CN115059405B - 复合基础轻型锚杆钻机及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于输电线路施工设备技术领域，公开了一种复合基础轻型锚杆钻机及其控制系统，所述复合基础轻型锚杆钻机包括：可移动的底座；以及连接在所述底座上可旋转的主机；以及与主机相连接的动力站；以及与动力站相连接的操作台；底座包括座体以及连接在座体底部的调节部；主机包括连接座，连接座的顶部和座体的顶部均开设有通孔，所述通孔的内部连接有连接销。本发明主要由底座、主机、动力站、操作台部件构成，整体结构简单，拆装分体简单，不受山高限制，可人工搬运，可移动的底座，可实现钻机前后左右移动、可绕中心旋转任意角度，适应不同形状和孔距的基础要求，定位快捷准确，省时省力，大大提高了施工效率。

Description

复合基础轻型锚杆钻机及其控制系统

技术领域

本发明属于输电线路施工设备技术领域，具体涉及复合基础轻型锚杆钻机及其控制系统。

背景技术

工程基础有锚杆和锚筋两种方式，钻孔直径不同，其中锚杆的钻孔直径为150毫米、锚筋的钻孔直径为80毫米；群锚（即每腿锚杆数量）类型多样有：4、8、12、16、20孔五种类型。

现有钻机底座普遍存在质量重，难以山地运输的问题；工程基础所处山地海拔高度不等，现有空压机运输费劲，利用气管远距离输送和电缆供电，所需长度不定，铺设通道难，费用高、劳动强度大效率低。现有钻机设备难以满足该工程复合基础施工需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合基础轻型锚杆钻机及其控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种复合基础轻型锚杆钻机，包括：可移动的底座，以及连接在所述底座上可旋转的主机；所述底座包括座体以及连接在所述座体底部的调节部；所述主机包括连接座，所述连接座和所述座体之间固定连接；

所述座体包括：框架以及固定在所述框架内部的固定架；所述框架固定连接有连接件，所述连接件与所述调节部相匹配，使所述调节部能够与所述连接件之间相对滑动。

进一步地，所述连接座和所述座体的对应位置均开设有通孔，所述通孔开设于所述固定架的中心处，使连接销贯穿于所述通孔的内部，使所述连接座和所述座体之间固定连接。

进一步地，所述连接件包括：

上套件，固定于所述框架两条相对的边部，且每条边设置两个所述上套件；所述上套件的开口方向为水平方向，且开口方向均相同；

下套件，固定于每个所述上套件下方，且所述下套件的开口方向为水平方向，且与所述上套件的开口方向垂直；

每两个同侧的同向开口的上套件或下套件内贯穿有所述调节部，共同形成井字结构。

进一步地，所述调节部包括：

套管以及插接于所述套管中的插杆，所述插杆的端部连接有螺杆，所述螺杆外部通过内螺纹套管与底板螺纹连接，所述底板固定设置于所述内螺纹套管下端。

进一步地，所述套管的长度小于所述插杆的长度，使所述插杆能够在非定位状态下相对所述套管移动；所述套管的管壁上设置定位孔，所述插杆的管壁上设置定位槽，所述定位槽与所述定位孔的位置相匹配，且通过定位螺栓穿过所述定位孔插入所述定位槽中，固定所述套管与所述插杆之间的相对位置，使所述插杆处于定位状态。

进一步地，所述主机还包括钻架；

所述钻架下端固定连接于所述连接座的一端；所述钻架的上端连接拉杆，所述拉杆的另一端连接所述连接座的另一端；

所述钻架上连接有移动块，所述移动块上设置升降部和钻孔部。

进一步地，所述升降部包括：

连接在所述钻架上的传送链条和用于驱动所述传送链条的驱动器；所述传送链条连接所述移动块，驱动所述移动块移动。

进一步地，所述钻孔部包括：

安装于所述移动块一侧的动力头以及连接在所述动力头上的钻杆，所述钻杆的下端连接有冲击器，所述冲击器的下端部连接有钻头。

进一步地，所述拉杆包括：

端部节杆和中部节杆，所述端部节杆分别活动连接在所述钻架上和所述连接座上，所述中部节杆设置为正反丝扣结构，并连接在所述端部节杆之间。

进一步地，所述钻机还包括定位组件；所述定位组件包括：

套接于所述钻杆外部的定位管以及固定在所述定位管外部的连接杆，所述连接杆的端部安装有剪式千斤顶，所述剪式千斤顶另一端安装有顶板；所述连接杆包括：第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆和第二连接杆之间通过法兰盘连接；所述第一连接杆固定在所述定位管上，所述剪式千斤顶安装在所述第二连接杆的端部。

进一步地，包括动力站、操作台以及复合基础轻型锚杆钻机；

所述操作台用于输出控制信号到所述动力站；

所述动力站响应于所述控制信号，驱动所述复合基础轻型锚杆钻机动作。

本发明的技术效果和优点：

本发明整体结构简单，拆装分体简单，不受山高限制，可人工搬运。

附图说明

图1为本发明的实施例的复合基础轻型锚杆钻机的结构示意图；

图2为本发明的实施例的底座的结构示意图；

图3为本发明的实施例的框架的结构示意图；

图4为本发明的实施例的调节部的结构示意图；

图5为本发明的实施例的主机的结构示意图；

图6为本发明的实施例的拉杆的结构示意图；

图7为本发明的实施例的定位组件的结构示意图；

图8为本发明的实施例的主机的主视结构示意图。

图中：1、底座；101、座体；102、调节部；103、框架；104、固定架；105、连接件；106、上套件；107、下套件；108、套管；109、插杆；110、螺杆；111、内螺纹套管；112、底板；2、主机；201、连接座；202、钻架；203、移动块；204、传送链条；205、动力头；206、钻杆；207、冲击器；208、钻头；209、拉杆；210、端部节杆；211、中部节杆；3、动力站；4、操作台；5、通孔；6、连接销；7、定位组件；701、定位管；702、连接杆；703、剪式千斤顶；704、顶板；705、第一连接杆；706、第二连接杆。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

现有钻孔直径150mm的钻机普遍体积大、质量重，难以山地运输；并且钻机应用到复合基础存在固定、定位、移动困难的问题。

针对于上述问题，如图1和图8所示，本发明的实施例中提出的复合基础轻型锚杆钻机，适合岩石锚杆和岩石锚杆与掏挖和相结合的复合基础。适合工程群锚类型多样，钻孔直径和间距及数量各不相同，掏挖上部平台开口大小不一，设计的全方位底座，适应不同形状和孔距基础要求，钻机重量轻、拆装分体简单、不受山高限制，适应各种地形；搬运使用方便，人员配置少，工作效率高，劳动强度小。

所述复合基础轻型锚杆钻机，包括：可移动的底座1，以及连接在所述底座1上可旋转的主机2；所述底座1包括座体101以及连接在所述座体101底部的调节部102。

作为本发明的一种实施例，所述主机2包括连接座201，所述连接座201的顶部和所述座体101的顶部均开设有通孔5，所述通孔5的内部连接有连接销6（锁紧螺栓）。将连接座201和座体101通过连接销6连接在一起，使得连接座201可以转动，进行调整主机2的位置。

所述主机2包括连接座201，所述连接座201和所述座体101之间固定连接；

作为本发明的一种实施例，如图2所示，所述座体101包括：框架103以及固定在所述框架103内部的固定架104，所述通孔5开设于所述固定架104的中心处；所述框架103的固定连接有与所述调节部102相匹配的连接件105，使所述调节部102能够与所述连接件105之间相对滑动。座体101由框架103和固定架104构成，使得整体结构更加轻便，便于运输。连接件105用于安装调节部102。

作为本发明的一种实施例，工程基础孔径150mm和80mm孔径，群锚类型由于岩石结构不同，孔间距各不相同，开挖平台尺寸不同，实现前后左右可移动、中心可旋转任意角度的全方位底座，适应不同形状和不同孔距的基础。采用了方形交叉结构框架，并使用方钢作为滑道，设计上下两层滑道，结构简单，体积小，重量轻。调整钻机的东西南北四个方位，上部与钻架连接，中心以螺栓与底座连接，方形框架四角以螺丝固定。能够实现前后左右可移动、中心可旋转任意角度的全方位底座，适应不同形状和不同孔距的基础。

作为本发明的一种实施例，如图3所示，所述连接件105包括：固定连接在所述框架103边部的上套件106以及固定在所述上套件106底部的下套件107，所述上套件106的顶部与所述框架103的顶部设置为平齐结构；所述调节部102连接在所述上套件106和所述下套件107中，并采用螺栓固定。调节部102设置有四组，上套件106和下套件107均设置有四组，分布在框架103边部的四角，框架103通过上套件106和下套件107可以在调节部102上移动，便于进行调节主机2的位置。

作为本发明的一种实施例，如图4所示，所述调节部102包括：套管108以及插接于所述套管108中的插杆109，所述插杆109的端部连接有螺杆110，所述螺杆110上连接有内螺纹套管111，所述内螺纹套管111的下端焊接有底板112。

本发明的实施例能够通过套管108与套件之间的移动以及对插杆109在套管108中位置进行微移动，调节底板112的位置。当需要较大位置调节时，调节套管108与套件之间的位置；当需要对位置进行微调时，调节套管108与插杆109之间的位置。在调节到目标位置后，转动螺杆110将底板112抵紧在地面上，可以对底座进行固定。

所述螺杆110、螺纹套管111、底板112组成的支腿设计满足可拆卸分解穿过底座滑道，且可伸缩调节，满足底座横纵向移动时进行收缩，并可调平底座。（a）、支腿经过受力分析及剪切力计算，确定长方管。（b）、腿脚采用丝扣伸缩调节，且每根支腿一侧腿脚都可拆卸。（c）、滑道上钻孔安装顶丝，以固定支腿。（d）、可拆卸一侧腿脚，穿定位销。

作为本发明的一种实施例，如图5和图8所示，所述主机2还包括钻架202；所述钻架202上连接有移动块203，所述移动块203上连接有升降部和钻孔部；所述钻架202上连接有可调节的拉杆209。钻架202用于支撑移动块203、升降部和钻孔部、动力头等部件，动力头用于带动钻孔部进行钻孔工作，升降部用于带动移动块203上下移动。

具体地，所述升降部包括：连接在所述钻架202上的传送链条204和用于驱动所述传送链条204的驱动器（气动马达），所述移动块203与所述传送链条204相连接。在钻孔的时候，由驱动器通过传送链条204带动移动块203在钻架202上移动。

具体地，所述钻孔部包括：安装于所述移动块203一侧的动力头205以及连接在所述动力头205上的钻杆206，所述钻杆206的下端连接有冲击器207，所述冲击器207的端部连接有钻头208；动力头205带动钻杆206、冲击器207、钻头208进行钻孔工作。所述钻杆206的外部连接有定位组件7，可以对钻杆206进行定位，保持钻杆206的垂直度。

作为本发明的一种实施例，如图7所示，所述定位组件7包括：套接于所述钻杆206外部的定位管701以及固定在所述定位管701外部的连接杆702，所述连接杆702的端部安装有剪式千斤顶703，所述剪式千斤顶703上安装有顶板704。在对钻杆206定位时，通过调节剪式千斤顶703将顶板704顶在基坑中，从而对定位管701的位置进行固定，进而可以对钻杆206进行定位，利于提高钻杆206工作时的稳定性。

本发明的实施例中，通过定位组件对钻杆进行定位，通过调节剪式千斤顶将顶板顶在基坑中，从而对定位管的位置进行固定，进而可以对钻杆进行定位，利于提高钻杆工作时的稳定性，定位快捷准确，省时省力，大大提高了施工效率。

其中的连接杆由第一连接杆和第二连接杆构成，两者之间通过法兰盘连接，可以根据实际的需要进行更换第二连接杆，改变连接杆的长度，利于提高其适应范围。

具体地，所述连接杆702包括：第一连接杆705和第二连接杆706，所述第一连接杆705和第二连接杆706之间通过法兰盘连接；所述第一连接杆705固定在所述定位管701上，所述剪式千斤顶703安装在所述第二连接杆706的端部。可以根据实际的需要进行更换第二连接杆706，改变连接杆702的长度，利于提高其适应范围。

作为本发明的一种实施例，如图6所示，所述拉杆209包括：两组端部节杆210和一组中部节杆211，两组所述端部节杆210分别活动连接在所述钻架202上和所述连接座201上，所述中部节杆211设置为正反丝扣结构，并连接在两组所述端部节杆210之间。拉杆209最少设置有三组，分布在钻架202上，用于支撑钻架202保持其稳定性，同时方便组装和运输，并可以转动中部节杆211进行调整钻架202的垂直角度。

作为本发明的另一实施例，如图1所示，一种复合基础轻型锚杆钻机的控制系统，包括动力站3、操作台4以及复合基础轻型锚杆钻机；

所述动力站3响应于所述控制信号，驱动所述复合基础轻型锚杆钻机动作。

作为本发明的一种实施例，动力站3为主机2提供动力可以设置为液压的、全气压的以及电气混合的三种型式。

动力站是钻机的动力输出系统，为扭矩输出、油缸进给及机构动作和轨道角度调整等提供动力。传统锚固钻机动力站体积较大，重量在220kg~440kg。在计算了整个锚杆过程动力站的扭矩输出和油缸进给最大值后，设计的动力站重量只有95kg，工作时只需和一个80kg的轻型发动机连。减小液压油箱容积，制作轻型油箱、计算满足锚杆工作液压油泵输出最大值，合理选择液压油泵、发动机与动力站油泵通过皮带传动连接，可随时拆解。

动力站是钻机的动力输出系统，为扭矩输出、油缸进给及机构动作和轨道角度调整等提供动力。操作台是液压油路和压缩空气的控制部分，由操作台架、进气管路、进油油管、出油油管、回油油管、两联操作阀和三联操作阀等组成。钻机、动力站、操作台、空压机、电机、气管、油管等连接好后，通过操作台液压阀手柄来实现钻机的各种动作（如正转和反转，正常进给和后退，快速进给和后退，钻机转角等），控制压缩空气通过动力头齿轮箱后的风龙头及主轴内孔将压缩空气传递给冲击器。

冲击器是钻孔的主要工具，它利用压缩空气驱动活塞（锤体）直接打击钎头进行凿岩。其前端直接联接钻头，后端联接钻杆。凿岩时冲击器潜人孔内，通过配气装置（阀），使冲击器内的活塞（锤体）往复运动打击钎尾，使得钻头对孔底岩石产生高频率(1500次/分-1800次/分)的冲击。冲击器在孔内的高速回转，则是由单独的回转机构，即由孔外的电动机、液压马达或风动旋转装置，通过接在冲击器后端的钻杆来实现的。凿岩时产生的岩粉，由压缩气体冲排出孔外。

无论何种型式的锚固钻机，必须配备空压机，给冲击器提供冲击力。选型空压机的技术依据：排气量：空压机排量的选择除满足凿岩机具需求外，还应考考虑以下因素：（1）向上排渣速度，排气量决定排渣速度；（2）排渣流量是高钻速，低消耗的必要条件，聪明的用户更倾向于选择大排量的空压机。排气流量适宜性的判断：（1）排出的岩屑边沿较为锋利；（2）注意孔壁泄漏影响，孔浅和孔深的排量变化;（3）松散地层,要注意控制排渣量，防止卡钻。排气压力：（1）空气压力的高低，对潜孔冲击器的性能是决定条件，空气压力越高，潜孔冲击器的冲击能量越大，岩石就越容易被凿碎；（2）对于钻凿硬岩，高效的冲击能力是穿孔作业的首要条件；所述钻凿硬岩为在岩石的工程分级中，f=14以上的岩石；其中f表示岩石的硬度；（3）好的冲击器在高压条件下作业，穿孔速度是一条快速增长曲线。

传统锚固钻机操控台由多个换向阀组合而成，结构复杂，操控性差，重量达160kg。

作为本发明的一种实施例，所述操作台4用于输出控制信号到所述动力站3。

本发明的实施例中，在计算了扭矩输出、油缸进给及机构动作和轨道角度调整等所需动力大小后，最终设计采用比例多路换向阀。这种换向阀体积小，阀的输出流量不受负载影响，保持良好的流量匹配和压力匹配，钻孔速度可调，操控性和稳定性都大大提高。再加工台架并组装后重量只有30kg。设计液压管路直径、长度、连接等，方便适用。

本发明的实施例，能够实现：

（1）能够在弱风化或中风化花岗岩上钻直径80mm-150mm,深10米的孔；

（2）设备整体重量轻，体积小，搬运方便，分解后最大单件重量控制在120公斤左右（常规设备220公斤），满足不同地形需求；

（3）底座能够实现全方位移动，最大钻孔拉伸距离达到2.5m，能够满足1.2m、1.5m、1.8m等大小不等的各种掏挖平台，一次固定后能够适应各种群锚类型的定位移动；

（4）效率高（平均30分钟钻深1米，常规一般需要2小时-4小时）；

（5）钻孔倾斜度：小于锚杆长度的1%；

（6）孔直径误差：0mm～+20mm；

（7）孔深度误差：0mm～+100mm；

（8）操作方便，投入人员少，2人-3人。

根据工况钻孔直径150mm，要求空压机压力达到7bar-8bar，流量12m³/min及以上。整体式不论国产还是进口产品重量均至少在1.5吨以上，重量和体积都较大，难以运输。流量3m³/min左右的小型空压机重量一般在600kg左右，可并联形式使用。采用小型螺杆空压机，配备大功率汽油发动机，压力高、气量大，搬运方便、不需发电机及电缆，钻孔效率高，特别适合山地运输。

在本发明的实施例中，具有下述有益效果：

（1）钻机，在目前国内电力施工同类产品中最先进、最轻便，拆装分体简单，不受山高限制，单件重量100公斤以内；具有体积小、重量轻，拆装分体简单，不需购买发电机、电缆，不受山高限制，人员配置少，工作效率高的特点。

（2）研制的多功能全方位底座，可实现钻机前后左右移动、可绕中心旋转任意角度，适应不同形状和孔距的基础要求，定位快捷准确，省时省力，大大提高了施工效率。

（3）设计的小型分体式空压机，性能高，体积小，重量轻，山地运输方便，克服了气管远距离输送或用电缆供电，长度不定，铺设通道费尽，费用高、劳动强度大、效率低等不足。很好的解决了钻孔直径大、精度要求高，所需设备性能强，质量重、体积大与山地施工要求质量轻、体积小这一矛盾，很好的解决了轻便、快捷、稳定这一要求的锚杆钻机。

（4）研制出定位组件，可防止钻头摆动，确保垂直度，且尺寸可调，能满足不同形状需求。

本发明的实施例对输电线路复合式岩石锚杆基础施工机械设备在山区应用的优化配置，研究的钻机体积小、重量轻，拆装分体简单，不需购买发电机、电缆，不受山高限制，人员配置少，工作效率高，做到了小型化、简单化，高效化，运输及安装方便，适应性强，可适用不同高度和场地使用，工作效率高。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (8)

1.一种复合基础轻型锚杆钻机，其特征在于，包括：可移动的底座（1），以及连接在所述底座（1）上可旋转的主机（2）；所述底座（1）包括座体（101）以及连接在所述座体（101）底部的调节部（102）；所述主机（2）包括连接座（201），所述连接座（201）和所述座体（101）之间固定连接；

所述座体（101）包括：框架（103）以及固定在所述框架（103）内部的固定架（104）；所述框架（103）固定连接有连接件（105），所述连接件（105）与所述调节部（102）相匹配，使所述调节部（102）能够与所述连接件（105）之间相对滑动；

所述主机（2）还包括钻架（202）；

所述钻架（202）下端固定连接于所述连接座（201）的一端；所述钻架（202）的上端连接拉杆（209），所述拉杆（209）的另一端连接所述连接座（201）的另一端；

所述钻架（202）上连接有移动块（203），所述移动块（203）上设置升降部和钻孔部；

所述钻孔部包括：

安装于所述移动块（203）一侧的动力头（205）以及连接在所述动力头（205）上的钻杆（206），所述钻杆（206）的下端连接有冲击器（207），所述冲击器（207）的下端部连接有钻头（208）；

所述钻机还包括定位组件（7）；所述定位组件（7）包括：

套接于所述钻杆（206）外部的定位管（701）以及固定在所述定位管（701）外部的连接杆（702），所述连接杆（702）的端部安装有剪式千斤顶（703），所述剪式千斤顶（703）另一端安装有顶板（704）；所述连接杆（702）包括：第一连接杆（705）和第二连接杆（706），所述第一连接杆（705）和第二连接杆（706）之间通过法兰盘连接；所述第一连接杆（705）固定在所述定位管（701）上，所述剪式千斤顶（703）安装在所述第二连接杆（706）的端部。

2.根据权利要求1所述的复合基础轻型锚杆钻机，其特征在于，所述连接座（201）和所述座体（101）的对应位置均开设有通孔（5），所述通孔（5）开设于所述固定架（104）的中心处，使连接销（6）贯穿于所述通孔（5）的内部，使所述连接座（201）和所述座体（101）之间固定连接。

3.根据权利要求1所述的复合基础轻型锚杆钻机，其特征在于：所述连接件（105）包括：

上套件（106），固定于所述框架（103）两条相对的边部，且每条边设置两个所述上套件（106）；所述上套件（106）的开口方向为水平方向，且开口方向均相同；

下套件（107），固定于每个所述上套件（106）下方，且所述下套件（107）的开口方向为水平方向，且与所述上套件（106）的开口方向垂直；

每两个同侧的同向开口的上套件（106）或下套件（107）内贯穿有所述调节部（102），共同形成井字结构。

4.根据权利要求3所述的复合基础轻型锚杆钻机，其特征在于：所述调节部（102）包括：

套管（108）以及插接于所述套管（108）中的插杆（109），所述插杆（109）的端部连接有螺杆（110），所述螺杆（110）外部通过内螺纹套管（111）与底板（112）螺纹连接，所述底板（112）固定设置于所述内螺纹套管（111）下端。

5.根据权利要求4所述的复合基础轻型锚杆钻机，其特征在于：所述套管（108）的长度小于所述插杆（109）的长度，使所述插杆（109）能够在非定位状态下相对所述套管（108）移动；所述套管（108）的管壁上设置定位孔，所述插杆（109）的管壁上设置定位槽，所述定位槽与所述定位孔的位置相匹配，且通过定位螺栓穿过所述定位孔插入所述定位槽中，固定所述套管（108）与所述插杆（109）之间的相对位置，使所述插杆（109）处于定位状态。

6.根据权利要求1所述的复合基础轻型锚杆钻机，其特征在于：所述升降部包括：

连接在所述钻架（202）上的传送链条（204）和用于驱动所述传送链条（204）的驱动器；所述传送链条（204）连接所述移动块（203），驱动所述移动块（203）移动。

7.根据权利要求1所述的复合基础轻型锚杆钻机，其特征在于：所述拉杆（209）包括：

端部节杆（210）和中部节杆（211），所述端部节杆（210）分别活动连接在所述钻架（202）上和所述连接座（201）上，所述中部节杆（211）设置为正反丝扣结构，并连接在所述端部节杆（210）之间。

8.一种复合基础轻型锚杆钻机的控制系统，其特征在于：包括动力站（3）、操作台（4）以及如权利要求1~7任一项所述的复合基础轻型锚杆钻机；

所述操作台（4）用于输出控制信号到所述动力站（3）；

所述动力站（3）响应于所述控制信号，驱动所述复合基础轻型锚杆钻机动作。

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