CN103867125B - 一种小型全电动非开挖水平定向钻机 - Google Patents

Abstract

一种小型全电动非开挖水平定向钻机，它属于一种铺设、更换和修复各种地下管线的非开挖施工机械。其技术方案要点是：包括切削钻头（1）、钻头旋转切削驱动装置、缓冲装置、泥土后置螺旋输送装置和钻杆顶进回拖装置，切削钻头（1）为空心钻头，切削钻头锥筒（2）后设置有钻头旋转切削驱动装置，钻头旋转切削驱动装置后连缓冲装置，泥土后置输螺旋送装置安装在切削钻头（1）轴线上，最后一节泥土后置螺旋输送装置后端与钻杆顶进回拖装置连接，钻杆顶进回拖装置连接电源。本发明切削泥土后置螺旋输出，采用全电动驱动，可简化结构，降低生产成本；施工时先开工作坑，然后水平横向一次成孔、回拖；省掉了导向、扩孔过程，可加快施工进度，提高施工效率，可广泛应用于城市和乡镇地下管线的铺设或更新。

Description

一种小型全电动非开挖水平定向钻机

技术领域

本发明涉及非开挖钻机领域中的一种非开挖水平定向钻机，特别涉及一种小型全电动非开挖水平定向钻机。

背景技术

目前，随着全球各个国家城市化建设的迅速发展，以及社会环保意识的增强，城市和乡镇水力、电力、通讯、排污、煤气、石油、天然气等管线的铺设或更新，需要在不破坏路面或者小面积破坏的情况下完成铺设，而明挖铺管会带来交通、环境、经济和社会问题，这使得非开挖地下铺管行业发展迅速，越来越受欢迎，得到广泛的应用，并且国内投资费用逐年增多，需求量越来越大。非开挖水平定向钻机施工程序分为三步：先钻头导向，接着扩孔钻头回扩孔，最后管道回拖。目前非开挖钻机市场竞争激烈，生产不同型号的非开挖水平定向钻机的厂家，国内有徐工、中联重科、深圳钻通、廊坊诺地、北京土行孙、南京地龙、连云港黄海、威猛中国等公司，国外大约有30多家非开挖水平钻机制造商，典型代表有DITCHWITCH公司、威猛公司、凯斯公司等。然而国内外现有非开挖钻机领域中使用的非开挖水平定向钻机大部分装置都是液压驱动，集成在一辆履带式行走机器上面，包括液压站、驾驶室、底盘、夹持器、扩孔器、导向系统、泥浆泵等，功能齐全，结构相对复杂，价格非常昂贵。另外，城市和乡镇的电力电网已经得到完善，电力来源容易获取，如果遇到郊区、乡镇的空旷地带，电力来源获取相对困难，只需配备一台发电机组即可。

在这种情况下，非开挖水平定向钻机沿着小型化，微型化，轻型化，简便化，自动化，低价格方向发展。因此开发一种小型、简便、低廉的全电动非开挖水平定向钻机符合现代化非开挖水平钻机的发展趋势和城市、乡镇非开挖施工建设的需要。

发明内容

本发明提供一种简便的小型全电动非开挖水平定向钻机，目的是简化现有的非开挖水平定向钻机，去掉现有钻机的所有液压装置、导向系统、泥浆系统，采用全电动驱动，降低生产成本；施工时先开工作坑，之后水平横向一次性成孔、回拖，去掉导向、扩孔过程，加快铺管的施工进度，提高铺管的施工效率。

本发明采用的技术方案是：包括切削钻头1、钻头旋转切削驱动装置、缓冲装置、泥土后置螺旋输送装置和钻杆顶进回拖装置，切削钻头1为空心钻头，切削钻头锥筒2后设置有钻头旋转切削驱动装置，钻头旋转切削驱动装置后连缓冲装置，泥土后置螺旋输送装置安装在切削钻头1轴线上，最后一节泥土后置螺旋输送装置后端与钻杆顶进回拖装置连接，钻杆顶进回拖装置连接电源。

所述切削钻头1中间为圆形空心，包括前段的切削钻头锥筒2、螺旋切削刃24、切削钻头外圆切刀10、切削钻头内切刀11和后段的切削钻头插筒25，前端轴线上设置有切削钻头中心锥体30，切削钻头中心锥体30通过支架与切削钻头锥筒2固连，所述螺旋切削刃24设置在钻头锥筒2的外壁上，切削钻头外圆切刀10为与切削钻头锥筒2整体成型的齿形切刀，或者为锥形刮刀，均匀分布焊接在切削钻头锥筒2前端的圆周上；切削钻头内切刀11为2个以上均匀分散焊接在切削钻头中心锥体30上的螺旋刀片，或者是辐条式切刀，辐条式切刀的辐条不少于2根，呈十字架或米字形均匀分布在切削钻头锥筒2内，辐条上面焊接有小切刀，呈单螺旋或双螺旋分布；切削钻头内切刀11焊接在切削钻头1前端的切削钻头锥筒2内壁上面。

所述钻头旋转切削驱动装置包括推力球轴承3和无框电机5，切削钻头1与无框电机5之间设置有前隔板4，前隔板4通过螺钉31固定在护盾27里，无框电机5通过前隔板4固定安装在护盾27里前部，推力球轴承3安装在切削钻头1与前隔板4之间，提供其轴向推力；所述无框电机5为中空电机，包括无框电机内转子12、无框电机外定子13和无框电机电线26；切削钻头1的后端切削钻头插筒25通过粘剂固定在无框电机内转子12里面，无框电机5直接驱动切削钻头1旋转。

所述钻头切削缓冲装置包括3个以上缓冲器14，缓冲器14包括缓冲器弹簧6、缓冲器推杆7和缓冲器缸体8，缓冲器缸体8里面装有液压油，缓冲器推杆7套装在缓冲器缸体8内，缓冲器弹簧6套装在缓冲器推杆7和缓冲器缸体8上，缓冲器14均匀分布安装在护盾27后部，且在同一圆周上，缓冲器14的右面与连接隔板15连接，连接隔板15上面开有槽缝，槽缝里面安装螺栓29，螺栓29配合螺母固定在护盾27上，连接隔板15能够通过槽缝前后运动。

所述泥土后置螺旋输送装置包括1节以上螺旋输送机构9，第一节螺旋输送机构9前部的螺旋片略小于后部的螺旋片，螺旋输送机构9的长度可以调整，后面各节螺旋输送机构9之间通过螺纹孔17连接，螺旋输送机构9设置在1节以上可多段联接空心钻杆16内轴线上，可多段联接空心钻杆16之间的每节管道通过快速接头方式连接，最后一节螺旋输送机构9与钻杆顶进回拖装置连接。

所述可多段联接空心钻杆16壁外中空形成可多段联接空心钻杆附加电线通道28，可多段联接空心钻杆16与连接隔板15之间通过快速接头方式连接，无框电机5上的无框电机电线26可穿过护盾27里面的护盾小孔34以及连接隔板15上面的小孔安放在可多段联接空心钻杆附加电线通道28里。

所述钻杆顶进回拖装置包括动力头21、机架导轨18、可在机架导轨18上滑动的动力头底座20、机架19和驱动电机22，机架19上设置有机架导轨18，驱动电机22和动力头21通过动力头底座20安装在机架导轨18上面，驱动电机22上有驱动电机电线23外接电源，驱动电机22通过减速器驱动动力头21中心旋转，动力头21的中心旋转部与螺旋输送机构9连接，动力头21的外环顶进部分与可多段联接空心钻杆16连接。

本发明的有益效果是：提供了一种小型全电动非开挖水平定向钻机，结构简单，生产成本相对低廉，施工时容易操作，能够一次性快速成孔，完成地下管道的水平铺设。本发明与现有的液压非开挖水平定向钻机相比，可简化现有的非开挖水平定向钻机结构，减少钻机工作体积；切削泥土后置螺旋输出，采用全电动驱动，可简化结构，降低生产成本；钻头泥土钻进切削采用无框电机驱动，钻削泥土后置螺旋输送采用可快速连接的多段空心钻杆，内置中间螺旋输送机构输出，由后置驱动电机驱动螺旋输送机构旋转；钻头主进给由钻杆顶进回拖装置实现；施工时先开工作坑，然后水平横向一次成孔、回拖；省掉了导向、扩孔过程，可加快施工进度，提高施工效率，可广泛应用于城市和乡镇地下水力、电力、通讯、煤气、天然气等管线的铺设或更新。

附图说明

图1是本发明的总装配结构示意图。

图2是本发明的掘进部分主视图。

图3是本发明的掘进部分俯视图。

图4是本发明的掘进部分轴测图。

图5是本发明的部分机构轴测图。

图6是本发明的切削钻头（1）轴测图。

图7是本发明的无框电机（5）轴测图。

图8是本发明的缓冲器（14）轴测图。

图9是本发明的护盾（27）主视图。

图中：1-切削钻头，2-切削钻头锥筒，3-推力球轴承，4-前隔板，5-无框电机，6-缓冲器弹簧，7-缓冲器推杆，8-缓冲器缸体，9-螺旋输送机构，10-切削钻头外圆切刀，11-切削钻头内切刀，12-无框电机内转子，13-无框电机外定子，14-缓冲器，15-连接隔板，16-可多段联接空心钻杆，17-螺纹孔，18-机架导轨，19-机架，20-动力头底座，21-动力头，22-驱动电机，23-驱动电机电线，24-螺旋切削刃，25-切削钻头插筒，26-无框电机电线，27-护盾，28-可多段联接空心钻杆附加电线通道，29-螺栓，30-切削钻头中心锥体，31-螺钉，32-螺钉孔，33-螺栓孔，34-护盾小孔。

具体实施方式

1.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1，本发明包括切削钻头1、钻头旋转切削驱动装置、缓冲装置、泥土后置螺旋输送装置和钻杆顶进回拖装置，切削钻头1为空心钻头，切削钻头锥筒2后设置有钻头旋转切削驱动装置，钻头旋转切削驱动装置后连缓冲装置，泥土后置螺旋输送装置安装在切削钻头1轴线上，最后一节泥土后置螺旋输送装置后端与钻杆顶进回拖装置连接，钻杆顶进回拖装置连接电源。钻头旋转切削驱动装置完成对切削钻头1的旋转驱动；当切削钻头1遇到地况条件不好，阻力过大或不均与时，缓冲装置起到缓冲的作用；泥土后置螺旋输送装置将切削钻头1依靠旋转切削下来的泥土从管道的前面往后面输送；钻杆顶进回拖装置带动泥土后置螺旋输送装置旋转输送泥土，并推动泥土后置螺旋输送装置前进或者后退。参阅图1至图9。

实施例2，所述切削钻头1中间为圆形空心，包括前段的切削钻头锥筒2、螺旋切削刃24、切削钻头外圆切刀10、切削钻头内切刀11和后段的切削钻头插筒25，前端轴线上设置有切削钻头中心锥体30，切削钻头中心锥体30通过支架与切削钻头锥筒2固连，所述螺旋切削刃24设置在钻头锥筒2的外壁上，切削钻头外圆切刀10为与切削钻头锥筒2整体成型的齿形切刀，或者为锥形刮刀，均匀分布焊接在切削钻头锥筒2前端的圆周上；切削钻头内切刀11为2个以上均匀分散焊接在切削钻头中心锥体30上的螺旋刀片，螺旋刀片适合于不含石块或者含细碎小石块的地带，或者是辐条式切刀，辐条式切刀的辐条不少于2根，呈十字架或米字形均匀分布在切削钻头锥筒2内，辐条上面焊接有小切刀，呈单螺旋或双螺旋分布，辐条式切刀适合于含石块较大的地带，辐条上面焊接的小切刀能将石块切碎，辐条呈均匀分布，数量视切削钻头1的最大外径而定，外径大，辐条数量多，外径小，辐条数量少；切削钻头内切刀11焊接在切削钻头1前端的切削钻头锥筒2内壁上面，切削钻头1旋转即可完成泥土的切削和石块的破碎。切削钻头1为空心钻头，后半部分形状可以根据安装需要进行修改。参阅图1至图9，其余同实施例1。

实施例3，所述钻头旋转切削驱动装置包括推力球轴承3和无框电机5，切削钻头1与无框电机5之间设置有前隔板4，前隔板4通过螺钉31固定在护盾27里，无框电机5通过前隔板4固定安装在护盾27里前部，推力球轴承3安装在切削钻头1与前隔板4之间，提供其轴向推力；所述无框电机5为中空电机，包括无框电机内转子12、无框电机外定子13和无框电机电线26；切削钻头1的后端切削钻头插筒25通过粘剂固定在无框电机内转子12里面，无框电机5直接驱动切削钻头1旋转。参阅图1至图9，其余同上述实施例。

实施例4，所述钻头切削缓冲装置包括3个以上缓冲器14，缓冲器14包括缓冲器弹簧6、缓冲器推杆7和缓冲器缸体8，缓冲器缸体8里面装有液压油，缓冲器推杆7套装在缓冲器缸体8内，缓冲器弹簧6套装在缓冲器推杆7和缓冲器缸体8上，缓冲器14均匀分布安装在护盾27后部，且在同一圆周上，缓冲器14的右面与连接隔板15连接，连接隔板15上面开有槽缝，槽缝里面安装螺栓29，螺栓29配合螺母固定在护盾27上，连接隔板15能够通过槽缝前后运动。当切削钻头1遇到地况条件不好，阻力过大或受力不均匀时，将压缩缓冲器弹簧6，起到缓冲的作用；缓冲器14起缓冲作用的不仅有缓冲器弹簧6，而且还有缓冲器缸体8里面的液压油，当缓冲器弹簧6被压缩时，与此同时液压油从缓冲器缸体8的底部通过缓冲器推杆7上面的小孔往顶部流；当缓冲器弹簧6伸长时，液压油流向相反。多个缓冲器14均布安装在护盾27里面，数量可以调整，且在同一圆周上。参阅图1至图9，其余同上述实施例。

实施例5，泥土后置螺旋输送装置包括1节以上螺旋输送机构9，第一节螺旋输送机构9前部的螺旋片略小于后部的螺旋片，螺旋输送机构9的长度可以调整，后面各节螺旋输送机构9之间通过螺纹孔17连接，螺旋输送机构9设置在1节以上可多段联接空心钻杆16内轴线上，可多段联接空心钻杆16之间的每节管道通过快速接头方式连接，最后一节螺旋输送机构9与钻杆顶进回拖装置连接。可多段联接空心钻杆16壁外中空形成可多段联接空心钻杆附加电线通道28，可多段联接空心钻杆16与连接隔板15之间通过快速接头方式连接，无框电机5上的无框电机电线26可穿过护盾27里面的护盾小孔34以及连接隔板15上面的小孔安放在可多段联接空心钻杆附加电线通道28里。参阅图1至图9，其余同上述实施例。

实施例6，钻杆顶进回拖装置包括动力头21、机架导轨18、可在机架导轨18上滑动的动力头底座20、机架19和驱动电机22，机架19上设置有机架导轨18，顶进回拖装置安放在工作坑里面，机架19固定在泥巴上面或者通过锚固装置固定在泥巴里面，驱动电机22和动力头21通过动力头底座20安装在机架导轨18上面，驱动电机22上有驱动电机电线23外接电源，驱动电机22通过减速器驱动动力头21中心旋转，动力头21的中心旋转部与螺旋输送机构9连接，动力头21的外环顶进部分与可多段联接空心钻杆16连接。驱动电机22通过减速器驱动动力头21中心旋转，动力头21中心带动螺旋输送机构9旋转，与此同时机架导轨18里面的链条拉着动力头底座20使动力头21前进或后退，最终推动可多段联接空心钻杆16和螺旋输送机构9前进或者后退。机架导轨18里面的链条驱动可单独配备电机。参阅图1至图9，其余同上述实施例。

Claims (6)

1.一种小型全电动非开挖水平定向钻机，其特征是：包括切削钻头（1）、钻头旋转切削驱动装置、缓冲装置、泥土后置螺旋输送装置和钻杆顶进回拖装置，切削钻头（1）为空心钻头，切削钻头锥筒（2）后设置有钻头旋转切削驱动装置，钻头旋转切削驱动装置后连缓冲装置，泥土后置螺旋输送装置安装在切削钻头（1）轴线上，最后一节泥土后置螺旋输送装置后端与钻杆顶进回拖装置连接，钻杆顶进回拖装置连接电源；所述切削钻头（1）中间为圆形空心，包括前段的切削钻头锥筒（2）、螺旋切削刃（24）、切削钻头外圆切刀（10）、切削钻头内切刀（11）和后段的切削钻头插筒（25），前端轴线上设置有切削钻头中心锥体（30），切削钻头中心锥体（30）通过支架与切削钻头锥筒（2）固连，所述螺旋切削刃（24）设置在钻头锥筒（2）的外壁上，切削钻头外圆切刀（10）为与切削钻头锥筒（2）整体成型的齿形切刀，或者为锥形刮刀，均匀分布焊接在切削钻头锥筒（2）前端的圆周上；切削钻头内切刀（11）为2个以上均匀分散焊接在切削钻头中心锥体（30）上的螺旋刀片，或者是辐条式切刀，辐条式切刀的辐条不少于2根，呈十字架或米字形均匀分布在切削钻头锥筒（2）内，辐条上面焊接有小切刀，呈单螺旋或双螺旋分布；切削钻头内切刀（11）焊接在切削钻头（1）前端的切削钻头锥筒（2）内壁上面。

2.根据权利要求1所述的小型全电动非开挖水平定向钻机，其特征是：所述钻头旋转切削驱动装置包括推力球轴承（3）和无框电机（5），切削钻头（1）与无框电机（5）之间设置有前隔板（4），前隔板（4）通过螺钉（31）固定在护盾（27）里，无框电机（5）通过前隔板（4）固定安装在护盾（27）里前部，推力球轴承（3）安装在切削钻头（1）与前隔板（4）之间，提供其轴向推力；所述无框电机（5）为中空电机，包括无框电机内转子（12）、无框电机外定子（13）和无框电机电线（26）；切削钻头（1）的后端切削钻头插筒（25）通过粘剂固定在无框电机内转子（12）里面，无框电机（5）直接驱动切削钻头（1）旋转。

3.根据权利要求1所述的小型全电动非开挖水平定向钻机，其特征是：所述缓冲装置包括1个以上缓冲器（14），缓冲器（14）包括缓冲器弹簧（6）、缓冲器推杆（7）和缓冲器缸体（8），缓冲器缸体（8）里面装有液压油，缓冲器推杆（7）套装在缓冲器缸体（8）内，缓冲器弹簧（6）套装在缓冲器推杆（7）和缓冲器缸体（8）上，缓冲器（14）均匀分布安装在护盾（27）后部，且在同一圆周上，缓冲器（14）的右面与连接隔板（15）连接，连接隔板（15）上面开有槽缝，槽缝里面安装螺栓（29），螺栓（29）配合螺母固定在护盾（27）上，连接隔板（15）能够通过槽缝前后运动。

4.根据权利要求1所述的小型全电动非开挖水平定向钻机，其特征是：所述泥土后置螺旋输送装置包括1节以上螺旋输送机构（9），第一节螺旋输送机构（9）前部的螺旋片略小于后部的螺旋片，螺旋输送机构（9）的长度可以调整，后面各节螺旋输送机构（9）之间通过螺纹孔（17）连接，螺旋输送机构（9）设置在1节以上可多段联接空心钻杆（16）内轴线上，可多段联接空心钻杆（16）之间的每节管道通过快速接头方式连接，最后一节螺旋输送机构（9）与钻杆顶进回拖装置连接。

5.根据权利要求4所述的小型全电动非开挖水平定向钻机，其特征是：所述可多段联接空心钻杆（16）壁外中空形成可多段联接空心钻杆附加电线通道（28），可多段联接空心钻杆（16）与连接隔板（15）之间通过快速接头方式连接，无框电机（5）上的无框电机电线（26）可穿过护盾（27）里面的护盾小孔（34）以及连接隔板（15）上面的小孔安放在可多段联接空心钻杆附加电线通道（28）里。

6.根据权利要求1所述的小型全电动非开挖水平定向钻机，其特征是：所述钻杆顶进回拖装置包括动力头（21）、机架导轨（18）、可在机架导轨（18）上滑动的动力头底座（20）、机架（19）和驱动电机（22），机架（19）上设置有机架导轨（18），驱动电机（22）和动力头（21）通过动力头底座（20）安装在机架导轨（18）上面，驱动电机（22）上有驱动电机电线（23）外接电源，驱动电机（22）通过减速器驱动动力头（21）中心旋转，动力头（21）的中心旋转部与螺旋输送机构（9）连接，动力头（21）的外环顶进部分与可多段联接空心钻杆（16）连接。