[发明专利]一种超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头和掘进机

说明书

本发明提供了一种超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头和掘进机，所述超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头包括外壳体(1)和超声波振子(6)，外壳体(1)内含有主通道(11)和侧通道(12)，主通道(11)贯穿外壳体(1)，主通道(11)的一端为第一介质入口，主通道(11)的另一端为混合出口，外壳体(1)的外部通过侧通道(12)与主通道(11)连通，超声波振子(6)能够向主通道(11)内发射超声波，超声波振子(6)的发射方向朝向所述主通道(11)的另一端。该超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头解决了只搭载高压水射流喷头进行破岩时效率低下、冲击速度低等问题。

技术领域

本发明涉及隧道施工设备领域，具体的是一种超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头，还是一种含有该超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头的掘进机。

背景技术

目前，我国多采的全断面掘进机，适用于中硬岩至硬岩，在推进油缸的推进压力作用下，电动机或液压马达驱动刀盘旋转，切压破碎岩石，且破碎岩石由勺斗卸至运输皮带上。掘进破岩过程中，滚刀与岩石间相互作用产生摩擦力，长时间持续不间断的掘进施工，且施工现场通风较差，滚刀与岩石摩擦积聚的热量无法有效耗散，致使滚刀温度过高，加快了滚刀的磨损速度，使用寿命缩短，滚刀更换频率增加，使刀具成本占总成本的比例提高，且工人更换滚刀过程复杂、耗费时间长，极易造成工期滞后等不利影响。

虽然目前存在将水加以高压，再经由具有细小孔径的喷射装置喷出，形成一束高速的水流束，通过高压水射流的冲蚀、致裂作用，使岩石裂隙张拉开裂，形成新的岩石碎块，以辅助破岩的研究理论，但是由于对高压水射流破岩机理的研究相对匮乏，破岩过程的复杂多变性，制约着高压水射流破岩技术的进一步发展，且由于多方面的限制因素，高压水射流破岩技术在实际应用过程中无法达到理想效果。

发明内容

为了提高掘进效率，本发明提供了一种超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头和掘进机，该超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头解决了只搭载高压水射流喷头进行破岩时效率低下、冲击速度低等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头，包括外壳体和超声波振子，外壳体内含有主通道和侧通道，主通道贯穿外壳体，主通道的一端为第一介质入口，主通道的另一端为混合出口，外壳体的外部通过侧通道与主通道连通，超声波振子能够向主通道内发射超声波，超声波振子的发射方向朝向所述主通道的另一端。

一种掘进机，包括刀盘，所述刀盘上含有上述的超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头，主通道的一端通过磨料输送管路与磨料供给罐连接，侧通道通过高压水管路与高压水发生器连接。

本发明的有益效果是：

1、在喷头体侧面或内部设置超声波振子，超声阵子变幅杆和水波增强罩置于高压腔内，超声振子产生的超声波通过变幅杆和水波增强罩使高速磨料射流具备脉冲冲击能，在原有射流破岩基础上进一步增强破岩效果。

2、当超声波振子位于喷头体的侧面时，超声振子通过法兰与喷头体连接，定位与安装简单且便于维护，压电陶瓷在喷头体外，可直观检验压电陶瓷状态，方便电线接入且无需考虑额外密封问题。

3、当超声波振子位于喷头体内时，内置超声波振子可预先安装在磨料输入耐磨嘴压头底部环形结构上，可随磨料输入耐磨嘴压头与喷头体的装配而完成超声波振子的定位与安装，不需要在喷头体增加额外安装通道，降低生产与安装的难度，便于维修。

4、利于磨料输入耐磨嘴、混合射流耐磨导管等关键部件采用工艺性差的碳化钨、人造金刚石、碳化硅等高耐磨材料，使用寿命长。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是在实施例1中本发明所述超声波辅助的高压水射流混合磨料喷头的示意图。