一种基于超声波共振的掘进机截割头及其掘进使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超声波共振的掘进机截割头及其掘进使用方法，该截割头由超声波换能器、超声波振动器、可伸缩截齿、滚筒、超声波发生器、固定截齿和频率扫描芯组成，超声波换能器为大功率超声波换能器；超声波振动器激励岩石振动，弱化岩石强度；可伸缩截齿靠液压推力伸出并切入岩体截割岩石，可与超声波振动器同步转动；滚筒上安装有固定截齿，通过转动截割岩石；频率扫描芯实时扫描岩石频率并反馈至操作系统，操作系统根据反馈结果实时调整超声波发生器所发出的超声波频率。本发明专利技术对地质条件适应性好，振动、截割同步，振动范围可控，掘进碎岩速度快、效率高，截齿寿命长，可用于在高硬度岩层中掘进巷道，实现硬岩的高效破碎。

A cutting head of a tunnelling machine based on ultrasonic resonance

The invention discloses a cutting head of roadheader based on ultrasonic resonance, the cutting head is composed of ultrasonic transducer, ultrasonic vibrator, telescopic cutter, drum, ultrasonic generator, fixed cutter and frequency scanning core, ultrasonic transducer for high-power ultrasonic transducer; ultrasonic vibrator vibration of rock, rock strength; telescopic cutter by hydraulic thrust out and cut into the rock cutting rock, can rotate synchronously with the ultrasonic vibrator; the drum is installed on the fixed cutter, by rotating the cutting rock; rock core real-time scanning frequency scanning frequency and feedback to the operating system, the ultrasonic frequency operating system according to the feedback results from real-time adjustment of ultrasonic generator the. The invention has good adaptability to geological conditions, synchronous vibration and cutting, controllable vibration range, fast rock breaking speed, high efficiency, long life of cutting teeth, and can be used for driving roadway in high hardness strata to achieve efficient crushing of hard rock.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波共振的掘进机截割头
本专利技术涉及一种基于超声波共振的掘进机截割头，主要应用于巷道掘进、井下开采等，属于工程机械技术与超声学的交叉应用领域。具体为一种超声波高效掘进机截割头及其掘进使用方法。
技术介绍
掘进机是可同时实现截割、破碎、装载、运输等目的的整车设备，是用于开凿任意形状断面的平直地下巷道的设备。掘进机的工作原理为：将电机输出的动力传至二级行星减速器，经悬臂段，将动力传给截割头，通过截割头的旋转使截齿对煤岩产生压、剪作用来切削接触岩石并使其剥离，同时结合掘进机履带的前进来实现掘进过程，通过掘进机悬臂段的升降和水平回摆实现镜像切割，从而达到破碎煤岩目的。煤系地层岩石的固有频率一般在20kHz~40kHz范围之内。岩石在高频振动（尤其是共振）时，内部会产生微裂隙致其损伤，岩石强度会大幅降低。在不同频率、电压的驱动下，压电陶瓷超声波换能器能产生振动频率为15Hz~10GHz，振动力0~2000kN的机械振动，可用于共振破碎岩石。将超声波换能器应用到掘进机上，通过超声波激励振动降低岩石强度，可提高截割头的截割碎岩速度和截割效率，延长掘进机截齿寿命。现有的各类型掘进机主要适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声波共振的掘进机截割头，主要由超声波换能器（1）、超声波振动器（2）、可伸缩截齿（3）、滚筒（4）、超声波发生器（5）、固定截齿（6）、频率扫描芯（7）和变幅杆（9）组成。超声波换能器（1）将超声波发生器（5）输入的超声波电信号转换为机械振动促使超声波振动器（2）振动，通过超声波振动器（2）激励岩石振动对岩石进行强度弱化。可伸缩截齿（3）切入岩体形成自由面。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波共振的掘进机截割头，主要由超声波换能器（1）、超声波振动器（2）、可伸缩截齿（3）、滚筒（4）、超声波发生器（5）、固定截齿（6）、频率扫描芯（7）和变幅杆（9）组成。超声波换能器（1）将超声波发生器（5）输入的超声波电信号转换为机械振动促使超声波振动器（2）振动，通过超声波振动器（2）激励岩石振动对岩石进行强度弱化。可伸缩截齿（3）切入岩体形成自由面。2.根据权利要求1所述的一种基于超声波共振的掘进机截割头，其特征在于：所述的超高声波换能器（1）为压电式换能器，其电能输入端与超声波发生器（5）电信号的输出端连接，其机械振动输出端通过与变幅杆（9）连接把机械振动幅度放大，变幅杆（9）与超声波振动器（2）连接。3.根据权利要求1所述的一种基于超声波共振的掘进机截割头，其特征在于：所述的超声波振动器（2）一端与超声波换能器（1）连接，另一端与需截割岩石接触，超声波振动器（2）可与滚筒（4）同步转动；超声波振动器（2）端面上有结构通孔（8），用于可伸缩截齿的伸出与回缩。4.根据权利要求1所述的一种基于超声波共振的掘进机截割头，其特征在于：所述的可伸缩截齿（3）安装于超声波振动器（2）内，依靠液压推力向前伸出，可与超声波振动器（2）同步转动。5.根据权利要求1所述的一种基于超声波共振的掘进机截割头，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭锋，王选琳，李梓宁，文杰，李晓辉，郝鑫宇，杨欢，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32