[发明专利]一种利用激光和犁头辅助破岩的部件

说明书

本发明涉及破岩设备技术领域，具体公开了一种利用激光和犁头辅助破岩的部件，包括连接件、犁头和激光切割头；犁头包括犁头主体和连接在犁头主体顶部的定位杆，定位杆上安装犁头伸缩件，犁头主体上设有冷水部A；犁头伸缩件包括螺杆和套筒，且螺杆顶部通过固定机构连接在连接件上，套筒连接在犁头主体顶部，且套筒顶部设有与螺杆螺纹配合的升降盘；本发明利用适度聚焦的激光束对一定区域的岩石加热到软化，用和激光切割头随动的犁头随之清理软化后的岩石，在岩石表面形成一定深度和宽度的沟道，大大降低了岩石的等效强度，减小了后续机械破岩的成本。

技术领域

本发明涉及破岩设备技术领域，具体是一种利用激光和犁头辅助破岩的部件。

背景技术

在隧道开挖过程中，无论是悬臂式掘进机(Boom-Type Roadheader)还是全断面岩石隧洞掘进机(Full Face Rock Tunnel Boring Machine，TBM)，刀具的磨损对施工的成本、掘进的速度和效率有着重要影响。因此，在启动刀具破岩(机械破岩)之前或者同时，有效降低岩石的等效强度以降低刀具的磨损，是具有重大工程价值的课题。这里的等效强度，是指在刀具特征尺寸的尺度上来衡量岩石的强度；在岩石上打个小孔(小孔区域强度变为零)并不能有效降低岩石的等效强度。

研究表明，通过激光头发射强激光束辐照岩石，使岩石局部温度很快升高，导致岩石碎裂、软化、熔化甚至气化，可以降低岩石的强度。我们讨论的破岩，最后是通过机械破岩完成的，因此激光辐照岩石的过程称为激光辅助破岩。

如何在激光辅助破岩的过程中，高效降低岩石的等效强度，显然值得研究。目前大致有两类方式：

(1)切割式破岩。类似于激光对金属材料的切割，用聚焦的小光斑的激光束辐照，辐照过程中用高速气流吹扫清除熔化的岩石，例如公告号为CN109139034B公开的一种采用激光切割破岩的隧道掘进装置及方法的专利，采用激光对岩石进行切割，其为不接触式切割，不会造成刀具的损耗，无需进行刀具的更换；但这种方式下，岩石太厚，切缝很窄，熔化的岩石在切缝两边固壁的作用下容易形成玻璃纤维，导致辅助破岩的效率(等效强度下降的幅度除以输入的激光能量)有限；

(2)岩石热处理。不使用高速气流，而是用较大的激光束扫描辐照岩石的很大区域，使得该区域的岩石明显升温(一般无法熔化)，再用液体来冷却，热冷快速变化使得岩石碎裂；或者在岩石明显升温后直接进入机械破岩过程。例如公告号为CN112196553B公开的专利中，采用激光与液氮射流耦合破岩系统，彻底摈弃了常规的刀具破岩技术。这种方式下，需要激光辐照很大区域的岩石，导致激光辅助破岩的效率有限。

针对以上问题，提出一种利用激光和犁头辅助破岩的部件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用激光和犁头辅助破岩的部件，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用激光和犁头辅助破岩的部件，包括连接件、犁头和激光切割头；

所述犁头包括犁头主体和连接在犁头主体顶部的定位杆，所述定位杆上安装犁头伸缩件，所述犁头主体上设有冷水部A，用于对犁头主体工作区冷却；

所述犁头伸缩件包括螺杆和套筒，且螺杆顶部通过固定机构连接在连接件上，所述套筒连接在犁头主体顶部，且套筒顶部设有与螺杆螺纹配合的升降盘，所述升降盘底部连接有套设在定位杆外部且置于套筒内部的弹簧；

所述激光切割头包括镜筒，所述镜筒底部激光输出处安装有用于喷吹压缩空气的喷嘴，所述镜筒内安装有镜座，所述镜座内设有冷水部B，用于对工作中镜片进行散热。

在一种可选方案中：所述冷水部A包括设置在犁头主体内的第一冷水通道和第二冷水通道，所述第一冷水通道和第二冷水通道相靠近一端连通，所述第一冷水通道另一端设有进水口A，所述第二冷水通道另一端设有出水口A。