CN109519126A - 仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，其包括电机壳、空心杯正反转电机、联轴器、前机壳、固定环、丝杆、丝杆螺母、钻头、扩张板及扩张板连杆，在电机壳内安装空心杯正反转电机及联轴器，空心杯正反转电机驱动联轴器，联轴器连接丝杆与电机输出轴，丝杆转动支撑安装于与前电机壳及前机壳内；丝杆的前端部安装钻头，丝杆和钻头旋向相反；在丝杆上安装丝杆螺母，该丝杆螺母同轴安装连杆铰接座，扩张板连杆一端与连杆铰接座铰装，另一端伸出前机壳与扩张板前部铰装，扩张板为两个至四个扩张板，两个至四个扩张板闭合后围城圆筒状，扩张板后部铰装于电机壳前部的固定环。本发明不需要外部动力设备，实现独立钻扩掘进，运行稳定可靠。
Description
技术领域
本发明属于仿生式掘进装置领域，特别是一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构。
背景技术
随着我国城市化进程加快，城市交通与通讯网络的立体化已成为当今城市建设的重要发展方向，城市建设中小直径管线铺设等小型施工，各类地质勘探与研究，以及反恐中的隐蔽性非开挖作业，都需要相应的地下掘进装置与设备。城市建设中的地铁隧道等大型管线施工主要采用盾构机，系统复杂，集钻挖、输送、支撑为一体，且成本较高。小直径管线施工(25～200cm)，如给排水管线、燃气管线、光纤(电缆)管线、工业管道的施工等一方面不能采用盾构机，另一方面不希望破坏地表影响交通，采用非开挖施工的方法可以减小对交通的影响和对地表设施的破坏，是理想的施工方法。目前城市中采用的非开挖方法主要有冲击矛法、水平定向钻井、水平螺旋钻进法等，多以气压或液压冲击为动力，进行旋钻式挖掘。地面上需要配备大型辅助设备用于排屑、控温、推进，因而设备灵活性不高，单次掘进距离有限(40m以内)，从而制约了旋钻式地下掘进设备的应用范围，使其无法满足城市地下管线铺设所需的掘进距离长，噪音低，震动低，微型化等要求。
中国发明专利(CN201611252858.2)公开了一种扩张式盾构机，其利用液压电机驱动各级扩张装置实现逐级扩张，每级扩张装置均采用5-6个液压缸，孔洞大小为30cm-200cm，该机构可实现无屑非开挖，但开孔范围较大，且需要外部的动力装置较多。
中国发明专利(CN201510982376.1)公开了一种电缆缚设非开挖方法，提供了一小管径电缆缚设排管非开挖方法，管径为400mm，但需要挖设工作井和接收井，利用回拖扩孔的方法实现。掘进距离短，需开挖工作井和接收井。
中国发明专利(CN201710445841.7)公开了一种仿蚯蚓的水下拱泥机器人，其包含两节转向和支撑机构，舵机利用旋转平台将动力传递给动力传动杆及锥形拱泥头，使锥形拱泥头旋转，利用气缸杆的伸缩驱动拱泥头机构往复运动，实现打孔，但该机器人运动形式较复杂，且运动距离有限。
综上所述，现有的掘进装置，其普遍使用盾构机和常用的非开挖方法，无法实现微小孔径的非开挖，且需要预先挖设工作井；也有改进的钻机上的钻扩具，实现钻扩运动，但其钻扩需要地面上的辅助设备和动力设备，无法实现长距离运动。目前，还没有不需要外部动力设备，独立掘进，实现钻扩结合掘进方式对微小孔径进进行非开挖的钻扩机构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，可以在不需外部动力设备的情况下，独立掘进，采用钻扩结合的掘进方式实现微小孔径的非开挖。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，其特征在于：包括电机壳、空心杯正反转电机、联轴器、前机壳、固定环、丝杆、丝杆螺母、钻头、扩张板及扩张板连杆，在电机壳内安装空心杯正反转电机及联轴器，空心杯正反转电机驱动联轴器，联轴器连接丝杆与电机输出轴，丝杆转动支撑安装于与前电机壳及前机壳内；丝杆的前端部安装钻头，丝杆和钻头旋向相反；在丝杆上安装丝杆螺母，该丝杆螺母同轴安装连杆铰接座，扩张板连杆的一端与连杆铰接座铰装，另一端伸出所述前机壳与扩张板前部铰装，扩张板为两个至四个扩张板，两个至四个扩张板闭合后围城圆筒状，扩张板后部铰装于电机壳前部的固定环。
而且，在所述电机壳的前端内部安装第一深沟球轴承，在所述前机壳的前端安装第二深沟球轴承，所述丝杆通过上述第一、第二深沟球轴承转动支撑安装。
而且，在所述扩张板与前机壳之间安装有可伸缩柔性防护罩。
而且，所述钻头采用宝塔钻，通过紧定螺钉与丝杆前端连接。
而且，在前机壳上制有供扩张板连杆伸出及摆动的开槽。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，将钻与扩动作相结合，钻扩机构由一个空心杯正反转电机控制，实现钻、扩动作的交替进行，空心杯正反转电机反转时，丝杆反转，丝杠螺母由头部向后运动，带动与其固连的连杆铰接座向后运动，扩张板连杆带动扩张板闭合，同时钻头正转，旋进土壤中，进行钻孔；电机正转时，钻头反转，不进行钻孔动作，而丝杆正转，丝杆螺母由后部向头部运动，带动与其固连的连杆铰接座向前运动，从而使得扩张板连杆带动并支撑扩张板进行张开，从电机反转时钻出的孔洞周边向外扩展，进行扩土动作，将钻削下的土壤推挤至四周；钻进与扩孔运动相结合。
2、本发明的仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，钻扩机构的钻头作用是导向及固定；管道的挖掘主要通过若干挖扩板扩张实现，挖掘时不产生土壤碎屑，属于无屑式地下掘进运动。
3、本发明的仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，扩张板采用“千斤顶”式扩张机构，输出扭矩大。
4、本发明的仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，钻扩机构采用丝杆螺母支撑结构，通过巧妙的机械设计可以实现与钻-扩运动的相互配合，提高了挖掘效率；支撑结构能实现的轨迹有直线前进和后退的动作，能够完美的与洞壁配合，更能实现推进要求。
5、本发明的仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，由一个电动空心杯正反转电机驱动，实现钻进、扩张及机构支撑三个功能，除整机与供电管线外，机体无需其他部件。
6、本发明的仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，扩张板与前机壳之间安装有伸缩防护罩，进行柔性连接，不影响转向动作，同时用于防止土壤颗粒落入机构中造成堵塞。
7、本发明的仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，结构设计科学合理，不需要外部动力设备，实现独立钻扩掘进，运行稳定可靠。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图。
图中：1-钻头、2-前轴承透盖、3-扩张板、4-前机壳、5-固定环、6-第一深沟球轴承、7-联轴器、8-空心杯正反转电机、9-电机壳、10-第二深沟球轴承、11-丝杆、12-连杆铰接座、13-丝杆螺母、14-扩张板连杆。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，如图1、2所示，钻扩机构包括电机壳9、空心杯正反转电机8、联轴器7、前机壳4、固定环5、丝杆11、丝杆螺母13、钻头1、扩张板3及扩张板连杆14，在电机壳内安装空心杯正反转电机及联轴器，，联轴器连接丝杆与电机输出轴丝杆转动支撑安装于与前电机壳及前机壳内。在电机壳的前端内部安装第一深沟球轴承6，在前机壳的前端安装第二深沟球轴承10，丝杆通过上述第一、第二深沟球轴承转动支撑安装。在前机壳前端的深沟球轴承前部安装有前轴承透盖2。钻头采用宝塔钻，通过紧定螺钉与丝杆前端连接，丝杆和钻头的旋向相反。
丝杆的前端部安装钻头，在丝杆上安装丝杆螺母，该丝杆螺母同轴安装连杆铰接座12，扩张板连杆的一端与连杆铰接座铰装，另一端伸出前机壳与扩张板前部内侧的铰装孔铰装，扩张板后部铰装于电机壳前部的固定环5。扩张板为两个至四个扩张板。本实施例中采用三个扩张板，围城圆筒状。通过丝杆螺母副的左右运动实现三个扩张板的开合动作。
在电机壳中留有线槽，空心杯正反转电机的控制线从前机壳尾部引出。
固定环用于连接前机壳与电机壳的两半机壳，并对电机壳内的空心杯正反转电机起到防护作用；在扩张板与前机壳之间、电机壳与尾部机壳之间有可伸缩柔性防护罩，进行柔性连接，不影响转向动作，同时用于防止土壤颗粒落入机构中造成堵塞。
本仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构的工作原理为：
扩机构由一个空心杯正反转电机控制，实现钻、扩动作的交替进行，空心杯正反转电机反转时，丝杆反转，丝杠螺母由头部向后运动，带动与其固连的连杆铰接座向后运动，扩张板连杆带动扩张板闭合，同时钻头正转，旋进土壤中，进行钻孔；电机正转时，钻头反转，不进行钻孔动作，而丝杆正转，丝杆螺母由后部向头部运动，带动与其固连的连杆铰接座向前运动，从而使得扩张板连杆带动并支撑扩张板进行张开，从电机反转时钻出的孔洞周边向外扩展，进行扩土动作，将钻削下的土壤推挤至四周；钻头的作用是导向及固定；管道的挖掘主要通过三个挖扩板扩张实现，挖掘时不产生土壤碎屑，属于无屑式地下掘进运动。由一个电动空心杯正反转电机驱动，实现钻进、扩张及机构支撑三个功能，除整机与供电管线外，机体无需其他部件。扩张板采用“千斤顶”式扩张机构，输出扭矩大。
本仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构的直径56mm，最大扩挖直径77mm。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (5)
1.一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，其特征在于：包括电机壳、空心杯正反转电机、联轴器、前机壳、固定环、丝杆、丝杆螺母、钻头、扩张板及扩张板连杆，在电机壳内安装空心杯正反转电机及联轴器，空心杯正反转电机驱动联轴器，联轴器连接丝杆与电机输出轴，丝杆转动支撑安装于与前电机壳及前机壳内；丝杆的前端部安装钻头，丝杆和钻头旋向相反；在丝杆上安装丝杆螺母，该丝杆螺母同轴安装连杆铰接座，扩张板连杆的一端与连杆铰接座铰装，另一端伸出所述前机壳与扩张板前部铰装，扩张板为两个至四个扩张板，两个至四个扩张板闭合后围城圆筒状，扩张板后部铰装于电机壳前部的固定环。
2.根据权利要求1所述的一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，其特征在于：在所述电机壳的前端内部安装第一深沟球轴承，在所述前机壳的前端安装第二深沟球轴承，所述丝杆通过上述第一、第二深沟球轴承转动支撑安装。
3.根据权利要求1所述的一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，其特征在于：在所述扩张板与前机壳之间安装有可伸缩柔性防护罩。
4.根据权利要求1所述的一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，其特征在于：所述钻头采用宝塔钻，通过紧定螺钉与丝杆前端连接。
5.根据权利要求1所述的一种仿生微孔径地下掘进装置钻扩机构，其特征在于：在前机壳上制有供扩张板连杆伸出及摆动的开槽。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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