CN111963054B - 一种定向钻孔装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定向钻孔装置，其采用直驱机组进行直接驱动，钻杆可以穿过直驱机组，这样，可以有效的提高旋转转矩的传递效率，同时降低对钻杆产生的疲劳损坏，本发明钻杆与旋转驱动套之间可轴向相对滑动的设置，钻杆的远离钻头的一端抵靠连接在进给控制机构上，进给控制机构控制所述钻杆在钻孔时的轴向进给，可方便实现对钻杆的进给，保证钻孔效率，本发明在钻孔作业时，进给控制机构对钻杆的轴向方向压力的施力点处于变动之中，这样，通过对钻杆轴向施加压力点和施力方向的不断变化，可有效实现钻杆的微幅的钻设角度的微幅变化，保证钻孔的大小大于钻杆，同时不会导致钻杆在钻设过程中出现卡滞问题，保证钻杆的效率与可靠性。

Description

一种定向钻孔装置
技术领域
本发明具体涉及一种定向钻孔装置，属于钻孔设备技术领域。
背景技术
目前，对于一些定向钻孔尤其是对于一些较深的钻孔(比如矿井、支护等等)来说，采用普通的钻孔设备进行钻孔十分麻烦，尤其是在钻设一定程度后，钻孔的角度会出现变化，随着角度变化的极大，会使得后期钻孔十分困难，而且钻孔后，钻杆难以方便抽出，甚至钻杆由于角度误差的不断积聚，很容易在钻设后期由于钻杆受到钻孔内壁的巨大干涉力而导致钻杆出现弯曲，这进一步影响钻杆的后续使用，同时，目前在钻孔时一般是在钻杆的端部进行驱动钻杆旋转，这就导致钻杆的整个长度均受到较大的扭矩，不仅耗能极大，而且，很容易导致钻杆疲劳失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向钻孔装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种定向钻孔装置，其包括机座、可调节机头座、直驱机组、旋转驱动套、进给滑座和进给控制机构，其中，所述机座的顶部设置有横向延伸的滑轨，所述可调节机头座可滑动且可锁紧的设置在所述滑轨的前部，所述滑轨的后部设置有可沿其延伸方向滑动配合的所述进给滑座，所述进给滑座上固定设置有所述进给控制机构，其特征在于，所述可调节机头座上通过固定机构固定设置有所述直驱机组，所述直驱机组的中心设置有由其驱动绕自身中心轴线高速旋转的所述旋转驱动套，钻孔的钻杆穿过所述旋转驱动套设置，以便由所述旋转驱动套驱动钻杆旋转，所述钻杆与所述旋转驱动套之间可轴向相对滑动的设置，所述钻杆的远离钻头的一端抵靠连接在所述进给控制机构上，所述进给控制机构控制所述钻杆在钻孔时的轴向进给。
进一步，作为优选，所述进给控制机构的控制方式构设为所述进给控制机构对所述钻杆的轴向方向的压力始终处于设定阈值内，且在钻孔作业时，所述进给控制机构对所述钻杆的轴向方向压力的施力点处于变动之中。
进一步，作为优选，在钻孔作业时，所述进给控制机构对所述钻杆的直接施力方向处于变化之中，且直接施力方向与所述钻杆的中心轴线之间具有一夹角，该夹角在钻孔作业时处于不断变化之中。
进一步，作为优选，所述机座上设置有进给驱动机构，所述进给驱动机构为丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构由伺服电机驱动，所述伺服电机由所述进给控制机构反馈控制，所述丝杠螺母机构驱动所述进给滑座沿着所述滑轨滑动。
进一步，作为优选，所述旋转驱动套的内壁上设置有沿着径向方向凸出的驱动限位肩，所述钻杆的外壁上设置有与所述驱动限位肩位置对应的限位槽，所述限位槽套设在所述限位肩内，以便传递旋转驱动所述钻杆的旋转力矩，所述驱动限位肩和限位槽之间采用光滑的表面可滑动配合。
进一步，作为优选，所述固定机构包括定位底座和压紧座，所述定位底座上设置有定位凹腔，所述直驱机组定位在所述定位凹腔内，且所述直驱机组的上方压紧设置有与所述定位底座连接的所述压紧座，所述定位底座固定安装在所述可调节机头座上方的定位板上。
进一步，作为优选，所述机座的前端设置有校正梁，所述校正梁的两端均设置有一个定位校正发射器，所述机座的前方设置有对钻孔位置进行校正定位的标定座，所述标定座上设置有与所述定位校正发射器一一位置对应的接收器，所述接收器与所述定位校正发射器定位配合。
进一步，作为优选，所述进给控制机构包括控制座、定位块、压力检测组件、倾斜安装座、第一伸缩驱动器、第二伸缩驱动器和抵接弧形块，所述控制座内的中心设置有水平延伸的定位块，所述定位块上通过压力检测组件连接至所述倾斜安装座，所述倾斜安装座的两端分别采用铰接柱铰接连接在所述第一伸缩驱动器和第二伸缩驱动器的一端，所述第一伸缩驱动器、第二伸缩驱动器的另一端部分别连接在抵接弧形块的两端，所述抵接弧形块抵靠施力于所述钻杆的端部，且所述抵接弧形块的朝向钻杆的端部的一侧为弧形凸端，在钻孔作业时，所述第一伸缩驱动器与所述第二伸缩驱动器相互配合伸缩运动。
进一步，作为优选，所述控制座的朝向钻杆的端部的内壁上设置有支撑轴承。
进一步，作为优选，所述压力检测组件包括第一连接盘、第二连接盘和压力传感器，所述压力传感器连接在所述第一连接盘和第二连接盘之间，所述第一连接盘、第二连接盘分别连接至所述定位块的中部位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种定向钻孔装置，其采用直驱机组进行直接驱动，钻杆可以穿过直驱机组，这样，可以有效的提高旋转转矩的传递效率，同时降低对钻杆产生的疲劳损坏，本发明钻杆与所述旋转驱动套之间可轴向相对滑动的设置，所述钻杆的远离钻头的一端抵靠连接在所述进给控制机构上，所述进给控制机构控制所述钻杆在钻孔时的轴向进给，可以方便的实现对钻杆的进给，保证钻孔的效率，本发明在钻孔作业时，所述进给控制机构对所述钻杆的轴向方向压力的施力点处于变动之中，这样，通过对钻杆轴向施加压力点和施力方向的不断变化，可以有效的实现钻杆的微幅的钻设角度的微幅变化，保证钻孔的大小大于钻杆，同时不会导致钻杆在钻设过程中出现卡滞问题，保证钻杆的效率与可靠性。
附图说明
图1为一种定向钻孔装置的整体结构示意图；
图2为一种定向钻孔装置中进给控制机构对钻杆在其中一个施力方向上的状态结构示意图。
图3为一种定向钻孔装置中进给控制机构对钻杆在另外一个施力方向上的状态结构示意图
图4为本发明的定位校正发射器与接收器之间的配合结构示意图；
图5为本发明的旋转驱动套与钻杆的配合截面结构示意图；
具体实施方式
请参阅图1～5，本发明实施例中，一种定向钻孔装置，其包括机座1、可调节机头座13、直驱机组9、旋转驱动套10、进给滑座2和进给控制机构3，其中，所述机座的顶部设置有横向延伸的滑轨12，所述可调节机头座可滑动且可锁紧的设置在所述滑轨12的前部，所述滑轨的后部设置有可沿其延伸方向滑动配合的所述进给滑座，所述进给滑座上固定设置有所述进给控制机构，其特征在于，所述可调节机头座上通过固定机构固定设置有所述直驱机组9，所述直驱机组的中心设置有由其驱动绕自身中心轴线高速旋转的所述旋转驱动套10，钻孔的钻杆4穿过所述旋转驱动套设置，以便由所述旋转驱动套驱动钻杆旋转，所述钻杆与所述旋转驱动套之间可轴向相对滑动的设置，所述钻杆的远离钻头的一端抵靠连接在所述进给控制机构3上，所述进给控制机构3控制所述钻杆在钻孔时的轴向进给。
其中，直驱机组9可以采用直驱电机进行直接驱动，直驱电机的定子固定在直驱机组的外座内壁上，所述直驱电机的转子与所述旋转驱动套10固定连接，所述旋转驱动套的中心设置有供钻杆穿过的通孔。
在本实施例中，所述进给控制机构的控制方式构设为所述进给控制机构对所述钻杆的轴向方向的压力始终处于设定阈值内，且在钻孔作业时，所述进给控制机构对所述钻杆的轴向方向压力的施力点处于变动之中，这样，通过压力的检测以及控制，实现对钻杆的进给控制。
在钻孔作业时，所述进给控制机构对所述钻杆的直接施力方向处于变化之中，且直接施力方向与所述钻杆的中心轴线之间具有一夹角，该夹角在钻孔作业时处于不断变化之中，这样，通过对钻杆轴向施加压力点和施力方向的不断变化，可以有效的实现钻杆的微幅的钻设角度的微幅变化，保证钻孔的大小大于钻杆，同时不会导致钻杆在钻设过程中出现卡滞问题，保证钻杆的效率与可靠性。
所述机座1上设置有进给驱动机构，所述进给驱动机构为丝杠螺母机构7，所述丝杠螺母机构由伺服电机驱动，所述伺服电机由所述进给控制机构3反馈控制，所述丝杠螺母机构驱动所述进给滑座2沿着所述滑轨滑动。
所述旋转驱动套10的内壁上设置有沿着径向方向凸出的驱动限位肩18，所述钻杆的外壁上设置有与所述驱动限位肩位置对应的限位槽，所述限位槽套设在所述限位肩内，以便传递旋转驱动所述钻杆的旋转力矩，所述驱动限位肩和限位槽之间采用光滑的表面可滑动配合。
所述固定机构包括定位底座5和压紧座8，所述定位底座上设置有定位凹腔，所述直驱机组9定位在所述定位凹腔内，且所述直驱机组9的上方压紧设置有与所述定位底座连接的所述压紧座，所述定位底座固定安装在所述可调节机头座13上方的定位板6上。
所述机座1的前端设置有校正梁17，所述校正梁的两端均设置有一个定位校正发射器14，所述机座的前方设置有对钻孔位置进行校正定位的标定座16，所述标定座上设置有与所述定位校正发射器一一位置对应的接收器15，所述接收器与所述定位校正发射器14定位配合，在钻孔时，先将标定座固定在待钻孔位置下方的合适校正位置处，在钻孔中，时刻观察定位校正发射器14与接收器之间的相对位置，在更换钻杆进行继续钻设时，可以利用校正发射器14与接收器之间的配合，实现对机座的重新定位与校正。
所述进给控制机构3包括控制座30、定位块、压力检测组件、倾斜安装座39、第一伸缩驱动器31、第二伸缩驱动器34和抵接弧形块33，所述控制座内的中心设置有水平延伸的定位块，所述定位块上通过压力检测组件连接至所述倾斜安装座39，所述倾斜安装座39的两端分别采用铰接柱35铰接连接在所述第一伸缩驱动器31和第二伸缩驱动器34的一端，所述第一伸缩驱动器31、第二伸缩驱动器34的另一端部分别连接在抵接弧形块33的两端，所述抵接弧形块33抵靠施力于所述钻杆的端部，且所述抵接弧形块的朝向钻杆的端部的一侧为弧形凸端，在钻孔作业时，所述第一伸缩驱动器与所述第二伸缩驱动器相互配合伸缩运动。
所述控制座的朝向钻杆的端部的内壁上设置有支撑轴承32。
所述压力检测组件包括第一连接盘37、第二连接盘36和压力传感器38，所述压力传感器连接在所述第一连接盘37和第二连接盘36之间，所述第一连接盘37、第二连接盘36分别连接至所述定位块的中部位置。
本发明提供的一种定向钻孔装置，其采用直驱机组进行直接驱动，钻杆可以穿过直驱机组，这样，可以有效的提高旋转转矩的传递效率，同时降低对钻杆产生的疲劳损坏，本发明钻杆与所述旋转驱动套之间可轴向相对滑动的设置，所述钻杆的远离钻头的一端抵靠连接在所述进给控制机构上，所述进给控制机构控制所述钻杆在钻孔时的轴向进给，可以方便的实现对钻杆的进给，保证钻孔的效率，本发明在钻孔作业时，所述进给控制机构对所述钻杆的轴向方向压力的施力点处于变动之中，这样，通过对钻杆轴向施加压力点和施力方向的不断变化，可以有效的实现钻杆的微幅的钻设角度的微幅变化，保证钻孔的大小大于钻杆，同时不会导致钻杆在钻设过程中出现卡滞问题，保证钻杆的效率与可靠性。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种定向钻孔装置，其包括机座(1)、可调节机头座(13)、直驱机组(9)、旋转驱动套(10)、进给滑座(2)和进给控制机构(3)，其中，所述机座的顶部设置有横向延伸的滑轨(12)，所述可调节机头座可滑动且可锁紧的设置在所述滑轨(12)的前部，所述滑轨的后部设置有可沿其延伸方向滑动配合的所述进给滑座，所述进给滑座上固定设置有所述进给控制机构，其特征在于，所述可调节机头座上通过固定机构固定设置有所述直驱机组(9)，所述直驱机组的中心设置有由其驱动绕自身中心轴线高速旋转的所述旋转驱动套(10)，钻孔的钻杆(4)穿过所述旋转驱动套设置，以便由所述旋转驱动套驱动钻杆旋转，所述钻杆与所述旋转驱动套之间可轴向相对滑动的设置，所述钻杆的远离钻头的一端抵靠连接在所述进给控制机构(3)上，所述进给控制机构(3)控制所述钻杆在钻孔时的轴向进给；
所述旋转驱动套(10)的内壁上设置有沿着径向方向凸出的驱动限位肩(18)，所述钻杆的外壁上设置有与所述驱动限位肩位置对应的限位槽，所述限位槽套设在所述限位肩内，以便传递旋转驱动所述钻杆的旋转力矩，所述驱动限位肩和限位槽之间采用光滑的表面可滑动配合；
所述固定机构包括定位底座(5)和压紧座(8)，所述定位底座上设置有定位凹腔，所述直驱机组(9)定位在所述定位凹腔内，且所述直驱机组(9)的上方压紧设置有与所述定位底座连接的所述压紧座，所述定位底座固定安装在所述可调节机头座(13)上方的定位板(6)上；
所述进给控制机构(3)包括控制座(30)、定位块、压力检测组件、倾斜安装座(39)、第一伸缩驱动器(31)、第二伸缩驱动器(34)和抵接弧形块(33)，所述控制座内的中心设置有水平延伸的定位块，所述定位块上通过压力检测组件连接至所述倾斜安装座(39)，所述倾斜安装座(39)的两端分别采用铰接柱(35)铰接连接在所述第一伸缩驱动器(31)和第二伸缩驱动器(34)的一端，所述第一伸缩驱动器(31)、第二伸缩驱动器(34)的另一端部分别连接在抵接弧形块(33)的两端，所述抵接弧形块(33)抵靠施力于所述钻杆的端部，且所述抵接弧形块的朝向钻杆的端部的一侧为弧形凸端，在钻孔作业时，所述第一伸缩驱动器与所述第二伸缩驱动器相互配合伸缩运动；所述压力检测组件包括第一连接盘(37)、第二连接盘(36)和压力传感器(38)，所述压力传感器连接在所述第一连接盘(37)和第二连接盘(36)之间，所述第一连接盘(37)、第二连接盘(36)分别连接至所述定位块的中部位置。
2.如权利要求1所述的一种定向钻孔装置，其特征在于：所述进给控制机构的控制方式构设为所述进给控制机构对所述钻杆的轴向方向的压力始终处于设定阈值内，且在钻孔作业时，所述进给控制机构对所述钻杆的轴向方向压力的施力点处于变动之中。
3.如权利要求1所述的一种定向钻孔装置，其特征在于：在钻孔作业时，所述进给控制机构对所述钻杆的直接施力方向处于变化之中，且直接施力方向与所述钻杆的中心轴线之间具有一夹角，该夹角在钻孔作业时处于不断变化之中。
4.如权利要求1所述的一种定向钻孔装置，其特征在于：所述机座(1)上设置有进给驱动机构，所述进给驱动机构为丝杠螺母机构(7)，所述丝杠螺母机构由伺服电机驱动，所述伺服电机由所述进给控制机构(3)反馈控制，所述丝杠螺母机构驱动所述进给滑座(2)沿着所述滑轨滑动。
5.如权利要求1所述的一种定向钻孔装置，其特征在于：所述机座(1)的前端设置有校正梁(17)，所述校正梁的两端均设置有一个定位校正发射器(14)，所述机座的前方设置有对钻孔位置进行校正定位的标定座(16)，所述标定座上设置有与所述定位校正发射器一一位置对应的接收器(15)，所述接收器与所述定位校正发射器(14)定位配合。
6.如权利要求1所述的一种定向钻孔装置，其特征在于：所述控制座的朝向钻杆的端部的内壁上设置有支撑轴承(32)。
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