一种适用于隧道狭小空间的智能化钻岩装置

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种适用于隧道狭小空间的智能化钻岩装置。


背景技术：

2.由于地理、经济等方面因素的影响，在铁路、公路、水路等基础设施建设过程中不能完全规避山峰等障碍，有时候不得不需要穿过山峰，必须使用隧道开挖施工。隧道开挖是一项耗时长、难度大且极具挑战性的施工作业，当前隧道开挖主要采用掘进法及钻爆法。掘进法采用盾构隧道掘进机施工，一次性凿出整个隧道断面（通常为圆面），掘进施工方法具有开挖速度快及工作环境安全的优点，缺点是盾构隧道掘进机施工造价昂贵、适应性差。钻爆法利用凿岩机在隧道掌子面钻孔，然后装上炸药进行爆破来凿开隧道断面，钻爆法的优点是施工便捷、适应性强、设备廉价等。目前我国大部分隧道开挖采用的是钻爆法施工。
3.传统的钻爆法施工设备的弱点存在着一些缺点：只能在施工前先对岩石结构进行探测，预测开挖的风险性，无法针对因施工导致的岩石结构变化所带来的岩石大面积掉落给施工人员所带来的安全风险。
4.针对因施工导致的岩石结构变化所带来的岩石大面积掉落的风险，现有凿岩机器人可以在挖孔施工工作过程中持续进行检测以应对此问题。凿岩机器人通过与隧道断面之间建立好坐标关系后完成车体定位和钻孔定位，最后开始自动钻孔。在自动钻孔过程中，遍布在钻臂上的传感器将读取的压力、位移、角度等信息传递到系统中，方便操作人员根据岩层情况进行调整或者自动调整凿岩参数。
5.但凿岩机器人存在着成本高昂以及无法合理应对钻臂自身遭遇外力而产生的压力信号变化。当钻臂本身遭遇其他外力，比如施工人员的碰撞时，钻臂接受到的震动信号会对钻头在挖孔时所传来的震动信号产生干扰，影响施工人员的判断，所以急需一种装置能实现在挖孔施工工作过程中持续进行检测并过滤正常工作时的干扰信号的装置，避免施工人员遭遇落石危险。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种适用于隧道狭小空间的智能化钻岩装置，目的为实现在挖孔施工工作过程中持续进行检测并过滤正常工作时的干扰信号的功能，避免施工人员遭遇落石危险。
7.为了达到上述目的，本方案提供如下技术方案：一种适用于隧道狭小空间的智能化钻岩装置，包括钻臂、外护套和钻头，所述钻头夹持端与钻臂工作端固定连接，所述外护套沿钻头轴向排列，外护套一端固定在钻臂工作端端面，还包括：检测单元，检测单元包括第一信号感应块、第二信号感应块、单片机、电源和警报器，所述第一信号感应块固定于外护套端面，所述第二信号感应块固定于钻臂上，第一信号
感应块和第二信号感应块内部结构相同，均包括滑槽、磁铁、线圈和弹性件，所述磁铁与滑槽内壁滑动连接，所述弹性件尾端固定于滑槽尾部，弹性件首端固定于磁铁尾端，所述线圈固定在磁铁首端两侧的滑槽壁上，所述线圈两端与单片机输入端针脚连接，单片机输出端连接警报器和电源输入端连接，单片机用于在接收到校零信号后，保存第一信号感应块的线圈和第二信号感应块的线圈超过阈值时电流信号的幅值和相位，根据电流相位起始点建立第一信号感应块的线圈的电流信号和第二信号感应块的线圈的电流信号的映射关系并保存，并在接收到工作信号后，对比第一信号感应块的线圈的电流信号和第二信号感应块的线圈的电流信号，若不满足映射关系，则向警报器发送报警指令，警报器在接收到报警指令后启动；工作单元，工作单元包括除尘囊、进水管和抽水泵，所述除尘囊沿钻头轴向排列，净化腔外缘固定在外护套内侧，除尘囊内有净化腔，除尘囊内壁上端开有多个出水口，所述抽水泵上通有的进水管连通除尘囊。
8.本技术方案原理及有益效果：因为钻头夹持端与钻臂工作端固定连接，所以装置启动时，钻头会旋转进入墙体，进行挖孔工作；因为外护套沿钻头轴向排列，外护套一端固定在钻臂工作端端面，所以外护套会为其他装置提供保护和定位的功能，也避免了钻头在极端的工作条件下断裂后伤人的情形；因为第一信号感应块固定于外护套端面，第二信号感应块固定于钻臂上，信号感应块内包括滑槽、磁铁、线圈和弹性件，磁铁与滑槽内壁滑动连接，弹性件尾端固定于滑槽尾部，弹性件首端固定于磁铁尾端，线圈固定在磁铁首端两侧的滑槽壁上，线圈两端与单片机输入端针脚连接，所以信号感应块在感受到外部震动时，内部的磁铁会因震动在滑槽内进行滑动，滑动的磁铁在线圈内进行移动，由此线圈两端连接单片机输入端针脚所形成的电动势会向单片机传输电流；因为信号感应块内部线圈匝数可以调整，所以通过对第二信号感应块的线圈匝数进行调整，可使得两个信号感应块的电流幅值在正常工作时相同；因为单片机用于在接收到校零信号后，保存第一信号感应块的线圈和第二信号感应块的线圈超过阈值时电流信号的幅值和相位，根据电流相位起始点建立第一信号感应块的线圈的电流信号和第二信号感应块的线圈的电流信号的映射关系并保存，并在接收到工作信号后，对比第一信号感应块的线圈的电流信号和第二信号感应块的线圈的电流信号，若不满足映射关系，则向警报器发送报警指令，警报器在接收到报警指令后启动，所以本发明可以过滤掉正常工作时的干扰信号，提升震动检测的准确性，在外界有异常震动时，实现了对施工人员的警示；因为除尘囊沿钻头轴向排列，净化腔外缘固定在外护套内侧，除尘囊内有净化腔，除尘囊内壁上端开有多个出水口，抽水泵上通有的进水管连通除尘囊，所以抽水泵抽水进入净化腔后，水流会从吹水口处流出，净化施工工作中的灰尘，减小施工过程中过量的灰尘带给工作人员的呼吸道和肺部损伤。
9.与传统方案相比，本发明实现了在挖孔施工工作过程中持续进行检测并过滤正常工作时的干扰信号，避免施工人员遭遇落石危险的功能。
10.进一步，所述除尘囊下端开有从外端面处向内倾斜向上的流水槽。
11.有益效果：便于净化腔内部的水流和混合的泥水沿着流水槽往外流出。
12.进一步，所述进水管从除尘囊端面下端连通除尘囊内部的净化腔。
13.有益效果：水从下端进入净化腔，水会充斥整个腔体，提升出液效果，提高除尘效率。
14.进一步，所述磁铁的上下左右方向都固设有与电源连通的应变片。
15.有益效果：使得信号感应块在各个方向上都能接收到振动信号，提高检测效果。
16.进一步，所述警报器采用发光二极管。
17.有益效果：节能、环保、响应速度快。
18.进一步，所述钻臂下方转动连接有万向轮。
19.有益效果：便于钻岩装置自由移动，提高装置操作便利程度。
附图说明
20.图1为本发明的三维视图；图2为本发明a处局部剖视图。
具体实施方式
21.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：说明书附图中的附图标记包括：1、万向轮；2、螺钉；3、固定座；4、一级旋转座；5、一级旋转臂；6、二级旋转臂；7、二级旋转座；8、工作箱；9、除尘囊；10、钻头。
22.实施例如下所示：本发明为一种适用于隧道狭小空间的智能化钻岩装置，在确定施工地点后，使用运输车将装置运送到指定区域后，通过钻臂的底盘下端转轴连接的万向轮1便于将装置推动到精确地点。
23.固定座3与钻臂的底盘焊接，固定座3上的螺钉2长度为五十厘米，可将钻岩装置钉进地下后固定，一级旋转座4与固定座3通过转轴转动连接，实现水平方向上度的旋转，便于施工人员在一定区域内能够实现多方位的钻孔工作。
24.一级旋转臂5与一级旋转座4通过转轴转动连接，一级旋转臂5在竖直方向上的旋转实现了钻臂的角度调节和高度调节，使得钻臂工作范围更广。
25.工作箱8和一级旋转臂5端部通过转轴转动连接，实现了钻臂的二次角度调节和高度调节，提升钻臂的工作范围。
26.二级旋转座7和工作箱8通过转轴转动连接，更小幅度地实现二级旋转座7在水平方向上度的旋转，节省能源，提高效率。
27.二级旋转臂6和工作箱8通过转轴转动连接，对钻头10工作单位实现精细化的角度调节，工作箱8内装有抽水泵，最大化利用装置内部的空间。
28.钻头10夹持端与钻臂工作端的二级旋转臂6螺纹连接，装置启动时，钻头10会旋转进入墙体，进行挖孔工作。
29.外护套沿钻头10轴向排列，外护套一端固定在钻臂工作端端面，外护套会为其他装置提供保护和定位的功能，也避免了钻头10在极端的工作条件下断裂后伤人的情形。
30.第一信号感应块固定于外护套端面，第二信号感应块固定于钻臂上，两个信号感应块内部结构相同，均包括滑槽、磁铁、线圈和弹性件，磁铁与滑槽内壁滑动连接，弹性件尾端固定于滑槽尾部，弹性件首端固定于磁铁尾端，线圈固定在磁铁首端两侧的滑槽壁上，线圈两端与单片机输入端针脚连接，因此信号感应块在感受到外部震动时，内部的磁铁会因震动在滑槽内进行滑动，滑动的磁铁在线圈内进行移动，由此线圈两端连接单片机输入端
针脚所形成的电动势会向单片机传输电流。
31.在磁铁的上下左右方向都固设有与电源连通的应变片，使得信号感应块在各个方向上都能接收到振动信号，提高检测效果。
32.本领域的技术人员可以对第二信号感应块的线圈匝数进行调整，使得第一信号感应块和第二信号感应块内的电流幅值在正常工作时相同。
33.单片机采用stm32f103c8t6型号，先按动单片机的校零按钮，单片机在接收到校零信号后，用力敲击钻臂的固定座3，保存此时第一信号感应块的线圈和第二信号感应块的线圈传送的电流信号的幅值和相位，根据电流相位起始点建立第一信号感应块的线圈的电流信号和第二信号感应块的线圈的电流信号的映射关系并保存，再按动单片机的工作按钮，单片机在接收到工作信号后，开始挖孔工作，启动钻岩装置，对比第一信号感应块的线圈的电流信号和第二信号感应块的线圈的电流信号，若不满足映射关系，则向警报器发送报警指令，警报器在接收到报警指令后启动，警报器采用发光二极管，二极管节能、环保、响应速度快，发光后实现对施工人员的警示。
34.同理，应变片也可以采用单片机进行校零处理，实现校零的效果。
35.除尘囊9沿钻头10轴向排列，除尘囊9外缘固定在外护套内侧，除尘囊9内部开有多个出水口，抽水泵上通有的进水管连通除尘囊9端面下端的进水口，抽水泵从装置旁放置的水箱里抽水进入除尘囊9后，水流会从吹水口处流出，净化施工工作中的灰尘，减小施工过程中过量的灰尘带给工作人员的呼吸道和肺部损伤。
36.除尘囊9下端开有从外端面处倾斜向上的流水槽，便于除尘囊9内部的水流和混合的泥水沿着流水槽往外流出，避免泥水流向机体。
37.对比现有技术中的凿岩机器人，本发明实现了在挖孔施工工作过程中持续进行检测并过滤因震动或施工人员撞击等引起的干扰信号，对比岩石墙面和装置内的震动信号，在检测到不正常的大幅震动时及时示警，避免施工人员遭遇落石危险，减小了工作中灰尘对于施工人员身体健康的损伤。
38.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。