CN108458921B - 一种钻孔内旋转角度复测装置及复测方法 - Google Patents

一种钻孔内旋转角度复测装置及复测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻孔内旋转角度复测装置及复测方法，该复测装置包括防护罩，所述防护罩的内部分别设有多角度旋转机构和复测校准机构，所述多角度旋转机构，包括驱动单元、连接轴和传动单元，所述复测校准机构，包括定位指针、复测圆盘和视频采集显示单元，还包括控制器，所述控制器分别与所述驱动单元和视频采集显示单元相连接。本发明能使设置在连接轴顶部的静力触探加载装置能按照设定的角度进行精确旋转，同时，还能实时复测旋转角度，从而在旋转角度出现误差后，能及时的反馈和调整。

Description

一种钻孔内旋转角度复测装置及复测方法
技术领域
本发明涉及适用于钻孔原岩加载测试技术领域，尤其涉及一种钻孔内旋转角度复测装置及复测方法。
背景技术
从洞室表面向岩体中钻孔直至初始应力区是原位测试地应力的重要方法之一。岩体钻孔内围岩受三向应力作用，且三个方向的应力值不一，使得不同方位围岩的物理力学参数有所差别，而通过静力触探加载装置进行钻孔内围岩基本力学性质测定时，很难把握精确的方位进行应力测量，从而容易导致测试的误差，特别是在孔内同一水平面下，需要对多个方位的围岩进行多点物理力学参数测定时，对于测量角度出现误差后，及时的反馈与调整等方面同样存在一定的问题，使其达不到预期的测试效果。
同时，随着工程建设的增加，地应力测量工作的不断开展，对测量方法和测量仪器要求不断提高，这就迫切要求掌握测量装置的精确性。在利用静力触探加载装置进行测量时，通常是将钻孔内同一水平面围岩划分成等角度的几个区域，然后对每一个区域进行物理力学参数测定，那么能否完全准确的按照提前划分好的角度调整原位测试仪的旋转角度，成为测试数据是否准确的关键。在实现精确旋转角度的同时，应考虑对旋转角度的复测，及时有效的进行反馈、调整，同样是准确测量的关键所在。因此，设计一种能够有效控制多角度精确旋转复测，自动记录存储并及时显示测试结果的测试装置具有重要的意义。
发明内容
为了使原位测试仪能够按照提前划分好的角度精确旋转以及实现对旋转角度的复测，本发明提供一种旋转精度高且能对旋转角度进行精准复测，保证所测参数的真实性和准确性的钻孔内旋转角度复测装置及复测方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种钻孔内旋转角度复测装置，它包括防护罩，防护罩的内部分别设有多角度旋转机构和复测校准机构；
所述多角度旋转机构，包括驱动单元、连接轴和传动单元，所述驱动单元固定在所述防护罩的内部侧壁上，驱动单元经传动单元与连接轴相连接，使用时，连接轴的顶部与外部的静力触探加载装置相连接；
所述复测校准机构，包括定位指针、复测圆盘和视频采集显示单元，定位指针与连接轴的上部相连接，复测圆盘套设在连接轴上，并与防护罩的内侧壁固定连接，其中，所述定位指针的指示端位置与所述复测圆盘的位置相对应，所述视频采集显示单元用于实时采集所述定位指针和复测圆盘的相对位置并显示出来；
还包括控制器，控制器分别与所述驱动单元和视频采集显示单元电连接。
进一步，所述的传动单元包括第一至第三单齿齿轮、第一至第三多齿齿轮，所述连接轴包括自上而下依次分布的上轴、中轴和下轴，中轴分别与所述上轴和下轴转动连接；其中：
第一单齿齿轮与驱动单元固定连接，第一多齿齿轮与中轴的下部固定连接，第一单齿齿轮与第一多齿齿轮相啮合；
第二单齿齿轮固定在中轴的上部，第二单齿齿轮与第二多齿齿轮相啮合；
第三多齿齿轮固定在上轴上，第三单齿齿轮与第三多齿齿轮相啮合，
第二多齿齿轮和第三单齿齿轮之间通过连接杆相连接，连接杆的外部套设有连接套，连接套与连接杆转动连接，且连接套还与防护罩固定连接。
进一步地，所述第一多齿齿轮、第二单齿齿轮和第三多齿齿轮上均分别设有至少一个键槽，且所述第一多齿齿轮、第二单齿齿轮和第三多齿齿轮通过固定键和键槽分别与中轴的下部、中轴的上部和上轴相连接。
进一步地，所述视频采集显示单元包括摄像头和主机显示屏，所述摄像头固定在所述定位指针上，所述主机显示屏分别与所述摄像头和所述控制器相连接。
进一步地，所述视频采集显示单元还包括存储器，所述存储器用于存储复测的旋转角度记录信息。
进一步地，所述驱动单元为双向电动机，所述双向电动机经第一固定杆与所述防护罩固定连接，所述复测圆盘的上表面边缘设有表示圆心角的刻度，且所述复测圆盘经第二固定杆与所述防护罩固定连接，所述连接套经第三固定杆与所述防护罩固定连接。
进一步地，所述上轴的下端面设有第一凹槽，所述下轴的上表面设有第二凹槽，所述中轴的两端分别设置在所述第一凹槽和第二凹槽中，且所述中轴的两端外表面还分别经滚柱轴承与所述第一凹槽和第二凹槽相连接。
本发明还提供一种钻孔内旋转角度复测方法，其包括以下步骤：
第一步：根据加载装置的检测方位需求预设一旋转角度；
第二步：控制器按照预设的旋转角度控制驱动单元进行旋转，驱动单元带动传动单元转动，使加载装置转动至所需检测方位；具体方法是：
第2.1步：驱动单元旋转，进而带动第一单齿齿轮同步转动；
第2.2步：第一单齿齿轮的长齿接触到第一多齿齿轮，带动第一多齿齿轮转动，且第一单齿齿轮旋转一周刚好使第一多齿齿轮转动一齿；
第2.3步：第一多齿齿轮带动中轴同步转动，中轴带动第二单齿齿轮同步转动，且中轴在转动过程中不带动上轴和下轴转动；
第2.4步：第二单齿齿轮的长齿接触到第二多齿齿轮，带动第二多齿齿轮转动，且第二单齿齿轮旋转一周刚好使第二多齿齿轮转动一齿；
第2.5步：第二多齿齿轮与第三单齿齿轮通过连接杆同步转动，而连接套与防护罩固定连接，其能保证第二多齿齿轮、第三单齿齿轮与连接杆在工作过程中不发生上下移动，提高结构的稳定性。
第2.6步：第三单齿齿轮的长齿接触到第三多齿齿轮，带动第三多齿齿轮转动，且第三单齿齿轮旋转一周刚好使第三多齿齿轮转动一齿，从而实现加载装置的角度旋转调节，使加载装置转动至所需检测方位；
第三步：采集定位指针和复测圆盘的相对位置并反馈至所述控制器；
第四步：所述控制器控制显示单元显示复测的旋转角度，对复测的旋转角度信息进行记录与储存。
本发明的有益效果在于：
1、通过控制器控制驱动单元进行转动，使设置在连接轴顶部的加载装置能按照设定的角度进行精确旋转，同时，还能经过复测校准机构的定位指针和复测圆盘的相对位置变化，实时复测旋转角度，从而在旋转角度出现误差后，能及时的反馈和调整，最终实现工程岩体钻孔内不同深度以及不同方位多点加载测试，保障了所测参数的真实性和准确性，为有效的支护方案设计以及精准的数值模拟提供保障。
2、本发明通过单齿齿轮和多齿轮的相互配合传递，使得上轴和第三多齿齿轮的旋转速率大大降低，这样大大方便了工人的精准操作，也提高了转动的精度。
3、本发明的多角度旋转复测装置，使用双向电动机，可实现装置双向旋转，提高工作效率；采用齿轮与连接轴键连接，可方便装置安装与拆卸；中部连接轴与其他连接轴转动连接承，使连接轴相互转动不影响。
4、本发明中部连接轴与其他连接轴间设置滚柱轴承，使连接轴相互转动不影响；部分齿轮固定键连接于连接轴，实现齿轮与连接轴同步转动；部分齿轮为单齿轮，单齿轮的长齿轮带动下一级齿轮转动，以及多齿轮间的转动传递，将旋转速率大大降低，便于精准操作，避免了时间上的操作失误，使转动相对角度值更加精确。
5、本发明的复测圆盘固定在防护罩上始终不发生转动，减小装置工作过程中的指针指示角度误差；定位指针上设置摄像头，使指针转动情况实时显示于主机，进行及时的旋转角度反馈、调整、记录与储存，数据储量更多、精确度更高，避免人为读数所带来的误差，实现旋转角度的校准。
附图说明
下面根据附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
图1为本发明中的钻孔内旋转角度复测装置的结构示意图；
图2为本发明中的钻孔内旋转角度复测装置的连接轴的结构示意图；
图3为本发明中的钻孔内旋转角度复测装置的第一单齿齿轮与第一多齿齿轮的啮合状态示意图；
图4为本发明中的钻孔内旋转角度复测装置的复测校准机构的结构示意图；
图5为本发明中的钻孔内旋转角度复测装置的控制系统原理图。
图中：1-防护罩，2-多角度旋转机构，21-驱动单元，22-连接轴，221-上轴，222-中轴，223-下轴，224-第一凹槽，225-第二凹槽，226-滚柱轴承，23-传动单元，231-第一单齿齿轮，232-第二单齿齿轮，233-第三单齿齿轮，234-第一多齿齿轮，235-第二多齿齿轮，236-第三多齿齿轮，24-连接杆，25-连接套，26-键槽，3-复测校准机构，31-定位指针，32-复测圆盘，33-摄像头，34-显示屏，35-存储器，4-控制器，5-第一固定杆，6-第二固定杆，7-第三固定杆。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明的钻孔内旋转角度复测装置，包括防护罩1和控制器4，防护罩1的内部分别设有多角度旋转机构2和复测校准机构3，其中：
所述的多角度旋转机构2，包括驱动单元21、连接轴22和传动单元23，驱动单元21固定在防护罩1的内部侧壁上，驱动单元21经传动单元23与连接轴22相连接，连接轴22的顶部与外部的静力触探加载装置(图中未示出)相连接。其中：
驱动单元21为双向电动机，双向电动机的双向旋转，有效提高工作效率。双向电动机经第一固定杆5与防护罩1固定连接，复测圆盘32的上表面边缘设有表示圆心角的刻度，这样方便了操作人员对转动角度的直观观测，且复测圆盘32经第二固定杆6与防护罩1固定连接，连接套25经第三固定杆7与防护罩1固定连接。
传动单元23包括第一至第三单齿齿轮(231-233)、第一至第三多齿齿轮(234-236)；其中，第一单齿齿轮231与驱动单元21固定连接，第一多齿齿轮234与中轴222的下部固定连接，第一单齿齿轮231与第一多齿齿轮234相啮合；第二单齿齿轮232固定在中轴222的上部，第二单齿齿轮232与第二多齿齿轮235相连接；第三多齿齿轮236固定在上轴221上，第三单齿齿轮233与第三多齿齿轮236相啮合，第二多齿齿轮235和第三单齿齿轮233之间通过连接杆24相连接，连接杆24的外部套设有连接套25，连接套25与连接杆24转动连接，且连接套25还与防护罩1固定连接。
连接轴22(如图2所示)包括自上而下依次分布的上轴221、中轴222和下轴223，中轴222分别与上轴221和下轴223转动连接；从图中可以看出，上轴221的下端面设有第一凹槽224，下轴223的上表面设有第二凹槽225，中轴222的两端分别设置在第一凹槽224和第二凹槽225中，且中轴222的两端外表面还分别经滚柱轴承226与第一凹槽224和第二凹槽225相连接。本发明利用滚柱轴承226的受力特点为轴向承压、径向转动，从而使上轴221、中轴222和下轴223相互之间的转动更加顺畅。
为了方便安装与拆卸，第一多齿齿轮234、第二单齿齿轮232和第三多齿齿轮236上均分别设有至少一个键槽26，且第一多齿齿轮234、第二单齿齿轮232和第三多齿齿轮236通过固定键和键槽26分别与中轴222的下部、中轴222的上部和上轴221相连接。
所述的复测校准机构3，包括定位指针31、复测圆盘32和视频采集显示单元，定位指针31与连接轴22的上部相连接，复测圆盘套32套设在连接轴22上，并与防护罩1的内侧壁固定连接，其中，定位指针31的指示端位置与复测圆盘32的位置相对应，视频采集显示单元用于实时采集定位指针31和复测圆盘32的相对位置并显示出来；所述的视频采集显示单元包括摄像头33和主机显示屏34，摄像头33固定在定位指针31上，主机显示屏34分别与摄像头33和控制器4相连接。本发明中的定位指针31与上轴221同步转动，而摄像头33固定在定位指针31上，这样便可实时监测到的定位指针31的转动状态视频画面，并显示到主机显示屏34上。视频采集显示单元还包括存储器35，存储器35用于存储复测的旋转角度记录信息，从而方便对旋转角度的记录进行管理、反馈和校对。
所述的控制器4分别与驱动单元21和视频采集显示单元相连接。通过控制器4控制驱动单元21进行转动，使设置在连接轴22顶部的静力触探加载装置能按照设定的角度进行精确旋转，同时，还能经过复测校准机构3的定位指针31和复测圆盘32的相对位置变化，实时复测旋转角度，从而在旋转角度出现误差后，能及时的反馈和调整，最终实现工程岩体钻孔内不同深度以及不同方位多点加载测试，保障了所测参数的真实性和准确性，为有效的支护方案设计以及精准的数值模拟提供保障。
本发明的钻孔内旋转角度复测方法包括以下步骤：
第一步：根据静力触探加载装置的检测方位需求预设一旋转角度；
第二步：控制器按照预设的旋转角度控制驱动单元进行旋转，驱动单元带动传动单元转动，使静力触探加载装置转动至所需检测方位；具体方法是：
第2.1步：第一单齿齿轮231固定连接于驱动单元21，通过控制驱动单元21的旋转，进而带动第一单齿齿轮231同步转动；
第2.2步：第一单齿齿轮231的长齿接触到第一多齿齿轮234，带动第一多齿齿轮234转动，且第一单齿齿轮231旋转一周刚好使第一多齿齿轮234转动一齿；
第2.3步：第一多齿齿轮234带动中轴222同步转动，中轴222带动第二单齿齿轮232同步转动，且中轴222在转动过程中不带动上轴221和下轴223转动；
第2.4步：第二单齿齿轮232的长齿接触到第二多齿齿轮235，带动第二多齿齿轮235转动，且第二单齿齿轮232旋转一周刚好使第二多齿齿轮235转动一齿；
第2.5步：第二多齿齿轮235与第三单齿齿轮233通过连接杆24同步转动，而连接套25与防护罩1固定连接，其能保证第二多齿齿轮235、第三单齿齿轮233与连接杆24在工作过程中不发生上下移动，提高结构的稳定性。
第2.6步：第三单齿齿轮233的长齿接触到第三多齿齿轮236，带动第三多齿齿轮236转动，且第三单齿齿轮233旋转一周刚好使第三多齿齿轮236转动一齿，从而实现静力触探加载装置的角度旋转调节。本发明通过单齿齿轮和多齿轮的相互配合传递，使得上轴221和第三多齿齿轮236的旋转速率大大降低，这样大大方便了工人的精准操作，也提高了转动的精度。
第三步：采集定位指针和复测圆盘的相对位置并反馈至控制器；
第四步：控制器控制显示单元显示复测的旋转角度，对复测的旋转角度信息进行记录与储存。
下面针对钻孔内旋转角度复测装置的具体工作原理，来对本发明作进一步的介绍：
设定双向电动机转速为Vr/min，第一多齿齿轮234为n齿，第二多齿齿轮235为m齿，第三多齿齿轮236为72齿。
通过双向电动机旋转h秒带动第一单齿齿轮231旋转n*m圈，第一单齿齿轮231的长齿带动第一多齿齿轮234旋转m圈，中轴222随第一多齿齿轮234旋转m圈，第二单齿齿轮232通过中轴222同步旋转m圈，且不带动上轴221旋转，进而第二单齿齿轮232的长齿带动第二多齿齿轮235旋转1圈，第三单齿齿轮233随第二多齿齿轮235旋转1圈，使第三单齿齿轮233长齿带动第三多齿齿轮236转动1齿，即5°，实现规定时刻第三多齿齿轮236转动1齿，即5°。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种钻孔内旋转角度复测方法，其特征在于，所述的复测方法使用的钻孔内旋转角度复测装置包括防护罩，防护罩的内部分别设有多角度旋转机构和复测校准机构；
所述多角度旋转机构，包括驱动单元、连接轴和传动单元，所述驱动单元固定在所述防护罩的内部侧壁上，驱动单元经传动单元与连接轴相连接，使用时，连接轴的顶部与外部的静力触探加载装置相连接； 所述的传动单元包括第一至第三单齿齿轮、第一至第三多齿齿轮，所述连接轴包括自上而下依次分布的上轴、中轴和下轴，中轴分别与所述上轴和下轴转动连接；其中： 第一单齿齿轮与驱动单元固定连接，第一单齿齿轮与第一多齿齿轮相啮合，第二单齿齿轮与第二多齿齿轮相啮合， 第二多齿齿轮和第三单齿齿轮之间通过连接杆相连接，连接杆的外部套设有连接套，连接套与连接杆转动连接，且连接套还与防护罩固定连接；所述第一多齿齿轮、第二单齿齿轮和第三多齿齿轮上均分别设有至少一个键槽，且所述第一多齿齿轮、第二单齿齿轮和第三多齿齿轮通过固定键和键槽分别与中轴的下部、中轴的上部和上轴相连接；
所述复测校准机构，包括定位指针、复测圆盘和视频采集显示单元，定位指针与连接轴的上部相连接，复测圆盘套设在连接轴上，并与防护罩的内侧壁固定连接，其中，所述定位指针的指示端位置与所述复测圆盘的位置相对应，所述视频采集显示单元用于实时采集所述定位指针和复测圆盘的相对位置并显示出来；
还包括控制器，控制器分别与所述驱动单元和视频采集显示单元电连接；
所述的钻孔内旋转角度复测方法包括以下步骤：
第一步：根据加载装置的检测方位需求预设一旋转角度；
第二步：控制器按照预设的旋转角度控制驱动单元进行旋转，驱动单元带动传动单元转动，使加载装置转动至所需检测方位；具体方法是：
第2.1步：驱动单元旋转，进而带动第一单齿齿轮同步转动；
第2 .2步：第一单齿齿轮的长齿接触到第一多齿齿轮，带动第一多齿齿轮转动，且第一单齿齿轮旋转一周刚好使第一多齿齿轮转动一齿；
第2 .3步：第一多齿齿轮带动中轴同步转动，中轴带动第二单齿齿轮同步转动，且中轴在转动过程中不带动上轴和下轴转动；
第2 .4步：第二单齿齿轮的长齿接触到第二多齿齿轮，带动第二多齿齿轮转动，且第二单齿齿轮旋转一周刚好使第二多齿齿轮转动一齿；
第2 .5步：第二多齿齿轮与第三单齿齿轮通过连接杆同步转动，而连接套与防护罩固定连接，其能保证第二多齿齿轮、第三单齿齿轮与连接杆在工作过程中不发生上下移动，提高结构的稳定性；
第2 .6步：第三单齿齿轮的长齿接触到第三多齿齿轮，带动第三多齿齿轮转动，且第三单齿齿轮旋转一周刚好使第三多齿齿轮转动一齿，从而实现加载装置的角度旋转调节，使加载装置转动至所需检测方位；
第三步：采集定位指针和复测圆盘的相对位置并反馈至所述控制器；
第四步：所述控制器控制显示单元显示复测的旋转角度，对复测的旋转角度信息进行记录与储存。
2.如权利要求1所述的钻孔内旋转角度复测方法，其特征在于，所述视频采集显示单元包括摄像头和主机显示屏，所述摄像头固定在所述定位指针上，所述主机显示屏分别与所述摄像头和所述控制器相连接。
3.如权利要求2所述的钻孔内旋转角度复测方法，其特征在于，所述视频采集显示单元还包括存储器，所述存储器用于存储复测的旋转角度记录信息。
4.如权利要求1所述的钻孔内旋转角度复测方法，其特征在于，所述驱动单元为双向电动机，所述双向电动机经第一固定杆与所述防护罩固定连接，所述复测圆盘的上表面边缘设有表示圆心角的刻度，且所述复测圆盘经第二固定杆与所述防护罩固定连接，所述连接套经第三固定杆与所述防护罩固定连接。
5.如权利要求1所述的钻孔内旋转角度复测方法，其特征在于，所述上轴的下端面设有第一凹槽，所述下轴的上表面设有第二凹槽，所述中轴的两端分别设置在所述第一凹槽和第二凹槽中，且所述中轴的两端外表面还分别经滚柱轴承与所述第一凹槽和第二凹槽相连接。
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