CN117108211A - 一种电力隧道双水钻掘进设备 - Google Patents

Abstract

发明提供一种电力隧道双水钻掘进设备。该钻掘进设备包括机身、姿态调节系统、水钻工作系统、第二油缸、第一油缸、动臂、履带行走系统和回转平台。回转平台实现整个掘进机构绕竖直方向回转。控制第二油缸的伸缩量，调节钻孔工作装置的俯仰角度。控制第一油缸的伸缩量，调节整个动臂及钻孔工作装置的俯仰角度。回转盘连接件Ⅱ实现钻孔工作装置绕竖直方向旋转。回转驱动盘Ⅰ实现钻孔工作装置绕水钻进给运动方向的旋转。钻孔取芯装置和挖掘机小臂之间采用两个回转驱动盘，可以实现工作装置绕水钻进给运动方向旋转和绕竖直方向旋转。

Description

一种电力隧道双水钻掘进设备

技术领域

本发明涉及电力隧道掘进设备技术领域，特别涉及一种电力隧道双水钻掘进设备。

背景技术

目前，在电力隧道的掘进工作中，主要有人工水钻法和顶管技术法。然而，两种方法均存在较多缺陷。

人工水钻法对建筑物及岩层的扰动小，产生的粉尘较少。人工水钻法采用炮钎进行破壁，通过人工扳动齿轮齿条手动进给水钻钻孔，一次性只能钻一个孔，工人的劳动强度大。并且每次钻孔的位置精度难以保持一致，钻出的隧道形状不规整。施工过程中，钻一个孔至少需要三名工人共同协作，需要人工调整钻孔的位置，极其不方便，导致施工效率低，且对工人自身的钻孔熟练度要求较高。人工水钻法在隧道的施工效率很低，并且参与施工的工人劳动强度大，工人一旦误操作就可能导致诸多问题，轻则导致钻孔精度不高，严重时可能出现人员伤亡。

在顶管技术法中，用于顶管施工的机械设备只适用于岩层硬度较小的地区，目前尚无适用于中强度岩层以上的顶管机械设备。应用较广泛盾构机、凿岩台车和悬臂式受限制多，在建筑物、构筑物密集，周边施工环境要求高的电缆隧道施工中极难发挥作用。

因此，开发一种电力隧道双水钻掘进设备具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力隧道双水钻掘进设备，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种电力隧道双水钻掘进设备，包括机身、姿态调节系统、水钻工作系统、第二油缸、第一油缸、动臂、履带行走系统和回转平台。

所述机身通过回转平台转动连接在履带行走系统上方。所述动臂的一端与机身转动连接，另一端与姿态调节系统转动连接。所述第一油缸的一端与机体转动连接，另一端与动臂转动连接。所述第一油缸用于驱动动臂动作。所述第二油缸一端与动臂转动连接，另一端与姿态调节系统转动连接。所述第二油缸用于驱动姿态调节系统动作。

所述姿态调节系统包括回转驱动盘Ⅰ、回转盘连接件Ⅰ、回转驱动盘Ⅱ、回转盘连接件Ⅱ、快换接头和四杆机构连接件。所述快换接头通过销轴铰接在动臂的端部。所述四杆机构连接件包括连杆和摇杆。所述摇杆一端铰接在动臂上，另一端与连杆铰接。所述连杆的空置端连接快换接头。所述第二油缸的活塞杆末端铰接在连杆和摇杆的铰接处。所述动臂、摇杆、连杆和快换接头共同形成四连杆机构。

所述回转盘连接件Ⅱ包括第一竖板、第一横板和第二横板。所述竖板的两侧板面分别布置有横板和连接支耳。所述快换接头通过连接支耳与回转盘连接件Ⅱ连接。所述回转盘连接件Ⅰ包括第二竖板、第三横板和第四横板。所述竖板的两侧板面分别布置有回转驱动盘Ⅰ和横板。所述第四横板和第一横板之间夹设出回转驱动盘容置空间。所述回转驱动盘Ⅱ布置在回转驱动盘容置空间中。所述回转驱动盘Ⅱ与第一横板、第二横板、第三横板和第四横板通过柱销连接。所述水钻工作系统与回转驱动盘Ⅰ固定连接。

工作时，回转平台实现整个掘进机构绕竖直方向回转。控制第二油缸的伸缩量，调节钻孔工作装置的俯仰角度。控制第一油缸的伸缩量，调节整个动臂及钻孔工作装置的俯仰角度。回转盘连接件Ⅱ实现钻孔工作装置绕竖直方向旋转。回转驱动盘Ⅰ实现钻孔工作装置绕水钻进给运动方向的旋转。

进一步，所述水钻工作系统包括钻孔工作系统和破碎取芯系统。

进一步，所述机身旁侧设置有驾驶室。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.能够借助部分挖掘机自有结构功能，将挖掘机自身的小臂(保留小臂油缸)及铲斗(去掉铲斗油缸)去掉，在大臂前端设计一套钻孔取芯装置，结构改造造价低，能满足钻孔、取芯、破碎等主要施工工艺要求；

B.通过拆卸掉原挖掘机的发动机及其供能装备，改用电机，将该设备的供能方式从柴油转变为电能，以满足地下密闭空间施工的功耗要求，优化作业环境，并且提高施工的安全性和可靠性；

C.钻孔取芯装置和挖掘机小臂之间采用两个回转驱动盘，可以实现工作装置绕水钻进给运动方向旋转和绕竖直方向旋转。挖掘机小臂油缸与动臂前端的四杆机构采用销轴铰接，当油缸伸缩时可以调节工作装置的俯仰角度。挖掘机的动臂油缸伸缩时可以调节整个动臂及工作装置的俯仰角度。挖掘机的回转平台，可以实现整个掘进机构绕竖直方向旋转。相比人工水钻法，该设备的位姿调节装置主要依靠其五个转动关节，钻孔取芯装置可以通过其位姿调节装置，进行精准的钻孔定位，能够有效提高施工的效率，降低工人的劳动强度；

D.实现机械化操作进行钻孔和隧道挖掘，以解决电力隧道人工水钻钻孔工作效率低、劳动强度大，作业安全风险大等技术问题；

E.可替代电力隧道人工水钻打孔的作业，采用机械化方式进行电力隧道的掘进，通过操纵该设备调整双水钻的打孔位置实施作业，能大大减少时间，增加施工效率；工人只需坐在挖掘机驾驶室对操纵杆和触摸屏进行操作即可，可有效降低了工人劳动强度，降低人力成本；若发生事故，工人还可借助挖掘机驾驶室保护自身安全，减少人员伤亡，降低了在地下隧道作业的风险。

附图说明

图1为电力隧道掘进设备三维图；

图2为姿态调节装置结构图；

图3为动臂与回转机构连接关系图；

图4为回转驱动受力简化示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1～图4，本实施例提供一种电力隧道双水钻掘进设备，包括机身、姿态调节系统、水钻工作系统1、第二油缸8、第一油缸9、动臂10、履带行走系统11和回转平台12。

所述机身通过回转平台12转动连接在履带行走系统11上方。所述动臂10的一端与机身转动连接，另一端与姿态调节系统转动连接。所述第一油缸9的一端与机体转动连接，另一端与动臂10转动连接。所述第一油缸9用于驱动动臂10动作。所述第二油缸8一端与动臂10转动连接，另一端与姿态调节系统转动连接。所述第二油缸8用于驱动姿态调节系统动作。

所述姿态调节系统包括回转驱动盘Ⅰ2、回转盘连接件Ⅰ3、回转驱动盘Ⅱ4、回转盘连接件Ⅱ5、快换接头6和四杆机构连接件7。所述快换接头6通过销轴铰接在动臂10的端部。所述四杆机构连接件7包括连杆和摇杆。所述摇杆一端铰接在动臂10上，另一端与连杆铰接。所述连杆的空置端连接快换接头6。所述第二油缸8的活塞杆末端铰接在连杆和摇杆的铰接处。所述动臂10、摇杆、连杆和快换接头6共同形成四连杆机构。

所述回转盘连接件Ⅱ5包括第一竖板、第一横板和第二横板。所述竖板的两侧板面分别布置有横板和连接支耳。所述快换接头6通过连接支耳与回转盘连接件Ⅱ5连接。所述回转盘连接件Ⅰ3包括第二竖板、第三横板和第四横板。所述竖板的两侧板面分别布置有回转驱动盘Ⅰ2和横板。所述第四横板和第一横板之间夹设出回转驱动盘容置空间。所述回转驱动盘Ⅱ4布置在回转驱动盘容置空间中。所述回转驱动盘Ⅱ4与第一横板、第二横板、第三横板和第四横板通过柱销连接。所述水钻工作系统1与回转驱动盘Ⅰ2固定连接。

工作时，回转平台12实现整个掘进机构绕竖直方向回转。控制第二油缸8的伸缩量，调节钻孔工作装置的俯仰角度。控制第一油缸9的伸缩量，调节整个动臂及钻孔工作装置的俯仰角度。回转盘连接件Ⅱ5实现钻孔工作装置绕竖直方向旋转。回转驱动盘Ⅰ2实现钻孔工作装置绕水钻进给运动方向的旋转。

在工作状态下，两个回转驱动主要承受两部分的倾覆力矩，一是工作装置重力对其回转中心产生的逆时针的倾覆力矩，二是水钻工作时，墙体对工作装置产生的顺时针的倾覆力矩，两部分会有抵消作用；在非工作状态下，两个回转驱动只承受一部分的倾覆力矩，就是工作装置重力对其回转中心产生的逆时针的倾覆力矩，最后将选择两种情况的最大值作为回转驱动选型的参考值。

值得说明的是，本实施例为前端的水钻掘进提供了五个转动关节，分别是：第二回转驱动机构的旋转运动、第一回转驱动机构的旋转运动、第一连接件在动臂前端的上下摆动、动臂在行走装置前端的上下摆动以及行走装置自身的回转运动。第二回转驱动机构的转动中心线、第一回转驱动机构的转动中心线和第一连接件的转动中心线在空间内两两垂直，使得双水钻掘进装置可以实现角度微调，具有姿态调节灵活的优势，不仅能够满足任意位置的水钻钻孔，而且还能够进行精准地钻孔定位。动臂的上下摆动和行走装置自身的回转运动能够使得双水钻掘进装置实现大范围移动，从而提升施工效率。

本实施例除了双水钻掘进装置与行走装置之间装配有姿态调节装置

实施例2：

本实施例主要结构同实施例1，其中，所述水钻工作系统包括钻孔工作系统和破碎取芯系统。本实施例对挖掘机平台进行了油改电的结构改造。水钻工作系统选用电力系统进行能源供应。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例1，其中，所述机身旁侧设置有驾驶室。

Claims (3)

1.一种电力隧道双水钻掘进设备，其特征在于：包括机身、姿态调节系统、水钻工作系统(1)、第二油缸(8)、第一油缸(9)、动臂(10)、履带行走系统(11)和回转平台(12)；

所述机身通过回转平台(12)转动连接在履带行走系统(11)上方；所述动臂(10)的一端与机身转动连接，另一端与姿态调节系统转动连接；所述第一油缸(9)的一端与机体转动连接，另一端与动臂(10)转动连接；所述第一油缸(9)用于驱动动臂(10)动作；所述第二油缸(8)一端与动臂(10)转动连接，另一端与姿态调节系统转动连接；所述第二油缸(8)用于驱动姿态调节系统动作；

所述姿态调节系统包括回转驱动盘Ⅰ(2)、回转盘连接件Ⅰ(3)、回转驱动盘Ⅱ(4)、回转盘连接件Ⅱ(5)、快换接头(6)和四杆机构连接件(7)；所述快换接头(6)通过销轴铰接在动臂(10)的端部；所述四杆机构连接件(7)包括连杆和摇杆；所述摇杆一端铰接在动臂(10)上，另一端与连杆铰接；所述连杆的空置端连接快换接头(6)；所述第二油缸(8)的活塞杆末端铰接在连杆和摇杆的铰接处；所述动臂(10)、摇杆、连杆和快换接头(6)共同形成四连杆机构；

所述回转盘连接件Ⅱ(5)包括第一竖板、第一横板和第二横板；所述竖板的两侧板面分别布置有横板和连接支耳；所述快换接头(6)通过连接支耳与回转盘连接件Ⅱ(5)连接；所述回转盘连接件Ⅰ(3)包括第二竖板、第三横板和第四横板；所述竖板的两侧板面分别布置有回转驱动盘Ⅰ(2)和横板；所述第四横板和第一横板之间夹设出回转驱动盘容置空间；所述回转驱动盘Ⅱ(4)布置在回转驱动盘容置空间中；所述回转驱动盘Ⅱ(4)与第一横板、第二横板、第三横板和第四横板通过柱销连接；所述水钻工作系统(1)与回转驱动盘Ⅰ(2)固定连接；

工作时，回转平台(12)实现整个掘进机构绕竖直方向回转；控制第二油缸(8)的伸缩量，调节钻孔工作装置的俯仰角度；控制第一油缸(9)的伸缩量，调节整个动臂及钻孔工作装置的俯仰角度；回转盘连接件Ⅱ(5)实现钻孔工作装置绕竖直方向旋转；回转驱动盘Ⅰ(2)实现钻孔工作装置绕水钻进给运动方向的旋转。

2.根据权利要求1所述的一种电力隧道双水钻掘进设备，其特征在于：所述水钻工作系统包括钻孔工作系统和破碎取芯系统。

3.根据权利要求1所述的一种电力隧道双水钻掘进设备，其特征在于：所述机身旁侧设置有驾驶室。