CN202194652U - 孔深测量装置及其所应用的旋挖钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种孔深测量装置，包括接近开关和编码盘，该孔深测量装置安装于卷扬机构内，编码盘同轴固定于卷扬机构内的卷扬筒的外侧，且其外缘设置有多个齿，接近开关固定于卷扬机构内的卷扬机架内侧，且与编码盘上的齿相向设置，不少于两个的接近开关的相位互差90°。本实用新型还公开了一种具有上述孔深测量装置的旋挖钻机。该旋挖钻机钻孔时，卷扬筒带动绕装于其表面的钢丝绳转动，同时编码盘也将转动。编码盘上的齿连续转动的过程中，接近开关内的传感器将记录脉冲，通过对这些脉冲的处理，得到旋挖钻机的钻孔深度。该孔深测量装置在提高旋挖钻机的孔深测量的准确度的同时降低了自身的重量，安装或维修较方便，使用寿命较长。

Description

孔深测量装置及其所应用的旋挖钻机

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，特别涉及一种孔深测量装置。本实用新型还涉及一种具有上述孔深测量装置的旋挖钻机。

背景技术

旋挖钻机是一种基础施工中使用的大口径高效成孔设备，其利用始终保持在垂直方向上的钻杆对地面进行直接挖掘，从而在地面快速形成所需直径和深度的孔。旋挖钻机在使用过程中需要随时掌握钻孔的深度，从而控制钻杆的上下运动，保证旋挖钻机的钻孔精度。目前有三种较为普遍的旋挖钻机的钻孔深度测量方法。

第一种为增量式编码器测量法。增量式编码器采用光敏元件进行测量，以透光区和不透光区来表示代码的状态为“1”或“0”，从而将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲个数推算位移的大小。此种方法的测量装置安装在吊锚架上，由一对互相啮合的齿轮组成，大齿轮与钢丝绳所在的滑轮同轴转动，小齿轮与增量式编码器同轴转动，通过齿轮传动，钢丝绳带动增量式编码器旋转。对所测数据进行处理后，即可得出钢丝绳上升或下降的距离，最终测出旋挖钻机所钻孔的深度。

采用上述测量方法时，由于该测量装置与滑轮直接连接，所以滑轮的加工误差、滑轮使用过程中的磨损、钢丝绳在滑轮上的相对滑动等因素，都将导致孔深测量结果的准确度降低。且由于测量装置安装在吊锚架的内部，安装或维修该测量装置时必须倒下吊锚架，操作较不方便。另外，在实际使用过程中，增量式编码器的故障率较高。

第二种为绝对值编码器测量法。绝对值编码器的光码盘上有许多道通道刻线，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2⁰到2^n-1的唯一的2进制编码，通过对这一组2进制编码的处理得出旋挖钻机的钻孔深度。此种方法的测深装置安装在主卷扬外侧，通过传动机构实现主卷扬带动绝对值编码器转动，以获得待处理的2进制编码。

采用上述测量方法时，测量装置中的传动机构体积较庞大，重量较大，同时，绝对值编码器的成本较高。并且，该测量装置中的绝对值编码器同样存在故障率高、更换维修率高的问题。

第三种为接近开关测量法。接近开关可以在不与目标物接触的情况下检测靠近传感器的目标物。该测量装置由齿轮盘和两个传感器组成，齿轮盘安装在滑轮上，两者同轴转动，两个传感器安装在吊锚架上。操作时，利用安装在吊锚架上的两个传感器和安装在滑轮上的齿轮盘，测量出钻孔时滑轮的脉冲数和转动方向，经过计算得到旋挖钻机的钻孔深度。该方法中，齿轮盘上的齿数越多，测量精度越高。

采用上述检测方法时，由于齿轮盘与滑轮同轴转动，所以滑轮的加工误差、滑轮使用过程中的磨损、钢丝绳在滑轮上的相对滑动等都将导致测量结果的准确度降低。同时，由于接近开关安装于吊锚架，所以对测量装置进行安装或维修时均需要倒下吊锚架，操作较不方便。

因此，如何在提高旋挖钻机的钻孔深度测量的准确度的同时降低孔深测量装置的重量，已成为本领域的技术人员亟待解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种孔深测量装置，该装置在提高旋挖钻机的钻孔深度测量的准确度的同时降低了自身的重量。本实用新型的另一目的是提供一种具有上述孔深测量装置的旋挖钻机。

为了实现上述第一个目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种孔深测量装置，包括接近开关和编码盘，该孔深测量装置安装于卷扬机构内，所述编码盘的外缘设置有多个齿，所述编码盘同轴固定于所述卷扬机构内的卷扬筒的外侧，所述接近开关固定于所述卷扬机构的卷扬机架的内侧，且与所述编码盘上的齿相向设置，不少于两个的所述接近开关的相位互差90°。

优选地，所述卷扬筒为主卷扬筒。

优选地，还包括接近开关安装座，所述接近开关安装座的外侧与所述卷扬机架固定，内侧与所述接近开关固定。

优选地，所述接近开关套接于所述接近开关安装座的内侧。

优选地，所述编码盘通过六角头螺栓与所述主卷扬筒同轴固定。

在上述技术方案中，本实用新型提供的孔深测量装置安装于卷扬机构内，该孔深测量装置包括接近开关和编码盘，卷扬机构包括卷扬机架、减速机、卷扬筒和钢丝绳。钢丝绳绕装于卷扬筒表面，减速机固定于卷扬机架，卷扬筒通过减速机与卷扬机架连接，编码盘的外缘设置有多个齿，且同轴固定于卷扬筒的外侧，接近开关固定于卷扬机架的内侧，且与编码盘上的齿相向设置，不少于两个的接近开关的相位互差90°。旋挖钻机钻孔时，卷扬筒将绕着自身轴线转动，进而带动钢丝绳转动，同时带动与之同轴固定的编码盘转动。编码盘上的齿靠近接近开关时，传感器为高电平；编码盘上的齿远离接近开关时，传感器为低电平。编码盘连续转动的过程中，传感器将记录一组脉冲，通过对这些脉冲的处理，得出卷扬筒的转动方向，并计算出钢丝绳随着卷扬筒转动的距离，从而得到旋挖钻机的钻孔深度。

通过上述描述可知，本实用新型提供的孔深测量装置安装于卷扬机构内，并且卷扬机架内的卷扬筒的运动可以直接传递到孔深测量装置。卷扬筒的转动较稳定、使用过程中的磨损较少，对编码盘的转动精度无太大影响，较大程度地减少了孔深测量装置内存在的影响测量精度的因素。而卷扬筒与孔深测量装置之间不需要设置传动机构进行运动传递，减少了整个孔深测量装置的部件数量。显然，该孔深测量装置在提高旋挖钻机的孔深测量的准确度的同时降低了自身的重量。

另一方面，本实用新型提供的孔深测量装置安装于卷扬机构内，这一结构方便了孔深测量装置的安装和维修，降低了维护成本。接近开关为无触点测量，故障率较低，使用寿命较长，且能适应恶劣的工作环境。

为了实现上述第二个目的，本实用新型还提供了一种旋挖钻机，包括卷扬机构和孔深测量装置，所述卷扬机构与所述孔深测量装置连接，所述孔深测量装置为上述的任一种孔深测量装置。由于上述孔深测量装置具有上述技术效果，具有该孔深测量装置的旋挖钻机也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的孔深测量装置的拆分结构示意图；

图2为本实用新型提供的孔深测量装置的安装结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种孔深测量装置，该装置在提高孔深测量装置的准确度的同时降低自身的重量，该孔深测量装置安装或维修较方便、使用寿命长、能适应恶劣的工作环境。本实用新型的另一核心是提供一种具有上述孔深测量装置的旋挖钻机。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

参见图1，图1为本实用新型提供的孔深测量装置的拆分结构示意图。

如图1所示，本实用新型提供的孔深测量装置3安装于卷扬机构内，包括接近开关32和编码盘33，卷扬机构则包括卷扬机架1、减速机2、卷扬筒和绕装于卷扬筒外表面的钢丝绳6。减速机2固定于卷扬机架1，卷扬筒通过减速机2与卷扬机架1连接。编码盘33的外缘设置有多个齿，编码盘33可通过铆接同轴固定于卷扬筒外侧，接近开关32焊接或粘接于卷扬机架1的内侧，且与编码盘33上的齿相向设置。这里所说的相向设置是为了保证编码盘33上的齿的转动可以改变接近开关32内的传感器的脉冲状态。

本实用新型中的接近开关32除了检测脉冲的功能外，还需要检测钢丝绳6为上升状态还是下降状态，因此，接近开关32不得少于两个。结合工程实际需要，接近开关32通常设置为两个。本文以两个接近开关32为例介绍，而采用其他数目的接近开关32的技术方案均在本实用新型的保护范围内。本实用新型中，判断钢丝绳6的升降状态的重要依据为两个接近开关32的相位相差90°。需要说明的是，接近开关32的选择须依据编码盘33与卷扬机架1的距离，保证编码盘33处于接近开关32的可感应区。

旋挖钻机的卷扬分为主卷扬和副卷扬，主卷扬和副卷扬均可驱动钻杆上下运动以钻孔，因此，孔深测量装置3既可以安装于主卷扬的卷扬机构内，也可以安装于副卷扬的卷扬机构内。但鉴于实际工作中，通常采用主卷扬驱动钻孔，所以本实用新型优选将孔深测量装置3安装在主卷扬的卷扬机构内。因此，上述卷扬筒优选为主卷扬筒5。

参见图2，图2为本实用新型提供的孔深测量装置的安装结构示意图。

结合图1和图2，卷扬机架1内侧的两端各安装有一个减速机2，将主卷扬筒5与上述两个减速机2活动连接以实现主卷扬筒5的固定，并使其可转动。为了保证与主卷扬筒5同轴固定的编码盘33能够随着主卷扬筒5的转动而转动，编码盘33须设置为中空的环状盘。编码盘33转动后，其上的齿也将转动，与这些齿相向设置的两个接近开关32中的传感器将接收到脉冲信号并进行记录。通过对两个传感器所记录的脉冲信号的处理，得出钢丝绳6的升降状态和升降距离，进一步换算后即可得到旋挖钻机的钻孔深度。

具体地，钢丝绳6的升降状态的确定方法如下所述。两个接近开关32内的传感器分别称为传感器A和传感器B，根据传感器A和传感器B所记录的两路脉冲信号的当前状态和变化趋势可确定钢丝绳6的升降状态。对传感器A和传感器B所记录的脉冲数取样时，可在编码盘33上的单个齿的一个转动周期内均匀地取四次脉冲数，得到待分析的数据，如表1所示。主卷扬筒5顺时针转动时，传感器A的相位比传感器B的相位超前90°，在传感器A相脉冲的下降沿处，传感器B相为高电平，脉冲状态为“1”；主卷扬筒5逆时针转动时，传感器A的相位比传感器B的相位滞后90°，在传感器A相脉冲的下降沿处，传感器B相为低电平，脉冲状态为“0”。这样，主卷扬筒5转动时通过判断传感器B相电平的高低即可判断钢丝绳6的升降状态。

表1

根据传感器A和传感器B记录的脉冲数计算旋挖钻机的钻孔深度的方法如下所述。旋挖钻机的钻孔深度＝累计脉冲数×步长。控制器根据接收到的传感器A和传感器B的脉冲信号及其变化规律，依照上述确定钢丝绳6升降状态的方法判断出滑轮的转动方向，并计算出累计脉冲数。步长为一个脉冲对应的钢丝绳6随主卷扬筒5转动的距离，步长＝2π(滑轮半径+钢丝绳半径)/检测齿轮数。得到累计脉冲数和步长后，将两者相乘，即得到了旋挖钻机的钻孔深度。

通过上述描述可知，相比于背景技术中提到的三种典型的旋挖钻机的孔深测量方法，本实用新型提供的孔深测量装置3安装于主卷扬的卷扬机构内，并且卷扬机构内的主卷扬筒5的运动可以直接传递到孔深测量装置3。主卷扬筒5的转动较稳定、使用过程中的磨损较少，对编码盘33的转动精度无太大影响，较大程度地减少了孔深测量装置3内存在的影响测量精度的因素。更为关键的是，卷扬筒5与孔深测量装置3之间不需要设置传动机构进行运动传递，减少了整个孔深测量装置3的部件数量。显然，该孔深测量装置3在提高旋挖钻机的孔深测量的准确度的同时降低了自身的重量。

另一方面，本实用新型提供的孔深测量装置3安装于卷扬机构内，这一结构方便了孔深测量装置3的安装和维修，降低了维护成本。接近开关32为无触点测量，故障率较低，使用寿命较长，且能适应恶劣的工作环境，通用性较强。

在进一步的技术方案中，孔深测量装置3还包括接近开关安装座31，接近开关32可通过接近开关安装座31固定于卷扬机架1。具体地，接近开关安装座31的外侧与卷扬机架1固定，而接近开关32可焊接于接近开关安装座31的内侧。这一结构可适应主卷扬筒5与卷扬机架1的距离，通过选择不同宽度的接近开关安装座31来选择接近开关32的型号，而不必仅局限于根据卷扬机架1与主卷扬筒5的距离选择接近开关32。显然，上述设置有效扩大了孔深测量装置3的适用范围。

优选方案中，接近开关32与接近开关安装座31的连接方式可由焊接替换为套接。接近开关32套接于接近开关安装座31内侧后，一旦接近开关32发生故障，可将其从接近开关安装座31上取下并更换。该连接方式进一步降低了该孔深测量装置3的成本。

具体实施方案中，编码盘33还可通过六角头螺栓4与主卷扬筒5同轴固定，如图2所示。此方案中，编码盘33可拆卸，一旦其出现损坏需要维修或更换时，则可方便地从主卷扬筒5上将其拆下进行维修或更换，操作更为方便，成本更低。

在更优的实施方案中，在保证合理安装的前提下，可尽量增大环状的编码盘33的内孔直径，以减轻其重量，继而减轻孔深测量装置3的重量。另外，编码盘33外缘上的齿也可适当增加，以进一步提高孔深测量装置3的测量准确度。

本实用新型提供的旋挖钻机包括卷扬机构和孔深测量装置3，卷扬机构与孔深测量装置3连接，该孔深测量装置3为上述任一种孔深测量装置3，由于上述孔深测量装置3具有上述技术效果，具有该孔深测量装置3的旋挖钻机也应具有相应的技术效果，此处不再作详细介绍。

以上对本实用新型所提供的孔深测量装置及其所应用的旋挖钻机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种孔深测量装置，包括接近开关(32)和编码盘(33)，所述编码盘(33)的外缘设置有多个齿，其特征在于，该孔深测量装置安装于卷扬机构内，所述编码盘(33)同轴固定于所述卷扬机构的卷扬筒的外侧，所述接近开关(32)固定于所述卷扬机构内的卷扬机架(1)的内侧，且与所述编码盘(33)上的齿相向设置，不少于两个的所述接近开关(32)的相位互差90°。

2.按照权利要求1所述的孔深测量装置，其特征在于，所述卷扬筒为主卷扬筒(5)。

3.按照权利要求2所述的孔深测量装置，其特征在于，还包括接近开关安装座(31)，所述接近开关安装座(31)的外侧与所述卷扬机架(1)固定，内侧与所述接近开关(32)固定。

4.按照权利要求3所述的孔深测量装置，其特征在于，所述接近开关(32)套接于所述接近开关安装座(31)的内侧。

5.按照权利要求2-4任一项所述的孔深测量装置，其特征在于，所述编码盘(33)通过六角头螺栓(4)与所述主卷扬筒(5)同轴固定。

6.一种旋挖钻机，包括卷扬机构和孔深测量装置，所述卷扬机构与所述孔深测量装置连接，其特征在于，所述孔深测量装置为如权利要求1-5中任一项所述的孔深测量装置。

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