CN110331934B - 一种万向钻孔机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种万向钻孔机，包括推进机构和钻孔机构，推进机构包括支架和油缸，钻孔机构包括钻头座、驱动装置、差速装置和钻头组，钻头座滑动设置在支架上，驱动装置用于驱动钻头组转动，钻头组包括潜孔钻头和取芯钻头，潜孔钻头和取芯钻头平行且并列设置在钻架上，潜孔钻头和取芯钻头通过差速装置与驱动装置连接，差速装置用于调节潜孔钻头和取芯钻头的转速，驱动装置通过差速装置同时驱动孔钻头和取芯钻头转动。通过在钻孔机构上设置潜孔钻头和取芯钻头双钻头模式进行钻孔，从而达到一套钻孔机构同时完成两种孔的钻取，在进行环缝钻孔施工时提高了施工速度。

Description

一种万向钻孔机
技术领域
本发明涉及钻孔机技术领域，具体涉及一种万向钻孔机。
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。
现有的隧道钻机在实际使用中，一般会采用环缝钻孔施工方案，即在工作面上沿隧道横截面的边界切割出连续的圆孔缝，采用机械膨胀的方式撑裂滞留在所述圆孔缝内土石，并将撑裂的土石运离施工场所，得到一个连续导通的环缝；当需要形成的隧道截面积较大时，需要钻取许多的钻孔。现有的隧道钻机一般是采用潜孔钻头或取芯钻头进行圆孔缝的钻取，当需要形成的隧道截面积较大时，需要钻取许多的钻孔。其一个一个的进行钻取施工速度较慢，使用潜孔钻头在施工时工作面上形成连续的孔破坏了工作面的岩土结构还可能导致坍塌；使用取芯钻头时又会对环缝内的岩土形成干扰，不利于环缝内岩土芯的去除。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种万向钻孔机，使用该钻孔机在进行环缝钻孔施工时提高了施工速度，同时还降低了工作面坍塌的可能，同时更有利于环缝内的岩土芯的去除。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供的一种万向钻孔机，包括推进机构和钻孔机构，所述推进机构用于驱动钻孔机构的掘进，所述推进机构包括支架和油缸，所述钻孔机构包括钻头座、驱动装置、差速装置和钻头组，所述钻头座滑动设置在支架上，所述油缸用于驱动钻头座带动所述钻头组在支架上滑动，所述驱动装置用于驱动钻头组转动，所述钻头组包括潜孔钻头和取芯钻头，所述潜孔钻头和取芯钻头平行且并列设置在钻架上，所述潜孔钻头和取芯钻头通过差速装置与驱动装置连接，所述差速装置用于调节潜孔钻头和取芯钻头的转速，所述驱动装置通过差速装置同时驱动孔钻头和取芯钻头转动。
进一步，还包括钻车和活动钻架，所述活动钻架设置在钻车上，所述推进机构和钻孔机构设置在活动钻架上，所述钻车上还设置有动力源，所述动力源用于驱动活动钻架、推进机构和钻孔机构工作，所述活动钻架用于调整钻头的位置，使其能在各个方向上进行钻孔。
进一步，所述活动钻架包括伸缩臂A、旋转台A、伸缩臂B、旋转台B、换向臂和旋转台C，所述伸缩臂A可伸缩的设置在钻车上，所述伸缩臂A可在平面上伸缩，所述旋转台设置在伸缩臂A活动端，所述伸缩臂B可伸缩的设置在旋转台A上，所述旋转台驱动伸缩臂B在第一平面上360度旋转，所述旋转台B设置在伸缩臂B活动端，所述换向臂一端设置在旋转台B上，所述旋转台B驱动换向臂在第二平面上360度旋转，所述换向臂另一端设置有旋转台C，所述支架设置在旋转台C上，所述旋转台C驱动支架在第三平面上360度旋转，所述第一平面垂直于水平面，所述第二平面垂直于第一平面，所述第三平面垂直于第二平面。
进一步，所述差速装置包括第一齿轮组和第二齿轮组，所述第一齿轮组用于调整潜孔钻头的转速，所述第二齿轮组用于调整取芯钻头的转速，所述驱动装置同时驱动第一齿轮组和第二齿轮组。
进一步，所述驱动装置上设置有驱动轴，所述驱动轴上设置有多组驱动齿，多组所述驱动齿齿数不同，所述第一齿轮组包括第一从动轴和第一从动齿，所述潜孔钻头连接在第一从动轴上，所述第一从动轴用于带动潜孔钻头转动，所述第一从动轴上设置有与驱动齿相啮合的第一从动齿，所述差速装置上还设置有用于调整第一从动轴和驱动轴之间的传动比的第一换挡叉以此调节潜孔钻头的转速，所述第二齿轮组包括第二从动轴和第二从动齿，所述取芯钻头连接在第二从动轴上，所述第二从动轴用于带动取芯钻头转动，所述第二从动轴上设置有与驱动齿相啮合的第二从动齿，所述差速装置上还设置有用于调整第二从动轴和驱动轴之间的传动比的第二换挡叉以此调节取芯钻头的转速。
进一步，所述第一从动轴和第二从动轴上分别设置有压力传感器，所述压力传感器分别用于感应潜孔钻头和取芯钻头的掘进压力，根据掘进压力分别调整潜孔钻头和取芯钻头的转动速度。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明提供的一种万向钻孔机，包括推进机构和钻孔机构，所述推进机构用于驱动钻孔机构的掘进，所述推进机构包括支架和油缸，所述钻孔机构包括钻头座、驱动装置、差速装置和钻头组，所述钻头座滑动设置在支架上，所述油缸用于驱动钻头座带动所述钻头组在支架上滑动，所述驱动装置用于驱动钻头组转动，所述钻头组包括潜孔钻头和取芯钻头，所述潜孔钻头和取芯钻头平行且并列设置在钻架上，所述潜孔钻头和取芯钻头通过差速装置与驱动装置连接，所述差速装置用于调节潜孔钻头和取芯钻头的转速，所述驱动装置通过差速装置同时驱动孔钻头和取芯钻头转动。通过在钻孔机构上设置潜孔钻头和取芯钻头双钻头模式进行钻孔，从而达到一套钻孔机构同时完成两种孔的钻取，在进行环缝钻孔施工时提高了施工速度，钻取的环缝孔由穿孔和需要取芯的孔交替组成，还降低了工作面坍塌的可能；同时更有利于环缝内岩土芯的去除。
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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一种万向钻孔机的钻孔机构俯视图；
图2为本发明一种万向钻孔机的立体结构图；
图3为本发明一种万向钻孔机的第一齿轮组和第二齿轮组的啮合图；
图4为本发明的施工工作面截面图；
图5为本发明另一施工方法的工作面截面图。
附图标记：
1-推进机构；2-钻孔机构；3-钻车；4-活动钻架；5-施工工作面；
11-支架；21-钻头座；22-驱动装置；23-差速装置；24-钻头组；41-伸缩臂A；42-旋转台A；43-伸缩臂B；44-旋转台B；45-换向臂；46-旋转臂C；221-驱动轴；222-驱动齿；231-第一从动轴；232-第一从动齿；233-第二从动轴；234-第二从动齿；51-潜孔钻头钻孔；52-取芯钻头钻孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1-5，本发明提供的一种万向钻孔机，包括推进机构1和钻孔机构2，所述推进机构1用于驱动钻孔机构2的掘进，所述推进机构1包括支架11和油缸，所述钻孔机构2包括钻头座21、驱动装置22、差速装置23和钻头组24，所述钻头座21滑动设置在支架11上，所述油缸用于驱动钻头座21带动所述钻头组24在支架11上滑动，所述驱动装置22用于驱动钻头组24转动，所述钻头组24包括潜孔钻头和取芯钻头，所述潜孔钻头和取芯钻头平行且并列设置在钻架上，所述潜孔钻头和取芯钻头通过差速装置23与驱动装置22连接，所述差速装置23用于调节潜孔钻头和取芯钻头的转速，所述驱动装置22通过差速装置23同时驱动潜孔钻头和取芯钻头转动。在掘进过程中，当潜孔钻头和取芯钻头的转速一样时，潜孔钻头和取芯钻头因为其结构和钻孔方式不同其受到岩土的阻力不同，因此需要设置不同的转速来平衡器掘进速度，使其能达到相同或相似的掘进速度，通过差速装置23来改变潜孔钻头和/或取芯钻头的转速，从而使得潜孔钻头和取芯钻头的掘进速度相同，使得岩土给潜孔钻头和取芯钻头的反作用力相同，以便于使用一个驱动装置22同时驱动潜孔钻头和取芯钻头的过程中通过油缸推动钻头座21即能同时完成潜孔钻头的钻孔和取芯钻头的钻孔。从而达到一套钻孔机构2同时完成两种孔的钻取，在进行环缝施工钻孔时兼顾了施工速度和防止了在施工时因破坏工作面岩土结构而发生坍塌的风险。具体地，驱动装置22可选用液压马达，通过液压马达驱动钻头组24转动。
作为对上述技术方案的进一步改进，还包括钻车3和活动钻架4，所述活动钻架4设置在钻车3上，所述推进机构1和钻孔机构2设置在活动钻架4上，所述钻车3上还设置有动力源，所述动力源用于驱动活动钻架4、推进机构1和钻孔机构2工作，所述活动钻架4用于调整钻头的位置，使其能在三维空间的各个方向上进行钻孔。在钻车3上设置活动钻架4，并将推进机构1和钻孔机构2设置在活动钻架4上，使得钻头组24可以在各个方向上进行钻孔，降低了其对施工环境的要求，可以适应在各种环境下进行钻孔施工。优选地，钻车3使用履带式行走机构，其可以适应各种路况的行走，在环缝施工过程中更方便转移钻孔机构2。其中，动力源包括发动机、空压机和液压站等，具体地，所述空压机做气源，所述发动机提供行走机构的驱动力，所述液压站用于油缸工作。特别地，在室外开阔中环境采用柴油发动机工作，进入隧道等半封闭空间时柴油机即停止工作，转而接线用隔爆型异步电动机工作。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述活动钻架4包括伸缩臂A(41、旋转台A42、伸缩臂B43、旋转台B44、换向臂45和旋转臂C46，所述伸缩臂A(41可伸缩的设置在钻车3上，所述伸缩臂A(41可在平面上伸缩，所述旋转台设置在伸缩臂A(41活动端，所述伸缩臂B43可伸缩的设置在旋转台A42上，所述旋转台驱动伸缩臂B43在第一平面上360度旋转，所述旋转台B44设置在伸缩臂B43活动端，所述换向臂45一端设置在旋转台B44上，所述旋转台B44驱动换向臂45在第二平面上360度旋转，所述换向臂45另一端设置有旋转臂C46，所述支架11设置在旋转臂C46上，所述旋转臂C46驱动支架11在第三平面上360度旋转，所述第一平面垂直于水平面，所述第二平面垂直于第一平面，所述第三平面垂直于第二平面。钻孔机构2在活动钻架4上经过三个平面的旋转从而达到空间万向定位。其中，旋转台A42、旋转台B44、旋转臂C46可使用双马达回转减速机构配合回转支撑完成工作台面的回转，伸缩臂A(41和伸缩臂B43用于调整其距离，从而使得在钻车3不动时钻孔机构2可以在更大空间范围内进行钻孔。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述差速装置23包括第一齿轮组和第二齿轮组，所述第一齿轮组用于调整潜孔钻头的转速，所述第二齿轮组用于调整取芯钻头的转速，所述驱动装置22同时驱动第一齿轮组和第二齿轮组。通过驱动装置22同时带动第一齿轮组和第二齿轮组，从而使得一套驱动装置22同时带动潜孔钻头和取芯钻头，从而达到同步钻孔的目的。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述驱动装置22上设置有驱动轴221，所述驱动轴221上设置有多组驱动齿222，多组所述驱动齿222齿数不同，所述第一齿轮组包括第一从动轴231和第一从动齿232，所述潜孔钻头连接在第一从动轴231上，所述第一从动轴231用于带动潜孔钻头转动，所述第一从动轴231上设置有与驱动齿222相啮合的第一从动齿232，所述差速装置上还设置有用于调整第一从动轴231和驱动轴221之间的传动比的第一换挡叉以此调节潜孔钻头的转速，所述第二齿轮组包括第二从动轴233和第二从动齿234，所述取芯钻头连接在第二从动轴233上，所述第二从动轴233用于带动取芯钻头转动，所述第二从动轴233上设置有与驱动齿222相啮合的第二从动齿234，所述差速装置上还设置有用于调整第二从动轴233和驱动轴221之间的传动比的第二换挡叉以此调节取芯钻头的转速。所述第一齿轮组和第二齿轮组通过换挡改变传动比的原理为通过主动轴与从动轴上不同齿数的齿轮相啮合，可根据需要设置档位数量。每一个档位对应一个齿轮组，且第一齿轮组和第二齿轮组的传动比不同。优选地，将第一从动轴231和第二从动轴233分别通过轴承周向转动轴向固定的设置在钻头座21上，防止在掘进过程中，潜孔钻头和取芯钻头传回的反作用力损失第一齿轮组和第二齿轮组。所述第一齿轮组和第二齿轮组的换挡原理与汽车变速箱换挡原理相同且第一齿轮组和第二齿轮组通过单独的换挡叉单独更换档位，即第一齿轮组和第二齿轮组为独立的档位控制。通过设置第一齿轮组或第二齿轮组使得潜孔钻头或取芯钻头与驱动轴221间具有更多的传动比，使得潜孔钻头和取芯钻头间具有更多的转速差，在对不同地质进行钻孔时，使用不同的转速差，使潜孔钻头和取芯钻头得掘进速度相同或相近，以达到提高钻孔效率的目的。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述第一从动轴231和第二从动轴233上分别设置有压力传感器，所述压力传感器分别用于感应潜孔钻头和取芯钻头的掘进压力，根据掘进压力分别调整潜孔钻头和取芯钻头的转动速度。通过感应潜孔钻头和取芯钻头受到的反作用力来调节其转速，当掘进压力越大时调节齿轮组的档位来改变其转速，以达到实时调整其转速差，使得潜孔钻孔和取芯钻头的掘进速度相同或相近，从而提高钻孔效率。在施工工作面上钻孔时可按如图4所示方式的两个取芯钻孔和潜孔钻孔交替间隔钻孔；如图5所示为单个取芯钻孔和潜孔钻孔交替间隔钻孔方式，单个间隔依次交替时进行环缝内的岩土取出时更容易，此方式为最优实施方式。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种万向钻孔机，其特征在于：包括推进机构(1)和钻孔机构(2)，所述推进机构(1)用于驱动钻孔机构(2)的掘进，所述推进机构(1)包括支架(11)和油缸，所述钻孔机构(2)包括钻头座(21)、驱动装置(22)、差速装置(23)和钻头组(24)，所述钻头座(21)滑动设置在支架(11)上，所述油缸用于驱动钻头座(21)带动所述钻头组(24)在支架(11)上滑动，所述驱动装置(22)用于驱动钻头组(24)转动，所述钻头组(24)包括潜孔钻头和取芯钻头，所述潜孔钻头和取芯钻头平行且并列设置在钻架上，所述潜孔钻头和取芯钻头通过差速装置(23)与驱动装置(22)连接，所述差速装置(23)用于调节潜孔钻头和取芯钻头的转速，所述驱动装置(22)通过差速装置(23)同时驱动潜孔钻头和取芯钻头转动。
2.根据权利要求1所述的一种万向钻孔机，其特征在于：还包括钻车(3)和活动钻架(4)，所述活动钻架(4)设置在钻车(3)上，所述推进机构(1)和钻孔机构(2)设置在活动钻架(4)上，所述钻车(3)上还设置有动力源，所述动力源用于驱动活动钻架(4)、推进机构(1)和钻孔机构(2)工作，所述活动钻架(4)用于调整钻头的位置，使其能在各个方向上进行钻孔。
3.根据权利要求2所述的一种万向钻孔机，其特征在于：所述活动钻架(4)包括伸缩臂A(41、旋转台A(42)、伸缩臂B(43)、旋转台B(44)、换向臂(45)和旋转臂C(46)，所述伸缩臂A(41可伸缩的设置在钻车(3)上，所述伸缩臂A(41可在平面上伸缩，所述旋转台设置在伸缩臂A(41活动端，所述伸缩臂B(43)可伸缩的设置在旋转台A(42)上，所述旋转台驱动伸缩臂B(43)在第一平面上360度旋转，所述旋转台B(44)设置在伸缩臂B(43)活动端，所述换向臂(45)一端设置在旋转台B(44)上，所述旋转台B(44)驱动换向臂(45)在第二平面上360度旋转，所述换向臂(45)另一端设置有旋转臂C(46)，所述支架(11)设置在旋转臂C(46)上，所述旋转臂C(46)驱动支架(11)在第三平面上360度旋转，所述第一平面垂直于水平面，所述第二平面垂直于第一平面，所述第三平面垂直于第二平面。
4.根据权利要求1所述的一种万向钻孔机，其特征在于：所述差速装置(23)包括第一齿轮组和第二齿轮组，所述第一齿轮组用于调整潜孔钻头的转速，所述第二齿轮组用于调整取芯钻头的转速，所述驱动装置(22)同时驱动第一齿轮组和第二齿轮组。
5.根据权利要求4所述的一种万向钻孔机，其特征在于：所述驱动装置(22)上设置有驱动轴(221)，所述驱动轴(221)上设置有多组驱动齿(222)，多组所述驱动齿(222)齿数不同，所述第一齿轮组包括第一从动轴(231)和第一从动齿(232)，所述潜孔钻头连接在第一从动轴(231)上，所述第一从动轴(231)用于带动潜孔钻头转动，所述第一从动轴(231)上设置有与驱动齿(222)相啮合的第一从动齿(232)，所述差速装置上还设置有用于调整第一从动轴(231)和驱动轴(221)之间的传动比的第一换挡叉以此调节潜孔钻头的转速，所述第二齿轮组包括第二从动轴(233)和第二从动齿(234)，所述取芯钻头连接在第二从动轴(233)上，所述第二从动轴(233)用于带动取芯钻头转动，所述第二从动轴(233)上设置有与驱动齿(222)相啮合的第二从动齿(234)，所述差速装置上还设置有用于调整第二从动轴(233)和驱动轴(221)之间的传动比的第二换挡叉以此调节取芯钻头的转速。
6.根据权利要求5所述的一种万向钻孔机，其特征在于：所述第一从动轴(231)和第二从动轴(233)上分别设置有压力传感器，所述压力传感器分别用于感应潜孔钻头和取芯钻头的掘进压力，根据掘进压力分别调整潜孔钻头和取芯钻头的转动速度。
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