專利名稱:鋼柱定向膨脹高壓劈石機的制作方法
本實用新型是一種用于開裂巖石的技術(shù)裝置。
目前開采石材的幾種方法，各有特點和不足之處，如“火焰切割機”可高溫熔割花崗巖，但耗能大成本高；“轉(zhuǎn)動的鋼索鋸切機”只能磨鋸大理石等中硬以下的石材，慢又費時；“無聲破碎劑”脹裂巖石，消耗藥量大，開裂時間長也不經(jīng)濟(jì)；還有古今沿用人工鑿取巖石的方法，勞動強度大，生產(chǎn)效率低；用火藥炸石，破壞資源，碎石多、成品少。
本實用新型的目的，是改進(jìn)已有技術(shù)不足，提供一種節(jié)省能源、經(jīng)濟(jì)、迅速、安全無聲地將巖石定向劈開的鋼柱定向膨脹高壓劈石機。
本實用新型是由以下方式來實現(xiàn)的手動或電動高壓油泵(6)經(jīng)高壓膠管(5)向油缸(4)泵入高壓液體，使油缸柱塞產(chǎn)生高壓伸長壓鋼楔子(1)劈入楔體(2)，再產(chǎn)生比壓力大10－20倍的側(cè)向膨脹壓力壓向鉆孔內(nèi)壁，將巖石脹裂劈開。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1A－A剖面圖，圖3是圖1B－B剖面圖，圖4是用于劈開較深鉆孔巖石時楔子、楔體串聯(lián)加長的示意圖，圖5是用于深孔，封閉孔口后向孔內(nèi)泵入高壓液體產(chǎn)生強大膨脹壓力脹裂巖石的孔口鋼柱定向膨脹自動封孔器的示意圖。
下面將結(jié)合(附圖)實施例作進(jìn)一步詳述，見圖1，鋼柱定向膨脹高壓劈石機，是由楔子(1)、楔體(2)組成鋼柱定向膨脹器(簡稱膨脹器)、組合桿(3)、單作用柱塞油缸(4)、高壓膠管(5)、單向定量油泵(6)各個現(xiàn)成的分離部件聯(lián)合組成。
鋼柱定向膨脹器，由中間一根柱面弧形，上寬下窄的鋼楔子(1)和其側(cè)面與光滑斜面上的兩塊鋼楔體(2)組成的圓柱體構(gòu)成。楔子(1)兩側(cè)斜面上的斜度為1／20～1／100。為減少工作時楔子(1)與楔體(2)間摩擦力，在二者間加上摩擦系數(shù)μ＝0.05～0.09的二硫化鉬油膏。
操作時，將鋼柱定向膨脹器(1)、(2)插入指定大小的巖石鉆孔(7)中，油缸(4)殼體上的組合桿(3)，即主螺母(13)兩側(cè)的“U”型鋼叉(14)中的“J”型鋼鉤(15)拉定兩側(cè)楔體(2)上端的矩形凸盤(9)邊框，聯(lián)接高壓膠管(5)的快速接頭后，給手動油泵(6)加壓時，油缸柱體以30噸壓力(足夠開裂花崗巖較大截面積，計算如后)壓鋼楔子(1)上端凸盤(8)下劈。(反向作用時卸下“J”形鋼鉤，將“U”形鋼叉(14)放在凸盤(8)下面，油缸(4)柱塞著地，泵油加壓時殼體上升，鋼叉(14)頂起凸盤(8)將楔子(1)啟出)將膨脹器平行撐開成橢圓柱體。見圖2、圖3虛線所示。
本實用新型的原理是，利用微小的橫向位移，換取百噸以上的定向膨脹壓力，擠壓鉆孔內(nèi)壁，而在其垂直的非擠壓受力面的楔縫方向產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)其超過被破巖石的抗拉強度R和截面積S的總抗拉力時，巖石便沿楔縫方向裂開。
下面根據(jù)已知條件，計算破石的參數(shù)設(shè)鋼柱定向膨脹器直徑φ38mm，長600mm，截面積A＝3.8×60＝228cm2，加二硫化鉬油膏摩擦系數(shù)μ＝0.05～0.09。當(dāng)楔子(1)劈入楔體(2)，克服摩擦力(最大等于油缸壓力30噸)時，楔體兩側(cè)柱面垂直作用于孔壁上最大壓力以μ＝0.09計 P＝F／μ＝30噸／0.09＝333噸(若μ＝0.05計 P＝F／μ＝30噸／0.05＝600噸)以μ＝0.09計算其壓強P0＝P／A＝333×1000kg／228cm2＝1460kg／cm2參照花崗巖的抗拉強度R＝100kg／cm2、大理巖R＝60kg／cm2；巖石開裂的經(jīng)驗系數(shù)B＝0.8～0.9(建筑材料科學(xué)研究院編《無聲破碎劑應(yīng)用技術(shù)》第12、14頁)。
計算單孔總抗拉力P＝333噸時被破花崗巖弧石所應(yīng)有的最大截面積S＝P／R×B＝333×1000kg／100×0.9＝0.37m3，相當(dāng)于平均最小邊長為0.6m×0.6m截面的花崗巖弧石，可用鋼柱定向膨脹器單孔定向劈開。同理可計算出，單孔333噸側(cè)壓力破大理巖弧石的截面積為0.617m2；單孔600噸側(cè)壓力破花崗巖弧石的截面積為0.67m2；單孔600噸側(cè)壓力破大理石的截面積為1.11m2。
如果采劈較大巖石的截面，可參考以上單孔破石數(shù)據(jù)，多孔切割，可使用一臺油缸依次加壓多根膨脹器(每根膨脹器可多次重復(fù)使用)來實現(xiàn)較大截面巖石的切割。
本實用新型由于采用分離的液壓設(shè)備，互換性強，維修方便，並且手壓油泵可在無電、缺水地區(qū)操作，具有節(jié)能、省時、保護(hù)資源、工作無噪音、環(huán)境無污染，安全定向破裂等優(yōu)點。
若大理巖剖面較長，鉆孔較深時，鋼柱定向膨脹器是由鋼體鑄件的楔子(10)(是由圖1中的多個楔子(1)串聯(lián)加長組成)、楔體(11)、(12)(是由圖1中的多個楔體(2)串聯(lián)加長組成)構(gòu)成。見圖4。或用鋼柱定向膨脹自動封孔器，堵塞孔口，使孔內(nèi)加壓脹裂，該裝置見圖5，是倒放的楔子(22)，其柱面弧形為上弧窄，下弧寬，受中間制動桿(23)作用，當(dāng)兩側(cè)楔體(20)、(21)插入鉆孔后，上拉制動桿(23)連接底圓錐柱體(25)上移，推動橡膠套膜(28)、活動環(huán)(26)，並使楔子(22)劈入兩側(cè)楔體(20)、(21)，經(jīng)壓緊孔壁距離后，楔子(22)不再上升，自動鎖緊，阻止活動環(huán)(26)及橡膠套膜(28)上移，制動桿拉力愈大，或孔內(nèi)膨脹源上推壓力愈大，自動擠壓橡膠套膜(28)封孔愈緊。若經(jīng)可關(guān)閉的軸孔(29)直接泵入高壓液體；或預(yù)置生石灰后加水；或引燃微量火藥等封閉孔口后，孔內(nèi)的上述膨脹壓力源，在孔內(nèi)體積膨脹，產(chǎn)生的壓力皆可脹破巖石或沿膨脹器開裂方向延伸破裂。生石灰就地取材方便，比“無聲破碎劑”價廉，省時，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和開發(fā)價值。(見世界發(fā)明1986年第5期第6頁)鋼柱定向膨脹自動封孔器，亦可作為井口防噴裝置，應(yīng)用于石油鉆探工程。
權(quán)利要求
1.一種鋼柱定向膨脹高壓劈石機，其特征在于由油泵、油缸液壓部件，聯(lián)結(jié)液壓部件和工作構(gòu)件的組合件以及由楔子(1)和楔體(2)組成的鋼柱定向膨脹器的工作構(gòu)件構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鋼柱定向膨脹高壓劈石機，其特征在于楔子(1)和楔體(2)的斜度為1／20～1／100，楔子(1)和楔體(2)上端分別有圓形凸盤(8)，矩形凸塊(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鋼柱定向膨脹高壓劈石機，其特征在于所述的組合件是由聯(lián)結(jié)油缸(4)的主螺母(13)與主螺母(13)兩側(cè)的“U”形鋼叉(14)相配合的其上帶有可脫離的“J”形鋼鉤(15)的組合桿(3)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的鋼柱定向膨脹高壓劈石機，其特征在于楔子、楔體可以串聯(lián)加長成楔子(10)、楔體(11)、(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或4所說的鋼柱定向膨脹高壓劈石機，其特征在于楔子、楔體接觸面上涂有二硫化鉬油膏。
6.一種鋼柱定向膨脹高壓劈石機，其特征在于該裝置由側(cè)面兩塊鋼楔體(20)、(21)，與楔體相配合的空心楔子(22)和位于空心中的軸心制動桿(23)，制動桿上端有凸盤，下部有羅紋聯(lián)接一根底圓錐柱體(25)並墊有環(huán)形密封圈(24)及圓錐柱體外圍的活動環(huán)(26)，位于活動環(huán)下方，底圓錐(25)上方與孔壁(27)之間的一個密封套膜(28)，制動桿和底圓錐體軸心中可關(guān)閉的通孔(29)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所說的鋼柱定向膨脹高壓劈石機，其特征在于密封孔內(nèi)的膨脹壓力源由生石灰加水構(gòu)成或高壓液體構(gòu)成或引燃微量黑色火藥構(gòu)成。
專利摘要
鋼柱定向膨脹高壓劈石機，是快速切割大塊巖石荒料的有力工具。由高壓油泵向油缸泵入高壓液體，使油缸柱塞產(chǎn)生強大的壓力壓鋼楔子(1)劈入楔體(2)，再產(chǎn)生比壓力大10～20倍的側(cè)面膨脹力壓向鉆孔內(nèi)壁，將巖石脹裂劈開。深孔劈石時，可采用鋼柱定向膨脹自動封孔器，使封孔后在孔內(nèi)采用生石灰加水；或泵入高壓液體；或引燃微量黑色火藥等產(chǎn)生膨脹壓力來脹裂巖石。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能、安全等特點。
文檔編號E21C37/06GK87202177SQ87202177
公開日1988年4月13日 申請日期1987年2月18日
發(fā)明者高敦華 申請人:高敦華導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan