CN113187407A - 双动力掘进钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双动力掘进钻头包括：钻筒，其下端设有安装板；切削具，其固定设置在安装板的下侧；刀盘，其转动设置在安装板的下侧，所述刀盘的下端超过所述切削具；电驱系统，用于驱动所述刀盘转动；以及，用于向所述电驱系统供电的发电系统，该发电系统包括发电机、摩擦轮和传动机构，其中，所述传动机构动力连接在发电机与摩擦轮之间，所述摩擦轮转动安装在钻筒径向的外端位置，在钻筒旋转掘进的过程中，摩擦轮能够与孔壁摩擦并旋转，并在传动机构的传动作用下将动能传递给发电机发电。本发明的有益效果是：在钻孔施工时，能够给电驱系统供电，保证了刀盘在孔内转动的可持续性，有利于进一步提升钻孔的施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于地质钻孔的器具，具体涉及一种双动力掘进钻头。
背景技术
钻机是一种成孔作业的施工机械，大范围的应用在桥隧施工以及地基打桩等施工场景中，其工作原理是靠动力头驱动钻杆，实现前端钻头的回转运动，以达到切削、粉碎岩土的作用，然后岩土提升至孔外卸土，经周期性循环作业即可完成钻孔。
在钻头工作过程中，主要是通过其前端的切削具进行地质搅碎，从而实现钻孔的掘进开挖。由于地质环境的不同，在遇到硬度和完整度均较大的岩石时，切削具只会不停地与岩石表面产生摩擦，并不能够形成明显的掘进，严重影响着钻孔效率。虽然采用前端具有牙轮的筒钻能够对硬质岩层产生钻削作用，但是每掘进几十米就需要更换牙轮，钻孔成本较高，经济性不好。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种双动力掘进钻头，以解决现有钻头掘进效率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种双动力掘进钻头，其关键在于，包括：
钻筒，其下端设有安装板；
切削具，其固定设置在安装板的下侧；
刀盘，其转动设置在安装板的下侧，所述刀盘的下端超过所述切削具；
电驱系统，用于驱动所述刀盘转动；
以及，用于向所述电驱系统供电的发电系统，该发电系统包括发电机、摩擦轮和传动机构，其中，所述传动机构动力连接在发电机与摩擦轮之间，所述摩擦轮转动安装在钻筒径向的外端位置，在钻筒旋转掘进的过程中，摩擦轮能够与孔壁摩擦并旋转，并在传动机构的传动作用下将动能传递给发电机发电。
采用上述结构，在钻孔施工时，电驱系统驱动刀盘转动，刀盘优先于切削具在硬质岩层上先旋切出环形槽，然后再由后面的切削具将环形槽对应的槽壁捣碎，能够显著地提升旋挖钻的钻孔效率。同时，利用摩擦轮与孔壁之间的摩擦来给电驱系统供电，保证了刀盘在孔内转动的可持续性，有利于能够进一步保障钻孔的施工效率。
作为优选：所述钻筒对应摩擦轮的位置设有缺口，所述钻筒内部固设有支撑板，支撑板上设置有浮动支撑机构，其包括支撑杆和第一弹簧，所述支撑杆的内端转动连接在支撑板上，外端延伸至所述缺口处，摩擦轮转动安装在支撑杆的外端，所述第一弹簧弹性支撑在支撑杆的中部与支撑板之间。
采用上述结构的技术效果有：1、旋挖钻从孔内取出时，钻筒逆时针转动，摩擦轮通过支撑杆压迫第一弹簧向内收回，使得钻筒能够逐步向上旋出孔内。2、多个摩擦轮浮动安装，能够起到自调心和导正的作用，保证钻筒的钻孔方向竖直向下。
作为优选：所述传动机构包括传动轴，以及分别设置在传动轴两端的第一锥齿轮组和第二锥齿轮组，其中，所述第一锥齿轮组与所述发电机的输入轴动力连接，所述第二锥齿轮组的一个齿轮固套在传动轴的端部，另一个齿轮与所述摩擦轮同轴设置。采用上述结构，摩擦轮与孔壁摩擦即可带动发电机的输入轴转动，从而实现发电。
作为优选：所述输入轴上固套有第一齿盘，第一齿盘啮合有第二齿盘，所述第一锥齿轮组的一个齿轮固套在传动轴的端部，另一个齿轮与所述第二齿盘同轴设置。采用上述结构，有利于实现多组摩擦轮带动同一个发电机的输入轴转动。
作为优选：所述传动轴包括通过花键连接的第一轴体和第二轴体，所述第一轴体和第二轴体上分别安装有内定位板和外定位板，所述内定位板与外定位板之间安装有第二弹簧。采用上述结构，在摩擦轮通过浮动支撑机构向内或向外运动时，能够使第二锥齿轮组的两个齿轮保持持续啮合状态，从而保证传动的可靠性和连续性。
作为优选：所述安装板的下侧固设有安装盒，所述电驱系统包括转动支撑在安装盒内的水平转轴，以及与水平转轴动力连接的电动马达，所述刀盘固套在水平转轴上，并沿其轴向分布。采用上述结构，电动马达工作即可驱动刀盘转动。
作为优选：所述水平转轴与安装板之间设有弹性机构，所述弹性机构包括竖直安装轴和套装在竖直安装轴上的第三弹簧，所述竖直安装轴的上端与安装板滑动配合，下端设有连接部，所述第三弹簧抵接在安装板与连接部之间，所述水平转轴转动套装在连接部上。采用上述结构，钻筒旋转工作时，弹性机构能够减缓刀盘与硬质岩石之间的冲击力，不仅能够延长刀盘的使用寿命，而且对于岩层还具有更好的旋切效果。
作为优选：电驱系统与发电系统之间通过线缆电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在钻孔施工时，刀盘优先于切削具在硬质岩层上先旋切出环形槽，然后再由后面的切削具将环形槽对应的槽壁捣碎，能够显著地提升钻头的钻孔效率，并使成本大幅降低。
2、在钻头旋转工作时，能够将刀盘与硬质岩层之间的刚性碰撞转化成弹性碰撞，以减缓刀盘受到的冲击力，起到了延长刀盘使用寿命的作用。
3、在钻孔施工时，发电系统能够给电驱系统供电，保证了刀盘在孔内转动的可持续性，有利于进一步提升钻孔的施工效率。
4、多个摩擦轮浮动安装，能够起到自调心和导正的作用，改善钻头的钻削受力工况。
附图说明
图1为钻头的结构示意图；
图2为反映发电系统2和浮动支撑机构5结构布局的示意图；
图3为钻头的剖视图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1和3所示，一种双动力掘进钻头，钻筒1为下端敞口的空心结构，钻筒1的敞口端固设有安装板1a，安装板1a上分布有切削具3，在本实施例中，切削具2优选为截齿，安装板1a的下侧固定装配有安装盒11，安装盒11的内部成型有装配腔室11a，装配腔室11a内转动安装有刀盘7，刀盘7的下端超过截齿，旋挖钻下端还配置有用于驱动刀盘7转动电驱系统4，在钻孔施工时，电驱系统4驱动刀盘7转动，刀盘7优先于截齿在硬质岩层上先旋切出环形槽，然后再由后面的截齿将环形槽对应的槽壁捣碎，能够显著地提升旋挖钻的钻孔效率。
在本实施例中，电驱系统4的具体实施结构如下：
如图3所示，电驱系统4包括水平转轴4a、驱动轴4c和电动马达4b，水平转轴4a转动布置在装配腔室11a内，刀盘7呈圆盘形结构并固套在水平转轴4a上，电动马达4b安装在钻筒1内，电动马达4b的输出轴4b1与驱动轴4c连接，驱动轴4c沿竖直方向穿过安装板1a并与水平转轴4a动力连接，驱动轴4c与水平转轴4a之间通过第三锥齿轮组4d实现动力传动，电动马达4b工作即可驱动刀盘7转动。
水平转轴4a通过弹性机构6可上下浮动的支撑在安装板1a的下侧，钻头钻孔施工过程中，由于弹性机构6的设置，刀盘7与硬质岩层之间的刚性碰撞可转化成弹性碰撞，即：刀盘7下端撞击在硬质岩层上时，可以向内安装盒11内溃缩，以减缓刀盘7受到的冲击力，达到延长刀盘使用寿命的目的。
弹性机构6包括竖直安装轴6a和套装在竖直安装轴6a上的第三弹簧6b，竖直安装轴6a的上端与安装板1a滑动配合，竖直安装轴6a的下端一体成型有连接部6a1，第三弹簧6b抵接在安装板1a与连接部6a1之间，水平转轴4a转动套装在连接部6a1上，刀盘7受到硬质岩石的冲击力时，竖直安装轴6a向上滑动迫使第三弹簧6b压缩，从而吸收冲击力。
为提升切削效率，安装盒11内设有两根上述水平转轴4a，两根水平转轴4a同轴布置且均安装有五组刀盘7。装配腔室11a的两端内壁上设有支撑槽11b，水平转轴4a的端部位于支撑槽11b内，在刀盘7的下端刃口向内安装盒11内溃缩时，水平转轴4a也会同步向上运动，为了避免运动干涉，支撑槽11b的高度应当大于水平转轴4a的直径。为了保证刀盘7从安装盒11的下端露出，以实现切削，安装盒11的下端具有与刀盘7相适应的避让缺口11c。
由于驱动轴4c与水平转轴4a垂直，所以在通过第三锥齿轮组4d进行动力传递时，为了保证第三锥齿轮组4d啮合的有效性，驱动轴4c通过第四弹簧10可上下浮动的支撑在安装板1a上，第四弹簧10的浮动支撑原理与弹性机构6的实施方式相同，此处不再进一步赘述。在驱动轴4c上下滑动时，为了保证电动马达4b的输出轴4b1与驱动轴4c之间传动的可靠性，输出轴4b1与驱动轴4c之间通过花键滑动套接。刀盘7向上浮动时，驱动轴4c与竖直安装轴6a同步向上滑动。
再如图1至3所示，本实施例提供的钻头还具有发电系统2，在钻孔施工时，发电系统2能够给电驱系统4的电动马达4b供电，保证了刀盘7在孔内转动的可持续性。
发电系统2包括发电机2a、摩擦轮2b和传动机构2c，摩擦轮2b转动安装在钻筒1径向的外端位置，传动机构2c包括传动轴2c3以及分别设置在传动轴2c3两端的第一锥齿轮组2c1和第二锥齿轮组2c2，第一锥齿轮组2c1与发电机2a的输入轴2a1动力连接，第二锥齿轮组2c2的一个齿轮固套在传动轴2c3的外端，另一个齿轮与摩擦轮2b同轴设置，在钻孔施工时，钻筒1在孔内旋转，摩擦轮2b与孔壁之间的摩擦使摩擦轮2b发生转动，然后依次经第二锥齿轮组2c2→传动轴2c3→第一锥齿轮组2c1迫使发电机2a的输入轴2a1转动，从而实现发电。电驱系统4还包括蓄电池，发电机2a收集的电能储存在蓄电池内，蓄电池通过线缆8即可将电能输送给电动马达4b。
如图2所示，为了提升动力回收的效率，钻筒1周向设置有五组摩擦轮2b，每组摩擦轮2b各通过一组传动机构2c与发电机2a的输入轴2a1动力连接，传动机构2c在图2中仅示出一组。
再如图3所示，为了方便五组传动机构2c驱动同一个发电机2a工作，发电机2a的输入轴2a1上固套有第一齿盘2c4，第一齿盘2c4周向啮合有五个第二齿盘2c5，第一锥齿轮组2c1的其中一个齿轮固套在传动轴2c3的端部，另一个齿轮与对应的第二齿盘2c5同轴设置。在本实施例中，摩擦轮2b位于钻筒1周向的上部，除此之外，将摩擦轮2b安装在钻筒1周向的中部或下部也同样属于本发明的保护范围。
钻筒1在对应摩擦轮2b的位置设有缺口1b，钻筒1内部固设有支撑板1c，支撑板1c上设置有浮动支撑机构5，浮动支撑机构5包括支撑杆5a和第一弹簧5b，支撑杆5a的内端转动连接在支撑板1c上，外端延伸至缺口1b处，摩擦轮2b转动安装在支撑杆5a的外端，第一弹簧5b弹性支撑在支撑杆5a的中部与支撑板1c之间。
基于上述浮动支撑机构5的设置，旋挖钻从孔内取出时，钻筒1逆时针转动，摩擦轮2b通过支撑杆5a压迫第一弹簧5b沿径向向内收回，保证了钻筒1能够逐步向上旋出孔内。同时，多个摩擦轮2b浮动安装在钻筒1的周向，还能够起到自调心和导正的作用，在旋挖钻掘进过程中，保证钻筒1能够一直保持竖直状态。
进一步的，摩擦轮2b通过浮动支撑机构5向内或向外运动时，为了使第二锥齿轮组2c2的两个齿轮保持持续啮合状态，以确保传动的可靠性和连续性，传动轴2c3由第一轴体a和第二轴体b组成，第一轴体a与第二轴体b之间通过花键可滑动的连接，第一轴体a和第二轴体b上分别安装有内定位板c和外定位板d，内定位板c与外定位板d之间安装有第二弹簧e，在第二弹簧e的弹力作用下，第二锥齿轮组2c2能够保持持续啮合。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双动力掘进钻头，其特征在于，包括：
钻筒(1)，其下端设有安装板(1a)；
切削具(3)，其固定设置在安装板(1a)的下侧；
刀盘(7)，其转动设置在安装板(1a)的下侧，所述刀盘(7)的下端超过所述切削具(3)；
电驱系统(4)，用于驱动所述刀盘(7)转动；
以及，用于向所述电驱系统(4)供电的发电系统(2)，该发电系统(2)包括发电机(2a)、摩擦轮(2b)和传动机构(2c)，其中，所述传动机构(2c)动力连接在发电机(2a)与摩擦轮(2b)之间，所述摩擦轮(2b)转动安装在钻筒(1)径向的外端位置，在钻筒(1)旋转掘进的过程中，摩擦轮(2b)能够与孔壁摩擦并旋转，并在传动机构(2c)的传动作用下将动能传递给发电机(2a)发电。
2.根据权利要求1所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述钻筒(1)对应摩擦轮(2b)的位置设有缺口(1b)，所述钻筒(1)内部固设有支撑板(1c)，支撑板(1c)上设置有浮动支撑机构(5)，其包括支撑杆(5a)和第一弹簧(5b)，所述支撑杆(5a)的内端转动连接在支撑板(1c)上，外端延伸至所述缺口(1b)处，摩擦轮(2b)转动安装在支撑杆(5a)的外端，所述第一弹簧(5b)弹性支撑在支撑杆(5a)的中部与支撑板(1c)之间。
3.根据权利要求1或2所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述传动机构(2c)包括传动轴(2c3)，以及分别设置在传动轴(2c3)两端的第一锥齿轮组(2c1)和第二锥齿轮组(2c2)，其中，所述第一锥齿轮组(2c1)与所述发电机(2a)的输入轴(2a1)动力连接，所述第二锥齿轮组(2c2)的一个齿轮固套在传动轴(2c3)的端部，另一个齿轮与所述摩擦轮(2b)同轴设置。
4.根据权利要求3所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述输入轴(2a1)上固套有第一齿盘(2c4)，第一齿盘(2c4)啮合有第二齿盘(2c5)，所述第一锥齿轮组(2c1)的一个齿轮固套在传动轴(2c3)的端部，另一个齿轮与所述第二齿盘(2c5)同轴设置。
5.根据权利要求3所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述传动轴(2c3)包括通过花键连接的第一轴体(a)和第二轴体(b)，所述第一轴体(a)和第二轴体(b)上分别安装有内定位板(c)和外定位板(d)，所述内定位板(c)与外定位板(d)之间安装有第二弹簧(e)。
6.根据权利要求1所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述安装板(1a)的下侧固设有安装盒(11)，所述电驱系统(4)包括转动支撑在安装盒(11)内的水平转轴(4a)，以及与水平转轴(4a)动力连接的电动马达(4b)，所述刀盘(7)固套在水平转轴(4a)上，并沿其轴向分布。
7.根据权利要求6所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述水平转轴(4a)与安装板(1a)之间设有弹性机构(6)，所述弹性机构(6)包括竖直安装轴(6a)和套装在竖直安装轴(6a)上的第三弹簧(6b)，所述竖直安装轴(6a)的上端与安装板(1a)滑动配合，下端设有连接部(6a1)，所述第三弹簧(6b)抵接在安装板(1a)与连接部(6a1)之间，所述水平转轴(4a)转动套装在连接部(6a1)上。
8.根据权利要求7所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述电动马达(4b)的输出轴(4b1)连接有驱动轴(4c)，该驱动轴(4c)与所述水平转轴(4a)之间通过第三锥齿轮组(4d)动力连接。
9.根据权利要求1所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述电驱系统(4)还包括蓄电池，蓄电池与发电系统(2)之间通过线缆(8)电连接。
10.根据权利要求1所述的双动力掘进钻头，其特征在于：所述发电系统(2)包括五组摩擦轮(2b)，每组摩擦轮(2b)各通过一组传动机构(2c)与发电机(2a)的输入轴(2a1)动力连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20210730 |