CN108678666B - 一种多功能钻机及管棚安装装置 - Google Patents

一种多功能钻机及管棚安装装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种多功能钻机及管棚安装装置，主要包括：动力系统、操作平台、行走系统、姿态调整机构和钻进系统，动力系统位于整机后方，操作平台位于行走系统上方，姿态调整机构为整机提供全回转角度调整。本发明提供的多功能钻机及管棚安装装置，钻孔时钻杆连接钻头，在驱动装置作用下，动力头带动钻头进行钻孔，而后装管棚管时将钻头与钻杆分离，将压头与钻杆连接在连动力头，通过动力头带动压头将管棚管压入孔中，完成管棚管的安装，一机多能，使用螺纹连接，拆装便利，实用性高，提高了隧道施工的机械化程度，减少了施工安全隐患，节省了人力成本，有些地质层容易塌孔，引孔完毕后立即安装管棚管，也可提高管棚成孔率，加快施工进度。

Description

一种多功能钻机及管棚安装装置
技术领域
本发明涉及隧道管棚施工技术领域，具体涉及一种多功能钻机及管棚安装装置。
背景技术
管棚法是隧道施工的一种常用的辅助工法，当隧道穿越公路、铁路、地面重要建筑物，大断面隧道施工以及洞口段施工，突破河底、海底、破碎带、松散带、软弱地层等地段时，管棚及其超前注浆不仅能够有效地限制地表下沉，而且能够保证工作面和地层处于安全稳定的状态。因此，管棚工法在工程现场问题的解决中得到了广泛的应用。
在隧道施工机械化快速发展的今天，管棚引孔一般可通过隧道钻机钻孔，在钻机完成管棚引孔之后，需要其他辅助设备将多段管棚管插入孔中，并且扶管以保证管棚管不会偏斜太多，还需要多人辅助安装，存在较大的安全隐患，并且在狭小的隧道施工空间，多种设备协同作业，工序复杂，施工效率大大降低。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种多功能钻机及管棚安装装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种多功能钻机及管棚安装装置，包括：
动力系统，动力系统位于整机后方，用于为整机提供动力源，现有技术中经常使用的电机、柴油机或柴电双动力均可作为动力系统；
操作平台，操作平台位于行走系统上方，操作者在操作平台上完成钻孔及管棚安装作业，操作平台上设置有：现有技术的液压缸/马达操作装置、压力显示装置、电气控制装置、常规使用的操作手柄等，用于实现驱动、压力显示等。
行走系统，实现整机的移动，采用现有技术的履带行走式或轮胎式即可；
姿态调整机构连接钻进系统并受操纵平台控制，用于钻进系统在钻孔和管棚安装作业中的定位，为整机提供全回转角度调整，通过液压马达驱动驱动适配的工作臂带动桅杆及钻进系统进行角度调整，进而实现准确定位的目的，使得钻进系统能够快速、精准的钻孔和管棚管的安装操作，本发明的姿态调整机构可采用现有技术中的姿态调整机构，主要就是能够通过姿态调整机构在作业过程中控制桅杆摆动，精确定位打孔和管棚管的安装；
钻进系统，包括动力头、钻杆、钻头、桅杆和驱动装置，钻头可拆卸式连接在钻杆上并与动力头通过螺纹可拆卸式连接在一起，动力头在驱动装置的作用下带动钻杆和钻头沿桅杆往复滑动并带动钻杆旋转，实现钻杆的进给与提升，完成钻孔操作，驱动装置可为电机，确保能提供动力即可；
管棚安装装置，包括压头、管棚管和上支撑机构，上支撑机构与桅杆可拆卸式相连，管棚管放置于上支撑机构上，钻头和压头与动力头不同时连接，压头替换钻头并通过钻杆与动力头连接时，动力头在驱动装置的作用下，带动压头将管棚管压入钻孔中，实现管棚管的安装。
进一步的，所述钻进系统还包括夹钳，所述驱动装置与桅杆连接在一起，位于桅杆的最左端，为动力头提供推/拉力，使动力头在桅杆上做往复滑动，动力头和钻头分别可拆卸式连接于钻杆的两端，夹钳位于桅杆最右端，在夹钳与动力头的共同作用下可以实现钻杆的上与卸。
进一步的，所述夹钳包括上夹钳、下夹钳和支腿，所述上夹钳设置于靠近桅杆右端的位置，支腿位于距离桅杆右端的最远处，下夹钳位于上夹钳和支腿之间，上夹钳、下夹钳与支腿螺栓连接在一起，整个夹钳与桅杆连接在一起。
进一步的，所述夹钳还包括下支撑，下支撑通过销轴与下夹钳连接在一起，下支撑与上支撑机构为管棚管提供双支撑，支腿上设置一个夹钳座，上夹钳、下夹钳通过螺栓与夹钳座连接在一起，夹钳座为常规使用品。
进一步的，所述压头一端通过设置的外螺纹可拆卸式连接在钻杆上再通过钻杆与动力头输出端连接在一起，压头另一端可以插入到管棚管中；钻孔时，钻头通过钻杆连接在动力头上，安装管棚管时，压头替换钻头并通过钻杆连接在动力头上，在实际操作中，由于管棚管长度的限制等因素，为更加贴合实际需求，钻孔时的钻杆长度可以与安装管棚管时的钻杆长度不同。
进一步的，所述压头上且插入管棚管的一端设置拆装孔和旋转齿，方便压头的快速拆装。
进一步的，所述上支撑机构包括安装板、两块平行排布的立板和U型支架，两块立板间隔一定距离，立板垂直布置于安装板上，每块立板顶端均设有一个U型支架，两个U型支架面面相对。
进一步的，所述上支撑机构还包括润滑油嘴、滚轮和加强板，立板顶端开有与U型支架相吻合的凹槽，两块立板之间对称分布有两个加强板，U型支架上分布有若干个润滑油嘴，面面相对的两个U型支架之间设置若干个滚轮。
进一步的，所述滚轮可替换为尼龙耐磨垫。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种多功能钻机及管棚安装装置，主要包括：动力系统、操作平台、行走系统、姿态调整机构和钻进系统；其中动力系统位于整机后方，为整机提供动力源，钻进系统位于行走系统的上方，姿态调整机构为整机提供全回转角度调整，操作平台位于行走系统上方，视野开阔方便操作，钻进系统可以实现钻杆的旋转、进给提升和上卸以及管棚管的安装操作。本发明提供的多功能钻机及管棚安装装置，先使用钻头钻孔，后装管棚管，钻孔时钻杆连接钻头，在驱动装置作用下，动力头带动钻头进行钻孔，而后装管棚管时将钻头与钻杆分离，将压头替换掉钻头并通过钻杆与动力头输出端直接连接，通过动力头带动压头将管棚管压入孔中，完成管棚管的安装，一机多能，使用螺纹连接，拆装便利，钻孔时的钻杆长度与安装管棚管时用的钻杆长度可相同或不同，可根据实际需求进行灵活选择，实用性高，提高了隧道施工的机械化程度，减少了施工安全隐患，节省了人力成本，有些地质层容易塌孔，引孔完毕后立即安装管棚管，也可提高管棚成孔率，加快施工进度。
附图说明
图1是本发明的多功能钻机的结构示意图；
图2是本发明的钻进系统的结构示意图；
图3是本发明的管棚管安装示意图；
图4是本发明的夹钳的示意图；
图5是本发明的压头的结构示意图；
图6是本发明的上支撑机构的结构示意图；
其中，1、动力系统；2、操作平台；3、行走机构；4、姿态调整机构；5、钻进系统；50、动力头；51、钻杆；52、钻头；53、夹钳；531、上夹钳；532、下夹钳；533、下支撑；534、支腿；54、桅杆；55、驱动装置；56、压头；57、管棚管；58、上支撑机构；561、外螺纹；562、拆装孔；563、旋转齿；581、安装板；582、立板；583、润滑油嘴；584、滚轮；585、U型支架；586、加强板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-6所示，一种多功能钻机及管棚安装装置，包括动力系统1、操作平台2、行走系统3、姿态调整机构4、钻进系统5和管棚安装装置，动力系统1位于整机后方，为整机提供动力源，操作平台2位于行走系统3上方，操作者使用操作平台2完成钻孔及管棚安装作业，操作平台2位置的选择需要确保视野开阔、方便操作者操作，通过行走系统3实现整机的移动，可采用常见的履带式或轮胎式，钻进系统5位于行走系统3上方，与姿态调整机构4连接在一起，通过姿态调整机构4为整机提供全回转角度调整，进行准确定位，通过钻进系统5可以实现钻杆51的旋转、进给提升、上卸以及管棚管57的安装操作。
钻进系统5包括：动力头50、钻杆51、钻头52、夹钳53、桅杆54以及驱动装置55，驱动装置55与桅杆54连接在一起，位于桅杆54的最左端，为动力头50提供推/拉力，使动力头50在桅杆54上做往复滑动，钻头52可拆卸式连接在钻杆51上并与动力头50通过螺纹连接在一起，拆装便利，动力头50在驱动装置55的作用下可以带动钻杆51和钻头52沿桅杆54来回滑动，实现钻杆51的进给与提升，并且动力头50可以带动钻杆51旋转，包括正转与反转，完成钻孔操作，在动力头50与夹钳53的共同作用下可以实现钻杆51的上与卸。
动力头50和钻头52分别可拆卸式（螺纹）连接于钻杆51的两端，拆装便利，夹钳53位于桅杆54最右端，夹钳53包括：上夹钳531、下夹钳532、下支撑533以及支腿534，上夹钳531设置于靠近桅杆54右端的位置，支腿534位于距离桅杆54右端的最远处，下夹钳532位于上夹钳531和支腿534之间，上夹钳531、下夹钳532与支腿534螺栓连接在一起，下支撑533通过销轴与下夹钳532连接在一起，允许拆卸，并且下支撑533与上支撑机构58为管棚管57提供双支撑，减少了人工扶管的工序，提高了作业安全性以及施工效率，下支撑533可去除，仅使用上支撑机构58连接桅杆54同样起到良好的支撑作用，整个夹钳53与桅杆54连接在一起，支腿534在必要的时候为整机提供支撑，支腿534上设置一个夹钳座，上夹钳531、下夹钳532通过螺栓与夹钳座连接在一起，上夹钳531、下夹钳532与动力头50相互配合还能够实现钻杆51的快速拆装。
管棚安装装置包括：压头56、管棚管57、上支撑机构58，上支撑机构58通过螺栓与桅杆54连接在一起，方便拆卸，管棚管57放置于上支撑机构58上，钻头52和压头56与动力头50不同时连接，需要钻孔时，钻头52连接在钻杆51上再通过螺纹与动力头50连接在一起，动力头50在驱动装置55的作用下可以带动钻杆51和钻头52沿桅杆54来回滑动，完成钻孔作业，钻孔后进行安装管棚管57时，只需要将钻头52与钻杆51分离开来，将压头56替换钻头52并通过钻杆51与动力头50螺纹连接在一起，此时动力头50在驱动装置55的作用下，带动压头56将管棚管57压入钻孔中，实现管棚管57的安装。
在安装管棚管57前，将钻头52与钻杆51分离，压头56替换钻头52，压头56一端设置有外螺纹561并直接连接在钻杆51上再通过钻杆51与动力头50可拆卸式连接在一起，压头56另一端插入到管棚管57中，压头56上且位于插入管棚管57的一端设置拆装孔562和旋转齿563，方便压头56的快速拆装。
上支撑机构58主要包括：安装板581、两块平行排布的立板582、润滑油嘴583、滚轮584、U型支架585以及加强板586，两块立板582间隔一定距离，立板582垂直布置于安装板581上，每块立板582顶端均设有一个U型支架585，两个U型支架585面面相对，立板582顶端开有与U型支架585相吻合的凹槽，两块立板582之间对称分布有两个加强板586，用于提高立板582及整个上支撑机构58的稳固性，U型支架585上分布有若干个润滑油嘴583，面面相对的两个U型支架585之间设置若干个滚轮584，滚轮584的设计有效的减少了管棚管57的磨损，并且为管棚管57的压进提供了导向，滚轮584润滑方便，更换容易，其中，滚轮584还可用尼龙等耐磨垫代替，同样起到减小管棚管57磨损的作用。
本发明的工作原理：
先使用钻头52钻孔，后装管棚管57，钻孔时钻杆51连接钻头52，在驱动装置55的作用下，动力头50带动钻头52进行钻孔，钻孔时钻杆51的长度和安装管棚管57时的钻杆51的长度之间的关系不限定，若需要更换钻杆51的长度，只需在动力头50与夹钳53的配合下进行钻杆51的拆装，完成设计深度的钻进工作，更换后无需移动整机，安装管棚管57前，只将钻头52更换为压头56，压头56与新更换的钻杆51连接再连接再动力头50上，将管棚管57放在上支撑机构58和下支撑533上，动力头50在驱动装置55的作用下，将管棚管57压入孔中，实现管棚管57的快速安装，并且在必要的时候，可以边旋转边压进，提高安装效率，在完成该孔的管棚安装之后，可以移动整机进行下一管棚的施工。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多功能钻机及管棚安装装置，包括：动力系统(1)、操作平台(2)和行走系统(3)，其特征在于，还包括：
钻进系统(5)，包括动力头(50)、钻杆(51)、钻头(52)、桅杆(54)和驱动装置(55)，所述钻头(52)可拆卸式连接在钻杆(51)上再通过钻杆(51)与动力头(50)可拆卸式相连，动力头(50)在驱动装置(55)的作用下带动钻杆(51)和钻头(52)沿桅杆(54)往复滑动并带动钻杆(51)旋转，实现钻杆(51)的进给与提升，完成钻孔操作；
管棚安装装置，包括压头(56)、管棚管(57)和上支撑机构(58)，上支撑机构(58)与桅杆(54)可拆卸式相连，管棚管(57)放置于上支撑机构(58)上，钻头(52)和压头(56)与动力头(50)不同时连接，压头(56)替换钻头(52)并通过钻杆(51)与动力头(50)连接时，动力头(50)在驱动装置(55)的作用下，带动压头(56)将管棚管(57)压入钻孔中，实现管棚管(57)的安装；
所述上支撑机构(58)包括安装板(581)、两块平行排布的立板(582)和U型支架(585)，两块立板(582)间隔一定距离，立板(582)垂直布置于安装板(581)上，每块立板(582)顶端均设有一个U型支架(585)，两个U型支架(585)面面相对；
所述上支撑机构(58)还包括润滑油嘴(583)、滚轮(584)和加强板(586)，立板(582)顶端开有与U型支架(585)相吻合的凹槽，两块立板(582)之间对称分布有两个加强板(586)，U型支架(585)上分布有若干个润滑油嘴(583)，面面相对的两个U型支架(585)之间设置若干个滚轮(584)。
2.根据权利要求1所述的一种多功能钻机及管棚安装装置，其特征在于，所述钻进系统(5)还包括夹钳(53)，所述驱动装置(55)与桅杆(54)连接在一起，位于桅杆(54)的最左端，为动力头(50)提供推/拉力，使动力头(50)在桅杆(54)上做往复滑动，动力头(50)和钻头(52)分别可拆卸式连接于钻杆(51)的两端，夹钳(53)位于桅杆(54)最右端。
3.根据权利要求2所述的一种多功能钻机及管棚安装装置，其特征在于，所述夹钳(53)包括上夹钳(531)、下夹钳(532)和支腿(534)，所述上夹钳(531)设置于靠近桅杆(54)右端的位置，支腿(534)位于距离桅杆(54)右端的最远处，下夹钳(532)位于上夹钳(531)和支腿(534)之间，上夹钳(531)、下夹钳(532)与支腿(534)螺栓连接在一起，整个夹钳(53)与桅杆(54)连接在一起。
4.根据权利要求3所述的一种多功能钻机及管棚安装装置，其特征在于，所述夹钳(53)还包括下支撑(533)，下支撑(533)通过销轴与下夹钳(532)连接在一起，下支撑(533)与上支撑机构(58)为管棚管(57)提供双支撑，支腿(534)上设置一个夹钳座，上夹钳(531)、下夹钳(532)通过螺栓与夹钳座连接在一起。
5.根据权利要求1所述的一种多功能钻机及管棚安装装置，其特征在于，所述压头(56)一端通过设置的外螺纹(561)可拆卸式连接在钻杆(51)上再通过钻杆(51)与动力头(50)输出端连接在一起，压头(56)另一端可以插入到管棚管(57)中。
6.根据权利要求5所述的一种多功能钻机及管棚安装装置，其特征在于，所述压头(56)上且插入管棚管(57)的一端设置拆装孔(562)和旋转齿(563)，方便压头(56)的快速拆装。
7.根据权利要求1所述的一种多功能钻机及管棚安装装置，其特征在于，所述滚轮(584)可替换为尼龙耐磨垫。
8.根据权利要求1所述的一种多功能钻机及管棚安装装置，其特征在于，所述动力系统(1)位于整机后方，用于为整机提供动力源，操作平台(2)位于行走系统(3)上方，用于控制钻孔及管棚安装作业，通过行走系统(3)实现整机移动。
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