CN108561073A - 一种小岩孔侧壁钻孔工具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小岩孔侧壁钻孔工具，包括钻孔工具整体的轴向运动装置，钻孔工具的周向360°旋转结构，实现钻孔工具钻头的径向进给及回退装置，进给及回退的动力传输系统。由于岩孔狭长，所以为保证实现钻孔工具整体轴向移动至指定位置，需足够长的丝杠滑台，动力来源为步进电机。步进电机控制钻孔工具的旋转角度，使钻孔工具能在要求的角度进行工作。实现钻孔工具钻头径向进给及回退的结构为两个与钻头平行放置的微型丝杠滑台，两个丝杠滑台由同步带连接。由于钻孔过程中受到的径向反力较大，采用两个丝杠滑台既能避免悬臂结构，为钻孔提供充足的径向力；两个丝杠滑台同步进给，又能保证钻头的垂直进给，提高钻孔精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻孔工具，尤其涉及一种小岩孔侧壁钻孔工具，属于岩体力学模型试验装备技术领域。
背景技术
随着经济社会的不断发展，越来越多的工程项目需要在深部地下进行，或者需要对岩体进行开挖。考虑到巷道开挖时可能发生的岩爆、塌方等事故，在工程开始之前，有必要对围岩的变形破坏特性和整个开挖过程进行模拟实验，并提出科学合理的支护方案。
为了防止事故的发生通常采用应力解除、注水软化和使用锚杆-钢丝网-混凝土防爆支护。锚杆是当代巷道支护的最基本的组成部分,他将巷道的围岩束缚在一起,使围岩自身支护自身。现在锚杆不仅用于矿山,也用于工程技术中,对边坡,隧道,坝体进行主动加固。锚杆作为深入地层的受拉构件,它一端与工程构筑物连接,另一端深入岩层中。将锚杆插入岩体，则需要对岩体进行钻孔。现有设备多为隧道等直径较大孔洞的侧壁进行钻孔，但无法完成小岩孔的侧壁钻孔。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种小岩孔侧壁钻孔工具，是一种实现小岩孔侧壁钻孔，以用于煤岩勘探﹑地震预测﹑采矿等领域的前期实验装置，对于推进岩体力学学科发展以及实验平台建设具有重要的科学意义。
本发明的目的是这样实现的：包括底座、设置在底座端部的步进电机一、设置在底座之间的大丝杠、安装在大丝杠上的尾座丝杠滑台、安装在尾座丝杠滑台上的主轴尾座、安装在主轴尾座中的主轴、安装在主轴尾座端部的步进电机二，步进电机一的输出端与大丝杠连接，步进电机二的输出端与主轴的一端连接，主轴的另一端穿出至主轴尾座外，且主轴的另一端固连有头部外壳，主轴上还设置有电机座，电机座上安装有蜗轮蜗杆减速电机，蜗轮蜗杆减速电机的输出轴上安装有一级带轮一，所述头部外壳内对称设置有两根小丝杠轴，每个小丝杠轴上安装有一滑台板座，两个滑台板座之间设置有滑台板，一号小丝杠轴的上端安装有一级带轮二、下端安装有二级带轮一，二号小丝杠轴的下端设置有二级带轮二，一级带轮一与一级带轮二之间设置有同步带一，二级带轮一与二级带轮二之间设置有同步带二，所述滑台板上设置有一无刷直流电机和一齿轮轴，无刷直流电机的输出端安装有锥齿轮一，齿轮轴上安装有与锥齿轮一啮合的锥齿轮二，齿轮轴上端连接有钻头，所述头部壳体上设置有与钻头配和的孔。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述头部壳体内还设置有两根光轴，两个滑台板座还套在对应的光轴上。
2.所述滑台板上还设置有摄像头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对现有巷道岩体钻孔设备多为隧道等直径较大孔洞的侧壁进行钻孔，但无法完成小岩孔的侧壁钻孔，提供一种小岩孔侧壁钻孔工具，可在直径约为100mm的岩体孔洞内进行360°全方位钻孔。
由于岩孔直径较小且钻孔位置较深，钻孔过程中径向反力较大，部分电机无法进入岩孔内部，钻孔工具径向进给动力源与钻头距离较远，而主轴为一根长杆。所以本专利的结构特点为动力源外置以及采用了同步带和两个微型丝杠滑台。同步带能够保证电机与丝杠滑台之间动力传输高效稳定，两个微型丝杠滑台既能提供充足径向力，又能保证两边同步进给和回退，钻头精准垂直钻孔不发生偏移；同时采用锥齿轮传传递相交轴之间的运动，即可为钻头提供动力，利用摄像头装置可实现远程可视化技术在线观察作业。
附图说明
图1是本发明的工作环境示意图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是本发明的主视方向的结构示意图；
图4是本发明的俯视方向的结构示意图；
图5是本发明的侧视方向的结构示意图；
图6是图5中A-A方向的结构示意图；
图7是图6中B部分的放大结构示意图。
图中：F为锚孔，L为排距，M为小岩孔中心线；1、步进电机一，2、底座，3、联轴器一，4、尾座丝杠滑台，5、大丝杠，6、步进电机二，7、联轴器二，8、主轴尾座，9、主轴，10、蜗轮蜗杆电机座，11、蜗轮蜗杆减速电机，12、一级带轮一，13、同步带一，14、头部外壳，15、一级带轮二，16、微型丝杠杆座一，17、滑台板座，18、滑台板，19、摄像头，20、锥齿轮二，21、钻头，22、轴承盖，23、角接触轴承一，24、齿轮轴，25、套筒，26、角接触轴承二，27、二级带轮二，28、齿轮轴座，29、锥齿轮一，30、直流电机架，31、无刷直流电机，32、同步带二，33、滑台光杆，34、二级带轮一，35、微型丝杠杆座二，36、小丝杠，37、微型丝杠侧板。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明实现整体装置轴向移动的动力来源及传输系统；实现钻孔工具整体旋转的结构及动力系统；钻头径向进给及回退结构及动力传输系统；钻头旋转结构及观测结构。所述整体装置轴向移动的动力来源为步进电机，动力传输系统为丝杠滑台；所述钻孔工具整体旋转结构主要是由另一步进电机带动与钻孔工具装置相连的主轴旋转，进而实现整周转动定位，动力系统为步进电机，动力传输系统为直接通过联轴器带动主轴旋转；所述钻头径向进给及回退结构主要是由两个与钻头平行放置的微型丝杠滑台固定连接滑台板，进而固定钻头轴，实现同步定位与径向进给及回退，动力源为蜗轮蜗杆减速电机，传输系统为电机与一级带轮之间以及两个二级带轮之间的同步带传动；钻头旋转结构为无刷直流电机驱动两个轴交角为90度的锥齿轮啮合，带动钻头工作；观测结构为一固定摄像头。
结合图1至图7，本发明的小岩孔侧壁钻孔工具工作过程具体如下：通过步进电机一1工作，通过联轴器一3带动丝杠5转动工作，使尾座丝杠滑台4移动到合适位置，(其中底座2不动)；然后步进电机二6工作，通过联轴器二7带动主轴9转动，使钻孔工具旋转到合适位置停止，(其中主轴尾座8连接在尾座4上支撑主轴9)；之后蜗轮蜗杆减速电机11工作，带动一级带轮一12旋转，通过同步带一13将运动传递到一级带轮二15，(其中蜗轮蜗杆减速电机11固定在蜗轮蜗杆电机座10上)；然后一级带轮二15工作同时，二级带轮一34工作，通过同步带二32将运动传递到二级带轮二27，这样小丝杠36工作，在滑台光杆33导向下，使滑台板18进行平行于钻头的径向运动，(其中微型丝杠滑台由微型丝杠杆座一16、滑台板座17、滑台光杆33、微型丝杠杆座二35、小丝杠36、微型丝杠侧板37组成，固定于头部外壳14内部，滑台板座17与滑台板18相连)这样即可实现当蜗轮蜗杆减速电机11工作时，滑台板18移动；同时，无刷直流电机31工作，带动锥齿轮一29旋转，啮合锥齿轮二20，使力传递到齿轮轴24上，使齿轮轴24发生旋转，即可实现固定在齿轮轴上的钻头21旋转，进行钻孔，(其中无刷直流电机31与滑台板18连接，齿轮轴24两端与角接触轴承一23和角接触轴承二26接触，角接触轴承一23由轴承盖22压紧，轴承盖22固定连接在滑台板18上)；钻孔结束之后，蜗轮蜗杆减速电机11反向转动，即可实现小丝杠36反向旋转，带动滑台板18反向移动，使钻头21回退到头部外壳14内。按照上述过程，再次调整钻孔工具整体装置的进给位置和旋转角度即可实现在小岩孔侧壁的钻孔任务。
综上，本发明涉及一种小岩孔侧壁钻孔工具的结构设计，其目的是设计一种小岩孔侧壁钻孔工具，包括：钻孔工具整体的轴向运动装置，钻孔工具的周向360°旋转结构，实现钻孔工具钻头的径向进给及回退装置，进给及回退的动力传输系统。上述各部分之间紧密配合构成一种小岩孔侧壁钻孔工具。由于岩孔狭长，所以为保证实现钻孔工具整体轴向移动至指定位置，需足够长的丝杠滑台，动力来源为步进电机。步进电机控制钻孔工具的旋转角度，使钻孔工具能在要求的角度进行工作。实现钻孔工具钻头径向进给及回退的结构为两个与钻头平行放置的微型丝杠滑台，两个丝杠滑台由同步带连接。由于钻孔过程中受到的径向反力较大，采用两个丝杠滑台既能避免悬臂结构，为钻孔提供充足的径向力；两个丝杠滑台同步进给，又能保证钻头的垂直进给，提高钻孔精度。由于岩孔直径较小，控制钻头径向进给及回退的双丝杠滑台是通过同步带与岩孔外的蜗轮蜗杆减速电机相连的，电机将动力由同步带传输至丝杠滑台，以此完成钻头径向进给及回退。整个钻孔工具动作共分为四步：首先，通过步进电机驱动整体装置水平轴向运动，将钻孔工具伸入岩孔中；然后，步进电机带动钻孔工具旋转，调整角度到要求位置时停止；再由无刷直流电机带动钻头转动，与此同时，蜗轮蜗杆减速电机同步工作，由同步带传动带动微型双丝杠滑台实现钻头径向进给及回退，从而完成一次钻孔工作；同时，在工作过程中。这种小岩孔侧壁钻孔工具的特点是小型化、轻型化、系统化、设备模块化﹑实用性较强。本发明是一种实现小岩孔侧壁钻孔，以用于煤岩勘探﹑地震预测﹑采矿等领域的前期实验装置，属于岩体力学模型试验装备技术领域。
Claims (3)
1.一种小岩孔侧壁钻孔工具，其特征在于：包括底座、设置在底座端部的步进电机一、设置在底座之间的大丝杠、安装在大丝杠上的尾座丝杠滑台、安装在尾座丝杠滑台上的主轴尾座、安装在主轴尾座中的主轴、安装在主轴尾座端部的步进电机二，步进电机一的输出端与大丝杠连接，步进电机二的输出端与主轴的一端连接，主轴的另一端穿出至主轴尾座外，且主轴的另一端固连有头部外壳，主轴上还设置有电机座，电机座上安装有蜗轮蜗杆减速电机，蜗轮蜗杆减速电机的输出轴上安装有一级带轮一，所述头部外壳内对称设置有两根小丝杠轴，每个小丝杠轴上安装有一滑台板座，两个滑台板座之间设置有滑台板，一号小丝杠轴的上端安装有一级带轮二、下端安装有二级带轮一，二号小丝杠轴的下端设置有二级带轮二，一级带轮一与一级带轮二之间设置有同步带一，二级带轮一与二级带轮二之间设置有同步带二，所述滑台板上设置有一无刷直流电机和一齿轮轴，无刷直流电机的输出端安装有锥齿轮一，齿轮轴上安装有与锥齿轮一啮合的锥齿轮二，齿轮轴上端连接有钻头，所述头部壳体上设置有与钻头配和的孔。
2.根据权利要求1所述的一种小岩孔侧壁钻孔工具，其特征在于：所述头部壳体内还设置有两根光轴，两个滑台板座还套在对应的光轴上。
3.根据权利要求1或2所述的一种小岩孔侧壁钻孔工具，其特征在于：所述滑台板上还设置有摄像头。
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