CN87106795A - 钻进设备 - Google Patents

Abstract

一种钻进设备，用于钻出有预定轴线的孔，钻头方位由导向系统控制。钻进设备包括第一部分，固定在起始孔的井内，装有发射机，沿着孔的预定轴线将控制信号发射给传感器。传感器放置在远离第一部分的第二部分上。该第二部分装有钻头，在使用时可相对第二部分移动，还装有马达装置，与钻头相连，以调节钻头的方位，以致当钻头偏离孔的预定轴线预定数值时，由传感器接收的控制信号就自动启动马达装置，将钻头重新定位，使之与预定轴线更接近成一直线。

Description

本发明总的来说涉及一种结合有导向系统的控制系统，具体地说涉及一种钻孔和/或钻进的方法和设备，通过该方法和设备可以对切削头进行高度控制。本发明的一个具体方面涉及一种钻孔或钻进设备，改进的导向系统用于精确控制钻头的方位，钻头位于远离该设备的驱动马达装置的地方。再更具体地说，本发明涉及一种具有激光控制钻头的设备，用于钻出基本不的地下斜孔或直孔。本发明的设备特别应用于钻出较小的孔，约为20至300mm，或更大些。然而，应该指出的是在有要求或需要时，本发明可以同样应用于钻出或钻进更大的洞或孔。

虽然描述本发明时，是具体参照一种利用钻头在地面以下钻出大体上是直的孔的设备，其钻头的方位由放置在钻头和驱动装置之间的激光装置来精确控制，应该指出，本发明并不受其限制，还可以扩大其范围，即包括达到同样的结果的其它的设备构造，或者同样的设备用于其它的用途。通过与本发明的设备有关联的其它这些用途包括顶管（pipe    Jacking）套管钻孔（sleeve    bore）等，它们包括了在钻孔的同时把管子推进孔内。

本发明可特别应用于钻地下排水管道，通常利用诸如顶管法之类把地下水管插入其中，以便例如把污水从入口密集区引到远处，在那里可以对污水进行处理。这些排水管道要求有大体上不变的坡度，这是由于污水用途的排水系统或多或少依靠重力输送而将废料输送到处理站去。因此，要求排水管道有恒定坡度，这是因为诸如平坦处（flat    spot）或坡度小的区段对恒定坡度的间断都会阻碍废料的平滑流动，引起排水系统的堵塞。目前，通常都使孔的坡度不小于1∶80。为了确保正确的坡度得以保持，沿着孔的整个长度，在规则间隔的地方置有竖井，从孔洞处到地面之间延伸。标准的竖井间隔约为10至至15米，在孔的整个长度上隔开。在各个竖井位置处重新校正钻进设备，以保证孔的恒定坡度和方向得以保持。在孔的整个长度上大体规则间隔处设置许多竖井，费用很大而且费时。因此，本发明的目的是提供一种用于钻出有大致恒定坡度，基本上是直的地下孔的方法和设备，其精确度比迄今为止使用的现有钻井设备所能达到的精度更大。本发明目的的实现主要是靠对钻井设备保持高度控制，钻进设备的方位被连续监测和持续不断地调节，以便沿着予选的轨迹或通路精确钻进。本发明的一个优点是两相邻竖井之间的距离可以加大，例如间隔约为100米或更大，这是因为钻进设备已被更精确地控制。另一个优点是孔的坡度可以减小，因为孔有更为恒定的坡度，它意味着平坦处已被消除或减少。

根据本发明，提供了一种土方作业设备，它包括固定的主体部分和可移动的土方作业部分，主体部分有驱动装置，土方作业部分有土方作业构件，可相对于土方作业部分移动，所述土方作业构件使用时可以与驱动装置连接并被驱动，信号发射装置固定连接到主体部分上，而信号接收装置固定地连接到可移动土方作业构件的予选位置上，以接收发自发射装置的信号，所述土方作业部分装有控制装置，根据接收装置所接收的信号控制土方作业构件相对于土方作业部分的位置，以使土方作业构件保持在其使用时所要求的予选位置的一定的予定限度内。

根据本发明，提供了一种钻井设备，它具有钻头装置，用于钻出轴线予定的孔，其中的钻头装置的方位是由导向系统控制的。该钻进设备包括钻进设备的第一部分，它固定在孔中的第一位置，装有发射装置，沿着孔的予定轴线发射控制信号给接收装置，接收装置放置在远离第一部分的钻进设备的第二部分上，所述第二部分装有所述钻头装置，在使用时可以沿孔轴线移动，其中所述第二部分装有马达装置，与所述钻头装置连接，用于调节钻头装置的方位，以致当所述钻头装置偏离孔的予定轴线予定数值时，由所述接收装置所接收的所述控制信号就自动启动所述马达装置，将所述钻头装置重新定位，使之与予定轴线更接近地对齐，因此所形成的孔的轴线与予定轴线几乎完全一致。

根据本发明的另一个方面，提供了一种使用钻进设备钻出有予选形状地下管道的方法，该设备有一个固定主体部分，带有驱动装置，用于驱动装置在钻头部分上的可移动钻头，使之能够沿着孔的纵长轴线的前面方向向前进，其中，钻头相对于钻头部分的位置，可以由装在钻头部分并与钻头连接的控制装置来精确控制，本发明的方法包括，从固定放置在固体主体部分上的发射装置将控制信号发射到固定连接到钻头部分的控制信号接收装置，由此，控制信号就被用来触发控制装置，以便在使用时，将钻头精确保持在钻予选孔所要求的予选位置的一定的予定限度内。

一般说来，信号发射装置和信号接收装置是一种激光装置，其发射器将电信号转换成激光束，而信号接收装置有传感器，用于将激光转换成电信号。一般在发射器和传感器之间有直线的观测通路。一般，发射器发射的激光束是脉冲激光束。一般，传感器有多个靶，包括单个中心靶和若干个环绕着中心靶的间隔开的靶。

一般说来，控制件或装置是一种电动直线致动器，具有成一整体的电动机驱动一根可伸缩顶杆。或者是一种电动机，具有一根转动输出轴。又或者是一种液压马达/泵装置。

一般说来，有一个第一电动机或线性致动器或液压马达/泵，用于控制钻头装置在上下方向上的移动，该方向大致垂直于孔的纵向轴线。还有一个第二电动机或线性致动器，用于控制侧向移动，该方向基本上是孔的纵向轴线的左右垂直方向。

一般说来，钻进设备的第二可移动部分装有排出管，它是由一根或几根排出导管相连接，可以在钻进设备的固定部分和可移动部分之间接入，用以连接到地面上远处的真空系统上，以便将孔中切削头所产生的废料移动地面上，随后进行处置。一般，废料是干的，其颗粒尺寸大小可以由真空系统转运。另一方面，干废料可加水混合而形成稀浆，由真空系统抽出或用其它方法除去。一般，真空系统与排出管分开，装在移动车辆例如卡车上。

一般说来，可移动部分装有主传动轴，与固定部分的驱动马达连接。一般，传动轴前端由电动机或线性致动器或液压马达/泵带动，并且在使用时多少有点绕其后端转动。一般，传动轴安装在组合件上，又用万向接头与一串传动杆连接，以致当组合件移动时，传动轴相应移动，因此它保持与组合件平行。

一般说来，外壳在沿其长度的几个点上被铰接，使前部可相对于后部弯曲。

现在通过实例并结合附图叙述本发明。附图图面说明如下：

图1是在使用中的本发明设备之一种形式的整体视图，该设备位于一个竖井内，用于钻出一个水平倾斜孔;

图2是根据本发明的一种形式设备的一种钻头部分的立体图;

图3显示是图2所示设备的零部件的分解视图;

图4是本发明的一种形式设备的另一种钻头部分立体图，其顶盖已被移去;

图5是图4所示设备的俯视图;

图6是图4所示实施例的右侧视图;

图7是图4所示实施例的左侧视图;

图8是沿图5中8-8线所截取的剖视图;

图9是与本发明一起使用的供去除废料的一种形式真空收集系统示意图;

图10是本发明的钻头部分的另一实施例的俯视图，该钻头部分单独存在，不与主机架排出管相连接;

图11是沿图10中11-11线的剖视图;

图12是本发明的钻头部分之另一实施例的俯视图;

图13是沿图12中13-13线的剖视图。

应该指出，在本发明书中所使用的相对关系的术语，例如向前、向后、向上、向下、左、右等涉及该设备正常使用时的方位，在孔中沿钻孔的方向观看，单词“向前”和“向后”涉及是孔的纵轴方向，“向前”是从竖井向着孔面的方向，而“左”和“右”指是在孔中，面向前方的设备的相应两侧面。

在图1中所示的钻孔或钻进设备2，用于钻出或钻进水平的有点倾斜的地下孔3或管道。设备2的一部分固定地放置在竖井7的底上，它包括一个主支承机架部分4和一对细长的移动导轨5a、5b，使移动导轨5A、5b沿着需要钻出钻孔3的方向伸展。装有马达的组合件6放置在导轨5a、5b上，在钻进设备2运转期间可沿着导轨向后或向前移动，而钻孔3是在图1所示的全抽回位置和全前进位置之间，在前进位置时，组合件6的前端靠近导轨5a、5b的前端。在组合件6的两侧装有液压作动筒18，在使用时将组合件6推前或缩回。作动筒18的伸出长度限制了组合件6在前进方向的行程量，在导轨5a、5b的前端的止挡9也起同样作用。

组合件6上装有液压马达10或其它适合的动力马达，用以驱动可转动的传动轴11，传动轴制成一串单独的传动轴，从马达10向前伸展到钻进设备2的钻头部分12。钻头部分12包括钻头13或其它适合的切削头等，用于在钻头部分的最前端有效地切割孔3，它并且与传动轴11相连接，按照马达10的转动而转动。钻头部分12的细节后面详细描述。排出管14包括一个第一排出管20，沿着钻头部分12的底部纵向配置，还有多个可加接的导管，在钻头部分12和组合件之间伸展，并与一个放置在离开竖井7的地面上的真空系统相连（见图9）、利用一根从组合件6向真空系统伸展的柔性排出导管16，在本发明的设备运转时，用于将废料从孔3除去。一个用于发生和传送激光束形式的脉冲信号的激光发射机17，非常精确地放置在机架4的后部，将激光束传送给一个安装在钻头部分12上的传感器102，在钻进时用以精确导向钻头部分12。

简而言之，在运转时，钻头部分直接与组合件6相连，将马达的输出轴直接到钻头部分的传动轴上，马达10的转动驱动钻头13使之转动，从而开始钻出孔3。当切削头13转动时，由于液压作动筒18的作用，组合件6在导轨5a、5b上向着孔3的方向移动，从而将钻头部分12进一步推向地层，开始钻孔3，靠切削头13进一步切入地层，形成了孔3。当组合件6达到由止挡9所限定的行程量时，传动轴11和排出管14分别与马达10和组合件6脱开，而组合件6靠作动筒18完全缩回而移至其抽回位置。将一根附加传动杆11a和排出管14a连接在组合件6和钻头部分12之间，而组合件6在导轨5a、5b上再次向前移动，并使马达旋转，由此将钻头部分12进一步推进地层以形成孔3，从而将孔3的长度进一步增大。当组合件6由于受液压作动筒18伸出长度和止挡9的限制，其向前的行程达到最大可能范围时，附加传动杆11a和排出管14a与组合件6脱开，组合件6完全抽回，又将另一根轴11b和排出管14b接入，钻进过程又开始。这个过程重复进行，直至孔3的长度被全部钻出，于是进行回程，使钻头部分12离开孔3。

现在翻到图2图3，图中更详细地描绘了一种形式的钻头部分12，可以看出，钻头12包括多个互相联系的零部件，它们对钻头13起导向作用。排出管20沿着钻头部分12的整个长度的纵向上伸展，它作为钻头部分12的主构架件，用来连接安装到钻头部分12后部以及前部的零部件。后支承组合件22固定地连接在排出管20的后端。后支承组合件22通常包括半圆形支撑托架24，固定地连接在排出管20的底面。托架24的两端装有弹簧压力紧固器23，在运转时牢固地将盖26保持在位，还使其易于卸开。顶盖26靠一对固定连接到从排出管20的两侧向外伸出的板27的支架25，一对刚性连接到盖26内表面上的支架28以及接长块29以绕枢轴转动的方式安装到钻头部分12上。接长块29相对支架25转动，构成铰链以供顶盖26转动。

前支承组合件32固定连接到排出管20的前端。前支承组合件32包括半圆形支撑托架34，固定连接到排出管20最前端的底侧，还有板33固定地连接到排出管20上表面，板33从托架34沿着管20向内伸展。在板33的一侧，在使用时是在其左侧，安放有一个分叉支架，即叉架35，叉架35包括两个大致竖直的对置臂35a、35b，通常彼此平行并且垂直于板33向上伸出。两对置臂35a、35b各设有一个互相成一直线的孔36。双臂曲柄40放在两臂35a、35b中间，并用销42相连接，销42安放在成一直线的两个孔36和放在其两壁之间的双臂曲柄40的孔44内，以便使销42作为双臂曲柄40的枢轴点。销42与腹板46整体制成，后者的一端又用螺栓48紧固在臂35a上，这样销42被牢固保持在位。双臂曲柄40的一端被分叉，具有一对对置臂50a、50b，构成叉架。两对置臂50a、50b的末端各设有一个彼此成一直线的孔。两分叉臂50a、50b的成一直线的孔内穿过紧固件54，将臂曲柄40与线性致动器52在后者可伸缩顶杆56顶端上的一个圆环处可绕轴转动地连接。线性致动器52包括一个马达外壳部分52a，用于罩住电动机并且可伸缩的顶杆部分56，被装成一个单元，因此电动机的运转将顶杆56相应地伸缩。双臂曲柄40的另一端的向内侧有凹座58，用于安放轴承座62的耳轴60的顶端。轴承座62可以沿耳轴60的纵向向由一端向另一端自由滑动，还可以绕耳轴60转动。轴承座62相对于耳轴60的运动在后面将详叙述。

传动轴70配置在后支承组合件22和前支承组合件32之间，使其长度方向沿着钻头部分12的纵轴线方向，它在排出管20的上方对齐并与之平行。轴承座62内装有轴承64，置于座的内部。轴70支承在轴承64内，因此可以相对于轴承座62转动。后支承组合件22设置有安装托架30，其内装有合适的轴承，以支承轴70并允许轴的旋转。尽管托架允许轴70旋转，由于托架30是刚性的，轴的实际位置相对于钻头部分是固定不变的。这样，实际上轴70可绕沿长度上由托架30支承的一个相应点而转动。由于轴承座62可以在两个方向移动，前支承组合件32使转轴70的前端可以相对于钻头部分的其余部分运动。一个方向是相对排出管20上下，相应地可以上下改变钻头部分的位置。而另一个方向是从排出管20的一侧向另一侧，因此使钻头部分12的位置向左或向右移动。轴70前端的移动，使固定在传动轴70前端的切削头13的实际位置可以调节，从而将切削头13的位置保持在予定的范围内，以便形成不变的予定坡度的孔3。

现在转述前支承组合件32。可以看到竖直托架38位于板33的右侧，从那里向上伸出，主要的是对轴承座62的另一侧提供支承。托架38从板33垂直向上伸展，靠近其顶端开有孔39。连接叉架72的一端分叉出一对对置臂73a、73b，靠近臂端各有一个孔，叉架72安放托架38上，将臂73a、73b放在孔39的两侧，使两臂上的孔与孔39对齐。在孔39和两臂73a、73b的对齐孔内安放销74，以转动的方式连接叉架38。连接叉架72的另一端内侧上设有凹座75，以容纳轴承座的对置耳轴76，以便在使用时支承轴承座62。这样，在工作时，线性致动器52的动作，使传动轴70和附着的钻头13随轴承座62一起，在相对于排出管20的上下方向上相应移动。后面将更详细叙述。

再回到前支承组合件32。现在叙述调节钻头13从一侧向另一侧移动的装置。伸出块80固定连接到板33的后部，靠近其右外侧，向板33的后方伸出，基本上与排出管20平行，利用螺栓81穿过致动器82与伸出块80上的对齐孔而将第二线性致动器与伸出块80固定住。致动器82包括一个马达外壳部分82a和一根从外壳部分一端伸出的整体配置的可伸缩顶杆84。致动器82基本上平行于排出管20而配置，并使顶杆84对齐，以便当顶杆伸出时移向前组合件32，而当顶杆缩回时，它移向后组合件22。顶杆84的顶端与双臂曲柄88的分义端86进接，这是靠将一对构成分叉端的对置臂86a、86b放置在顶杆84的端部两侧。利用从板33垂直向上伸出并穿过双臂曲柄88的孔92的紧固件90，将双臂曲柄88可转动地连接到板33上。孔92位于双臂曲柄上的一端，该端远离其连接顶杆84的那一端。双臂曲柄88的另一端94与可调拉杆96的一端连接。可调拉杆96的另一端与中部轴承座62连接。这样，线性致动器82的动作，使中部轴承座62相应产生沿着耳轴60、76的轴向的左右移动。这在后面将更详细地叙述。

浮动轴承座62的顶上装有一个可调的卡圈或环形夹100，将传感器102牢固地夹持在轴承座62上，这样，将传感器相对于轴承座62精确定位。传感器102配有五个单个的光电管103-107，它们的作用是接受连接在机架4上的激光发射机所发射的脉冲信号。传感器102与中继马达控制箱110电连接，后者又与两个线性致动器52、82有电连接。每个光电管控制线性致动器在不同方向的移动，而且对钻进设备提供万一出机械故障的警报系统。护板108靠细长支架109与板33连接，提供对激光束的屏蔽，在钻进设备万一出机械故障时，进一步提供一个防障装置。

在运转时，将钻进设备2，在其组合件6处于完全抽回的位置之下安置在竖井7底部，使钻头13接触竖井壁上需要钻出孔3的地方。激光发射机17精确地定位在机架4上，将脉冲束按照所需钻孔的方向和倾斜度导向钻头部分12。激光发射机17可装有可调定值器，它可以按照孔的所需斜度予调。起动液压马达10，转动传动轴11和相应的切削头13，开始钻进。如前文所述，组合件6由作动筒18推向孔3，从而将钻头部分12和切削头13进一步钻入孔3，将孔3进一步延伸。当组合件6达到其行程极限时，它与轴11脱开，并缩回其在竖井7底部的原始位置，以便可以在钻头部分12和组合件6之间接入附加杆11和导管14，因此当组合件6由作动筒18移动时，钻头12被进一步推进孔3中，进一步扩大孔3的深度。

在钻进时，激光发射机17在大约10Hz下工作，因此每秒钟向传感器发射大约10个脉冲。中部光电管103是来自发射机17的脉冲束的正常靶，当钻头部分12被精确对准以钻出所需方向和坡度的孔3时，脉冲照射光电管103。由于各种原因，钻头部分有时不对准孔的准确斜度，开始偏离所要求方向和倾斜度进行钻进。发生这种情况时，来自发射机17的脉冲照射到四周的光电管104-104中之一个上面，于是将一个信号传送给中继箱110，以调节钻头13的位置。当来自发射机17的脉冲束照射到位于中部光电管103之上的光电管104时，这表示钻头部分12低于脉冲束的发射斜面，因此，所钻出的斜度比所要求的数值大。当发射机的脉冲束照射到光电管104上时，传感器102产生电信号，通过中继箱110传递给致动器52，使致动器稍许缩回顶杆56。当顶杆56缩回、双臂曲柄40将轴承座62和轴70以及切削头13相对排出管20的位置稍微提高一些，从而将切削头13的位置重新调回正确的对于齐位置，这样保持钻进有准确的坡度，并且使脉冲束再照射到中部光电管103上。

如果发射的光束照射到紧靠在中部光电管103下面的光电管105上，这表示钻头部分12所钻出的孔的坡度小于所需值。当发射的光束照射到光电管105上，电信号就被传送到中继箱110和执行机构52上，将顶杆56伸出，又通过双臂曲柄40使轴承座62稍许降低，以使支承在轴承座62上的轴70稍许降低，相应地切削头13相对于排出管20也稍许降低，从而重新调整切削头的位置，以保持与孔的减确对齐。致动器52工作，直至发射的脉冲再次照射到光电管103上。

同样地，位于中部光电管103右侧的光电管106用以控制致动器82的移动，将顶杆84缩回，它又移动双臂曲柄88和拉杆96，使轴承座62在轴60上向左侧滑动，这样使轴70和切削头13与孔的准确方向及倾斜对齐。当发射的光束照射到位于光电管103左侧的光电管107上时，电信号就被传送给致动器82，将顶杆84伸出，它又使轴承座62向钻头部分的右侧滑动，将轴和切削头重新对准到孔的正确斜度上。

此外，传感器102应该这样设计，即当来自发射机17的发射光束在予定的时间，例如10秒之内没有被中部光电管103所接收，警报装置或信号就会被触动，指示出本发明的钻进设备已经出现故障。信号器一旦被触发，可以用来停止液压马达而中断钻进设备的运转。

通过说明所述的结构已经提出，可以进行多种变化而脱离本发明的精神和范围。它包含了各种新特征和/或新的特征的组合下文进行公开。

在图4至图8中所示为本发明的钻头部分的其它实施例。总的用120标志。钻头部分120包括一个带有一个可拆开盖板123的主外壳122，一个前支承圆框架124，一个后支承圆框架126一个前板128以及一个后板130。在主外壳122内放置有一个组合件132，用于控制主传动轴134和切削头136的运动。传感器102在组合件132上方固定夹紧在位，接受来自发射机17的脉冲激光束。

排出管150沿纵向放置在组合132下面，在前板128和后130之间伸展。组合件132用四个安装块138、140、142、144可转动地安装到主外壳120上，使组合件132可以相对主外壳自由地上下移动，但不是侧向移动，由于传动轴134支承在组合件132上，传动轴134和附着的切削头136按照组合件132的相应移动而相对于主外壳122上下移动（后面将详细介绍）。另外，传动轴134安装在组合件132上的方式，使其能够相对于组合件132和主外壳122侧向移动（随后详细介绍）。

组合件132包括主机架202，以支承转动的传动轴134。转动传动轴134的端部208与万向接头204连接，后者又与万向接头206连接，后者又与传动钻具组的其它另件连接，用于由安装在竖井7中的液压马达10将轴旋转驱动，而传动轴134的端端210与切削头136连接，用以钻出孔3。

现在叙述控制传动轴134和切削头136上下移动的机构。

第一马达214，最好是电动马达或类似提供旋转运动的装置，它固定地安装在主机架202右侧的靠后方。第一马达212装有输出轴。带有主动齿轮214，它与一个两级减速齿轮箱216啮合，后者包括一对齿轮216a216b和有关的齿轮。两级减速轮箱216固定在横向轴218的一端，后者支承在锥形滚柱轴承220上。横向轴218在钻进设备120的右侧和左侧之间伸展，垂直于转动轴的纵轴线。锥形滚柱轴承222支承轴218的另一端。轴218的最外端装有一个第一螺旋伞齿轮224，它与一个第二螺旋伞齿轮228相啮合。第一螺旋伞齿轮224与第二螺旋伞齿轮228相垂直，它们构成了螺旋伞齿轮对226，将轴218的转动偏转90°传递给轴230，后者上面装有第二螺旋伞齿轮228。轴230沿着主机架的侧边配置，使其纵轴线平行于传动轴134的纵轴线。轴230的一端支承在一对相间隔的锥形滚柱轴承232、234上。轴230的运离第二螺旋伞齿轮228的一端设有外螺纹部分236，它同轴地安装在一个带内螺纹套筒238内。套筒238随着轴230的相应转动，可相对于轴230轴向移动，以便在轴230转动时，套筒238可沿着螺纹部分236的长度方向移动，这是因为该两个螺纹部分彼此靠螺纹啮合。

套筒238与杆240成一整体，后者的最外端装有一个圆环装置242。圆环242对齐安放在一对对置板244a和244b之间，该一对板各自有孔。当对齐后，将销246穿过一对孔和圆环242。对置板244a和244b的另一端各有一个孔，并用同样方式连接起来，当对齐后将销243穿过其相应孔和双臂曲柄248一端上对齐孔。双臂曲柄248靠放置在其另一端上的销252可转动地连接到安装块138上。横向轴254安放在位于双臂曲柄两端中间的另一个孔上，当杆240和套筒238沿轴向移动时，双臂曲柄248绕销252转动，这样提升或降低部件132相对于外壳122的位置。

横向轴254平行于横向轴218，它在主机架202的左右侧之间横向延伸，在其右侧装有双臂曲柄258，与双臂曲柄248的情况相似。双臂曲柄柄258用销255可转动地连接到安装块140上。在双臂曲柄248的情况，一对对置板244a、244b被连接到双臂曲柄的端部，代之在双臂曲柄258，一根纵长杆260连接到双臂曲柄258的端部256。纵长杆260从主机架202的后端向前端伸展。由于双臂曲柄258与双臂曲柄248靠轴254连接，两曲柄依照成整体的套筒238和杆240的移动而协调运动。在主机架202的前端，装有双臂曲柄261，它与双壁曲柄258相同。双臂曲柄261可转动地安装在安装块142上，并且用杆260与双臂曲柄258相连接，因此两曲柄258、260也彼此协调运动。

主架机202的另一角上装有第四个双臂曲柄262，它可转动地安装在安装块144上，并且用横向轴与双臂曲柄261相连接。这样，套筒238的纵向移动使杆240沿纵向移动，这又使双臂曲柄248、258、261、262的端部作弧形运动，这样又使整个组合件132作为一个单元上下移动，同时却保持其相对于主外壳202的方位。由于传动轴134装有两个万向接头204、206，传动轴可以按照部件132的移动而自由移动，仍然总是平行于主机架202。

现在叙述控制传动轴134和切削头136相对于部件132的侧向移动的机构。

第二马达装置300固定放置在主机架202的右侧靠前方，靠近第一马达212。马达300最好是电动马达，但是必须指出，任何适当的马达装置，如液后马达/泵装置等也可以使用。马达300控制传动轴134相对于主机架202的侧向移动。

马达300装有一根输出轴，带有一个主动齿轮302，与两级减速齿轮箱装置304啮合。齿轮箱装置304包括一对齿轮306a、306b和有联系的齿轮。两级减速齿轮装置304安装到横向轴308的一端，后者支承在主机架202的锥形滚柱轴承360上。横向轴308在主机架202的左右侧之间伸展，其左端也由锥形滚柱轴承310支承。横向轴308上与两级减速齿轮装置304相对的的另一端，装有主动齿轮312。主动齿轮312的一侧与中间齿轮314啮合，另一侧与中间齿轮316啮合。中间齿轮314、316各由半轴318、320与主机架连接。中间齿轮314与固定在轴324上的齿轮322相啮合。轴324沿其一半长度有沉底孔，在其两端上用锥形滚柱轴承325、327支承。轴324的沉底孔处的外圆，在轴承325、327中间沿长度方向加工出外螺纹。轴324沿轴向安放在带内螺纹的套筒326上。轴324的螺纹部分与套筒326上内螺纹啮合，以致当轴324转动时，套筒326沿着轴324的长度轴向移动。

轴承座328固定连接到可动套筒326上，它在其两侧之间伸展。传动轴134支承在轴承座328上。当轴324随马达300而转动时，套筒326和轴承座328沿横向轴324轴向移动，使传动轴134从一侧移动另一侧。

现在回到主动齿轮312，它与中间齿轮316啮合，中间齿轮316与固定安装在横向轴342上的齿轮340啮合。横向轴342与横向轴324相同，在轴342上有外螺纹部分343，它与套筒344的内螺纹部分啮合。轴342的转动使套筒344的长度方向轴线进行纵向移动。轴承座346固定安装在套筒344的外侧上，在其两侧面之间伸展，并随套筒344的移动而移动。传动轴134通过并支承在轴承座346上。轴342的另一端安放在锥形滚柱轴承348内，将轴支承在主机架上。

由于主动齿轮312与中间齿轮314、316啮合，轴324、342同步转动，因此，套筒326、344在一致的侧向上以相同量移动，这样，传动轴134与主机架的纵向侧基本保持平行。

安装在组合件132的传感器102与图1-3所示实施例中的传感器102相同，它与合适的中继箱电连接。对钻头部分120的控制过程与对钻头部分12的控制过程相同。

那些本专业的技术人员可以理解，本文所述的发明易于变化和改型、与已具体叙述的不同。应该懂得，本发明包括了所有的这种变化和改型，它们都落入本发明的精神和范围。

本发明的设备和方法的优点包括更精确地控制切削头，所形成的孔具有大体上均匀和不变的坡度，这意味着污水孔和排水孔的整个坡度可以减小，比如说坡度达到1∶300甚至更小，这是因为没有平坦处或其它中断污水靠重力平稳流动的干扰。

特别参考图9。来自孔3的干燥固体废料用真空系统传送到地面上来。真空系统包括多个排出管14，将钻头部分12，120与组合件6连接起来。从组合件6来的导管16与一个装有合适真空系统的罐车或其它合适的车辆400相连。真空系统最好装有过滤网。钻头部分可以选用装有喷水器，将干的固定废料喷水，以在切削头部分形成稀浆，使切削头清除废料。

当要钻孔的土壤是湿的或是含水粘土，由于小颗粒聚结成大粘团，真空吸管有时候变成堵塞。通过钻头部分内部的细管供水，可以将粘性团破碎，使较细小的颗粒可以由真空系统传送到地面上来。

图10和11显示了本发明的钻头部分的另一个实施例。本发明与图4-8所示实施例基本上相同。不过，图10和11所示实施是弧立的，不带主机架或外壳，它只表示出其主要部分，用于叙述钻头部分的操作。图10和11的实施例中的升降机构与图4-8中的实施例的升降机构基本相同，有四个安装装块420、422、424、426位于组合件428的四个角的每一个上，组合件428与四个双臂曲柄430、432、434、436连接。安装块420、422、424、426在使用时与主机架或外壳连接。液动线性致动器或作动筒438固定连接到组合件428的左侧后方，使作动筒臂440向后伸出。作动筒臂440的末端装有叉架442，与双臂曲柄430的一端连接。双臂曲柄430、432、434、436被连接在一起，其方式与参考图4-8所示实施例时所叙述的方式相同。在运转过程中，当作动筒臂440伸出时，双臂曲柄绕轴转动，将组合件428作为单一部件协调降低，使传动轴442降低，但保持与组合件428的平行。当作动筒臂440缩回缸筒438时，双臂曲柄向上绕轴转动，将组合件428和传动轴442升起。

现在叙述调节传动442侧向位置的机构。轴442支承在一对轴承座上，其方式与图4-8的实施例相同。不过，提供了液压作动筒446、448，使轴442相对于组合件428侧向移动。作动筒446的臂450与轴承座456连接，而作动筒448的臂452与轴承座458连接。当两个臂一起伸出时，使轴442向右侧移动，同时保持其与组合件428的纵向边的平行对齐。当臂450、452同步缩回相同数值时，轴442向左侧移动，同时保持其与组合件428的纵向边的平行对齐。轴承座456在轴460上沿轴向滑动，而轴承座458在轴462上沿轴向滑动。

在图12和13的实施例中，所示为一种带有铰接外壳的钻头部分，其主要特征与前述实施例不同的地方如下所述。传动轴500的后端装置一个万向接头502，其前端装有另一个万向接头504。轴500支承在板506上，板506固定在前铰接外壳508上。铰接外壳508可相对于主外壳510自由转动。一个万能连接固定架（图中未示）将板506保持在位，使其仍然可以稍许转动。万能连接固定架的位置在图13中表示为512。第一液压缸筒514用万向接头516与板506连接。缸筒514的位置在图13中表示为518。当缸筒514伸展时，板506的顶部被推向前，而其底部则靠位置512上的支架的反作用而保持在位，于是铰接外壳508向下偏转。而当缸筒514缩回时，板506的顶部被向后拉，但其底部被位置512上的支架的反作用而保持在位，于是铰接外壳508向上偏转。

还提供有第二缸筒（图中未示），用于控制铰接外壳508的侧向偏转。第二缸筒的结构与缸筒514的一样，只是其位置是在板506上与支架位置512相对的另一侧。第二缸筒的位置在图13中表示为520。当放置在位置520的第二缸筒伸展时，板506的左侧被推向前，但其右侧由于位于512上的支架的反作用而保持在位。这样，铰接外壳508被偏转到钻头部分的右侧。当位置520上的第二缸筒缩回时，板506的左侧被拉向后面，而其右侧则由位置512处的支架的反作用而保持在位，于是铰接外壳508被偏转到左侧。

两个位于518和520处的缸筒518和520与传感器522的靶有电连接。传感器522与图4-8的实施例中的传感器相同，它有四个靶。四个靶中的每一个控制其中一个缸筒在一个方向上的动作。这样，当钻头移动而与予定轴线不成一直线时，脉冲激光束照射到其中一个靶上，它又使其中一个缸筒移动，将铰接外壳508在反方向偏转，使钻头与予定轴线重新成一直线。

本发明的设备可以自动地精确控制，不需要操作者将钻头调节到准确位置。设备可以和真空系统一起使用，将废土从孔中移去，其速度和产生废土的速度一样快。过去的设备需要一个操作者不断地监测进程和钻头的位置。因此本发明的设备更为经济和快捷。

Claims (11)

1、一种土方作业设备，包括一个固定的主体部分和一个可移动的土方作业部分，主体部分带有一个驱动装置，土方作业部分带有可相对于土方作业部分移动的土方作业构件，所述土方作业构件在使用时由远处的驱动装置来驱动，一个控制信号发射装置固定连接在主体部分上，而一个控制信号接收装置固定连接在土方作业部分上，用于接收发自发射装置的信号，所述接受装置放置在远离所述发射装置的地方，所述土方作业部分装有控制装置，用以根据由接受装置所接受的信号来控制土方作业构件相对于土方作业部分的位置，使土方作业构件的位置在使用时，保持在其要求的予选位置的一定的予定范围内。

2、根据权利要求1的土方作业设备，其特征在于该土方作业设备是一种钻进设备，用于钻出有予定轴线的孔。

3、根据权利要求1的土方作业设备，其特征在于钻进设备具有一个钻头，其中，钻头的位置由导向系统控制，导向系统有放置在固定主体部分的激光束发射机，用于发射脉冲激光束，还有与传动轴连接的传感器，所述传动轴的位置，其第一方向由第一马达装置控制，其第二方向由第二马达装置控制。

4、根据权利要求3的土方作业设备，其特征在于第一方向是基本垂直的向上和向下，而第二方向是基本水平的侧向方向。

5、根据权利要求3的土方作业设备，其特征在于第一马达装置是由第一传动装置连接到传动轴，而第二马达装置是由第二传动装置连接到传动轴，所述第一和第二传动装置与一个公共的可动轴承装置相连接，所述传动轴的靠前端支承在轴承装置上，以致第一马达装置的运转将轴承装置沿第一方向移动，而第二马达装置的运转将支承装置沿第二方向移动，所述传动轴的靠后端固定支承在第二轴承装置上使传动轴可以或多或少绕固定的第二轴承装置转动。

6、根据权利要求3的土方作业设备，其特征在于第一马达装置由第一传动装置与传动轴连接，第二马达装置由第二传动装置与传动轴连接，所述第一传动装置有支承传动轴的部件和将部件作为一个单体在第一方向上移动的装置，所述第二传动装置有支承传动轴的可动轴承装置，所述可动轴承装置可相对于部件移动，以致第二马达装置的运转使传动轴移动，同时保留其相对于部件对齐。

7、根据权利要求6的土方作业设备，其特征在于第一和第二传动装置至少包括一个带外螺纹的轴，靠螺纹连接安放在一个带内螺纹的外套筒内，以致轴的转动可使套筒在轴上沿轴向移动。

8、根据权利要求1的土方作业设备，其特征在于钻头部分的外壳是铰接的，使第一前面部分可相对于第二较靠后部分自由转动，以便调节钻头部分在使用时的轨迹。

9、根据权利要求3的土方作业设备，其特征在于传感器装置包括多个靶，其配置应使单个中部靶由若干个周边靶所环绕，所述中部靶是正常靶，用于控制钻头在使用时沿着予定轴线，而所述若干周边靶与马达电连接，以控制马达的运转，当钻头的方向和倾斜度偏离确定轴线予定限度时，使钻头重新对准。

10、根据权利要求9的土方作业设备，其特征在于有五个靶，单个中部靶环绕以四个周边靶，每个周边靶感测钻头在一方向上的不对中，使左侧靶所接收的脉冲激光束控制钻头的向右移动，右侧靶所接收的信号控制钻头的向左移动，中部靶上方的靶所接收的信号控制钻头的向下移动，中部靶下面的靶所接收的信号控制钻头的向上移动，以致当脉冲激光束照射到周边靶上时，即偏离予定轴线的限度已经超出时，使相应的马达装置运转，使钻头重新对准。

11、一种使用钻进设备钻进有予定轴线的地下孔的方法，该设备有一个装有驱动装置的固定部分，用于驱动一个远离固定部分并沿着孔轴线的可移动钻头部分，本发明的特征在于将钻头部分装上钻头，在钻进期间，使钻头部分的位置由导向系统连续监测并且重新定位，该导向系统包括激光发射机，固定放置在固定部分上，用于发射脉冲信号给放置在远处的可移动钻头部分，使脉冲信号被用于触动马达装置，以便将钻头位置精确保持在予定轴线的一定的予定限度内。

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