一种在多层壁体上钻孔的设备及钻孔方法与流程

本发明涉及工业炉窑维护、施工等技术领域，特别是涉及一种在多层壁体上钻孔的设备及钻孔方法。

背景技术：

很多工业炉窑工作在高温高压的状态下，为了维护炉窑安全长寿地运行，这类炉窑的壁体多采用钢制外壳，内衬铸铁、铸钢或铜等材质的冷却壁与耐火材料，其断面是典型的多层壁体结构。当冷却设备失效或者安装在壁体的仪表损坏后，需要在壁体上钻孔来更换或维护冷却设备、工业仪表等，从而维护工业炉窑稳定地生产运行。通常情况下，在性能特征差异较大的母材上钻孔需要不同性能的钻头，如在钢板上钻孔和在铜板上钻孔就需要不同性能的钻头，或者安装一些设备时需在炉壳、冷却壁上钻出直径不同的开孔，而炉壳和冷却壁的材料也不同。这对维护工业炉窑的钻孔施工技术提出了很高的要求，有必要开发一种能够提高在工业炉窑多层壁体上钻孔效率与精度的钻孔设备和钻孔方法。

目前，针对这些工业炉窑的多层壁体多采用火焰切割开孔、磁力钻机、混凝土钻孔机等设备钻孔，钻孔过程中对不同的母材(如炉壳、冷却壁)和不同直径的开孔需频繁更换钻头，费时耗力。以炼铁高炉为例，通常钻穿直径110mm的开孔需要8-10小时(依次钻穿炉壳与冷却壁)，严重影响高炉生产效率。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在多层壁体上钻孔的设备及钻孔方法，用于解决现有技术中钻孔过程中需要频繁更换钻头、钻孔效率低、钻孔精度低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在多层壁体上钻孔的设备，包括推进机构、驱动机构和钻孔机构，所述钻孔机构包括至少两个同心设置的钻头，所述驱动机构的输出轴和钻头连接，并驱动多个钻头同时或独立转动钻孔，所述推进机构与钻孔机构和/或驱动机构连接，并带动钻头前后移动。

本发明的有益效果是：通过设置至少两个可独立运动的同心钻头，避免在钻不同材料的壁体或者不同直径的孔洞时频繁更换钻头，提高了钻孔效率以及钻孔精度。

进一步，所述驱动机构包括电动机和变速箱，所述变速箱设有和钻头连接的输出轴，电动机驱动输出轴带动钻头转动。

进一步，所述钻头和输出轴采用锁紧机构连接或固定连接。

进一步，所述钻孔机构包括同心设置的内钻头和外钻头，所述输出轴包括与内钻头连接的内输出轴和与外钻头连接的外输出轴。

进一步，所述内钻头和内输出轴固定连接或通过锁紧机构连接。

进一步，所述外钻头和外输出轴通过锁紧机构连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用同心设置的内钻头和外钻头，并且采用可独立运行的内输出轴和外输出轴驱动，可以实现内钻头和外钻头独立钻孔和同步钻孔的切换，提高钻孔效率。

进一步，所述锁紧机构为螺栓锁扣，所述外输出轴和外钻头上对应设有安装孔，所述螺栓锁扣穿过安装孔连接锁紧外输出轴和外钻头。

进一步，所述锁紧机构为销轴滑扣，所述外输出轴上沿其轴向设有条形孔，所述条形孔上沿外输出轴周向设有限位孔，所述外钻头上设有和限位孔配合的销轴，转动外钻头脱离限位孔进入条形孔并沿条形孔移动。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用螺栓锁扣或销轴滑扣实现外输出轴和外钻头之间的连接，结构简单，在安装组合或拆卸时操作方便，便于根据需求实现外钻头的动力解锁，无需更换钻头，运行稳定。

进一步，所述推进机构包括滑轨和滑座，所述滑座与钻孔机构和/或驱动机构连接，并带动钻孔机构前后移动，所述滑座和滑轨通过齿轮齿条传动，有利于驱动外钻头和内钻头平稳的推进或退出，操作简单方便。

一种在多层壁体上钻孔设备的钻孔方法，包括如下步骤：

定位钻孔位置；

安装内钻头和外钻头，先将外钻头套设在外输出轴上，然后将内钻头与内输出轴固定连接，外钻头和外输出轴再通过锁紧机构锁紧；

电动机驱动外输出轴转动，内钻头位于外钻头的内部并静止，外钻头首先和炉壳接触，外输出轴带动外钻头钻穿炉壳，完成炉壳钻孔；

解锁外钻头脱离外输出轴，切断外输出轴动力；

内钻头前移直至与冷却壁接触，内输出轴带动内钻头转动钻穿冷却壁，完成冷却壁钻孔。

进一步，安装内钻头和外钻头时，当锁紧机构为销轴滑扣时，先将外钻头套设在外输出轴上，然后将内钻头与内输出轴固定连接，再将外钻头内壁的销轴对准限位孔，然后正向转动外钻头使得销轴进入限位孔实现外钻头和外输出轴的连接；当锁紧机构为螺栓锁扣时，先将外钻头套设在外输出轴上，然后将内钻头与内输出轴固定连接，再将外钻头上的安装孔和外输出轴上的安装孔对准，然后将螺栓锁扣的螺帽对准安装孔伸入到外输出轴内部，再转动螺栓锁扣使得螺栓锁扣的螺帽和安装孔错位，锁紧螺母完成外输出轴和外钻头的连接，内钻头再伸入外钻头内部与内输出轴固定连接。

进一步，解锁外钻头时，当锁紧机构为销轴滑扣时，先反向转动外钻头使得外钻头上的销轴由限位孔退出进入到条形孔内，转动手柄带动齿轮转动，齿轮和齿条啮合带动输出轴前移，外钻头在炉壳上静止不动，内输出轴带动内钻头继续前移；当锁紧机构为螺栓锁扣时，松动螺母，转动螺栓锁扣使得螺栓锁扣的螺帽对准安装孔，取出螺栓锁扣，转动手柄带动齿轮转动，齿轮和齿条啮合带动输出轴前移，外钻头在炉壳上静止不动，内输出轴带动内钻头继续前移。

该钻孔方法的有益效果是：步骤简单合理，操作简单方便，实现了多层不同材料壁体以及不同孔径的钻孔加工，减少钻头的更换频率，提高了钻孔精度和效率；由于内钻头和外钻头的尺寸较小，采用该结构的钻孔机构使得外钻头能沿着外输出轴前后移动，减小了对安装空间要求，在安装内钻头和外钻头时，先将外钻头套设在外输出轴上，使得外钻头可以移动到合适位置为内钻头的安装留出操作空间，内钻头安装好后再将外钻头和外输出轴锁紧，便于满足不同长度内钻头的安装，降低了内外钻头的安装难度。

附图说明

图1显示为本发明实施例一外钻头钻孔时的结构示意；

图2显示为本发明实施例一内钻头钻孔时的结构示意；

图3显示为本发明锁紧机构为销轴滑扣时外输出轴的局部结构示意图；

图4显示为本发明图3中的A向示意图；

图5显示为本发明锁紧机构为销轴滑扣时外钻头的局部结构示意图；

图6显示为本发明实施例二的结构示意；

图7显示为本发明实施例三外钻头钻孔时的结构示意；

图8显示为本发明图7中局部B的放大示意图；

图9显示为本发明实施例三内钻头钻孔时的结构示意；

图10显示为本发明实施例四外钻头钻孔时的结构示意；

图11显示为本发明图10中局部C的放大示意图；

图12显示为本发明实施例四内钻头钻孔时的结构示意。

零件标号说明

11 电动机；

12 变速箱；

13 外输出轴；

131 条形孔；

132 限位孔；

133 安装孔；

14 内输出轴；

21 外钻头；

211 销轴；

212 安装孔；

22 内钻头；

31 滑轨；

32 齿条；

33 滑座；

34 固定支撑座；

35 齿轮；

36 手柄；

4 炉壳；

5 冷却壁；

6 螺栓锁扣。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图12。需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在对本发明实施例进行详细叙述之前，先对本发明的应用环境进行描述。本发明的技术主要是应用于如高炉、矿热炉等有冷却壁或内衬耐火材料的工业炉窑的多层壁体钻孔，钻出的孔用于安装冷却棒、工业仪表等，维护工业炉窑稳定生产运行。

如图1、图6、图7、图10所示，本发明用于在多层壁体上钻孔的设备，包括推进机构、驱动机构和钻孔机构，钻孔机构包括至少两个同心设置的钻头，在本发明中以两个同心设置的钻头为例进行说明，但并不局限于两个钻头，钻头的数量根据需求进行同心设置以满足对不同层数壁体的钻孔。钻头可以根据需求采用各种规格的钻头组成，如两个口径不同、深度不同的空心钻头；或一个为空心钻头，一个为麻花钻头；或一个为空心钻头，一个为铣刀钻头等，具体组合根据钻孔的需求进行同心组合设置。驱动机构的输出轴和钻头连接，并驱动多组钻头同时转动或独立各自转动钻孔，即各个钻头的转动互不干扰可以分开转动也可以同步转动。推进机构与钻孔机构和/或驱动机构连接，并带动钻头前后移动钻孔，即推进机构可以同时与钻孔机构和驱动机构连接，也可以采用推进机构与钻孔机构和驱动机构中的一者连接，只要通过推进机构实现钻头的前后移动钻孔即可。在本发明中，优选采用驱动机构和钻孔机构连接，推进机构和驱动机构连接带动钻孔机构前后移动调整钻孔位置和深度。

如图1、图6、图7、图10所示，驱动机构包括电动机11和变速箱12，变速箱12内设有和钻头连接的输出轴，电动机11驱动输出轴带动钻头转动，变速箱12的传动结构根据需求提前设置，从而实现输出轴的同步转动或者独立转动。钻头和输出轴采用锁紧机构连接或固定连接，钻孔机构包括同心设置的内钻头22和外钻头21，输出轴包括内输出轴14和外输出轴13，内输出轴14与内钻头22固定连接或者通过锁紧机构连接，外输出轴13与外钻头21通过锁紧机构连接。内输出轴14和内钻头22固定连接时采用螺纹固定连接或者莫氏锥柄固定连接；外输出轴13和外钻头21通过锁紧机构连接便于通过锁紧机构作用使得外钻头21和外输出轴13脱离，从而切断外输出轴13的动力传动。

如图7至图9所示，锁紧机构为螺栓锁扣时，外输出轴13上设有安装孔133，外钻头21上设有和安装孔133对应的安装孔212，螺栓锁扣6穿过安装孔212和安装孔133并通过螺母锁紧，使得外输出轴13和外钻头21固定连接，实现动力传动，电动机11驱动外输出轴13带动外钻头21转动。螺栓锁扣6为异形螺栓，螺杆的螺帽为矩形，安装孔133和安装孔212为和螺帽配合的矩形孔，当螺栓锁扣需要伸入或者取出时，转动螺栓锁扣对准矩形孔即可，当需要固定时转动螺栓锁扣和矩形孔垂直便使得螺栓锁扣无法脱离矩形孔，结构简单，安装操作简单方便。

如图1至图6、图10至图12所示，锁紧机构为销轴滑扣时，外输出轴13上沿其轴向设有条形孔131，条形孔131上沿外输出轴13的周向设有限位孔132，外钻头21的内壁上设有和限位孔132配合的销轴211，反向转动外钻头21使得销轴211脱离限位孔132进入条形孔131中，外钻头21的销轴211便能沿条形孔131移动，从而使得外钻头21和外输出轴13脱离，使得外钻头21停止在炉壳4上。

如图1、图6、图7、图10所示，推进机构包括滑轨31、滑座33，钻孔机构和驱动机构连接，驱动机构和滑座33固定连接，滑座33沿着滑轨31移动。滑座33和滑轨31通过齿轮齿条传动，齿条32设置在滑轨31上，齿轮35安装在滑座33上，通过手柄36带动齿轮35转动，使得齿轮35和齿条32啮合带动驱动机构沿齿条32前后移动，从而调整钻头机构钻孔的位置和深度。变速箱12顶部的滑座33固定连接，滑座33挂设在滑轨31上，滑座33内部的齿轮35和齿条32啮合移动，滑轨31通过固定支撑座34固定安装在炉壳4上。

本发明的钻孔方法通过上述钻孔设备进行具体实施，通过该钻孔设备进行钻孔的典型钻孔方法步骤为：

a)定位钻孔位置；

b)安装内钻头和外钻头，先将外钻头套设在外输出轴上，然后将内钻头与内输出轴固定连接，外钻头和外输出轴再通过锁紧机构锁紧；

c)外钻头钻穿炉壳；

d)解锁外钻头脱离外输出轴，切断外输出轴动力；

e)内钻头钻穿冷却壁。

为了进一步阐述说明，根据上述步骤以几个具体实施例进行具体阐述说明，本发明包括以下实施例，但并非局限于以下实施例。

实施例一：

如图1至图5所示，a)由于滑轨32和钻头圆心的距离是固定的，当定位钻孔位置时，将滑轨固定安装在与钻孔中心同心的圆周上即可实现钻孔位置的定位。b)安装组合钻头，内钻头22和外钻头21同心设置，本实施例中内钻头22口径小于外钻头21的口径，外钻头21的深度深于内钻头22的深度，外钻头21和内钻头22均为空心钻头，外钻头21和外输出轴13采用的锁紧机构为销轴滑扣，先将外钻头21套设在外输出轴13上，然后将内钻头22的连接端和内输出轴14螺纹固定连接，再将外钻头21内壁的销轴211对准限位孔132，然后正向转动外钻头21使得销轴211进入限位孔132实现外钻头和外输出轴的锁紧连接。c)外钻头21先与炉壳4接触，炉壳4为钢制材料，外输出轴13带动外钻头21转动完成炉壳上的钻孔工序。d)解锁外钻头，解锁外钻头21时，反向旋转外钻头21，外钻头21上位于限位孔132中的销轴211脱离限位孔132进入条形孔131中。e)内钻头22钻穿冷却壁5，冷却壁5为铜制材料，转动手柄36驱动齿轮35转动，齿轮35和齿条32啮合使得驱动机构带动内钻头22向前移动，外钻头21解锁后，外输出轴13继续向前移动时，销轴211位于条形孔131内，外钻头21停留在该位置保持不动，内输出轴14带动内钻头22转动并与冷却壁5接触进行钻孔。

实施例二：

如图3至图6所示，本实施例用于炉壳4上原本就存在有足够内钻头22穿过炉壳4的孔，需要通过外钻头21进一步扩孔，以及对冷却壁5钻孔加工。a)由于滑轨32和钻头圆心的距离是固定的，当定位钻孔位置时，将滑轨固定安装在与钻孔中心同心的圆周上即可实现钻孔位置的定位。b)安装组合钻头，内钻头22和外钻头21同心设置，本实施例中内钻头22口径小于外钻头21的口径，内钻头22的深度深于外钻头21的深度，外钻头21和内钻头22均为空心钻头，外钻头21和外输出轴13采用的锁紧机构为销轴滑扣，先将外钻头21套设在外输出轴13上，然后将内钻头22的连接端和内输出轴14螺纹固定连接，再将外钻头21内壁的销轴211对准限位孔132，然后正向转动外钻头21使得销轴211进入限位孔132实现外钻头21和外输出轴13的锁紧连接。c)外钻头21先与炉壳4接触，炉壳4为钢制材料，外输出轴13带动外钻头21转动完成炉壳上的钻孔工序，此时由于炉壳4上本身具有孔，内钻头22也伸入炉壳4内和冷却壁5接触了，内钻头22也可以进行钻孔，实现外钻头21和内钻头22同步钻孔，但是互不干扰。d)当外钻头21完成钻孔工作后，内钻头22还需要继续前进进行钻孔时，解锁外钻头，解锁外钻头21时，反向旋转外钻头21，外钻头21上位于限位孔132中的销轴211脱离限位孔132进入条形孔131中。e)内钻头22继续前进钻穿冷却壁5完成冷却壁的钻孔工序，冷却壁5为铜制材料，转动手柄36驱动齿轮35转动，齿轮35和齿条32啮合使得驱动机构带动内钻头22向前移动，外钻头21解锁后，外输出轴13继续向前移动时，销轴211位于条形孔131内，外钻头21停留在该位置保持不动，内输出轴14带动内钻头22转动钻孔。

实施例三：

如图7至图9所示，a)由于滑轨32和钻头圆心的距离是固定的，当定位钻孔位置时，将滑轨固定安装在与钻孔中心同心的圆周上即可实现钻孔位置的定位。b)安装组合钻头，内钻头22和外钻头21同心设置，本实施例中内钻头22口径小于外钻头21的口径，外钻头21的深度深于内钻头22的深度，外钻头21和内钻头22均为空心钻头，外钻头21和外输出轴13采用的锁紧机构为螺栓锁扣，先将外钻头21套设在外输出轴13上，然后将内钻头22的连接端和内输出轴14螺纹固定连接，再将外钻头21上的安装孔和外输出轴上的安装孔对准，然后将螺栓锁扣的螺帽对准安装孔伸入到外输出轴的内部，再转动螺栓锁扣使得螺栓锁扣的螺帽和安装孔错位，锁紧螺母实现外钻头和外输出轴的锁紧连接。c)外钻头21先与炉壳4接触，炉壳4为钢制材料，外输出轴13带动外钻头21转动完成炉壳上的钻孔工序。d)解锁外钻头，解锁外钻头21时，松动螺母，转动螺栓锁扣6使得螺栓锁扣6的端部对准矩形安装孔212和矩形安装孔133，取出螺栓锁扣6，外输出轴13和外钻头21动力切断，外钻头21停止在炉壳4上，驱动机构带动内钻头21继续前移靠近冷却壁5。e)内钻头22钻穿冷却壁5，冷却壁5为铸铁材料，转动手柄36驱动齿轮35转动，齿轮35和齿条32啮合使得驱动机构带动内钻头22向前移动，外钻头21解锁后，外输出轴13继续向前移动时，外钻头21停留在解锁位置保持不动，内输出轴14带动内钻头22转动并与冷却壁5接触进行钻孔。

实施例四：

如图10至图12所示，a)由于滑轨32和钻头圆心的距离是固定的，当定位钻孔位置时，将滑轨固定安装在与钻孔中心同心的圆周上即可实现钻孔位置的定位。b)安装组合钻头，内钻头22和外钻头21同心设置，本实施例中内钻头22口径小于外钻头21的口径，外钻头21的深度深于内钻头22的深度，外钻头21为空心钻头，内钻头22为麻花钻头，外钻头21和外输出轴13采用的锁紧机构为销轴滑扣，先将外钻头21套设在外输出轴13上，然后将内钻头22的连接端和驱动机构的内输出轴14通过莫氏锥柄固定连接，再将外钻头21内壁的销轴211对准限位孔132，然后正向转动外钻头21使得销轴211进入限位孔132实现外钻头21和外输出轴13的锁紧连接。c)外钻头21先与炉壳4接触，炉壳4为钢制材料，外输出轴13带动外钻头21转动完成炉壳上的钻孔工序。d)解锁外钻头，解锁外钻头21时，反向旋转外钻头21，外钻头21上位于限位孔132中的销轴211脱离限位孔132进入条形孔131中。e)内钻头22钻穿冷却壁5，冷却壁5为铸钢材料，转动手柄36驱动齿轮35转动，齿轮35和齿条32啮合使得驱动机构带动内钻头22向前移动，外钻头21解锁后，外输出轴13继续向前移动时，销轴211位于条形孔131内，外钻头21停留在该位置保持不动，内输出轴14带动内钻头22转动并与冷却壁5接触进行钻孔。

本发明通过采用同心设置的外钻头21和内钻头22不仅能够实现对多层壁体进行钻孔，而且当内钻头22和外钻头21独立钻孔时，静止的钻头有利于辅助工作的钻头精确定位。例如，当外钻头21静止在炉壳4上，内钻头22对冷却壁5钻孔时，外钻头21套设在外输出轴13上，钻孔设备的重量由滑轨31和外输出轴13承担，相较于单一钻头时(重量全部由滑轨31承担)，钻机的稳定性得以提升，有助于减少钻孔作业时的振动，提高钻孔精度，另一方面，内外钻头是同圆心设置的，可保证在炉壳和冷却壁上钻出的孔洞是同圆心的，实现精确钻孔。当两个内钻头和外钻头同步进行钻孔时，可以缩短钻孔时间，提高效率。而且采用内外同心设置的钻头结构，在钻不同材料的壁体时，可以减少更换钻头的次数，减少因钻头更换而引起的定位偏差，提高在多层壁体上钻孔的精度和效率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。