CN108086909A - 三轴定位钻进装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻头技术领域，尤其是涉及一种三轴定位钻进装置及方法，以缓解现有技术中存在的隧道挖掘作业成本高、稳定性不强、设备投入大等问题，包括钻筒、中心轴、第一定位轴以及第二定位轴；中心轴设置于钻筒的中心，用于伸入作业区域以初步定位钻筒；第一定位轴、第二定位轴与中心轴平行，且中心轴、第一定位轴和第二定位轴呈三角布置，其中第一定位轴和第二定位轴的端点的连线形成三角形的底边，中心轴的端点形成三角形的顶点；第一定位轴和第二定位轴用于对钻筒进行辅助定位。本发明提供的技术方案业成本较低、稳定性强。

Description

三轴定位钻进装置及方法

技术领域

本发明涉及钻头技术领域，尤其是涉及一种三轴定位钻进装置及方法。

背景技术

近年来，随着我国高速公路、高速铁路和城市地铁等基础设施建设的快速发展，需要挖掘隧道的工程越来越多，相应的隧道挖掘机械得到越来越广泛的应用。

目前的工程隧道多采用盾构机等挖掘机械进行挖掘或使用爆破法进行爆破。

盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤等进行挖掘，其开挖平面为整个隧道区域，盾构机整机结构很大，设备非常昂贵，一般的工程难易应付，其它类的挖掘机械一般也都是直接在待挖掘区域进行旋转钻挖，开挖平面也是整个隧道区域，或仅仅是将整个隧道区域分成两部分进行挖掘，挖掘机器进深时需对整个平面进行挖掘，钻具或切割道具损耗较大，且挖掘效率不高，设备投入较大并且稳定性不高；而采用爆破法挖掘隧道的振动较大，污染环境，不便于控制，且有一定的危险性。

总体而言，现有的隧道挖掘作业存在成本高、稳定性不强、设备投入大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三轴定位钻进装置及方法，以缓解现有技术中存在的隧道挖掘作业成本高、稳定性不强、设备投入大等问题。

为缓解上述问题，本发明提供的技术方案在于：

一种三轴定位钻进装置，包括：钻筒、中心轴、第一定位轴以及第二定位轴；

所述钻筒作用于作业区域，用于形成环形钻缝；

所述中心轴设置于所述钻筒的中心，用于伸入作业区域以初步定位所述钻筒；

所述第一定位轴、所述第二定位轴与所述中心轴平行，且所述中心轴、所述第一定位轴和所述第二定位轴呈三角布置，其中所述第一定位轴和第二定位轴的端点的连线形成三角形的底边，所述中心轴的端点形成三角形的顶点；所述第一定位轴和所述第二定位轴用于对所述钻筒进行辅助定位。

更进一步地，

还包括钻筒推进机构，所述钻筒推进机构设置于所述钻筒的背离所述钻筒作业面的一侧，用于驱动所述钻筒向前运动。

更进一步地，

还包括中心轴推进机构，所述中心轴推进机构设置于所述钻筒的背离所述钻筒作业面的一侧，用于驱动所述中心轴向前运动。

更进一步地，

还包括定位轴推进机构，所述定位轴推进机构设置于所述钻筒的背离所述钻筒作业面的一侧，用于驱动所述第一定位轴和所述第二定位轴向前运动。

更进一步地，

所述定位轴推进机构设置有驱动件和同步件；

所述驱动件与所述同步件连接；

所述同步件的两端分别连接所述第一定位轴和所述第二定位轴，所述同步件在所述驱动件的带动下带动所述第一定位轴和第二定位轴运动。

更进一步地，

还包括支撑架。

所述支撑架设置有用于支撑所述钻筒的凹槽、用于所述第一定位轴穿过的第一定位孔、用于所述第二定位轴穿过的第二定位孔。

一种三轴定位钻进方法，包括：

中心轴伸出至作业区域以初步定位；

第一定位轴和第二定位轴伸出至作业区域以与所述中心轴共同实现三角定位；

钻筒向前推进以实现环缝切割。

更进一步地，

所述中心轴伸出至作业区域以初步定位，具体为：

所述中心轴在所述中心轴推进机构的驱动下向前运动直至伸入作业区域以初步定位。

更进一步地，

第一定位轴和第二定位轴伸出至作业区域以与所述中心轴共同实现三角定位，具体为：

第一定位轴和第二定位轴在定位轴推进机构的驱动下向前运动直至伸入作业区域以与所述中心轴共同实现三角定位。

结合上述技术方案，本发明能够实现的技术效果在于：

在具体作业过程中，钻筒在作业区域形成多个圆形钻缝，圆形钻缝内部区域部分在形成圆形钻缝的过程中被粉碎，部分被另外的机械采用膨胀等方式撑裂。掘进方式与现有的盾构机相比简单易行，成本低、设备投入较小。

由于本发明提供的三轴定位钻进装置包括钻筒、中心轴、第一定位轴以及第二定位轴；所述中心轴设置于所述钻筒的中心，用于伸入作业区域以初步定位所述钻筒；所述第一定位轴、所述第二定位轴与所述中心轴平行，且所述中心轴、所述第一定位轴和所述第二定位轴呈三角布置，其中所述第一定位轴和第二定位轴的端点的连线形成三角形的底边，所述中心轴的端点形成三角形的顶点；所述第一定位轴和所述第二定位轴用于对所述钻筒进行辅助定位。由于中心轴、第一定位轴以及第二定位轴形成了稳固的三角形结构，因此掘进作业稳定可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的三轴定位钻进装置所采用的环缝钻进法的示意图；

图2为本发明实施例提供的三轴定位钻进装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的三轴定位钻进方法的示意图。

图标：100－钻筒；200－中心轴；300－第一定位轴；400－第二定位轴；500－钻筒推进机构；600-支撑架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先需要重点说明的是，本发明提供的技术方案采用的基本原理在于：

请参照附图1，矩形代表待掘进的隧道穿过的区域，如山体或地下截面，半圆形部分表示需要掘进的隧道横截面，施工方法叫做：环缝钻进法，即在隧道截面的四周先打开一个一个的圆孔缝，圆孔缝切割形成，圆孔中间部分继续留在隧道上(石头等较为坚硬的地区)，或者圆孔中间部分在开孔过程中即碎，打完孔后，圆孔中间部分通过另外的机械采用膨胀等方式撑裂，将开裂后的土石运走，实现掘进。

本发明提供的技术方案基于上述原理，下面结合附图对实施例1和实施例2进行详细描述：

图1为本发明实施例提供的三轴定位钻进装置所采用的环缝钻进法的示意图；图2为本发明实施例提供的三轴定位钻进装置的结构示意图；图3为本发明实施例提供的三轴定位钻进方法的示意图。

实施例1

本实施例提供了一种三轴定位钻进装置，包括：钻筒100、中心轴200、第一定位轴300以及第二定位轴400；

钻筒100作用于作业区域，用于形成环形钻缝；

中心轴200设置于钻筒100的中心，用于伸入作业区域以初步定位钻筒100；

第一定位轴300、第二定位轴400与中心轴200平行，且中心轴200、第一定位轴300和第二定位轴400呈三角布置，其中第一定位轴300和第二定位轴400的端点的连线形成三角形的底边，中心轴200的端点形成三角形的顶点；第一定位轴300和第二定位轴400用于对钻筒100进行辅助定位。

上述的三轴定位钻进装置，由于包括有钻筒100、中心轴200、第一定位轴300以及第二定位轴400；中心轴200设置于钻筒100的中心，用于伸入作业区域以初步定位钻筒100；第一定位轴300、第二定位轴400与中心轴200平行，且中心轴200、第一定位轴300和第二定位轴400呈三角布置，其中第一定位轴300和第二定位轴400的端点的连线形成三角形的底边，中心轴200的端点形成三角形的顶点；第一定位轴300和第二定位轴400用于对钻筒100进行辅助定位。上述的三轴定位钻进装置，由于中心轴200、第一定位轴300以及第二定位轴400形成了稳固的三角形结构，因此掘进作业稳定可靠。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

三轴定位钻进装置还包括钻筒推进机构500，钻筒推进机构500设置于钻筒100的背离钻筒100作业面的一侧，用于驱动钻筒100向前运动。具体而言，

钻筒推进机构500通过油缸伸缩实现钻筒100的推进，推进动力为液压马达直接传动，省去了传统的减速机构和齿轮箱，传动方式较为方便灵活。更进一步地，钻筒推进机构500通过气缸的伸缩实现钻筒100的推进。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

三轴定位钻进装置还包括中心轴200推进机构，中心轴200推进机构设置于钻筒100的背离钻筒100作业面的一侧，用于驱动中心轴200向前运动。更为具体地，中心轴200推进机构可以设置为直线电机，直线电机优选设置于与钻筒推进机构500同轴。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

三轴定位钻进装置还包括定位轴推进机构，定位轴推进机构设置于钻筒100的背离钻筒100作业面的一侧，用于驱动第一定位轴300和第二定位轴400向前运动。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

定位轴推进机构设置有驱动件和同步件；

驱动件与同步件连接；

同步件的两端分别连接第一定位轴300和第二定位轴400，同步件在驱动件的带动下带动第一定位轴300和第二定位轴400运动。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

上述的同步件为同步板，驱动件与同步板的中心连接，同步板的两侧连接第一定位轴300和第二定位轴400，连接方式例如可以是固定连接。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

定位轴推进机构还设置有导向轴，上述的导向轴穿过同步板，同步板沿导向轴滑动。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

三轴定位钻进装置还包括支撑架600。具体而言，支撑架600包括端部支板以及底部横板，底部横板用于支撑钻筒100，端部支板设置有用于支撑钻筒100的凹槽、用于第一定位轴300穿过的第一定位孔、用于第二定位轴400穿过的第二定位孔。另外，定位轴推进机构中的导向轴的端部固定于端部支板。更进一步地，端部支板以及底部横板的转角位置设置有支撑板，以提高支撑架600的整体强度。

实施例2

本实施例提供了一种三轴定位钻进方法，包括：

S1：中心轴200伸出至作业区域以初步定位；

S2：第一定位轴300和第二定位轴400伸出至作业区域以与中心轴200共同实现三角定位；

S3：钻筒100向前推进以实现环缝切割。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

S1：中心轴200伸出至作业区域以初步定位，具体为：

S11：中心轴200在中心轴200推进机构的驱动下向前运动直至伸入作业区域以初步定位。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

S2：第一定位轴300和第二定位轴400伸出至作业区域以与中心轴200共同实现三角定位，具体为：

S21：第一定位轴300和第二定位轴400在定位轴推进机构的驱动下向前运动直至伸入作业区域以与中心轴200共同实现三角定位。

由于本实施例提供的三轴定位钻进方法的中心轴200、第一定位轴300以及第二定位轴400形成了稳固的三角形结构，因此掘进作业稳定可靠。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种三轴定位钻进装置，其特征在于，包括：钻筒、中心轴、第一定位轴以及第二定位轴；

所述钻筒作用于作业区域，用于形成环形钻缝；

所述中心轴设置于所述钻筒的中心，用于伸入作业区域以初步定位所述钻筒；

所述第一定位轴、所述第二定位轴与所述中心轴平行且位于所述中心轴下方，用于对所述钻筒进行辅助定位。

2.根据权利要求1所述的三轴定位钻进装置，其特征在于，

所述中心轴、所述第一定位轴和所述第二定位轴呈三角布置，其中所述第一定位轴和第二定位轴的端点的连线形成三角形的底边，所述中心轴的端点形成三角形的顶点。

3.根据权利要求1所述的三轴定位钻进装置，其特征在于，

还包括钻筒推进机构，所述钻筒推进机构设置于所述钻筒的背离所述钻筒作业面的一侧，用于驱动所述钻筒向前运动。

4.根据权利要求1所述的三轴定位钻进装置，其特征在于，

还包括中心轴推进机构，所述中心轴推进机构设置于所述钻筒的背离所述钻筒作业面的一侧，用于驱动所述中心轴向前运动。

5.根据权利要求1所述的三轴定位钻进装置，其特征在于，

还包括定位轴推进机构，所述定位轴推进机构设置于所述钻筒的背离所述钻筒作业面的一侧，用于驱动所述第一定位轴和所述第二定位轴向前运动。

6.根据权利要求5所述的三轴定位钻进装置，其特征在于，

所述定位轴推进机构设置有驱动件和同步件；

所述驱动件与所述同步件连接；

所述同步件的两端分别连接所述第一定位轴和所述第二定位轴，所述同步件在所述驱动件的带动下带动所述第一定位轴和第二定位轴运动。

7.根据权利要求1所述的三轴定位钻进装置，其特征在于，

还包括支撑架；

所述支撑架设置有用于支撑所述钻筒的凹槽、用于所述第一定位轴穿过的第一定位孔、用于所述第二定位轴穿过的第二定位孔。

8.一种三轴定位钻进方法，其特征在于，包括：

中心轴伸出至作业区域以初步定位；

第一定位轴和第二定位轴伸出至作业区域以与所述中心轴共同实现三角定位；

钻筒向前推进以实现环缝切割。

9.根据权利要求8所述的三轴定位钻进方法，其特征在于，

所述中心轴伸出至作业区域以初步定位，具体为：

所述中心轴在所述中心轴推进机构的驱动下向前运动直至伸入作业区域以初步定位。

10.根据权利要求8所述的三轴定位钻进方法，其特征在于，

第一定位轴和第二定位轴伸出至作业区域以与所述中心轴共同实现三角定位，具体为：

第一定位轴和第二定位轴在定位轴推进机构的驱动下向前运动直至伸入作业区域以与所述中心轴共同实现三角定位。