整个弹簧轴座12。
29.所述插轴通孔21内装有向前开启的单向阀。所述插轴通孔21为前大后小的阶梯孔，所述单向阀包括位于大径孔内的单向阀球22和单向阀弹簧23，所述单向阀弹簧23将单向阀球22压紧在小径孔端部。
30.一种气冷式离心力开启割刀的使用方法，包括如下步骤：a、使用时公接头与钻头相连接，母接头与钻杆连接，钻杆固定在钻机上，钻机旋
转、推进，带动钻杆和钻头钻进；b、钻孔时：冷空气通过钻杆内孔进入母接头，通过中轴内的中心通孔进入公接头，为钻头冷却，此时由于转速低，刀翼闭合；c、造穴时：当钻进到规定长度时，加大钻机转速到设定值，在离心力作用下，刀翼张开，钻机旋转推进，开始造穴，此时，刀翼上齿轮带动中轴前移，回位弹簧被压缩，中轴的前端内孔被弹簧轴座的插轴封住，冷空气通过中轴四周的侧喷气口排出，为刀翼冷却，同时，有部分冷空气从中轴的前端内孔和插轴之间的间隙通过，为前面的钻头冷却，当气体压力增大时，插轴通孔内的单向阀打开，多余的冷空气放出为钻头冷却。
31.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

技术特征：
1.一种气冷式离心力开启割刀，包括割刀壳体（2）、铰接在割刀壳体（2）侧面的刀翼（7）以及位于割刀壳体（2）内的中轴（5），所述中轴（5）上设有齿条（19），刀翼（7）上设有与齿条（19）啮合的齿轮，割刀壳体（2）前后两端分别连接有公接头（11）和母接头（1），其特征在于：所述中轴（5）两端的外圈分别与割刀壳体（2）密封滑接，中轴（5）内开有中心通孔，所述中心通孔侧面开有多个侧喷气口（18），公接头（11）内装有弹簧轴座（12）以及位于弹簧轴座（12）和中轴（5）之间的回位弹簧（10），所述弹簧轴座（12）上设有与中轴（5）前端内孔适配的插轴（20），插轴（20）中心开有与公接头（11）前端连通的插轴通孔（21），所述插轴通孔（21）内装有向前开启的单向阀。2.根据权利要求1所述的气冷式离心力开启割刀，其特征在于：所述中轴（5）的前端设有前活塞（17），割刀壳体（2）内固接有与前活塞（17）适配的前衬套（8）。3.根据权利要求1所述的气冷式离心力开启割刀，其特征在于：所述中轴（5）的后端设有后活塞（16），割刀壳体（2）内固接有与后活塞（16）适配的后衬套（3）。4.根据权利要求1所述的气冷式离心力开启割刀，其特征在于：所述中心通孔的前端装有密封套（9），所述插轴（20）端部与密封套（9）适配。5.根据权利要求1所述的气冷式离心力开启割刀，其特征在于：所述弹簧轴座（12）前后滑接在公接头（11）内，所述公接头（11）的前端内孔中螺纹连接有顶在弹簧轴座（12）前端面的六角孔调整螺母（13）。6.根据权利要求1所述的气冷式离心力开启割刀，其特征在于：所述插轴通孔（21）为前大后小的阶梯孔，所述单向阀包括位于大径孔内的单向阀球（22）和单向阀弹簧（23），所述单向阀弹簧（23）将单向阀球（22）压紧在小径孔端部。7.根据权利要求1所述的气冷式离心力开启割刀，其特征在于：所述插轴（20）的后端倒角设置。8.一种权利要求1-7任一项所述气冷式离心力开启割刀的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：a、使用时公接头与钻头相连接，母接头与钻杆连接，钻杆固定在钻机上，钻机旋转、推进，带动钻杆和钻头钻进；b、钻孔时：冷空气通过钻杆内孔进入母接头，通过中轴内的中心通孔进入公接头，为钻头冷却，此时由于转速低，刀翼闭合；c、造穴时：当钻进到规定长度时，加大钻机转速到设定值，在离心力作用下，刀翼张开，钻机旋转推进，开始造穴，此时，刀翼上齿轮带动中轴前移，回位弹簧被压缩，中轴的前端内孔被弹簧轴座的插轴封住，冷空气通过中轴四周的侧喷气口排出，为刀翼冷却，同时，有部分冷空气从中轴的前端内孔和插轴之间的间隙通过，为前面的钻头冷却，当气体压力增大时，插轴通孔内的单向阀打开，多余的冷空气放出为钻头冷却。

技术总结
本发明涉及一种气冷式离心力开启割刀及其使用方法，包括割刀壳体、铰接在割刀壳体侧面的刀翼以及位于割刀壳体内的中轴，所述中轴上设有齿条，刀翼上设有与齿条啮合的齿轮，割刀壳体前后两端分别连接有公接头和母接头，所述中轴两端的外圈分别与割刀壳体密封滑接，中轴内开有中心通孔，所述中心通孔侧面开有多个侧喷气口，公接头内装有弹簧轴座以及位于弹簧轴座和中轴之间的回位弹簧，所述弹簧轴座上设有与中轴前端内孔适配的插轴，插轴中心开有与公接头前端连通的插轴通孔，所述插轴通孔内装有向前开启的单向阀，本发明可以在钻进时为钻头提供冷却气体，造穴时既给造穴割刀提供冷却气体，又给钻头提供冷却气体。又给钻头提供冷却气体。又给钻头提供冷却气体。


技术研发人员：于传江 王允峰 刘文强 郝鹏 任松 张进
受保护的技术使用者：山东祥德机电有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/9