一种可调节钻进装置及钻机的制作方法

本发明涉及钻机设备技术领域，具体涉及一种可调节钻进装置及钻机。

背景技术：

钻机主要用于铁路、公路、地下空间、水利、水电站等岩石隧道，不可采用爆破方法的岩石掘进施工工程。

非爆破开挖法主要是通过钻机沿隧道设计外径钻若干个孔，孔孔相连，钻孔后取芯，待所有钻孔连成一个环后，孔芯就和孔外壁分离了，形成了孔芯的临空面，然后对剩余的岩芯部分进行分块，沿圆半径取芯分块形成内部临空面。在分块的岩石上钻上一排小孔，然后在小孔内锥入钢楔子，捶击钢楔挤压岩石，使岩石同时受到水平面上的拉力和水平面上的剪切力作用，当挤压力大于极限抗拉力和极限抗剪切力之和时，岩石沿水平面被拉裂并从根部发生剪切破裂，分解成若干小块，利用自制小车装土外运或直接用钢丝绳绑定岩石用卷扬机拉至隧道口，取出分裂的岩块。依次按照分层取芯、破裂、取岩块的循环工序作用，最终达到成孔的目的。

但由于目前钻机一般体型较大，适用于大型施工工程中，但对于一般的石壁开孔、开道等小型施工工程使用大型钻机又不合适。

中国发明（cn201210348704.9）公开了一种掘进巷道用防突履带钻机，解决了现有钻机使用时移动搬迁困难且不能满足不同高度、不同角度施工要求的问题。掘进巷道用防突履带钻机，包括机体平台和位于其前方的升降平台，机体平台下方设置有行走机构，机体平台上方设置有操纵机构、泥浆泵、液压机构、液压系统，机体平台前端设置有固定座，固定座与升降平台之间设置有与两者连接的升降机构，机体平台后端设置有支撑机构。本发明根据巷道工程孔不同高度的要求，通过平台升降实现高度1-3米之间的井下掘进探测孔及其它工程孔的机械化施工，钻进功能全面，工作安全性及效率高，工人劳动强度低，而且结构合理、机构紧凑、运转灵活及操作方便。

虽然上述专利公开的钻机具有升降平台，可以满足一定的掘进，但是其体积较大，升降平台不够灵活，使得钻机较为笨重。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种可调节钻进装置，该可调节钻进装置可以适用于适配钻机，使用该可调节钻进装置可以进一步扩大钻孔面，且能使钻杆呈多角度，适用于多种工程场景的掘进钻到工作。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种可调节钻进装置，所述可调节钻进装置包括转动盘、支撑支架、升降支架、动力头、钻杆、钻杆支架、滑动支架、伸缩缸；所述支撑支架与转动盘固定连接；所述滑动支架设置于支撑支架上；所述升降支架底部两端通过铰接第二组伸缩缸和第三组伸缩缸与滑动支架铰接；所述动力头和钻杆支架设置于升降支架两端；所述动力头靠近转动盘一端，连接钻杆一端，为钻杆提供转动力和推动力；钻杆另一端支撑在钻杆支架上。

上述方案中，第二三组伸缩缸分别连接升降支架两端，伸缩缸的伸缩可以调节升降支架的高度，从而调节钻杆的高度，从而调节钻杆的钻进范围。所以本可调节钻进装置可以在一定范围内任意调节钻进点，具有较大的工作范围，在不移动座机机体（底座）的情况下，工作直径可达4.5米。

更优的，所述滑动支架包括上面板、下面板、滑动件；所述升降支架底部两端通过铰接所述第二组伸缩缸和所述第三组伸缩缸与所述上面板两端铰接；所述支撑支架通过连接第一组伸缩缸与所述下面板连接。

从钻进角度来看，动力头为钻杆提供钻进力；并且在钻进前，先通过滑动支架带动升降支架上的动力头靠近待钻孔的加工面，提高钻进效率。通过设置滑动件，使所述滑动支架与所述支撑支架的滑动过程更为顺畅，所述滑动件的设置可以设置于上面板，也可以设置于下面板，还能设置于侧边。

进一步，所述上面板中部具有凸起结构，所述凸起结构通过铰接第四组伸缩缸与所述升降支架靠所述钻杆支架一侧铰接。使得升降支架具有更大的支撑以及防止升降支架相对支撑支架的错位移动。

更优的，所述第二伸缩缸连接所述升降支杆靠近所述转动盘的一端；所述第三组伸缩缸连接所述升降支架靠近所述钻杆支架一端。

第二组伸缩缸与第三组伸缩缸连接于升降支架下方两端，具有两种连接方式；一种是交叉连接，一种是呈倒“八”字连接；交叉连接虽然可以提供更长的工作半径，但是稳定性会相对较差一些，根据本申请技术方案，在保证增加工作范围的同时，还考虑装置的稳定性。

根据不同的使用场景，可以任意增加和减少每组伸缩缸的数量，而本技术方案提供一种方案，第二组伸缩缸、第三组伸缩缸为一对平行设置的伸缩缸；第一组伸缩缸、第四组伸缩缸为一根伸缩缸；第一组伸缩缸、第二组伸缩缸、第三组伸缩缸分别与伸缩缸动力控制器连接，实现单独伸缩；第四组伸缩缸与第三组伸缩缸连接同一伸缩缸动力控制器，实现与第三组伸缩缸共同伸缩。在稳定性和装置的简易性进行结合，选择合适的伸缩缸数量和控制方案；使升降支架不光只能在水平面上进行上下升降移动，还能实现升降支架与水平面呈一定的角度，为实际钻进工作的钻进和退杆提供更多的工艺方案。

在本方案中，伸缩缸主要作用为伸缩以及提供一定支撑作用；现有技术中能实现上述功能的伸缩缸皆可进行使用，如液压油缸或伸缩气缸。

为了使钻杆精准的定位所需要钻进的位置，所述钻杆支架顶部为缺口式圆形结构。通过该缺口式圆形结构，进行边缘位置的对准，对钻进工作更为精确。而该缺口式圆形结构的缺口大小，满足留有对准口，使钻杆不滑脱，使钻杆在钻进过程中，钻杆面始终贴可以贴于所钻孔的表面，而不受钻杆支架的影响。所以在钻设隧道最边缘的孔时，钻杆外侧能与隧道最边缘贴合，使层层推进的工作面的钻孔不受钻杆支架包裹钻杆处厚度的影响，而使钻进面积随着逐层钻进而逐渐减小。

更优的，使支撑支架在旋转过程中具有更好的支撑力，支撑支架包括横支撑杆和斜支撑杆；斜支撑杆一端与横支撑杆固定连接，另一端与转动盘固定连接；横支撑杆与转动盘固定连接。

本发明还解决的技术问题是：如何设计一种具有可调节钻进装置的钻机，实现钻杆上下左右以及一定角度的调节，且使用该可调节转进装置可以进一步扩大钻孔面，在钻机机体减小的同时，适用于多种工程场景的掘进工作。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种钻机，包括机架，在所述机架上设置有至少一根竖向的钻进装置支杆和动力机构，在每根钻进装置支杆上设置一个可旋转的可调节钻进装置；所述可调节钻进装置为上述可调节钻进装置；所述钻进装置支杆上设置驱动盘，驱动盘与转动盘连接，带动可调节钻进装置进行转动；所述动力机构分别与驱动盘、第二组伸缩缸和第三组伸缩缸通过动力管连接，所述动力头与所述动力机构连接，或与外接电源连接，由动力机构或外接电源带动。

伸缩缸的伸缩可以调节升降支架的高度，从而调节钻杆的高度，从而增大钻进装置的工作范围，并且该钻机可以在一定范围内任意调节钻进点，在不移动钻机机体的情况下，工作直径径可达4.5米。

具体的，所述驱动盘底部与与竖向设置的第五组伸缩缸一端连接，第五组伸缩缸另一端固定连接于机架上，驱动盘与钻进装置支杆滑动连接；第五组伸缩缸的伸缩，带动驱动盘在竖直平面上的升降；第五组伸缩缸通过动力管与所述动力机构连接。

优选的，所述钻进装置支杆数量为2-3个。

通过设置一个或多个钻进装置支杆可以连接一个或多个可调节钻进装置，并且可使可调节钻进装置在竖直平面上进行升降，进一步实现工作范围的增加，且利于钻孔工作前期的对准，使工作效率增加。

更优的，所述钻机还包括行走机构、支撑机构、控制机构；所述行走机构位于机架下方；所述支撑机构固定设置于机架四角；所述控制机构设置于机架上方。所述行走机构包括前链轮、后链轮、与前链轮和后链轮匹配的履带、驱动前链轮或后链轮转动的马达；所述马达通过动力管与所述动力机构连接。所述支撑机构包括支撑盘、与支撑盘固定连接的第六组伸缩缸；所述第六组伸缩缸与所述机架固定连接；所述第六组伸缩缸通过动力管与所述动力机构连接。

行走机构方便使钻机进行移动；支撑机构便于在钻机工作中给以钻机额外的支撑；控制机构用于对整个钻机的控制源进行整合，方便对钻机进行控制。

根据不同的使用场景，可以任意增加和减少每组伸缩缸的数量，本技术方案提供一种方案，第五组伸缩缸根据钻进装置支杆的数量进行设置；第六组伸缩缸为4个伸缩缸，分别与支撑盘连接，第五组伸缩缸、第六组伸缩缸中的每个伸缩缸分别与动力系统连接，实现单独控制伸缩。

伸缩缸可以为液压油缸、伸缩气缸等具有伸缩和稳定功能的装置，动力机构为液压动力系统或气压动力系统等为伸缩缸提供动力源的系统；其他部件可根据选用的动力机构类型进行匹配。

综上所述，本发明的有益效果在于：本方案中通过转动盘、伸缩缸、滑动支架以及动力头的配合，使得该钻进装置具有更大的钻进深度，以及更广的工作范围，并使钻杆可呈一定角度，满足更多钻进需求；并且通过改进钻杆支架，使得该钻进装置具有更为精确的钻进精度并且钻杆的钻进点以及钻进深度便于调节，改变了目前钻机中钻进范围的局限以及钻进机钻孔工作麻烦、钻进笨重的缺点；钻机通过钻进装置支架和可调节钻进装置进行转动连接，钻进装置支架升降，进一步增大工作范围，可调节钻进装置转动，实现更大的工作范围。在稳定性和简易性进行结合，选择合适的伸缩缸数量和控制方案；使升降支架不光只能在水平面上进行上下升降移动，还能实现升降支架与水平面呈一定的角度，向下倾斜去除岩心更加方便，为实际钻进工作的钻进和退杆提供更多的工艺方案。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明钻机的结构示意图；

图2为本发明可调节钻进装置结构示意图；

图3为本发明可调节钻进装置的伸展图；

图4为本发明钻机的伸展图；

图5为本发明钻机的俯视图；

图6为本发明钻机工作范围示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

说明书附图中的附图标记包括：

可调节钻进装置100、转动盘101、支撑支架102、升降支架103、动力头104、钻杆105、钻杆支架106、滑动支架107、上面板107-1、下面板107-2、滚轴107-3、第二组伸缩缸108、第三组伸缩缸109、第一组伸缩缸110、第四组伸缩缸111、机架200、行走机构210、钻进装置支杆220、第五组伸缩缸221、驱动盘222、支撑机构230、支撑盘231、第六组伸缩缸232、动力机构240、控制机构250。

图1中为一种钻机，包括机架200，在机架200上设置有至少一根竖向的钻进装置支杆220和动力机构240，在每根钻进装置支杆220上设置一个可旋转的可调节钻进装置100（可调节钻进装置具体结构见图2）；可调节钻进装置100包括转动盘101、支撑支架102、升降支架103、动力头104、钻杆105、钻杆支架106、滑动支架107；支撑支架102与转动盘101固定连接；滑动支架107设置于支撑支架102上；升降支架103底部两端通过铰接第二组伸缩缸108和第三组伸缩缸109与滑动支架107铰接；动力头104和钻杆支架106设置于升降支架103两端；动力头104靠近转动盘101一端，连接钻杆105一端，为钻杆105提供旋转的转动力和钻进的推动力；钻杆105另一端支撑在钻杆支架106上；钻进装置支杆220上设置驱动盘222，驱动盘222与转动盘101连接，带动可调节钻进装置100进行转动；动力机构240分别与驱动盘222、第二组伸缩缸108和第三组伸缩缸109通过动力管连接，动力头104与动力机构240或外接电源连接，由动力机构或外接电源带动。

第二三组伸缩缸分别连接升降支架103两端，伸缩缸的伸缩可以调节升降支架的高度，从而调节钻杆的高度，从而调节钻进装置的工作范围。所以该钻机可以在一定范围内任意调节钻进点，且较一般钻机而言增加了很大的工作范围，在不移动钻机的情况下，工作直径可达4.5米（参见图3、4、6）。

驱动盘222底部与与竖向设置的第五组伸缩缸221一端连接，第五组伸缩缸221另一端固定连接于机架200上，驱动盘222与钻进装置支杆220滑动连接；第五组伸缩缸221的伸缩，带动驱动盘222在竖直平面上的升降；第五组伸缩缸221通过动力管与动力机构240连接。

通过设置一个或多个钻进装置支杆220连接可调节钻进装置100，并且可使可调节钻进装置100在竖直平面上进行升降，进一步实现工作范围的增加，工作效率的增加。

滑动支架107通过连接第一组伸缩缸110与支撑支架102滑动连接；第一组伸缩缸110驱动滑动支架107在支撑支架102上移动；第一组伸缩缸110与动力机构240通过动力管进行连接。在钻进前，先通过滑动支架107带动升降支架103上的动力头104靠近待钻孔的加工面，提高钻进效率。滑动支架107包括上面板107-1、下面板107-2、滑动件107-3；升降支架103底部两端通过铰接第二组伸缩缸108和第三组伸缩缸109与上面板107-1两端铰接；支撑支架102通过连接第一组伸缩缸110与下面板107-2连接。上面板107-1中部具有凸起结构，凸起结构通过铰接第四组伸缩缸111与升降支架103靠钻杆支架106一侧铰接；第四组伸缩缸111通过动力管与动力机构240连接。第二组伸缩缸108与第三组伸缩缸109连接于升降支架103下方两端，第二组伸缩缸108连接升降支杆103靠近转动盘101的一端；第三组伸缩缸109连接升降支架103靠近钻杆支架106一端（参见图3）。

钻杆支架106顶部为缺口式圆形结构。

为了使钻杆105精准的定位所需要钻进的位置，钻杆支架106顶部为缺口式圆形结构。通过该缺口式圆形结构，进行边缘位置的对准，对钻进工作更为精确。而该缺口式圆形结构的缺口大小，满足留有对准口，使钻杆105不滑脱，使钻杆105在钻进过程中，钻杆面始终贴可以贴于所钻孔的表面，而不受钻杆支架106的影响。所以在钻设隧道最边缘的孔时，钻杆105外侧能与隧道最边缘贴合，使层层推进的工作面的钻孔不受钻杆支架106包裹钻杆处厚度的影响，而使钻进面积随着逐层钻进而逐渐减小。

钻机还包括行走机构210、支撑机构230、控制机构250；行走机构210位于机架200下方；支撑机构230固定设置于机架200四角；控制机构250设置于机架200上方。

行走机构210包括前链轮211、后链轮212、与前链轮211和后链轮212匹配的履带213、驱动前链轮211或后链轮212转动的马达214；马达214通过动力管与动力机构240连接。

支撑机构230包括支撑盘231、与支撑盘231固定连接的第六组伸缩缸232；第六组伸缩缸232与机架200固定连接；第六组伸缩缸232通过动力管与动力机构240连接。

行走机构210方便使钻机进行移动；支撑机构230便于在钻机工作中给以钻机额外的支撑；控制机构250用于对整个钻机的控制源进行整合，方便对钻机进行控制。

根据不同的使用场景，可以任意增加和减少每组伸缩缸的数量，本技术方案提供一种方案，第二组伸缩缸108、第三组伸缩缸109为一对平行设置的伸缩缸；第一组伸缩缸110、第四组伸缩缸111、第五组伸缩缸221根据钻进装置支杆220的数量一致；第六组伸缩缸232为四个伸缩缸，分别与支撑盘231连接，第六组伸缩缸232中的每个伸缩缸分别与动力机构240连接，实现单独控制伸缩；其他伸缩缸，每组与动力机构240连接，实现组内每个伸缩缸动力一致。上述伸缩缸可选用具有伸缩功能和支撑功能的装置，如液压油缸或伸缩气缸，动力机构240为与之匹配的提供动力的系统，其他部件可根据选用的动力机构240类型进行匹配。

关于动力机构240的构成，可为现有技术中任一一种可辅助实现本技术方案中的即可，如液压油缸、气动缸等，在此就不再复述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。