CN111894445A - 一种多孔排钻 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多孔排钻，包括壳体、冲击装置、转动机构、钎尾、钻杆、钻头和整形装置；本申请装置通过设置多个冲击装置给排钻提供轴向冲击动力，设置转动机构给排钻提供旋转动力，实现隧道岩体连续钻孔成槽；同时在钻杆前端设置整形装置，整形装置的上端轮廓与隧道实际开挖轮廓设计相一致，且整形装置轮廓的端面上设有多个钻齿，通过整形装置和钻齿的冲击，进一步解决了钻孔开槽过程中超欠挖问题。

Description

一种多孔排钻

技术领域

本发明涉及隧道开挖设备技术领域，具体涉及一种多孔排钻。

背景技术

在钻爆法施工的隧道中，由于测量放线误差、钻孔精度低、爆破技术和地质条件的限制，钻孔设备经常产生超欠挖，这不仅对隧道支护结构体系的稳定性产生严重影响，而且由于增加了出渣量和回填工量，使隧道的建设费用大幅上升。

现有隧道开挖施工中经常使用凿岩台车，将多台凿岩机安装在凿岩台车上，实现多机同时作业，集中控制，能缩短钻孔作业时间、提高钻孔效率；钻连续孔，相邻的孔互相干涉，使之成槽，能大大减少超挖量。但是，钻杆间隙大于凿岩机宽度，需用大直径钻头钻孔，保持孔的连续性才能开槽，其能量损耗很大。其次，多台凿岩机分别使用独立的冲击回转油路系统，依靠一对一的液压软管将压缩空气和高压油输送到凿岩机，过多的软管连接不仅易妨碍钻孔作业，而且极易损坏，造成停工更换，拖延工期。综上所述，业内急需一种新型的多孔排钻。

发明内容

本发明目的在于提供，一种多孔排钻，包括壳体、冲击装置、转动机构、钎尾、钻杆、钻头和整形装置；所述钎尾、钻杆和钻头沿轴向方向依次设置，且钻杆与钻头的连接处套设有整形装置；所述整形装置上端轮廓与被开挖设计轮廓一致，所述壳体内设有安装腔体，安装腔体内设有多个冲击装置，冲击装置的输出端与钎尾连接，用以提供钎尾轴向冲击动力，冲击动力经钻杆传递至整形装置和钻头；所述转动机构与钎尾连接，用以提供钎尾旋转动力，旋转动力经钻杆传递至钻头。

进一步地，整形装置包括安装板，安装板上设有多个安装通孔，安装通孔两端分别安装连接钻杆和钻头；所述安装板的上端轮廓与被开挖设计轮廓一致，且该安装板轮廓的端面上设有多个钻齿。

进一步地，本申请装置包括限位缓冲装置，限位缓冲装置包括第二壳体，第二壳体对接于壳体前端，钎尾同时穿过壳体与第二壳体，穿出壳体的钎尾上设有凸沿结构，第二壳体中设有限位件，限位件上设有与凸沿结构匹配的凹槽，限位件套设在钎尾上，且限位件设于第二壳体中，第二壳体中设有储油腔，储油腔中通有高压油，钎尾冲击岩石回弹时，对钎尾起缓冲作用，以及减小钎尾冲击壳体，造成壳体受损。

进一步地，多个冲击装置的输出端并排平行设置或并排呈圆弧状排列，圆弧的弧度范围为0-5度。

进一步地，所述冲击装置包括换向阀和冲击油缸，所述换向阀通过油缸管路与冲击油缸连接，换向阀用于控制冲击油缸的轴向冲击，且冲击油缸的输出端冲击活塞与钎尾相连。

进一步地，转动机构为马达，马达通过齿轮传动的连接方式与钎尾连接。

进一步地，所述马达的数量与钻杆的数量成比例关系，且每件转动机构通过齿轮传动配合控制该比例关系数量的钻杆。

进一步地，钻头包括第一钻头和第二钻头，所述第一钻头与第二钻头并排交替设置，且并排设置时，第一钻头长度大于第二钻头长度。

进一步地，钎尾的中心轴线与壳体的上边缘距离10-50mm。

进一步地，本申请装置包括辅助导向装置，辅助导向装置包括导向板与定位杆；所述导向板上设有与钻杆相对应的限位孔，钻杆穿过导向板的限位孔设置；所述定位杆与导向板垂直连接，且定位杆与所述钻头并排设置。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种多孔排钻，包括壳体、冲击装置、转动机构、钎尾、钻杆、钻头和整形装置；本申请装置通过设置多个冲击装置给排钻提供轴向冲击动力，设置转动机构给排钻提供旋转动力，实现隧道岩体连续钻孔成槽；同时在钻杆前端设置整形装置，整形装置的上端轮廓与隧道实际开挖轮廓设计相一致，且整形装置轮廓的端面上设有多个钻齿，通过整形装置和钻齿的冲击，进一步解决了钻孔开槽过程中超欠挖问题。

(2)本申请装置的壳体前端对接有限位缓冲装置，限位缓冲装置包括第二壳体和限位件，通过限位件对钎尾进行限位，既能够防止钎尾轴向冲击脱出，又不影响钎尾轴向冲击力的传递，同时第二壳体中设有储油腔，储油腔中通有高压油，高压油在钻头冲击岩石回弹时，对钎尾起缓冲作用，减小钎尾冲击壳体，造成壳体受损。

(3)本申请装置将多个冲击装置的输出端并排平行设置或并排成弧度设置，弧度范围为0-5度，有利于钻孔时连孔成槽；同时，钻头包括第一钻头和第二钻头，所述第一钻头与第二钻头并排交替设置，有效避免钻头之间的干涉，且易使钻孔后各孔相互连贯，达到连孔成槽。

(4)本申请装置的所述钎尾上设有花键，转动机构为马达，马达通过齿轮传动的连接方式与钎尾的花键啮合连接；所述马达的数量与钻杆的数量成比例关系，且每件转动机构通过齿轮传动配合控制该比例关系数量的钻杆，实现了一件转动机构控制驱动多件冲击钻杆的功能，大大减少了回转机构的数量，节约了经济成本。

(5)钎尾的中心轴线与壳体的上边缘距离为10-50mm；通过控制钎尾与壳体的小边心距，大大降低了控制钻头与隧道掌子面角度的难度，使得钻头垂直掌子面钻孔，改变了现有超欠挖控制受限于钻头与隧道掌子面钻孔角度的大小调节问题；同时通过设置辅助导向装置，利用辅助导向装置的定位杆插入已钻好的孔中来定位钻头即将打孔的位置，确保了钻孔位置的准确性，进一步确保施工过程中开挖轮廓与设计轮廓完好匹配的效果，消除超欠挖。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本实施例一种多孔排钻的平面结构示意图；

图2是本实施例一种多孔排钻的侧视结构示意图；

图3是图1中一种多孔排钻的剖视示意图；

图4是图1中冲击装置的冲击原理示意图；

图5是图1中钎尾和壳体的边心距示意图；

图6是超欠挖示意图；

图7是图1中整形装置结构示意图；

图8是本实施例一种多孔排钻的连续钻孔开槽的轮廓示意图；

图9是钻杆、整形装置和钻头的安装结构示意图；

其中，1、冲击装置，1.1、换向阀，1.2、冲击活塞，1.3、蓄能器，2、壳体，3、钎尾，4、转动机构，5、钻杆，6、钻头，6.1、第一钻头，6.2、第二钻头，7、整形装置，7.1、安装板，7.2、排渣槽，8、辅助导向装置，8.1、导向板，8.2、定位杆，9、钻齿，10、第二壳体，11、限位件，12、储油腔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1至图9，一种多孔排钻，包括壳体2、冲击装置1、转动机构4、钎尾3、钻杆5、钻头6和整形装置7；所述钎尾、钻杆和钻头沿轴向方向依次同中心轴线连接，即钎尾一端与钻杆连接，钻杆的另一端与钻头连接，且钻杆与钻头连接的端部套设有整形装置；整形装置包括安装板7.1，安装板为弧形板，弧形板上设有多个安装通孔，安装通孔两端分别安装连接钻杆和钻头，安装通孔内设环形凹槽，与钻杆上的环形凸台相匹配，弧形板的上端弧形轮廓与被开挖设计轮廓一致，且该弧形轮廓的端面上设有多个钻齿9；弧形板的安装通孔内设耐磨环，避免了钻杆与弧形板直接接触，增加了整形装置的寿命，弧形板的面积小于钻头的钻孔面积，同时弧形板底部设置排渣槽7.2，确保了钻进过程中能够顺利排渣；所述壳体2内设有安装腔体，安装腔体内设有多个冲击装置，所述冲击装置包括换向阀1.1和冲击油缸，所述换向阀通过油缸管路与冲击油缸连接，且换向阀的连通油路中设有蓄能器1.3，冲击油缸中的缸体中设置油道，并和换向阀共同控制冲击活塞的往复运动；本实施例中，冲击装置的数量为四件，四件冲击油缸的输出端冲击活塞1.2并排呈圆弧状排列(各冲击活塞的中心轴线相连成一条弧线)，弧度范围为0-5度；换向阀用于控制冲击油缸的轴向冲击，冲击活塞1.2与钎尾3相连，进而提供钎尾轴向冲击动力，冲击动力经钻杆传递至整形装置和钻头；壳体的前端还对接有限位缓冲装置，限位缓冲装置包括第二壳体10，第二壳体通过螺栓连接对接于壳体前端，钎尾同时穿过壳体与第二壳体，穿出壳体的钎尾上设有凸沿结构3.1，第二壳体中设有限位件11，限位件为圆柱结构，限位件上设有与凸沿结构匹配的凹槽，限位件套设在钎尾上，且限位件的凹槽与钎尾的凸沿配合连接，第二壳体10中设有储油腔122，储油腔中通有高压油，钎尾冲击岩石回弹时，对钎尾起缓冲作用，有效避免钎尾损伤，同时减小钎尾对壳体的冲击，造成壳体损伤。所述转动机构为马达，钎尾外壁上设有花键，马达设置于壳体外壁，且马达输出端通过齿轮传动的连接方式与钎尾的花键啮合，与钎尾连接的齿轮内部外部均设有轮齿，内部轮齿与钎尾的花键啮合，外部轮齿通过齿轮传动方式与马达连接(详见图3和图5)，马达用以提供钎尾旋转动力，旋转动力经钻杆传递至钻头；钻头6包括第一钻头6.1和第二钻头6.2，所述第一钻头与第二钻头并排交替设置，且第一钻头和第二钻头与钻杆相连，第一钻头和第二钻头与钻杆并排设置时，第一钻头长度大于第二钻头长度；钻头直径大于钻杆知直径，钻头交错设置有效避免钻头之间干涉，同时在钻孔成槽过程中，各钻头交替凿岩冲击，钻的孔与孔之间相互连贯，达到连孔成槽的目的。

本申请装置中，马达的数量与钎尾的数量成比例关系，且每件转动机构通过齿轮传动配合控制该比例关系数量的钎尾转动；比例关系包括1:1，1:2，……，1：n；n为整数，本实施例，马达的数量为两件，钎尾的数量为四件，每件马达通过齿轮传动的连接方式与两件钎尾的花键啮合，即每件马达控制两件钎尾及钻头转动；大大减少马达的使用数量，节约经济成本。同时钎尾的中心轴线与壳体上边缘的的距离(边心距)较小，边心距为1-50mm，小边心距能够实现钻头无外插角或小外插角钻孔，即垂直掌子面钻孔，减少超挖量。

本申请装置包括辅助导向装置8，辅助导向装置包括导向板8.1与定位杆8.2；所述导向板上设有与钻杆相对应的限位孔，钻杆穿过导向板的限位孔设置；所述定位杆与导向板垂直连接，且定位杆与所述钻头并排设置。

图4为冲击活塞1.2回退时油路状态，高压油通入油腔Ⅰ中，换向阀1.1由于面积差运动至右侧，使冲击活塞后腔Ⅳ连通回油，同时活塞前腔Ⅱ始终为高压，故冲击活塞1.2在前后压差情况下会向后(图示左侧)运动。冲击活塞1.2向后运动过程中，换向阀控制油腔Ⅲ与活塞前腔Ⅱ连通，使换向阀1.1向左换向，从而使得冲击活塞1.2后腔Ⅳ与高压腔Ⅰ连通。由冲击活塞1.2后腔面积大于前腔面积，冲击活塞1.2在压力差下，后退会逐渐减速并停止，然后开始加速向前(图示右侧)运动，冲击活塞1.2加速向前运动直至撞击钎尾，此时换向阀控制腔Ⅲ与回油腔Ⅴ连通泄压，换向阀1.1向右换向，使得活塞后腔Ⅳ连通回油腔Ⅴ，冲击活塞1.2再次回退，重复上述运动，实现一定频率的往复运动撞击钎尾3，冲击活塞1.2撞击钎尾3产生应力波，并通过钎尾3及钻杆5传递至钻头6上，实现钻头的轴向钻孔破岩。所述钎尾3在马达的驱动下不断回转，带动钻杆5和钻头6从而实现冲击回转运动。钎尾3的中心轴线与壳体上边缘的距离(边心距)设计非常小，排钻可垂直于隧道掌子面钻孔，相比原先通过控制钻头与掌子面的钻孔角来控制超欠挖，本设计大大降低了控制超欠挖的难度，如附图6，此时依然存在超欠挖；在钻杆5上设置整形装置7，如附图7，其上端弧形轮廓根据实际开挖隧道轮廓设计，包括圆弧但不限于圆弧轮廓，其结构上钻齿9数量及位置分布可根据工况需求设置，包含附图7但不限于附图7的钻齿9数量和分布。整形装置7左侧或右侧设置一个辅助导向装置8，其通过将定位杆插入隧道已钻好的孔中来定位钻头即将打孔的位置，确保了钻孔位置的准确性；随着冲击活塞1.2的不断冲击，钻齿9和钻头6通过辅助导向装置8准确沿设计轮廓连续钻孔开槽，实现隧道岩体设计轮廓的理想开挖，消除了超欠挖。

需要说明的是，本申请装置还包括控制系统，控制系统参照现有的液压控制系统和电气控制系统常规设置，控制系统用于控制冲击装置和转动机构的运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多孔排钻，其特征在于，包括壳体、冲击装置、转动机构、钎尾、钻杆、钻头和整形装置；所述钎尾、钻杆和钻头沿轴向方向依次设置，且钻杆与钻头的连接处套设有整形装置；所述整形装置上端轮廓与被开挖设计轮廓一致，所述壳体内设有安装腔体，安装腔体内设有多个冲击装置，冲击装置的输出端与钎尾连接，用以提供钎尾轴向冲击动力，冲击动力经钻杆传递至整形装置和钻头；所述转动机构与钎尾连接，用以提供钎尾旋转动力，旋转动力经钻杆传递至钻头。

2.根据权利要求1所述的一种多孔排钻，其特征在于，整形装置包括安装板，安装板上设有多个安装通孔，安装通孔两端分别安装连接钻杆和钻头；所述安装板的上端轮廓与被开挖设计轮廓一致，且该安装板轮廓的端面上设有多个钻齿。

3.根据权利要求1所述的一种多孔排钻，其特征在于，包括限位缓冲装置，限位缓冲装置包括第二壳体，第二壳体对接于壳体前端，钎尾同时穿过壳体与第二壳体，穿出壳体的钎尾上设有凸沿结构，第二壳体中设有限位件，限位件上设有与凸沿结构匹配的凹槽，限位件套设在钎尾上，且限位件设于第二壳体中，第二壳体中设有储油腔，储油腔中通有高压油，钎尾冲击岩石回弹时，对钎尾起缓冲作用。

4.根据权利要求1所述的一种多孔排钻，其特征在于，多个冲击装置的输出端并排平行设置或并排呈圆弧状排列，圆弧的弧度范围为0-5°。

5.根据权利要求4所述的一种多孔排钻，其特征在于，所述冲击装置包括换向阀和冲击油缸，所述换向阀通过油缸管路与冲击油缸连接，换向阀用于控制冲击油缸的轴向冲击，且冲击油缸的输出端冲击活塞与钎尾相连。

6.根据权利要求1-4任一项中所述的一种多孔排钻，其特征在于，转动机构为马达，马达通过齿轮传动的连接方式与钎尾连接。

7.根据权利要求6所述的一种多孔排钻，其特征在于，所述马达的数量与钻杆的数量成比例关系，且每件转动机构通过齿轮传动配合控制该比例关系数量的钻杆。

8.根据权利要求7所述的一种多孔排钻，其特征在于，钻头包括第一钻头和第二钻头，所述第一钻头与第二钻头并排交替设置，且并排设置时，第一钻头长度大于第二钻头长度。

9.根据权利要求8所述的一种多孔排钻，其特征在于，钎尾的中心轴线与壳体的上边缘距离10-50mm。

10.根据权利要求9所述的一种多孔排钻，其特征在于，包括辅助导向装置，辅助导向装置包括导向板与定位杆；所述导向板上设有与钻杆相对应的限位孔，钻杆穿过导向板的限位孔设置；所述定位杆与导向板垂直连接，且定位杆与所述钻头并排设置。

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