一种可旋转钻臂举升机构的制作方法

1.本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及用于矿山廊道，隧道强化钻孔的器械，具体涉及一种可旋转钻臂举升机构。


背景技术：

2.在对矿山廊道、隧道等加强作业时必不可少的会在廊道、隧道内向外钻若干放射性的深孔，用于后续灌浆用，使得水泥浆液通过预先钻好的孔浸入矿山岩石缝隙、土壤、空穴中，使得位于廊道、隧道的周围几十米范围内都布满凝固的混凝土，从而起到廊道、隧道强化作用，避免发生坍塌等。
3.现有的廊道、隧道的规格因用途不同而具有各种不同的孔径，或大或小，针对孔径较大的隧道而言，一般现有的钻机均可进行施工，由于隧道孔径大，开敞性好，现有的大型钻机能够在隧道内自由的旋转以调整方向。但针对小尺寸，小孔径的廊道而言，尤其是诸如水坝内设置的廊道，宽度通常只有3米左右，且内部安装有线束等，而廊道的高度可能明显高于3米，这使得现有的钻机就无法进入施工，即使选取最小尺寸的钻机能够进入到廊道中，但对于顶部的举升钻孔施工则难以实现，无法将钻臂紧贴廊道顶部进行施工，只能将钻杆伸出进行钻孔，而这种施工方式会明显破坏廊道顶部结构，甚至进钻困难。
4.具体地，公开号为cn110905407a的中国发明专利申请提供了一种廊道施工钻机，与本技术属同一技术领域，类似装置，其支撑钻桅组件的起升臂为固定结构，采用常规的上下两个油缸进行控制，以达到举升臂的灵活升降作用，但其起升臂的空间占用是不可更改的，这种结构在狭窄空间中钻孔作业最大的弊端就是难以转动，极易与廊道内壁或者安装在廊道内的管线设备发生碰撞，难以达到理想的目标钻位和钻点，同时钻桅组件的主体结构不能进行有效收缩，在进行竖直底部、竖直顶部、水平左右进行钻孔时，基于廊道空间和开敞性的限制，其钻桅组件难以满足施工需求。
5.为此，申请人总结现有钻机的不足，并结合实际项目应用的实际进行了针对性的研发，使得钻臂、举升机构都能够达到收缩的作用，同时满足全方位的转动，并保持结构在工作时保证稳定性，从而获得本技术所述的一种可旋转钻臂举升机构。


技术实现要素：

6.为了解决背景技术中提及的现有钻机针对小尺寸廊道钻孔施工时难以满足各个角度的钻孔问题，本技术提供一种可旋转钻臂举升机构，本技术采用全新的结构设计，将钻臂、举升臂的结构进行了改进，摒弃了传统的单一结构设计，而采用全新的多段式自助设计，这使得钻臂、举升臂在满行程状态下，能够达到现有技术中体积约为本技术体积两倍的有效作业范围，而当本技术处于极限收缩状态时，能够大幅缩小自身的空间占用，这使得在进行小孔径廊道钻孔作业时，能够通过改变自身状态而实现不同角度的钻孔作业，克服现有钻机在狭小空间内无法自由转臂导致钻孔存在盲区的问题。
7.为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案为：
8.一种可旋转钻臂举升机构，包括用于安装钻杆的钻臂和用于支撑所述钻臂的举升臂，所述钻臂转动安装在所述举升臂的一端，举升臂的另一端铰接在工程机械底盘上，所述举升臂包括设置在举升臂两端分别用于连接所述钻臂和工程机械底盘的第一臂座和第二臂座，分别与所述第一臂座和第二臂座铰接的第一举升臂和第二举升臂，所述第一举升臂与第二举升臂滑动连接，以及驱动所述第一举升臂与第二举升臂相互滑动伸缩和/或升降的液压举升单元，以及对称设置在第二臂座两侧与所述工程机械底盘铰接用于驱动所述举升臂摆动的第六油缸。
9.优选地，所述液压举升单元包括两端分别铰接于所述第一臂座和第一举升臂的第三油缸，两端分别铰接于第一举升臂和第二举升臂并与所述第二举升臂平行安装的第四油缸，以及两端分别铰接于第二举升臂和第二臂座的第五油缸。
10.为了更好的实现对钻臂的控制，以调整钻臂的姿态，优选地，所述第一臂座与第三油缸之间还设置有弯臂，所述弯臂包括相互铰接的第一弧形臂和第二弧形臂，所述第一弧形臂的两端分别与第一臂座和第三油缸一端铰接，所述第二弧形臂的两端分别与所述第三油缸和第一举升臂铰接使第三油缸通过伸缩驱动所述第一臂座以第一臂座与第一举升臂的铰接轴为轴心进行俯仰偏转。
11.为了实现大角转动，以尽可能的缩小，甚至消除钻孔盲区，优选地，所述钻臂与所述第一臂座之间通过转盘连接，所述转盘与所述第一驱动机构驱动连接。通过第一驱动机构驱动转盘转动，从而带动整个钻臂旋转，从而使得将钻杆能够按照预设的角度和位置进行钻孔。第一驱动机构可以采用液压油缸配合齿条与齿盘配合实现，也可以采用常规的涡轮蜗杆结构实现。
12.为了进一步的提升钻臂转动角度的精准可控，优选地，所述转盘圆周侧壁具有轮齿，所述第一驱动机构具有与所述轮齿匹配的蜗杆或者丝杆。或者第一驱动机构采用液压油缸组件与齿条连接配合，通过液压油缸的往复直线运动推动齿条与转盘啮合，从而驱动转盘转动。采用本方案时，所述第一驱动机构的安装方向应当与钻臂保持一致，以避免产生不必要的空间占用，尽可能的缩小整个举升机构的体积，提升结构件之间的紧凑性。
13.为了保证钻杆在钻孔过程中，始终按照预设的角度进行进钻，避免钻杆摆动、晃动导致打孔，破坏廊道内壁等问题，优选地，所述钻臂包括与所述举升臂连接的底座，滑动设置在底座上的臂本体，所述底座与臂本体之间通过第二油缸驱动连接，滑动设置在臂本体上用于驱动钻杆转动和进钻的钻孔机构，以及用于稳定钻杆的夹持机构。
14.为了能够实现便捷钻孔，优选地，所述钻孔机构包括滑动设置在臂本体上的滑座，所述滑座上固定安装有用于驱动钻杆转动的冲击液压泵，所述臂本体内还安装有用于驱动所述冲击液压泵进钻/退钻的第二驱动机构。第二驱动机构是用于驱动所述冲击液压泵沿臂本体的方向往复移动，实现进钻/退钻动作；由于钻杆安装在冲击液压泵上，因此，冲击液压泵的移动速度将与钻杆进钻/退钻的速度一致。所述第二驱动机构同样可以采用液压油缸的方式实现，但该方式并非最优方式，因此冲击液压泵的形成在实际使用时应当足够大，那么如果采用液压油缸方式推进或者回退，则液压油缸的自身长度将会较大，加上臂本体的自身长度，使得整个钻臂外尺寸就明显增大，这一设置将与本技术可收缩，能够同时满足较大和较小的廊道施工的设计初衷。为了更好的进行优化，具体地，所述第二驱动机构包括安装在靠近钻杆一端的导轮，安装在臂本体上位于导轮相对端的链轮驱动器，以及驱动连
接所述链轮驱动器和导轮并固定连接所述滑座的链条。采用链轮链条的驱动方式的优点在于可以根据臂本体的实际尺寸进行安装，从而冲击液压泵能够将整个臂本体作为往复移动的轨道，形成足够大；且链轮驱动器、链条和导轮能够安装在臂本体内部，无需占用更多的外部空间，从而进一步提高了本技术结构的紧凑性。另一方面，链条传动不会出现诸如皮带传动产生的韧性延展，使得驱动控制更加刚性。
15.为了在满足钻杆稳定进钻，避免钻杆晃动的前提下，进一步的提升钻杆拆装的便捷性，优选地，所述夹持机构安装在所述臂本体靠近钻杆一端，包括支撑骨架，沿钻杆的方向并列安装在所述支撑骨架上的第一夹持单元和第二夹持单元，所述第一夹持单元通过转盘结构与所述支撑骨架转动连接，所述转盘结构上具有用于容纳设置在所述支撑骨架上设置的环形凸棱的环形凹槽，所述环形凸棱与所述冲击液压泵的输出轴位于同一轴线；所述支撑骨架的侧壁还安装有与所述转盘结构铰接用于驱动所述第一夹持单元沿所述冲击液压泵的输出轴所在轴线进行偏转的第一油缸。
16.再进一步地，为了提升在钻孔过程中，钻臂的稳定性，优选地，所述钻杆外侧壁还套设有用于限制钻杆旋转摆动的钻套，所述钻套的外部形状与所述第一夹持单元和第二夹持单元接触部位相匹配；所述支撑骨架上沿钻杆的方向固定设置有用于支撑钻臂的定位锥。
17.有益效果：
18.1、本技术通过采用由冲击液压泵、臂本体和底座滑动连接组成的三段式结构，相较于现有不变结构而言，具有更大的作业范围；在相同作业范围前提下，具有更加紧凑的结构尺寸，更能适应小尺寸的廊道施工。
19.2、本技术通过两段滑动方式改进举升臂，使得举升臂在非使用状态时，具有更小的尺寸，更低的中心，便于运输和廊道中行走及旋转；当举升臂全行程展开时将明显提升有效举升高度，以满足大孔径隧道顶部作业需求。
20.3、本技术通过具有两个可以相对转动的夹持单元对钻杆进行稳定和拆装，免除了通过人工进行钻杆装配和拆卸的繁琐流程。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本技术的结构轴测图(举升状态)。
23.图2是本技术另一状态的结构轴测图。
24.图3是钻臂的结构轴测图。
25.图4是夹持机构的结构轴测图。
26.图5是图4中a区结构放大图。
27.图6是图4的主视图。
28.图7是钻杆旋转的角度示意。
29.图8是举升臂摆动的角度示意。
30.图中：100-钻臂；200-举升臂；300-工程机械底盘；1-冲击液压泵；2-钻套；3-钻杆；4-夹持机构；41-第一夹持单元；42-第二夹持单元；43-支撑骨架；431-环形凸棱；44-定位锥；45-第一油缸；46-转盘结构；5-滑座；6-臂本体；61-链条；62-链轮驱动器；63-导轮；7-底座；8-第二油缸；9-第一驱动机构；10-转盘；11-第一臂座；12-弯臂；13-第一举升臂；14-第三油缸；15-第二举升臂；16-第四油缸；17-第五油缸；18-第二臂座；19-第六油缸。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，本技术的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.此外，本技术的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
36.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.实施例1：
38.结合说明书附图1-图2所示的一种可旋转钻臂举升机构，包括用于安装钻杆3的钻臂100和用于支撑所述钻臂100的举升臂200，所述钻臂100转动安装在所述举升臂200的一端，举升臂200的另一端铰接在工程机械底盘300上，所述举升臂200包括设置在举升臂200两端分别用于连接所述钻臂100和工程机械底盘300的第一臂座11和第二臂座18，分别与所述第一臂座11和第二臂座18铰接的第一举升臂13和第二举升臂15，所述第一举升臂13与第二举升臂15滑动连接，以及驱动所述第一举升臂13与第二举升臂15相互滑动伸缩和/或升降的液压举升单元，以及对称设置在第二臂座18两侧与所述工程机械底盘300铰接用于驱
动所述举升臂200摆动的第六油缸19。
39.工作及结构原理阐述：
40.结合图1和图2所示，所述钻臂100是旋转安装在所述举升臂200的端头，由举升臂200将钻臂100举升或者降低，以实现控制钻臂100的姿态和位置。由于钻臂100可以在举升臂200处于任何状态下进行旋转运动，因此，能够满足不同角度的钻孔施工需求。结合图2所示的举升臂200包括相互滑动连接的第一举升臂13与第二举升臂15，通过液压举升单元控制，使得举升臂200的实际有效长度能够在第一举升臂13与第二举升臂15有效行程的最大值与最小值之间任意停留，从而大大改善固定长度举升臂存在的弊端，从而提高举升臂200的有效施工范围。具体而言，在其他结构和条件不便的情况下，假定本实施例所述举升臂200处于完全收缩状态的外尺寸为3000mm，与现有固定举升臂尺寸为3000mm的举升臂相比，其施工的范围并无实质区别，但是，当实际施工场景中需要进行钻孔的高度为5000mm，即是加上工程机械底盘300的高度后仍然不能进行有效的钻孔，此时则需要更换更大尺寸的钻机；而针对这种情况，本实施例所述举升臂200可以通过伸出第一举升臂13使得整个举升臂200的长度明显增加，一般总长为3000mm的臂长，有效行程能够达到65％，即总长可达近5000mm，加上工程机械底盘300的高度，总跨高可到6000mm，完全可以在不更换钻机的前提下完成当前工况的作业任务。由于举升臂200是钻机较大的部件，通过采用本实施例所述举升臂200结构，能够实现举升臂的升降和收缩，使得举升臂200在实际施工时相较于现有技术而言在施工范围方面具有明显的优势。针对较狭窄的空间和较大的空间均能通过一台钻机实现，无需更换钻机。
41.在举升臂200位于同一角度需要不同方位进行钻孔时，则通过对称分布在第二臂座18两侧的第六油缸19对第二臂座18施加对应的推力或者拉力，使得第二臂座18左右偏转，详见说明书附图8所示。
42.实施例2：
43.在实施例1的基础上，本实施例针对液压举升单元进行进一步的优化改进，具体地在本实施例中，所述液压举升单元包括两端分别铰接于所述第一臂座11和第一举升臂13的第三油缸14，两端分别铰接于第一举升臂13和第二举升臂15并与所述第二举升臂15平行安装的第四油缸16，以及两端分别铰接于第二举升臂15和第二臂座18的第五油缸17。详见说明书附图2所示，当需要对举升臂200进行升降操作时，则控制第五油缸17的伸缩实现举升臂200的升起或者下降；当需要对举升臂200进行伸长或者缩短以调整当前钻臂100工作高度或者行程范围时，第三油缸14的伸缩是控制连接钻臂100的第一臂座11偏转，从而控制钻臂100的偏转。
44.为了更好的实现对钻臂100的控制，以调整钻臂100的姿态，本实施例中，所述第一臂座11与第三油缸14之间还设置有弯臂12，所述弯臂12包括相互铰接的第一弧形臂和第二弧形臂，所述第一弧形臂的两端分别与第一臂座11和第三油缸14一端铰接，所述第二弧形臂的两端分别与所述第三油缸14和第一举升臂13铰接使第三油缸14通过伸缩驱动所述第一臂座11以第一臂座11与第一举升臂13的铰接轴为轴心进行俯仰偏转。所述弯臂12采用第一弧形臂和第二弧形臂组成的方式的优点在于：
45.第一、可以改善第一臂座11的受力情况，加大第一臂座11偏转的有效受力杠杆，使得第三油缸14匹配的额定油压能够有效调低，从而进一步减轻装备质量，降低液压源的功
率。
46.第二、能够弥补第一臂座11与第一举升臂13之间空间狭窄的问题，使得能够更好的配制和安装第三油缸14。
47.为了实现大角转动，以尽可能的缩小，甚至消除钻孔盲区，本实施例中，所述钻臂100与所述第一臂座11之间通过转盘10连接，所述转盘10与所述第一驱动机构9驱动连接。通过第一驱动机构9驱动转盘10转动，从而带动整个钻臂100旋转，从而使得将钻杆3能够按照预设的角度和位置进行钻孔。第一驱动机构9可以采用液压油缸配合齿条与齿盘配合实现，也可以采用常规的涡轮蜗杆结构实现。
48.为了进一步的提升钻臂100转动角度的精准可控，所述转盘10圆周侧壁具有轮齿，所述第一驱动机构9具有与所述轮齿匹配的蜗杆或者丝杆。或者第一驱动机构9采用液压油缸组件与齿条连接配合，通过液压油缸的往复直线运动推动齿条与转盘100啮合，从而驱动转盘10转动。采用本方案时，所述第一驱动机构9的安装方向应当与钻臂100保持一致，以避免产生不必要的空间占用，尽可能的缩小整个举升机构的体积，提升结构件之间的紧凑性，钻臂100的偏转示意如图7所示。图7示出的方式是顺时针偏转180
°
和逆时针偏转180
°
达到360
°
无死角偏转的目的，这种方式是为了避免单方向偏转角度过大而导致的线束或者管线缠绕的问题；尤其是采用诸如液压方式实现，其液压油管可缠绕的角度过大会导致管路过长且稳定性不高。若采用诸如蜗杆或者丝杆结构，采用电驱动方式，则不受限制。
49.实施例3：
50.为了保证钻杆3在钻孔过程中，始终按照预设的角度进行进钻，避免钻杆3摆动、晃动导致打孔，破坏廊道内壁等问题，结合说明书附图3-图6所示，所述钻臂100包括与所述举升臂200连接的底座7，滑动设置在底座7上的臂本体6，所述底座7与臂本体6之间通过第二油缸8驱动连接，滑动设置在臂本体6上用于驱动钻杆3转动和进钻的钻孔机构，以及用于稳定钻杆3的夹持机构4。
51.为了能够实现便捷钻孔，所述钻孔机构包括滑动设置在臂本体6上的滑座5，所述滑座5上固定安装有用于驱动钻杆3转动的冲击液压泵1，所述臂本体6内还安装有用于驱动所述冲击液压泵1进钻/退钻的第二驱动机构。第二驱动机构是用于驱动所述冲击液压泵1沿臂本体6的方向往复移动，实现进钻/退钻动作；由于钻杆3安装在冲击液压泵1上，因此，冲击液压泵1的移动速度将与钻杆3进钻/退钻的速度一致。所述第二驱动机构同样可以采用液压油缸的方式实现，但该方式并非最优方式，因此冲击液压泵1的形成在实际使用时应当足够大，那么如果采用液压油缸方式推进或者回退，则液压油缸的自身长度将会较大，加上臂本体6的自身长度，使得整个钻臂外尺寸就明显增大，这一设置将与本技术可收缩，能够同时满足较大和较小的廊道施工的设计初衷。为了更好的进行优化，具体地，所述第二驱动机构包括安装在靠近钻杆3一端的导轮63，安装在臂本体6上位于导轮63相对端的链轮驱动器62，以及驱动连接所述链轮驱动器62和导轮63并固定连接所述滑座5的链条61。采用链轮链条的驱动方式的优点在于可以根据臂本体6的实际尺寸进行安装，从而冲击液压泵1能够将整个臂本体6作为往复移动的轨道，形成足够大；且链轮驱动器62、链条61和导轮63能够安装在臂本体6内部，无需占用更多的外部空间，从而进一步提高了本技术结构的紧凑性。另一方面，链条61传动不会出现诸如皮带传动产生的韧性延展，使得驱动控制更加刚性。详见图3所示。
52.为了在满足钻杆3稳定进钻，避免钻杆3晃动的前提下，进一步的提升钻杆3拆装的便捷性，结合说明书附图4-图6所示，本实施例中所述夹持机构4安装在所述臂本体6靠近钻杆3一端，包括支撑骨架43，沿钻杆3的方向并列安装在所述支撑骨架43上的第一夹持单元41和第二夹持单元42，所述第一夹持单元41通过转盘结构46与所述支撑骨架43转动连接，所述转盘结构46上具有用于容纳设置在所述支撑骨架43上设置的环形凸棱431的环形凹槽，所述环形凸棱431与所述冲击液压泵1的输出轴位于同一轴线；所述支撑骨架43的侧壁还安装有与所述转盘结构46铰接用于驱动所述第一夹持单元41沿所述冲击液压泵1的输出轴所在轴线进行偏转的第一油缸45。
53.再进一步地，为了提升在钻孔过程中，钻臂100的稳定性，所述钻杆3外侧壁还套设有用于限制钻杆3旋转摆动的钻套2，所述钻套2的外部形状与所述第一夹持单元41和第二夹持单元42接触部位相匹配；所述支撑骨架43上沿钻杆3的方向固定设置有用于支撑钻臂100的定位锥44。
54.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。