混凝土试件钻孔取样精准定位便携式钻机装置及方法与流程

本发明涉及钻机装置，尤其涉及混凝土试件钻孔取样精准定位便携式钻机装置及方法。

背景技术：

在我国大量的基础设施建设中，高铁、隧洞、道桥、水利枢纽的重点投入和高速发展，对工程项目的稳定性和安全性的要求进一步提高。为了实现工程项目的稳定和安全，需要在前期开展大量的试验，其中数值分析和模型试验是当今最主要的两种手段。因此，模型试验已经在边坡工程、隧洞工程、混凝土工程等岩土工程中得到了广泛的应用。

模型试验中多需要分析混凝土试件内部的应力应变，以及前期浇筑在试件内部构件的变形和破坏情况，在试验过程中经常需要给试件打钻取样。对一般尺寸的试件常采用手持式普通钻机，但在操作过程中无法保证在竖直方向的垂直度，以及在竖直方向上的位置控制，且无法测量钻机钻孔的深度，需要多次试验并测量才能确定钻孔的深度，较为繁琐；同时，在试验操作过程中需要从不同的角度打孔，普通的手持式钻机在进行操作是无法保持与预设的角度一致，进一步地，也就无法实现在倾斜方向钻孔深度的测量。

技术实现要素：

针对上述问题，为了解决现有技术的不足，特提供混凝土试件钻孔取样精准定位便携式钻机装置，该装置采用可伸缩套筒控制了钻机的竖直向的移动，保证了钻机在打钻过程中的垂直度；伸缩套筒上的角度盘可以用来进行钻孔倾斜角度的控制，到达设定深度后可以停止钻机操作；Y轴导轨和X轴导轨的组合使用，可以使钻机在混凝土试件平面上达到精准定位。

还提供了一种对试件可实现定深度定角度钻孔取样的方法，该方法中采用上述的装置，实现钻孔深度与倾斜角度的确定，简单方便，实用性高。

本发明提供的一个方案是：

混凝土试件钻孔取样精准定位便携式钻机装置，包括用于对试件钻孔取样的钻机，在钻机的顶部固定有伸缩套筒，伸缩套筒的外套筒与机架固定，伸缩套筒的内套筒外表面划有刻度线以在钻机工作时指示钻机的钻进深度，内套筒相对于外套筒可升降移动。

进一步地，为了实现对钻孔位置的精确定位，所述机架包括X轴导轨，所述伸缩套筒的顶部可滑动固定在X轴导轨上，可根据需要钻孔的位置，手动移动伸缩套筒在X轴导轨上的移动，这样的设置同时保证了钻机的垂直度，为了提高移动精度，可在X轴导轨上划刻度线。

进一步地，所述X轴导轨为内球面凹槽导轨，所述伸缩套筒的顶部与内球面凹槽导轨配合并能通过紧固件固定实现钻机相对于试件中心轴线倾斜钻孔；为了实现钻机的不同角度的操作，伸缩套筒的顶部为球形，X轴导轨内侧为球面，二者相互咬合，X轴导轨下部开有开口槽以实现伸缩套筒在X轴导轨上的移动，通过手动移动伸缩套筒实现钻机的不同方位的旋转。

进一步地，所述伸缩套筒的顶部通过连接杆与一指针固定，在所述连接杆上固定有一角度盘，连接杆与角度盘垂直，角度盘与指针相互平行设置，连接杆穿过角度盘通过指针与角度盘指示出钻机的倾斜角度；自重力作用下的角度盘可以保证垂直并不随连接杆的旋转而旋转，钻机在转动中指针进行角度确定；在确定钻机的倾斜角度后，钻机能沿这套筒轴向前进，并利用套筒上设置的刻度来进行控制打钻长度。此外，钻机可实现倾斜方向的钻孔时，针对不规则的试件，同样可以实现钻孔。

进一步地，所述X轴导轨与Y轴导轨固定，以实现钻机在Y轴方向的移动，为了支撑的稳定性，在X轴导轨的两端各固定一个Y轴导轨，X轴导轨的两端的下表面各自设有一凸起，在Y轴导轨设有凹槽，凸起在凹槽内移动，且在Y轴导轨侧面或者上表面设置刻度线。

进一步地，为了方便对钻机的移动，所述Y轴导轨与升降机构连接，以实现钻机前期在Z轴方向的移动，所述升降机构为竖向升降套筒，在套筒上设置刻度尺，可以间接用于测量出钻机移动的深度。

进一步地，所述升降机构设于Y轴导轨的下方，共设有至少两个，两个升降机构各自支撑一个Y轴导轨；或者升降机构设于Y轴导轨的上方，由升降机构带动Y轴上下移动，这样设置时，升降机构顶部悬挂于一高处的框架上。

进一步地，所述升降机构与可放置于地面或者工作台的底座固定，在底座上设置试件固定夹。

进一步地，所述试件固定夹包括至少两个，试件固定夹可相对于底座水平移动，多个试件固定夹相互配合以夹持试件，试件可以是圆柱形，也可以是其他形状，试件固定夹是配合试件的形状而设置。

本发明提供的另一方案是：一种对试件可实现定深度定角度钻孔取样的方法，采用所述的混凝土试件钻孔取样精准定位便携式钻机装置。

本发明的有益效果是：

1)通过可伸缩套筒设于钻机的顶端，并在套筒上设置刻度线，在钻机钻孔时，有效确定钻机在垂直方向或者其他方向上深度，较为直观方便。

2)通过X轴导轨内球面的设置与伸缩套筒的顶部配合，可实现钻机相对于试件中心轴线倾斜钻孔，并配合角度盘的设置，实现钻机定角度倾斜钻孔。

3)通过X轴、Y轴和升降机构的设置，可实现钻机在二维或者三维空间内的移动，并通过设置刻度线实现钻机的精确定位，双向导轨的组合移动可以实现钻机在试件平面上的定位，避免了在实际操作过程中的“跑钻”、钻头滑移等问题；

4)整体结构保证了钻孔过程中的稳定性，提高了试验精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的局部结构细化示意图；

图3为本发明倾斜工作状态示意图；

其中：1底座 2竖向升降套筒 3Y轴导轨 4X轴导轨 5伸缩套筒 6钻机 7刻度尺 8紧固螺栓 9角度盘 10混凝土试件 11试件固定夹12钻机电源插头13指针。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

混凝土试件钻孔取样精准定位便携式钻机装置，可实现试件打钻过程中对垂直度、孔深、孔倾角的控制，该装置包括底座1，底座1上固定有试件固定夹11，所述试件固定夹11包括至少两个，试件固定夹11通过设置于底座1上的支撑环可相对于底座1水平移动，多个试件固定夹11相互配合以夹持试件，试件10可以是圆柱形，也可以是其他形状，试件固定夹11是配合试件10的形状而设置的，如图1所示，试件固定夹11包括半圆形手爪，半圆形手爪中部与固定杆连接，固定杆穿过支撑环进行固定。

在底座1的四个角上各固定一升降机构，升降机构由四只竖向升降套筒2实现，并在套筒上设置刻度线，以实现Z轴方向高度的控制，两组Y轴导轨3固定于竖向升降套筒2上端，与套筒整体轴向移动，保证了打钻过程中的垂直度。在Y轴向导轨3上安置X轴向导轨4，X轴导轨4采用内球面凹槽的形式，与钻机6顶部设置的伸缩套筒5连接，实现了钻机6对试件打孔部位的全覆盖及精准定位，而且不会干涉到钻机电源插头12。伸缩套筒5顶部为球形面与X轴导轨4内的球面吻合，使钻机6可以实现不同倾角的要求，利用紧固螺栓固定后，在伸缩套筒5的导向作用下，保证了钻机6沿指定倾角打孔。球形顶端和X轴导轨4内球面凹槽导轨的组合实现了在不同倾角下的正常工作，二者通过紧固螺栓8实现固定，极大的改善了手持式钻机6在打钻过程中的偏差问题。

所述伸缩套筒5的顶部通过连接杆与一指针13固定，在所述连接杆上固定有一角度盘9，连接杆与角度盘9垂直，角度盘9与指针13相互平行设置，连接杆穿过角度盘9通过指针13与角度盘9指示出钻机6的倾斜角度；自重力作用下的角度盘可以保证垂直并不随连接杆的旋转而旋转，钻机6在转动中指针13进行角度确定；在确定钻机6的倾斜角度后，钻机6能沿这套筒轴向前进，并利用套筒上设置的刻度来进行控制打钻长度。此外，钻机可实现倾斜方向的钻孔时，针对不规则的试件，同样可以实现钻孔。

实现垂直钻孔控制功能，其操作方法包括以下几步：

(1)将试件10放置于底座1，并用试件固定夹11夹紧保持位置不变；

(2)伸缩竖向升降套筒2，使钻头接触试件10表面，并记下套筒刻度尺的初始读数；

(3)通过移动X轴导轨4、Y轴导轨3，使钻机6钻头到达指定点；

(4)固定伸缩套筒5，保持在轴向上套筒不伸缩，接通电源，通过刻度尺7的读数实现指定孔深的打孔操作；

(5)断开电源，取出试件。

或者，固定竖向升降套筒2，伸缩套筒5是可升降的，钻机6在升降过程中，带动伸缩套筒5上下移动，通过伸缩套筒外表面的刻度来确定垂直钻孔的深度。

实现不同角度钻孔控制功能，其操作方法包括以下几步：

(1)将试件10放置于底座1，并用试件固定夹11夹紧保持位置不变；

(2)松开X轴导轨4的紧固螺栓，转动钻机6，通过指针13在角度盘9上的读数，确定钻机6角度，旋转螺栓，紧固钻机6；

(3)伸缩竖向升降套筒2，使钻机6到达混凝土试件10平面，并记录伸缩套筒5的初始刻度值；

(4)保持竖向升降套筒2位置不变，接通电源，控制钻机6轴向伸缩套筒，配合伸缩套筒刻度，到达指定的打孔深度；

断开电源，取出试件10。

实施例2

本实施例与实施例1的不同是：

本实施例中升降机构固定在Y轴导轨的上方。

实施例3

一种对试件可实现定深度定角度钻孔取样的方法，采用实施例1中的混凝土试件钻孔取样精准定位便携式钻机装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。