CN108131152A - 钻机及钻进方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，提供了一种钻机和钻进方法，所述钻机包括钻进部、车体和平衡支撑部；所述钻进部包括钻具和钻具调节部，所述钻具调节部设置在所述车体的前端，所述钻具设置在所述钻具调节部上，用于在待钻进区域钻取环形凹槽；所述平衡支撑部设置在所述车体的两侧和底部，用于保持所述车体在所述钻具钻进时的平衡。该钻机结构简单，大大降低了设备成本，且操作方便，钻挖效率较高，也减少了环境污染。

Description

钻机及钻进方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其是涉及一种隧道掘进用的钻机，本发明还涉及一种使用上述钻机钻进的方法。

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；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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻机，以及使用该钻机进行钻进的方法，以解决现有技术中的隧道挖掘用机械存在的设备成本较高、挖掘效率较低和环境污染较大的技术问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供的一种钻机，包括钻进部、车体和平衡支撑部；

其中，所述钻进部包括钻具和钻具调节部，所述钻具调节部设置在所述车体的前端，所述钻具设置在所述钻具调节部上，用于在待钻进区域钻取环形凹槽；

所述平衡支撑部设置在所述车体的两侧和底部，通过抵压在墙面或地面上，来保持所述车体在所述钻具钻进时的平衡。

进一步地，所述钻具包括钻筒和至少一对钻头，所述钻头设置在所述钻筒的前端。

进一步地，所述平衡支撑部包括第一支撑部，所述第一支撑部设置在所述车体的两个侧面，用于保持所述车体在左右方向的平衡。

进一步地，所述第一支撑部包括前侧支撑装置和后侧支撑装置，所述前侧支撑装置设置在所述车体前部的两侧，所述后侧支撑装置设置在所述车体后部的两侧。

进一步地，所述前侧支撑装置和后侧支撑装置均包括伸缩件和定位头，所述伸缩件一端固定在所述车体上，另一端设置有所述定位头，所述伸缩件通过伸缩将所述定位头顶压在所述车体两侧的墙面上。

进一步地，所述伸缩件为液压缸。

进一步地，所述平衡支撑部还包括第二支撑部，所述第二支撑部设置在所述车体后端的底部，用于保持所述车体前后方向的平衡。

进一步地，所述第二支撑部包括液压缸和后挫板，所述液压缸的一端铰接在所述车体的底部，另一端与所述后挫板连接，所述后挫板通过抵压在地面上来支撑所述钻机。

进一步地，所述后挫板底面设置有若干锯齿，用于增强所述后挫板的抓地能力。

本发明还提供一种钻进方法，其采用根据上述技术方案中任一种所述的钻机，包括如下步骤：

所述钻机移动到指定位置，所述平衡支撑部工作将所述钻机定位支撑；

所述钻具在所述待钻进区域周边钻取若干第一环形凹槽，使所述第一环形凹槽将所述待钻进区域包围；

将所述第一环形凹槽的中间未破碎区域劈裂撑破，并把碎渣清理；

所述钻具在所述待钻进区域的中间部位钻取若干第二环形凹槽；

将所述第二环形凹槽的中间未破碎区域劈裂撑破，并把碎渣清理；

将所述第一环形凹槽之间、所述第二环形凹槽之间以及所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽之间的未连通区域破碎，使整个所述待钻进区域连通，把碎渣清理。

本发明有如下有益效果：

本发明提供的一种钻机，将钻具通过钻具调节部设置在车体的前端，并通过平衡支撑部将车体的前后左右进行定位支撑，然后钻具开始工作，在待钻进区域钻挖环形凹槽，使环形凹槽中间的钻芯的圆周临空，方便后续对钻芯进行撑裂破碎，本发明的钻机，整机结构简单，大大降低了设备成本，且操作方便，钻挖效率较高，也减少了环境污染；此外本发明提供的一种钻进方法，简单高效，钻挖时只需要钻挖环形凹槽即可，极大地提高了钻挖效率。

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钻机的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的钻机的主视图；

图3为本发明实施例提供的钻机的侧视图；

图4为本发明实施例提供的钻具的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第二支撑部的结构示意图一；

图6为本发明实施例提供的第二支撑部的结构示意图二。

附图标记：1－钻进部；11－钻具；12－钻具调节部；13－钻筒；14第一钻头；15－第二钻头；2－车体；3－平衡支撑部；31－第一支撑部；32－第二支撑部；33－液压缸；34－后挫板；35－锯齿；4－行走部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

以下结合附图1－6对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例

请参阅附图1－3，本实施例提供了一种钻机，其包括钻进部1、车体2和平衡支撑部3；

其中，所述钻进部1包括钻具11和钻具调节部12，所述钻具调节部12设置在所述车体2的前端，所述钻具11设置在所述钻具调节部12上，用于在待钻进区域钻取环形凹槽；

所述平衡支撑部3设置在所述车体2的两侧和底部，通过抵压在墙面或地面上，来保持所述车体2在所述钻具11钻进时的平衡。

本实施例提供的一种钻机，将钻具通过钻具调节部设置在车体的前端，并通过平衡支撑部将车体的前后左右进行定位支撑，然后钻具开始工作，在待钻进区域钻挖环形凹槽，使环形凹槽中间的钻芯的圆周临空，方便后续对钻芯进行撑裂破碎，本实施例提供的钻机，整机结构简单，大大降低了设备成本，且操作方便，钻挖效率较高，也减少了环境污染。

在另一个实施例中，请参阅附图4，进一步地，所述钻具11包括钻筒13和至少一对钻头，所述钻头设置在所述钻筒13的前端。

该钻具专门用于进行环形凹槽的钻挖，而不再需要在待钻进区域上钻挖深孔，只需要钻挖一定深度的环形凹槽即可。

请参阅附图4，进一步地，所述钻头包括第一钻头14和第二钻头15；

其中，所述第一钻头14和所述第二钻头15以所述钻筒13端面的圆心为中心，对称地设置在所述钻筒13的端部，且所述第一钻头14向所述钻筒13的内壁偏转并突出于所述钻筒13的内壁，所述第二钻头15向所述钻筒13的外壁偏转并突出于所述钻筒13的外壁。

在一个优选的实施例中，钻筒13选用无缝钢管，钻筒13直径设置为600－800mm，钻筒13长度设置为1000mm，即每次环形凹槽的可钻进的深度大约为1m。

进一步地，所述第一钻头14和第二钻头15均包括刀头和刀头座，所述刀头设置在所述刀头座上，所述刀头座通过紧固件固定在所述钻筒13的端部。

本实施例将刀头设置在刀头座上，可以为刀头提供稳定的支撑，将刀头座通过紧固件固定到钻筒上，便于更换刀头。

在另一个实施例中，优选地，所述紧固件为螺丝。通过螺丝可将刀头座快速固定连接到钻筒上，方便更换拆卸。

在另一个实施例中，进一步地，所述刀头为圆柱状，且所述刀头向后倾斜地设置在所述刀头座上。

将刀头向后倾斜地设置在刀头座上，使刀头的圆柱面与钻筒端面不垂直，即圆柱面与钻筒端面之间形成一个锐角，使圆柱面与待钻进区域的接触面有一夹角，便于对土石的切割，也减少刀头的磨损。

在另一个实施例中，进一步地，所述钻筒13的端部沿周向均匀设置有三组所述钻头，且所述第一钻头14和所述第二钻头15交叉设置。

根据钻筒的直径大小调整需要设置的钻头的数量，并将所述第一钻头和所述第二钻头交叉设置，实现交叉切割，减少切割时土石的阻力，从而减小刀头的磨损。

进一步地，所述钻具还包括驱动装置，所述驱动装置设置在所述钻筒的后端，用于驱动所述钻筒旋转。

本实施例将驱动装置设置为液压马达。使液压马达的转动中心与钻筒的中心在一条线上，保证了钻筒在待钻进区域钻进时对中不偏移，且用液压马达驱动也省去了传统的减速机和齿轮箱配合驱动的结构，精简了设备，且提高了传动的精度。

进一步地，所述钻具还包括推进装置，所述推进装置设置在所述钻筒13的下部，用于推动所述钻筒13向前移动。优选地，所述推进装置为液压缸。

旋转钻挖环形凹槽时，一方面需要驱动装置带动钻筒旋转使钻头旋转切割，另一方面随着切割的进行钻筒还需要纵向的进深，本实施例通过在钻筒的下部设置推进装置，保证钻筒的进深与旋转的配合实现统一协调。

本实施例将第一钻头和第二钻头对称地设置在钻筒的端部，且第一钻头向所述钻筒的内壁偏转并突出于所述钻筒的内壁，第二钻头向所述钻筒的外壁偏转并突出于所述钻筒的外壁，使环形凹槽的厚度略大于钻筒的钻壁的厚度，便于将钻头切割的碎渣排出，通过驱动装置驱动钻筒转动，进而带动钻头进行旋转切割，在待钻进区域的表面钻挖环形凹槽，使环形凹槽中间的钻芯的圆周临空即可，以方便对钻芯进行撑裂破碎，大大提高了钻挖的效率，同时因为只需钻挖环形凹槽，即只需在钻筒的端部设置钻头即可，这减少了钻头数量的设置，不需要在整个钻挖区域设置若干钻头同时钻挖，只需要在钻筒的端部设置少量钻头即可，简化了设备结构，也降低了设备成本。

请参阅附图2，进一步地，所述平衡支撑部3包括第一支撑部31，所述第一支撑部31设置在所述车体的两个侧面，用于保持所述车体在左右方向的平衡。

在另一个实施例中，进一步地，所述第一支撑部31包括前侧支撑装置和后侧支撑装置，所述前侧支撑装置设置在所述车体前部的两侧，所述后侧支撑装置设置在所述车体后部的两侧。

钻机在钻挖过程中，振动会非常大，如果钻机的车身不能获得稳定的支撑定位，钻具在旋转钻挖过程中可能会造成钻筒偏转带动钻头偏转，进而无法钻挖符合要求的环形凹槽，因此，通过在车身的左右两侧的前部和后部分别设置对应的支撑装置，以将车身固定，使车身不能在左右方向移动。

在另一个实施例中，所述前侧支撑装置和后侧支撑装置均包括伸缩件和定位头，所述伸缩件一端固定在所述车体上，另一端设置有所述定位头，所述伸缩件通过伸缩将所述定位头顶压在所述车体两侧的墙面上。

优选地，所述伸缩件选用液压缸。

本实施例通过设置伸缩件和定位头，通过伸缩件的伸缩控制定位头的伸缩，当定位头伸出去后，可顶压到钻机两侧的墙面上，将钻机定位，使其不能在左右方向移动，当钻具钻挖结束后，控制伸缩件缩回，带动定位头离开墙面。

在另一个实施例中，请参阅附图5，所述平衡支撑部3还包括第二支撑部32，所述第二支撑部32设置在所述车体2后端的底部，用于保持所述车体2前后方向的平衡。

优选地，在所述车体2后端的底部的两侧分别设置一个所述第二支撑部32，为所述车体2提供更加稳定的支撑。

当钻具沿着车身长度方向进行钻挖时，会产生较大的向后的力，为了保证钻具稳定地向前钻挖，通过在车体后端的底部设置与钻具的后挫力相平衡的第二支撑部，将车体在前后方向稳定的定位。

请参阅附图6，进一步地，所述第二支撑部32包括液压缸33和后挫板34，所述液压缸33的一端铰接在所述车体2的底部，另一端与所述后挫板34连接，所述后挫板34通过抵压在地面上来支撑所述钻机。

当钻机停在指定位置开始工作时，通过控制液压缸来控制后挫板向下运动，最终抵压在地面上，使车身保持稳定。

请参阅附图6，进一步地，所述后挫板34底面设置有若干锯齿35，用于增强所述后挫板34的抓地能力。

通过在后挫板底面设置若干的锯齿，使锯齿与地面接触，增大摩擦力，增强后挫板的抓地能力，更好地保持车体的稳定。

请参阅附图1，在另一个实施例中，进一步地，所述钻机还包括行走部4，所述行走部4用于驱动所述钻机行走。

优选地，所述行走部4设置为履带，并在所述车体底部的下端设置一个转盘，所述车体通过所述转盘与所述履带连接，通过所述履带带动所述车体前行。

选用履带作为行走部，一方面为车体前行提供动力，另一方面履带与地面之间的摩擦力较大，在一定程度上能够保证钻具工作时钻机与地面之间不会移动。通过在履带和车体之间设置转盘，为车体提供旋转的动力，保证钻具能够调整到需要的角度开始钻挖。

进一步地，所述钻机还包括驾驶部，所述驾驶部设置在所述车体2后端的上部。驾驶部为操作人员提供操作位置，便于操作各个机构的运转，实现钻机各个机构的工作，完成钻挖切割工作。

本实施例提供一种钻进方法，采用根据上述技术方案中任一种所述的钻机，包括如下步骤：

所述钻机移动到指定位置，所述平衡支撑部3工作将所述钻机定位支撑；

所述钻具11所述待钻进区域周边钻取若干第一环形凹槽，使所述第一环形凹槽将所述待钻进区域包围；

将所述第一环形凹槽的中间未破碎区域劈裂撑破，并把碎渣清理；

所述钻具11在所述待钻进区域的中间部位钻取若干第二环形凹槽；

将所述第二环形凹槽的中间未破碎区域劈裂撑破，并把碎渣清理；

将所述第一环形凹槽之间、所述第二环形凹槽之间以及所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽之间的未连通区域破碎，使整个所述待钻进区域连通，把碎渣清理。

与传统隧道挖掘方法相比，该方法对设备的要求较低，且设备结构简单，易于操作，不会产生振动、冲击、噪音和粉尘，对环境污染很小。

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)

1.一种钻机，其特征在于，包括钻进部、车体和平衡支撑部；

其中，所述钻进部包括钻具和钻具调节部，所述钻具调节部设置在所述车体的前端，所述钻具设置在所述钻具调节部上，用于在待钻进区域钻取环形凹槽；

所述平衡支撑部设置在所述车体的两侧和底部，通过抵压在墙面或地面上，来保持所述车体在所述钻具钻进时的平衡。

2.根据权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述钻具包括钻筒和至少一组钻头，所述钻头设置在所述钻筒的前端。

3.根据权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述平衡支撑部包括第一支撑部，所述第一支撑部设置在所述车体的两个侧面，用于保持所述车体在左右方向的平衡。

4.根据权利要求3所述的钻机，其特征在于，所述第一支撑部包括前侧支撑装置和后侧支撑装置，所述前侧支撑装置设置在所述车体前部的两侧，所述后侧支撑装置设置在所述车体后部的两侧。

5.根据权利要求4所述的钻机，其特征在于，所述前侧支撑装置和后侧支撑装置均包括伸缩件和定位头，所述伸缩件一端固定在所述车体上，另一端设置有所述定位头，所述伸缩件通过伸缩将所述定位头顶压在所述车体两侧的墙面上。

6.根据权利要求5所述的钻机，其特征在于，所述伸缩件为液压缸。

7.根据权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述平衡支撑部还包括第二支撑部，所述第二支撑部设置在所述车体后端的底部，用于保持所述车体前后方向的平衡。

8.根据权利要求7所述的钻机，其特征在于，所述第二支撑部包括液压缸和后挫板，所述液压缸的一端铰接在所述车体的底部，另一端与所述后挫板连接，所述后挫板通过抵压在地面上来支撑所述钻机。

9.根据权利要求8所述的钻机，其特征在于，所述后挫板底面设置有若干锯齿，用于增强所述后挫板的抓地能力。

10.一种钻进方法，其特征在于，采用根据权利要求1－9任一项所述的钻机，包括如下步骤：

所述钻机移动到指定位置，所述平衡支撑部工作将所述钻机定位支撑；

所述钻具在所述待钻进区域周边钻取若干第一环形凹槽，使所述第一环形凹槽将所述待钻进区域包围；

将所述第一环形凹槽的中间未破碎区域劈裂撑破，并把碎渣清理；

所述钻具在所述待钻进区域的中间部位钻取若干第二环形凹槽；

将所述第二环形凹槽的中间未破碎区域劈裂撑破，并把碎渣清理；

将所述第一环形凹槽之间、所述第二环形凹槽之间以及所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽之间的未连通区域破碎，使整个所述待钻进区域连通，把碎渣清理。