CN110685607A - 变形钻头和钻机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种变形钻头和钻机，其中，变形钻头包括主钻头组件、定位组件、两个副钻头组件以及调节组件；所述主钻头组件包括主钻杆和主钻头，所述主钻杆的横截面为多边形，所述主钻头安装在所述主钻杆的末端；所述定位组件将两个所述副钻头组件分别固定在所述主钻杆的两侧；所述副钻头组件包括安装部、副钻杆、弹性件、副钻杆以及副钻头，所述调节组件包括第一轴承和连接件，所述第一轴承套的内圈和外圈分别与所述主钻杆和所述连接件相连接，所述连接件与所述定位组件相连接。本发明技术方案可以提高隧道成孔爆破效果，改善超欠挖现象。
Description
技术领域
本发明涉及隧道爆破开挖技术领域，特别涉及一种变形钻头和钻机。
背景技术
我国幅员辽阔，山地和重丘约占国土面积的75％左右。当公路经过山区或重丘时，不可避免的需要采用修建隧道的方式来穿越山岭。隧道既是地下空间的基本利用形式也是铁路、公路、城市地铁等交通网络的重要组成部分。但目前隧道在开挖施工过程中容易产生各种不利情况。
现有的钻孔均是采用“一”字型钻头或者“梅花”型钻头，成孔均是圆形；为利于装火药和适应孔型，也将药卷制成截面为圆形的长条。药卷在圆孔中引爆，在横截面方向其能量是均匀扩散，各方向的劈裂概率相同，造成爆破后隧道周边轮廓线不平整、光滑。导致隧道掌子面在开挖过程中周边位移容易产生超欠挖现象。超挖对于围岩稳定性有较大危害影响，欠挖将降低施工作业效率，两者均不经济。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种变形钻头，旨在提高隧道成孔爆破效果，改善超欠挖现象。
为实现上述目的，本发明提出的变形钻头，包括主钻头组件、定位组件、两个副钻头组件以及调节组件；
所述主钻头组件包括主钻杆和主钻头，所述主钻杆的横截面为多边形，所述主钻头安装在所述主钻杆的末端，用于在隧道光面向前钻开主孔；
所述定位组件将两个所述副钻头组件分别固定在所述主钻杆的两侧；
所述副钻头组件包括安装部、若干个弹性件、副钻杆以及副钻头，所述安装部与所述定位组件相连接，所述副钻杆可滑动安装于所述安装部上，所述弹性件一端与所述副钻杆相连接、另一端与所述安装部相连接，所述副钻杆与所述主钻杆相垂直，所述副钻杆远离所述主钻杆的一端与所述副钻头相连接；所述副钻杆与所述主钻杆的周壁接触，所述副钻头组件在所述主钻杆的推动和弹性件的伸缩作用下具有所述副钻头内收的原始位置和所述副钻头伸出的凿击位置；所述副钻头组件在所述原始位置和所述凿击位置切换以向所述主孔两侧壁钻开两个侧孔；
所述调节组件包括第一轴承和连接件，所述第一轴承套的内圈和外圈分别与所述主钻杆和所述连接件相连接，所述连接件与所述定位组件相连接，所述连接件可以绕所述第一轴承旋转以带动所述定位组件以及固定于所述定位组件上的所述副钻头组件绕所述主钻杆转动。
优选地，所述定位组件包括套设于所述主钻杆外的套筒，所述套筒上开设了两个相对设置的定位窗，两个所述副钻头组件分别安装于两个所述定位窗中。
优选地，所述连接件包括连接环、刻度盘和定位指针，所述连接环通过螺栓与所述套筒相连接，所述刻度盘安装在所述连接环上，所述定位指针安装在所述连接环上。
优选地，所述调节组件还包括驱动装置，所述驱动装置与所述连接件相连接，用于驱动所述连接件旋转。
优选地，所述驱动装置为分度电机。
优选地，所述调节组件还包括控制电路板，所述控制电路板与所述驱动装置电连接，用于控制所述驱动装置工作。
优选地，所述定位组件还包括第二轴承，所述套筒远离所述调节组件的一端与所述主钻杆通过所述第二轴承定位安装。
优选地，所述主钻杆的横截面为正六边形或正五边形。
优选地，所述主钻头直径为3-6cm,所述副钻头的直径比所述主钻头的直径小1-3cm。
本发明还提出一种钻机，包变形钻头，所述变形钻头包括主钻头组件、定位组件、两个副钻头组件以及调节组件；
所述主钻头组件包括主钻杆和主钻头，所述主钻杆的横截面为多边形，所述主钻头安装在所述主钻杆的末端，用于在隧道光面向前钻开主孔；
所述定位组件将两个所述副钻头组件分别固定在所述主钻杆的两侧；
所述副钻头组件包括安装部、副钻杆、弹性件、副钻杆以及副钻头，所述安装部与所述定位组件相连接，所述副钻杆可滑动安装于所述安装部上，所述弹性件一端与所述副钻杆相连接、另一端与所述安装部相连接，所述副钻杆与所述主钻杆相垂直，所述副钻杆远离所述主钻杆的一端与所述副钻头相连接；所述副钻杆与所述主钻杆的周壁接触，所述副钻头组件在所述主钻杆的推动和弹性件的伸缩作用下具有所述副钻头内收的原始位置和所述副钻头伸出的凿击位置；所述副钻头组件在所述原始位置和所述凿击位置切换以向所述主孔两侧壁钻开两个侧孔；
所述调节组件包括第一轴承和连接件，所述第一轴承套的内圈和外圈分别与所述主钻杆和所述连接件相连接，所述连接件与所述定位组件相连接，所述连接件可以绕所述第一轴承旋转以带动所述定位组件以及固定于所述定位组件上的所述副钻头组件绕所述主钻杆转动。
本发明技术方案通过在主钻头两侧各设计一个副钻头，可以在主孔的两侧形成两个侧孔，使该变形钻头在工作中形成的钻孔是一个类似椭圆形的异形孔，异形孔的长轴方向将是药卷能量释放的主要方向，如此，有利于爆破时能量向着固定方向释放。通过设置定位组件和调节组件，使得副钻头与所述主钻头的相对位置可以调节，因此可以选择异形孔的长轴方向与相邻两孔的联心线方向一致或接近，如此可以有效减小相邻异形孔之间的墙体厚度，其在连续钻孔的过程中，可以根据隧道边界线进行角度调整，保证了裂缝沿连心线将岩体断开，使爆破之后沿着隧道边界线形成一个环形爆破路径，进而可靠的提高隧道成孔爆破效果，改善超欠挖现象。
附图说明
图1为本发明变形钻头一实施例的结构示意图；
图2为图1中变形钻头另一视角的结构示意图；
图3为本发明变形钻头工作示意图；
图4为图1中变形钻头又一视角的省略主钻头的结构示意图；
图5为图1中变形钻头的调节组件的结构示意图；
图6为本发明变形钻头另一实施例重的调节组件的功能框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种变形钻头，安装于钻机上用于隧道撑子面爆破开挖。
请参阅图1至图3，在本发明实施例中，该变形钻头包括主钻头组件100、定位组件200、两个副钻头组件300以及调节组件400；
所述主钻头组件100包括主钻杆110和主钻头120，所述主钻杆110的横截面为多边形，所述主钻头120安装在所述主钻杆110的末端，用于在隧道光面向前钻开主孔510；
所述定位组件200将两个所述副钻头组件300分别固定在所述主钻杆110的两侧；
请参阅图4，所述副钻头组件300包括安装部310、若干个弹性件320、副钻杆330以及副钻头340，所述安装部310与所述定位组件200相连接，所述副钻杆330可滑动安装于所述安装部310上，所述弹性件320一端与所述副钻杆330相连接、另一端与所述安装部310相连接，所述副钻杆330与所述主钻杆110相垂直，所述副钻杆330远离所述主钻杆110的一端与所述副钻头340相连接；所述副钻杆330与所述主钻杆110的周壁接触，所述副钻头组件300在所述主钻杆110的推动和弹性件320的伸缩作用下具有所述副钻头340内收的原始位置和所述副钻头340伸出的凿击位置；所述副钻头组件300在所述原始位置和所述凿击位置切换以向所述主孔510两侧壁钻开两个侧孔520；
请参阅图1、图2和图5，所述调节组件400包括第一轴承410和连接件420，所述第一轴承410套的内圈和外圈分别与所述主钻杆110和所述连接件420相连接，所述连接件420与所述定位组件200相连接，所述连接件420可以绕所述第一轴承410旋转以带动所述定位组件200以及固定于所述定位组件200上的所述副钻头组件300绕所述主钻杆110转动。
工作时，主钻杆110与钻机连接，在钻机的驱动下转动，主钻头120与主钻杆110固定在一起的，主钻头120和主钻杆110一起旋转。由于主钻杆110的截面是多边形的，内切圆半径和最长对角线之间存在一定差异，在转动到不同位置时与副钻头组件300的副钻杆330相对位置不同，当主钻杆110在工作时，带动主钻头120向墙体内钻开主孔510，同时主钻杆110还不停地推动副钻杆330，带动副钻杆330运动，副钻杆330通过弹性件320不停复位，如此驱动副钻头340伸缩，进而导致副钻头340不停钻主孔510的侧壁围岩，最后在主孔510侧壁围岩上形成两个侧孔520，打孔完成后的钻孔为一个类椭圆形的异形钻孔。待一个异形钻孔完成后，转动连接件420，将副钻头340与主钻头120之间的相对位置调整到需要的角度，然后进行下一个异形钻孔的钻孔操作，如此反复，完成所有的钻孔。
本发明技术方案通过在主钻头120两侧各设计一个副钻头340，可以在主孔510的两侧形成两个侧孔520，使该变形钻头在工作中形成的钻孔是一个类似椭圆形的异形孔，异形孔的长轴方向将是药卷能量释放的主要方向，如此，有利于爆破时能量向着固定方向释放。通过设置定位组件200和调节组件400，使得副钻头340与所述主钻头120的相对位置可以调节，因此可以选择异形孔的长轴方向与相邻两孔的联心线方向一致或接近，如此可以有效减小相邻异形孔之间的墙体厚度，其在连续钻孔的过程中，可以根据隧道边界线进行角度调整，保证了裂缝沿连心线将岩体断开，使爆破之后沿着隧道边界线形成一个环形爆破路径，进而可靠的提高隧道成孔爆破效果，改善超欠挖现象。
副钻头组件300的具体设置方式有很多，请进一步参阅图4，在本实施例中，作为一个可选实施例，安装部310为一个安装块，该安装块中部设有安装槽311，安装槽311的相对两侧壁开设有让位通孔312，副钻杆330呈T型设置，其包括横设于安装槽311内的定位杆331和自靠近主钻杆110的让位孔伸出的驱动杆332，弹性件320为弹簧，其数量为四根，四根弹簧分别设置于定位杆331的两侧，如此副钻杆330向内和向外移动都可以在弹簧作用下复位。为了达到更稳定的驱动效果还可以在安装槽311内设置导向槽，在副钻杆330上设置配合导向槽的导向棱，从而更稳定可靠的向外伸缩钻孔。
定位组件200用于对副钻头组件300进行定位，其设置方式多样，例如包括设置在主钻杆110两个安装支架，或是包括套设于主钻杆110外的套筒，请参阅图1、图2和图4，在本实施例中，所述定位组件200包括套设于所述主钻杆110外的套筒210，所述套筒210上开设了两个相对设置的定位窗211，两个所述副钻头组件300分别安装于两个所述定位窗211中。套筒210一方面能够对副钻头组件300进行定位，另一方面还可以保护主钻杆110，从而提高整个变形钻头的稳定性。副钻头组件300可以通过胶粘、螺钉连接、卡合连接等等连接方式安装到定位窗211中，在此不做限定。
为了达到更加精确的调节效果，请进一步参阅图5，在本实施例中，所述连接件420包括连接环421、刻度盘422和定位指针423，所述连接环421通过螺栓与所述套筒210相连接，所述刻度盘422安装在所述连接环421上，所述定位指针423安装在所述连接环421上方。连接环421转动时刻度盘422一起转动，此时根据刻度盘422上定位指针423转过的角度就知道副钻头组件300转过的角度，从而可以精准的控制异形孔长轴的方向。
请参阅图6，在一些实施例中，所述调节组件400还包括驱动装置430，所述驱动装置430与所述连接件420相连接，用于驱动所述连接件420旋转。优选地，所述驱动装置430为分度电机。此时，角度调节可以通过电动实现，无需人工操作，同时分度电机调节精度高，能够达到更好的调节效果。
所述调节组件400还包括控制电路板440，所述控制电路板440与所述驱动装置430电连接，用于控制所述驱动装置430工作。通过控制电路板440控制钻头进行角度调整。控制分度电机转动角度的控制电路板是工业生产中常用的电路板，在本变形钻头中使用不存在技术障碍。这样操作的优点是可以快速的进行装置本体的角度调整，便于工作人员进行孔位调整和定位。提供钻孔精确地和效率。
为了达到更可靠的定位效果，在一些实施例中，该定位组件200还包括第二轴承(未图示)，所述套筒210远离所述调节组件400的一端与所述主钻杆110通过所述第二轴承定位安装。此时套筒210的两端分别有机构对其定位和支撑，能够保证套筒210位置稳定，从而对副钻头组件300进行更好的支撑和调节。
在一些可选实施例中，所述主钻杆110的横截面为正六边形或正五边形，此时主钻杆110强度更高，能够按适合的频率推动副钻头组件300钻孔，从而达到较好的钻孔效果。
主钻头120和副钻头340的尺寸可以根据需要进行选取，例如所述主钻头120直径为3-6cm,所述副钻头340的直径比所述主钻头120的直径小1-3cm。此时钻得的孔能够很好的适应药卷的安放需要。尺寸根据实际情况进行选取，在可选实施例中，主钻头120直径可以是42mm，副钻头340直径可以是28mm，副钻头340伸出的长度是和主钻头边界线相平齐的。主钻杆110是正六边形，内切圆半径是32mm，则最长对角线是36.95mm，可以为副钻头340提供4.95mm的长度。
本发明还提出一种钻机，该钻机包括变形钻头，该变形钻头的具体结构参照上述实施例，由于本钻机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种变形钻头，安装于钻机上用于隧道撑子面爆破开挖，其特征在于，所述变形钻头包括主钻头组件、定位组件、两个副钻头组件以及调节组件；
所述主钻头组件包括主钻杆和主钻头，所述主钻杆的横截面为多边形，所述主钻头安装在所述主钻杆的末端，用于在隧道光面向前钻开主孔；
所述定位组件将两个所述副钻头组件分别固定在所述主钻杆的两侧；
所述副钻头组件包括安装部、若干个弹性件、副钻杆以及副钻头，所述安装部与所述定位组件相连接，所述副钻杆可滑动安装于所述安装部上，所述弹性件一端与所述副钻杆相连接、另一端与所述安装部相连接，所述副钻杆与所述主钻杆相垂直，所述副钻杆远离所述主钻杆的一端与所述副钻头相连接；所述副钻杆与所述主钻杆的周壁接触，所述副钻头组件在所述主钻杆的推动和弹性件的伸缩作用下具有所述副钻头内收的原始位置和所述副钻头伸出的凿击位置；所述副钻头组件在所述原始位置和所述凿击位置切换以向所述主孔两侧壁钻开两个侧孔；
所述调节组件包括第一轴承和连接件，所述第一轴承套的内圈和外圈分别与所述主钻杆和所述连接件相连接，所述连接件与所述定位组件相连接，所述连接件可以绕所述第一轴承旋转以带动所述定位组件以及固定于所述定位组件上的所述副钻头组件绕所述主钻杆转动。
2.如权利要求1所述的变形钻头，其特征在于，所述定位组件包括套设于所述主钻杆外的套筒，所述套筒上开设了两个相对设置的定位窗，两个所述副钻头组件分别安装于两个所述定位窗中。
3.如权利要求2所述的变形钻头，其特征在于，所述连接件包括连接环、刻度盘和定位指针，所述连接环通过螺栓与所述套筒相连接，所述刻度盘安装在所述连接环上，所述定位指针安装在所述连接环上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的变形钻头，其特征在于，所述调节组件还包括驱动装置，所述驱动装置与所述连接件相连接，用于驱动所述连接件旋转。
5.如权利要求4所述的变形钻头，其特征在于，所述驱动装置为分度电机。
6.入权利要求4所述的变形钻头，其特征在于，所述调节组件还包括控制电路板，所述控制电路板与所述驱动装置电连接，用于控制所述驱动装置工作。
7.如权利要求2所述的变形钻头，其特征在于，所述定位组件还包括第二轴承，所述套筒远离所述调节组件的一端与所述主钻杆通过所述第二轴承定位安装。
8.如权利要求1所述的变形钻头，其特征在于，所述主钻杆的横截面为正六边形或正五边形。
9.如权利要求1所述的变形钻头，其特征在于，所述主钻头直径为3-6cm,所述副钻头的直径比所述主钻头的直径小1-3cm。
10.一种钻机，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的变形钻头。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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