CN118049243A - 一种多角度多功能隧道钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多功能钻机技术领域，尤其涉及一种多角度多功能隧道钻机，包括：旋转机构，其包括起落翻转体，起落翻转体通过第一驱动组件转动连接有以第一轴线为轴旋转的夹角连接体，夹角连接体通过第二驱动组件转动连接以第二轴线为轴旋转的钻臂，第一轴线和第二轴线不平行；驱动臂机构，包括支撑臂，其与起落翻转体铰接，支撑臂设有用于驱动起落翻转体竖直转动的第一驱动装置以及用于驱动支撑臂与起落翻转体连接的一端竖直转动升降的第二驱动装置。本发明通过旋转机构在非平行面内双向旋转的主旋转方式，配合以次旋转方式驱动旋转机构在竖直方向转动抬升和/或水平方向转动的驱动臂机构，实现钻臂在三维空间的多角度旋转施工。

Description

一种多角度多功能隧道钻机

技术领域

本发明涉及多功能钻机技术领域，尤其涉及一种多角度多功能隧道钻机。

背景技术

随着我国基建工程的高速发展，在地下隧道及其他狭窄空间工程施工当中，在隧道掘进过程中经常要进行多种孔径、多种组合、多种角度、多种施工目的等复杂的施工。此外，一些矿井隧道需要在矿脉掘进过程中做各种矿脉走向的超前勘探取样钻孔施工要求，而钻孔角度方向可能是任意状态。所以行业内急需一种具有超强功能、大范围施工角度，操作简单的钻机。目前国内外在隧道钻孔施工中有很多款多功能多角度施工的钻机，还有很多专业型的钻机，但绝大部分钻机都有很多局限性，不能满足现场需求。比如，有的钻机可以完成隧道地面1米以上前垂直于掌子面1米-4米范围内可以工作，但无法完成1米以下垂直于掌子面的钻孔施工；有的钻机可以完成隧道内拱顶和环状一圈的垂直方向钻孔施工，却不能完成向隧道掌子面垂直方向或一定仰俯角度的钻孔施工。

发明内容

为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出一种多角度多功能隧道钻机，通过旋转机构在非平行面内双向旋转的主旋转方式，配合以次旋转方式驱动旋转机构在竖直方向转动抬升和/或水平方向转动的驱动臂机构，使得安装在旋转机构上的钻臂能够在三维空间实现多角度旋转施工，解决了钻机不能在隧道钻孔施工中进行大范围任意角度施工的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多角度多功能隧道钻机，包括：

旋转机构，其用于驱动钻臂多角度旋转施工，所述旋转机构包括起落翻转体，所述起落翻转体通过第一驱动组件转动连接有以第一轴线为轴旋转的夹角连接体，所述夹角连接体通过第二驱动组件转动连接以第二轴线为轴旋转的钻臂，所述第一轴线和第二轴线不平行；

驱动臂机构，其包括支撑臂，所述支撑臂与所述起落翻转体铰接，所述支撑臂设有用于驱动所述起落翻转体竖直转动的第一驱动装置以及用于驱动所述支撑臂与所述起落翻转体连接的一端竖直转动升降的第二驱动装置；通过所述旋转机构在非平行面内双向旋转的主旋转方式，配合以次旋转方式驱动所述旋转机构在竖直方向转动抬升和/或水平方向转动的驱动臂机构，实现钻臂在三维空间的多角度旋转施工。

优选地，所述第一驱动组件包括连接在起落翻转体和夹角连接体间的第一回转体以及对称设置在所述起落翻转体同侧的第一减速机；所述第一减速机通过齿轮啮合驱动所述第一回转体相对于所述起落翻转体转动，所述夹角连接体与所述第一回转体固定连接。

优选地，所述第二驱动组件包括转动设置在所述夹角连接体上的第二回转体以及固定设置在所述夹角连接体上用于驱动所述第二回转体相对于所述夹角连接体转动的驱动机构，所述驱动机构为回转减速机或驱动油缸。

优选地，还包括行走机构、通过回转盘转动设置在所述行走机构上部的底架以及水平转动设置在底架上的摆动支柱。

优选地，还包括设置在所述支撑臂两侧与所述摆动支柱间用于驱动所述支撑臂在水平面内转动的第三驱动装置。

优选地，所述第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置分别为翻转油缸、支撑油缸和摆动油缸。

优选地，所述第一回转体和第二回转体均为圆环体，所述起落翻转体包括与第一回转体平行连接的圆形安装台，所述圆形安装台远离所述第一回转体的一面中上部和下部分别设有第一连接耳和第二连接耳；所述支撑臂两端分别通过销轴与第二连接耳和摆动支柱竖直转动连接。

优选地，所述夹角连接体包括与所述第一回转体远离所述起落翻转体的一面固定连接的圆形第一连接台以及第一连接台相接的圆形第二连接台，所述第一连接台和第二连接台为非平行面。

优选地，所述翻转油缸的活塞杆和缸尾分别通过销轴与所述第一连接耳和支撑臂竖直转动连接；所述支撑油缸的活塞杆和缸尾分别通过销轴与所述支撑臂和摆动支柱竖直转动连接；所述摆动油缸的活塞杆和缸尾分别通过销轴和十字铰链结构与所述支撑臂和所述摆动支柱转动连接，所述十字铰链结构允许所述摆动油缸相对于摆动支柱水平转动和/或竖直转动。

优选地，所述十字铰链结构包括与底架固定的第一铰链，所述第一铰链通过前端设有的U型水平转动口水平转动连接有第二铰链，所述摆动油缸的缸尾与所述第二铰链前端设有的U型竖直转动口竖直转动连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过以旋转机构在非平行面内双向旋转为主旋转方式，以驱动臂机构驱动旋转机构在竖直方向转动抬升和/或水平方向转动为次旋转方式，在两种旋转方式的配合下，钻臂通过多个自由点的转动配合，能够在三维空间实现多角度旋转施工，实现了钻机在隧道钻孔施工中进行大范围任意角度施工。同时，本钻机能够在较大的范围内进行准确快捷的重载荷的姿态调整。

本发明通过在支撑臂上设置用于驱动起落翻转体竖直翻转的翻转油缸，使得钻臂在竖直方向上某一定点位置可大范围转动调整；通过在支撑臂分别设置用于驱动支撑臂竖直转动抬升和水平转动的支撑油缸和摆动油缸，本钻机结构紧凑，操作简单，施工无死角，钻臂可在支撑臂的带动下在三维空间内以任意角度进行旋转施工，可满足隧道内多角度，多工艺，多孔径的施工要求。

附图说明

图1为多角度多功能隧道钻机的结构示意图；

图2为本发明中旋转机构的结构示意图；

图3为本发明中旋转机构的俯视图；

图4为本发明中夹角连接体与第二回转体的装配示意图；

图5为本发明中夹角连接体的结构示意图；

图6为本发明中驱动臂机构的结构示意图；

图7为本发明中驱动臂机构的俯视图；

图8为本发明中施加铰链结构的结构示意图；

图中：1、旋转机构；11、起落翻转体；111、圆形安装台；112、第一连接耳；113、第二连接耳；12、夹角连接体；121、第一连接台；122、第二连接台；13、第一回转体；14、第一减速机；15、第二回转体；16、回转减速机；2、驱动臂机构；21、支撑臂；22、翻转油缸；23、支撑油缸；24、摆动油缸；3、行走机构；4、回转盘；5、底架；6、摆动支柱；7、十字铰链结构；71、第一铰链；711、U型水平转动口；72、第二铰链；721、U型竖直转动口；8、钻臂。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明中的技术方案，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、完整的描述，很显然，所描述的实施例仅仅是本发明中的一部分实施例，而非本发明的全部实施例。

请参照图1-8所示，一种多角度多功能隧道钻机，包括：

旋转机构1，其用于驱动钻臂8多角度旋转施工，旋转机构1包括起落翻转体11，起落翻转体11通过第一驱动组件转动连接有以第一轴线为轴旋转的夹角连接体12，夹角连接体12通过第二驱动组件转动连接以第二轴线为轴旋转的钻臂8，第一轴线和第二轴线不平行；

驱动臂机构2，其包括支撑臂21，支撑臂21与起落翻转体11铰接，支撑臂21设有用于驱动起落翻转体11竖直转动的第一驱动装置以及用于驱动支撑臂21与起落翻转体11连接的一端竖直转动升降的第二驱动装置；通过旋转机构1在非平行面内双向旋转的主旋转方式，配合以次旋转方式驱动旋转机构1在竖直方向转动抬升和/或水平方向转动的驱动臂机构2，实现钻臂8在三维空间的多角度旋转施工。

本实施例通过旋转机构1在非平行面内双向旋转的主旋转方式，配合以次旋转方式驱动旋转机构1在竖直方向转动抬升和/或水平方向转动的驱动臂机构2，使得安装在旋转机构1上的钻臂8能够在三维空间实现多角度旋转施工，实现了钻机在隧道钻孔施工中进行大范围任意角度施工。同时，本钻机能够在较大的范围内进行准确快捷的重载荷的姿态调整。

如图2-图5所示，第一驱动组件包括连接在起落翻转体11和夹角连接体12间的第一回转体13以及对称设置在起落翻转体11同侧的第一减速机14，第一减速机14通过齿轮啮合驱动第一回转体13相对于起落翻转体11转动的；夹角连接体12与第一回转体13固定连接。

第二驱动组件包括转动设置在夹角连接体12上的第二回转体15以及固定设置在夹角连接体12上用于驱动第二回转体15相对于夹角连接体12转动的驱动机构，驱动机构为回转减速机16或驱动油缸(图中未示出)。

具体来说，第一减速机14通过齿轮传动驱动第一回转体13转动，从而带动与其固定的夹角连接体12作360°旋转，形成主旋转的第一轴线方向转动；回转减速机16通过齿轮传动驱动第二回转体15相对于夹角连接体12转动，从而带动固定在第二回转体15上的钻臂8转动，进而形成主旋转第二轴线方向转动。第一轴线方向转动和第二轴线方向转动的结合，使得钻臂8在三维空间的某一固定位置处可进行两个方向上的旋转施工。

需要说明的是，根据第二回转体15的转动角度的需要，用于驱动其转动的驱动机构可以为回转减速机16或驱动油缸。

具体来说，当第二回转体15的需要进行360°旋转时，此时可以通过回转减速机16驱动其旋转。当第二回转体15的进行小幅度旋转时，此时可以通过驱动油缸驱动其旋转。

上述回转减速机16可以减少复杂的机械结构同时可以缩短回转力臂长度，进而缩小扭矩，使得减速机整体体积减小，重量减轻。

为了保证上述第一轴线方向和第二轴线方向转动的有效性，本实施例中的第一轴线方向和第二轴线方向转动轴间的夹角a取值不为0°和180°即可，如此，第一轴线方向和第二轴线方向旋转不会在平行面内进行。本实施例优选夹角a为90°，也就是说夹角连接体12用于与第一回转体13和第二回转体15的连接的面之间夹角为90°。显然，第一回转体13和第二回转体15均平行与夹角连接体12的安装面平行安装。

需要说明的是，为了保证旋转的稳定性，本实施例中第一回转体13与第一连接台121中心轴线重合，第二回转体15与第二连接台122的中心轴线重合。

具体来说，第一回转体13和第二回转体15均为圆环体，起落翻转体11包括与第一回转体13平行连接的圆形安装台111，圆形安装台111远离第一回转体13的一面中上部和下部分别设有第一连接耳112和第二连接耳113；支撑臂21两端分别通过销轴与第二连接耳113和摆动支柱6竖直转动连接。

夹角连接体12包括与第一回转体13远离起落翻转体11的一面固定连接的圆形第一连接台121以及第一连接台121相接的圆形第二连接台122，第一连接台121和第二连接台122为非平行面。

可以理解的是，上述第一回转体13、第二回转体15、起落翻转体11的圆形安装台111、第一连接台121和第二连接台122均设置为圆形。这样在安装操作时，便于上述各个中心轴线的重合。

本实施例中第一连接台121和第二连接台122之间相接面的夹角为90°，夹角连接体12纵截面的形状大体呈直角型。为了便于操作人员视觉上的操作，第一连接耳112垂直于圆形安装台111的纵截面设置，第二连接耳113平行于圆形安装台111的纵截面设置。

具体来说，当需要将钻臂8调整到水平状态时，操作人员只需观察第一连接耳112是否处于水平状态时；同理，当需要将钻臂8调整到竖直状态时，操作人员只需要观察第一连接耳112是否处于竖直状态或者第二连接耳113是否处于水平状态即可。

显然上述的各部件的形状仅是其中一种，实际操作中可根据需要选择合适的结构形状。

如图1所示，为了便于驱动钻臂8在隧道或其他作业环境中移动，本实施例还包括行走机构3、通过回转盘4转动设置在行走机构3上部的底架5以及水平转动设置在底架5上的摆动支柱6。

需要说明的是，上述行走机构3包括但不限于履带式行走机构3、轮式行走机构3或履带-轮组合式行走机构3中的任意一种。具体需要根据钻机的使用环境来选择，以达到更好的施工效果。

如图6和图7所示，在支撑臂21两侧与摆动支柱6间用于驱动支撑臂21在水平面内转动的第三驱动装置。

需要说明的是，虽然上述的各种行走机构3一般具有转动盘结构，可以驱动与其连接的驱动臂水平转动，以调整前端钻臂8的相对位置。

考虑到行走机构3的转动调整一般来说不太好精确控制，且多数钻孔施工需要一定精度，此时，可以通过支撑臂21两侧的第三驱动装置来驱动支撑臂21在水平面内转动，进行小范围的转动调整。

本实施例上述第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置分别为翻转油缸22、支撑油缸23和摆动油缸24。

具体来说，翻转油缸22的活塞杆和缸尾分别通过销轴与第一连接耳112和支撑臂21竖直转动连接；支撑油缸23的活塞杆和缸尾分别通过销轴与支撑臂21和摆动支柱6竖直转动连接；摆动油缸24的活塞杆和缸尾分别通过销轴和十字铰链结构7与支撑臂21和摆动支柱6转动连接，十字铰链结构7允许摆动油缸24相对于摆动支柱6水平转动和/或竖直转动。

可以理解是，上述的次旋转方式包括：翻转油缸22驱动起落翻转体11相对于支撑臂21竖直转动、支撑油缸23驱动支撑臂21相对于摆动支柱6竖直转动以及摆动油缸24驱动支撑臂21相对于底架5水平转动。通过多自由点转动的次旋转方式与主旋转方式的组合动作，实现钻臂8在三维空间内的任意角度旋转施工。

如图8所示，上述十字铰链结构7包括与底架5固定的第一铰链71，第一铰链71通过前端设有的U型水平转动口711水平转动连接有第二铰链72，摆动油缸24的缸尾与第二铰链72前端设有的U型竖直转动口721竖直转动连接。

可以理解的是上述的十字铰链结构7只是其中一种用以实现摆动油缸24可相对于摆动支柱6水平和/或竖直转动的结构。本申请对此不作限定。

本发明以旋转机构1在非平行面内双向旋转为主旋转方式，以驱动臂机构2驱动旋转机构1在竖直方向转动抬升和/或水平方向转动为次旋转方式，在两种旋转方式的配合下，钻臂8通过多个自由点的转动配合，能够在三维空间实现多角度旋转施工，实现了钻机在隧道钻孔施工中进行大范围任意角度施工。同时，本钻机能够在较大的范围内进行准确快捷的重载荷的姿态调整，可满足隧道内多角度，多工艺，多孔径的施工要求。

以上所述是本发明实施例的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进、润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种多角度多功能隧道钻机，其特征在于，包括：

旋转机构(1)，其用于驱动钻臂(8)多角度旋转施工，所述旋转机构(1)包括起落翻转体(11)，所述起落翻转体(11)通过第一驱动组件转动连接有以第一轴线为轴旋转的夹角连接体(12)，所述夹角连接体(12)通过第二驱动组件转动连接以第二轴线为轴旋转的钻臂(8)，所述第一轴线和第二轴线不平行；

驱动臂机构(2)，其包括支撑臂(21)，所述支撑臂(21)与所述起落翻转体(11)铰接，所述支撑臂(21)设有用于驱动所述起落翻转体(11)竖直转动的第一驱动装置以及用于驱动所述支撑臂(21)与所述起落翻转体(11)连接的一端竖直转动升降的第二驱动装置；以所述旋转机构(1)在非平行面内双向旋转为主旋转，配合驱动臂机构(2)驱动所述旋转机构(1)在竖直方向转动抬升和/或水平方向转动的次旋转，实现钻臂(8)在三维空间的多角度旋转施工。

2.根据权利要求1所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，所述第一驱动组件包括连接在起落翻转体(11)和夹角连接体(12)间的第一回转体(13)以及对称设置在所述起落翻转体(11)同侧的第一减速机(14)；所述第一减速机(14)通过齿轮啮合驱动所述第一回转体(13)相对于所述起落翻转体(11)转动，所述夹角连接体(12)与所述第一回转体(13)固定连接。

3.根据权利要求2所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，所述第二驱动组件包括转动设置在所述夹角连接体(12)上的第二回转体(15)以及固定设置在所述夹角连接体(12)上用于驱动所述第二回转体(15)相对于所述夹角连接体(12)转动的驱动机构，所述驱动机构为回转减速机(16)或驱动油缸。

4.根据权利要求3所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，还包括行走机构(3)、通过回转盘(4)转动设置在所述行走机构(3)上部的底架(5)以及水平转动设置在底架(5)上的摆动支柱(6)。

5.根据权利要求4所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，还包括设置在所述支撑臂(21)两侧与所述摆动支柱(6)间用于驱动所述支撑臂(21)在水平面内转动的第三驱动装置。

6.根据权利要求5所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，所述第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置分别为翻转油缸(22)、支撑油缸(23)和摆动油缸(24)。

7.根据权利要求6所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，所述第一回转体(13)和第二回转体(15)均为圆环体，所述起落翻转体(11)包括与第一回转体(13)平行连接的圆形安装台(111)，所述圆形安装台(111)远离所述第一回转体(13)的一面中上部和下部分别设有第一连接耳(112)和第二连接耳(113)；所述支撑臂(21)两端分别通过销轴与第二连接耳(113)和摆动支柱(6)竖直转动连接。

8.根据权利要求7所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，所述夹角连接体(12)包括与所述第一回转体(13)远离所述起落翻转体(11)的一面固定连接的圆形第一连接台(121)以及第一连接台(121)相接的圆形第二连接台(122)，所述第一连接台(121)和第二连接台(122)为非平行面。

9.根据权利要求8所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，所述翻转油缸(22)的活塞杆和缸尾分别通过销轴与所述第一连接耳(112)和支撑臂(21)竖直转动连接；所述支撑油缸(23)的活塞杆和缸尾分别通过销轴与所述支撑臂(21)和摆动支柱(6)竖直转动连接；所述摆动油缸(24)的活塞杆和缸尾分别通过销轴和十字铰链结构(7)与所述支撑臂(21)和所述摆动支柱(6)转动连接，所述十字铰链结构(7)允许所述摆动油缸(24)相对于摆动支柱(6)水平转动和/或竖直转动。

10.根据权利要求9所述多角度多功能隧道钻机，其特征在于，所述十字铰链结构(7)包括与底架(5)固定的第一铰链(71)，所述第一铰链(71)通过前端设有的U型水平转动口(711)水平转动连接有第二铰链(72)，所述摆动油缸(24)的缸尾与所述第二铰链(72)前端设有的U型竖直转动口(721)竖直转动连接。