CN117072083A - 一种用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，包括底座，所述底座上滑动装配有基体，该基体内滑动穿设有钻杆，钻杆相对于基体的滑动方向与基体相对于底座的滑动方向平行；所述基体侧部安装有限位机构，该限位机构能够限制钻杆相对于基体滑动，所述基体上安装有液压油缸，用于驱动基体在底座上滑动。在非开挖施工现场，将底座固定于检修井内后，液压油缸驱动基体前进和返回的过程中，通过限位机构交替执行限位和解除限位动作，便可实现钻杆的连续轴向进给。其中，限位机构和液压油缸均以较为简单的方式集成在基体上，具备结构简单、能够降低进给驱动机构复杂度、以及便于现场组装使用的技术优势。
Description
技术领域
本发明涉及市政管网施工技术领域，具体涉及一种用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构。
背景技术
开挖施工和非开挖施工是市政管线施工较为常见的两种施工手段。其中，开挖施工需要利用开挖设备对管道铺设的沟渠进行开挖，并在管道安装、维护或更换后进行填充，相对来说工期较长、对周边环境破坏大。非开挖施工则是指利用各种岩土钻探设备，直接更换和修复各种地下管道，不会阻碍交通，破坏绿地和植被。
因非开挖施工技术具备环境影响小、占地面积小、施工周期短、对交通影响小等诸多优势，目前已被大范围推广使用。比如：公告号为CN112943281A的中国发明专利公开了一种水平导向式顶拉钻机成套设备，该设备包括钻机和铺管组件，钻机在井下钻出水平通道后，将铺管组件连接在钻杆远端，钻机通过钻杆将铺管组件从水平通道原路拖回，即可实现扩孔和铺管。
在现有的顶拉钻设备中，钻机的运动包括钻杆旋转以及轴向进给。其中，实现轴向进给的结构比较复杂，具体安装方式为：钻机整体滑动装配在底座上，在钻机与底座之间对称布置两套齿轮齿条传动机构，然后通过动力装置驱动齿轮齿条机构运动来实现钻机进给。复杂的进给驱动机构会导致顶拉钻设备体积庞大、机构臃肿、不利于非开挖现场组装使用。
发明内容
针对以上现状，本发明提供一种用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，旨在解决传统轴向进给驱动方式复杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其关键在于：包括底座，所述底座上滑动装配有基体，该基体内滑动穿设有钻杆，钻杆相对于基体的滑动方向与基体相对于底座的滑动方向平行；所述基体侧部安装有限位机构，该限位机构能够限制钻杆相对于基体滑动，所述基体上安装有液压油缸，用于驱动基体在底座上滑动；当所述限位机构作用在钻杆上时，所述液压油缸推动基体向前滑动，钻杆能够随基体直线进给；当所述限位机构释放对钻杆的限制时，所述液压油缸推动基体向后滑动，基体能够独立移动至初始位置；
所述底座呈矩形框构造，其由四根矩形钢围成，所述基体包括滑移板以及通过螺栓可拆卸安装在滑移板上的框体，所述滑移板两端均设有外侧敞口的滑槽，所述滑槽滑动套装在所述底座两侧的矩形钢上，所述框体两侧设有向下延伸的遮挡部，遮挡部位于滑槽的外侧敞口处，用以限制滑槽从矩形钢上脱出。
优选的，所述钻杆表面设有若干组沿其周向环绕的环形槽，各个所述环形槽沿钻杆的长度方向均匀分布，所述限位机构包括两组正对布置的箍紧部件，所述箍紧部件内侧均设有弧形定位块，两个正对设置的弧形定位块能够围成环形卡圈，环形卡圈能够卡入或者退出所述环形槽。
优选的，所述限位机构还包括两组弹性组件和两组驱动器，弹性组件设置在两组所述箍紧部件之间，用于使两组箍紧部件箍紧合拢；两组所述驱动器与两组所述箍紧部件一一对应，均用于驱动箍紧部件克服弹性组件的阻力向外移动。
优选的，所述驱动器包括安装在基体侧部的油缸、以及能够沿箍紧部件径向滑动的滑移部件，所述滑移部件与箍紧部件固定连接，所述油缸用于驱动滑移部件滑动。
优选的，所述滑移部件包括弧形片以及两根从弧形片外侧向外延伸的导柱，所述弧形片内侧通过磁钢与箍紧部件固接，所述基体侧部安装有滑接支座，两根所述导柱滑动连接有在滑接支座上。
优选的，两组所述箍紧部件内部设有位于同一轴向的装配通道，所述弹性组件包括导杆和两组弹簧，所述导杆两端分别滑动安装在两组箍紧部件的装配通道内，所述导杆两端端部均设有支撑结构，所述装配通道底部设有支撑台，所述弹簧安装在支撑台与所述支撑结构之间。
优选的，所述箍紧部件为半圆环构造，其内侧轴向的两端各设有一组所述弧形定位块，两组弧形定位块之间形成有避让槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用本发明提供的用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，在非开挖施工现场，将底座固定于检修井内后，液压油缸驱动基体前进和返回的过程中，通过限位机构交替执行限位和解除限位动作，便可实现钻杆的连续轴向进给。
2、限位机构和液压油缸均以较为简单的方式集成在基体上，具备结构简单、能够降低进给驱动机构复杂度、以及便于现场组装使用的技术优势。
3、基体由滑移板和框体组成，在地下管网施工现场位置，先将底座固定在检修井底部，再将滑移板两端的滑槽套设于矩形钢上，然后在下放框体至滑移板上，并打上螺栓进行锁付连接，即可实现基体的井下装配。由此可知，采用这样的基体结构、底座结构以及两者之间滑动装配连接方式，能够方便在施工现场组装搭建顶拉钻设备。
4、基于本发明的钻杆轴向进给控制方式所实施的钻孔装备，设备能够集成旋转、切割、盾构等综合性功能，且有利于钻孔装备进行紧凑性结构设计，无需扩孔即可执行非开挖维修或新建施工。
附图说明
图1为用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构的结构示意图；
图2为用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构的剖视图；
图3为展现基体2结构、底座1结构以及两者之间滑动装配连接关系的示意图；
图4为钻杆5的结构示意图；
图5为限位机构6中两组箍紧部件6a及其内部弹性组件6b的爆炸示意图；
图6为展现限位机构6工作原理的剖视图；
图7为用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构安装在非开挖检修井B内的使用状态参考图；
图8为空心轴4的结构示意图。
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2所示，一种用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其结构主要涉及底座1、基体2、液压油缸3、钻杆5、限位机构6和旋转驱动机构7。其中，钻杆5可左右滑动地穿设在基体2内，限位机构6装配在基体2侧部，用于限制钻杆5轴向滑动。基体2滑动装配在底座1上，在本实施例中，液压油缸3包括固定在基体2上的缸体3a以及一端伸缩安装在缸体3a内的活塞杆3b，活塞杆3b的另一端设有支撑盘3c，活塞杆3b的伸缩方向与钻杆5轴向平行。
基于以上结构设置，钻杆轴向进给机构实现轴向进给的工作原理为：
请参附图1和7所示，将底座1固定于检修井B内，并使支撑盘3c固定在检修井B井壁上。首先，限位机构6作用在钻杆5上时，限制钻杆5相对于基体2沿轴向滑动，液压油缸的活塞杆3b伸缩运动，推动基体2相对于底座1向前滑动，此时由于钻杆5不能相对于基体2滑动，所以钻杆5能够随基体2向前进给；然后，限位机构6解除对钻杆5的限制，活塞杆3b伸缩运动，推动基体2向后滑动，此时由于钻杆5能够相对于基体2滑动，所以基体2会独立移动至初始位置。重复以上过程，也即是让液压油缸3和限位机构6交替执行动作，便可实现钻杆5的连续轴向进给。
再如图1所示，液压油缸3的数量为两组，两组液压油缸对称布置在钻杆5径向两侧，且液压油缸长度方向与钻杆5轴向平行。如此设计，驱动钻杆5轴向进给时，整个装置受力分布更加对称，可靠性高。
本实施例提供了一种对钻杆5轴向限位的具体实施案例，如下：
请参图4，为方便限位机构6对钻杆5实施轴向限位，在钻杆5表面设有若干组沿其周向环绕的环形槽5b，各个环形槽5b沿钻杆5的长度方向均匀分布。结合附图5、图6可以看出，限位机构6包括两组正对布置在钻杆5两侧的箍紧部件6a，箍紧部件6a内侧均设有弧形定位块6a1，箍紧部件6a为半圆环构造，两组箍紧部件6a合围在一起后，两个正对设置的弧形定位块6a1能够围成环形卡圈a，环形卡圈a卡入环形槽5b即可对钻杆5进行轴向限位。为提升限位可靠性，箍紧部件6a内侧轴向的两端各设有一组弧形定位块6a1，两组弧形定位块6a1之间形成有避让槽6a3，避让槽6a3能够避免箍紧部件6a与钻杆5两个环形槽5b之间的环状凸出部发生物理干涉。
进一步的，请参图5、图6所示，为了保证限位机构6对钻杆5轴向限位和解除限位交替进行，限位机构6还配置有两组弹性组件6b和两组驱动器6c，两组弹性组件6b对称布置在两组箍紧部件6a直径方向的两端，并且任一弹性组件6b均连接在两组箍紧部件6a之间，在弹性组件6b的作用下，两组箍紧部件6a的弧形定位块6a1能够箍紧合拢钻杆5的环形槽5b内，以实现轴向限位。两组驱动器6c与两组箍紧部件6a一一对应，均用于驱动箍紧部件6a克服弹性组件6b的阻力向外移动，使得弧形定位块6a1能够离开环形槽5b，以实现解除限位。
在本实施例中，两组箍紧部件6a内部设有位于同一轴向的装配通道6a2，弹性组件6b包括导杆6b1和两组弹簧6b2，导杆6b1两端分别滑动安装在两组箍紧部件6a的装配通道6a2内，导杆6b1两端端部均设有支撑结构6b11，装配通道6a2底部设有支撑台6a21，弹簧6b2支撑安装在支撑台6a21与支撑结构6b11之间。基于此，在无外力作用时，两套弹性组件6b的四个弹簧6b2能够保证两组箍紧部件6a稳定、可靠地合围在钻杆5周向。
在本实施例中，驱动器6c包括安装在基体2侧部的油缸6c2、以及能够沿箍紧部件6a径向滑动的滑移部件6c1，滑移部件6c1与箍紧部件6a固定连接，基于此，油缸6c2驱动滑移部件6c1沿钻杆5径向向外移动，即可带动对应的箍紧部件6a克服弹簧6b2阻力向外移动，从而解除对钻杆5轴向的限制。进一步的，为方便安装，请参图1和图6，滑移部件6c1包括弧形片6c11以及两根从弧形片6c11外侧向外延伸的导柱6c12，弧形片6c11内侧通过磁钢6c3与箍紧部件6a固接，基体2侧部安装有滑接支座2c，两根导柱6c12滑动连接有在滑接支座2c上。
在本实施例中，请参图3，底座1被构造成矩形框，其由四根矩形钢1a围成，基体2包括滑移板2a以及通过螺栓可拆卸安装在滑移板2a上的框体2b，滑移板2a两端均设有外侧敞口的滑槽2a1，滑槽2a1滑动套装在底座1两侧的矩形钢1a上，框体2b两侧设有向下延伸的遮挡部2b1，遮挡部2b1位于滑槽2a1的外侧敞口处，用以限制滑槽2a1从矩形钢1a上脱出。底座1的四角位置设有固定座1b。如此设计，在地下管网施工现场位置，先通过4个固定座1b将底座1固定在检修井B底部，再将滑移板2a两端的滑槽2a1套设于矩形钢1a上，然后在下放框体2b至滑移板2a上，并在螺丝孔b处打上螺栓进行锁付连接，即可实现基体2的井下装配。由此可知，采用这样的基体2结构、底座1结构以及两者之间滑动装配连接方式，能够方便在施工现场组装搭建顶拉钻设备。
采用本实施例提供的钻杆轴向进给机构，还有助于直接在机构上集成设置钻杆的旋转驱动机构，以到达优化设备紧凑度的目的，设备能够集成旋转、切割、盾构等综合性功能。具体如下：
请参图2所示，基体2内部还转动安装有空心轴4，从附图8可以看出，空心轴4的内孔壁上设有沿其长度方向延伸的凸条4a，从附图4可以看出钻杆5外表面还设有沿其长度方向延伸的条形槽5a，条形槽5a与凸条4a相适应，旋转驱动机构7集成装配在基体2上，在非开挖钻孔施工时，旋转驱动机构7驱动空心轴4转动，钻杆5便可以随空心轴4同步转动，从而实现顶拉钻设备对土质的旋转切削运动。
条形槽5a与凸条4a相匹配，既能够保证钻杆5随着空心轴4同步转动，又能够保证钻杆5相对于空心轴4沿轴向滑动，也即是不会影响钻杆5相对于基体2沿轴向滑动，具有结构设计合理、可靠性好的优势。
再如图4所示，钻杆5一端设有螺纹接头5c，另一端设有与螺纹接头5c相匹配的螺纹内孔5d，如此设计，再结合限位机构6对钻杆5轴向限位和解除限位的交替运行，可以在检修井B下逐节组合拼装钻杆5，大大提升顶拉钻设备在非开挖现场使用的便捷性。
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 (8)
1.一种用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)上滑动装配有基体(2)，该基体(2)内滑动穿设有钻杆(5)，钻杆(5)相对于基体(2)的滑动方向与基体(2)相对于底座(1)的滑动方向平行；所述基体(2)侧部安装有限位机构(6)，该限位机构(6)能够限制钻杆(5)相对于基体(2)滑动，所述基体(2)上安装有液压油缸(3)，用于驱动基体(2)在底座(1)上滑动；当所述限位机构(6)作用在钻杆(5)上时，所述液压油缸(3)推动基体(2)向前滑动，钻杆(5)能够随基体(2)直线进给；当所述限位机构(6)释放对钻杆(5)的限制时，所述液压油缸(3)推动基体(2)向后滑动，基体(2)能够独立移动至初始位置；
所述底座(1)呈矩形框构造，其由四根矩形钢(1a)围成，所述基体(2)包括滑移板(2a)以及通过螺栓可拆卸安装在滑移板(2a)上的框体(2b)，所述滑移板(2a)两端均设有外侧敞口的滑槽(2a1)，所述滑槽(2a1)滑动套装在所述底座(1)两侧的矩形钢(1a)上，所述框体(2b)两侧设有向下延伸的遮挡部(2b1)，遮挡部(2b1)位于滑槽(2a1)的外侧敞口处，用以限制滑槽(2a1)从矩形钢(1a)上脱出。
2.根据权利要求1所述的用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其特征在于：所述液压油缸(3)有两组，且对称布置在所述框体(2b)两端，液压油缸(3)包括固定在基体(2)上的缸体(3a)、以及一端伸缩安装在缸体(3a)内的活塞杆(3b)，活塞杆(3b)的另一端设有支撑盘(3c)。
3.根据权利要求1所述的用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其特征在于：所述钻杆(5)表面设有若干组沿其周向环绕的环形槽(5b)，各个所述环形槽(5b)沿钻杆(5)的长度方向均匀分布，所述限位机构(6)包括两组正对布置的箍紧部件(6a)，所述箍紧部件(6a)内侧均设有弧形定位块(6a1)，两个正对设置的弧形定位块(6a1)能够围成环形卡圈(a)，环形卡圈(a)能够卡入或者退出所述环形槽(5b)。
4.根据权利要求3所述的用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其特征在于：所述限位机构(6)还包括两组弹性组件(6b)和两组驱动器(6c)，弹性组件(6b)设置在两组所述箍紧部件(6a)之间，用于使两组箍紧部件(6a)箍紧合拢；两组所述驱动器(6c)与两组所述箍紧部件(6a)一一对应，均用于驱动箍紧部件(6a)克服弹性组件(6b)的阻力向外移动。
5.根据权利要求4所述的用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其特征在于：所述驱动器(6c)包括安装在基体(2)侧部的油缸(6c2)、以及能够沿箍紧部件(6a)径向滑动的滑移部件(6c1)，所述滑移部件(6c1)与箍紧部件(6a)固定连接，所述油缸(6c2)用于驱动滑移部件(6c1)滑动。
6.根据权利要求5所述的用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其特征在于：所述滑移部件(6c1)包括弧形片(6c11)以及两根从弧形片(6c11)外侧向外延伸的导柱(6c12)，所述弧形片(6c11)内侧通过磁钢(6c3)与箍紧部件(6a)固接，所述基体(2)侧部安装有滑接支座(2c)，两根所述导柱(6c12)滑动连接有在滑接支座(2c)上。
7.根据权利要求4所述的用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其特征在于：两组所述箍紧部件(6a)内部设有位于同一轴向的装配通道(6a2)，所述弹性组件(6b)包括导杆(6b1)和两组弹簧(6b2)，所述导杆(6b1)两端分别滑动安装在两组箍紧部件(6a)的装配通道(6a2)内，所述导杆(6b1)两端端部均设有支撑结构(6b11)，所述装配通道(6a2)底部设有支撑台(6a21)，所述弹簧(6b2)安装在支撑台(6a21)与所述支撑结构(6b11)之间。
8.根据权利要求3所述的用于旋、切、盾一体化钻孔装备的钻杆轴向进给机构，其特征在于：所述箍紧部件(6a)为半圆环构造，其内侧轴向的两端各设有一组所述弧形定位块(6a1)，两组弧形定位块(6a1)之间形成有避让槽(6a3)。
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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 |