一种隧道钻孔装置及钻孔方法与流程

1.本发明涉及隧道技术领域，尤其涉及一种隧道钻孔装置及钻孔方法。


背景技术：

2.随着我国铁路隧道的不断建设，在线缆架设、拱架支护、病害治理等方面，需要在隧道壁面上打许多安装孔。
3.传统的打孔作业大多需要先安装脚手架、人工确定钻孔点位然后进行打孔作业工序复杂、劳动强度大，多名工人在脚手架上同时作业还存在坠落平台的风险，钻孔过程中混凝土灰尘飞扬、也会影响作业人员身体健康、污染环境。虽现有的钻孔机器人实现了自动钻孔，但钻孔机器人结构复杂繁琐、故障率高、且无法快速定位钻孔使得作业效率低。
4.因此，亟需一种代替人工钻孔且比钻孔机器人结构紧凑、可靠稳定、操作便捷的钻孔装置。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种隧道钻孔装置及钻孔方法，其解决了现有钻孔作业劳动强度大、作业效率低的技术问题。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.本发明提供的一种隧道钻孔装置，包括；钻孔机构，用于对隧道壁面进行钻孔，钻孔机构包括定位组件，定位组件位于靠近隧道壁面的一侧以用于抵接隧道壁面；推进机构，钻孔机构与推进机构连接，推进机构用于带动钻孔机构直线运动以使钻孔机构与隧道壁面持续抵接；驱动机构，推进机构与驱动机构转动连接，驱动机构用于带动推进机构转动以对钻孔机构进行初始定位，同时驱动机构用于带动钻孔机构直线运动以使钻孔机构上的定位组件与隧道壁面垂直定位。
10.优选地，钻孔机构还包括支撑架以及设置在支撑架上的多个钻孔单元；定位组件与支撑架连接，且位于靠近隧道壁面的一侧。
11.优选地，定位组件包括多个竖直定位杆；多个竖直定位杆间隔固定连接在支撑架上。
12.优选地，支撑架包括水平连接梁以及沿水平连接梁长度方向间隔设置的多个安装梁；多个钻孔单元一一对应地设置在多个安装梁上；多个竖直定位杆沿水平连接梁的长度方向间隔设置，且安装梁和竖直定位杆设置在水平连接梁的相反侧。
13.优选地，推进机构包括推进支架、设置于推进支架上的伸缩驱动器以及设置于推进支架上的滑动组件；伸缩驱动器的一端与推进支架铰接，伸缩驱动器的另一端与水平连接梁连接；滑动组件包括导轨以及与导轨滑动连接的滑块；导轨设置在推进支架上，滑块与支撑架固定连接。
14.优选地，钻孔机构还包括多组防尘罩组件；防尘罩组件与钻孔单元一一对应设置，且设置于钻孔单元的钻头处。
15.优选地，驱动机构包括悬臂连杆、伸缩组件以及转动组件，推进机构与悬臂连杆转动连接；伸缩组件的活动端与悬臂连杆连接，以带动悬臂连杆直线运动；转动组件与悬臂连杆连接，以带动悬臂连杆转动。
16.优选地，还包括调节件；调节件用于调节推进机构与驱动机构接触面之间的预紧力。
17.优选地，推进机构通过连接块与悬臂连杆转动连接；调节件为紧定螺钉；紧定螺钉与连接块螺纹连接，紧定螺钉的活动端与悬臂连杆抵接，通过转动紧定螺钉以调节连接块与悬臂连杆之间的预紧力。
18.优选地，转动组件包括相对设置的两个转动单元；转动单元包括转动臂以及与转动臂回转连接的转动座；悬臂连杆的两端分别与两个转动单元转动臂滑动连接。
19.优选地，还包括支撑组件；支撑组件包括支撑杆以及相对设置两个伸缩套筒；支撑杆穿过推进支架且支撑杆的两端分别与伸缩套筒的活动端转动连接；伸缩套筒的固定端与转动单元连接。
20.优选地，伸缩套筒包括固定杆以及设置于固定杆内的活动杆；活动杆沿固定杆的长度方向滑动连接；固定杆的一端部与转动单元连接。
21.优选地，支撑组件还包括锁定单元；活动杆上沿其长度方向设有多个定位槽；锁定单元包括设置于固定杆上的锁定座、设置于锁定座内的弹簧、与锁定座的顶端螺纹连接的螺母以及与弹簧的底端连接的弹扣；弹扣伸入活动杆的定位槽内，螺母的底端与弹簧的顶端抵接以调节弹簧的压缩力。
22.优选地，还包括底盘机构；驱动机构设置于底盘机构上。
23.本发明还提供了一种隧道钻孔方法，采用上述的隧道钻孔装置，包括如下步骤；
24.s1：驱动机构通过推进机构带动钻孔机构转动以对钻孔机构进行初始定位；
25.s2：驱动机构通过推进机构带动钻孔机构直线运动，此时与钻孔机构连接的推进机构相对驱动机构转动以使钻孔机构上的定位组件的两个定位点与隧道壁面完全接触完成垂直定位；
26.s3：钻孔机构对隧道壁面进行钻孔；
27.s4：推进机构带动钻孔机构直线运动以使钻孔机构持续与隧道壁面接触。
28.(三)有益效果
29.本发明的有益效果是：
30.本发明提供的一种隧道钻孔装置，由于设置了钻孔机构、推进机构和驱动机构，实现了隧道壁面的自动化打孔，避免了人工钻孔劳动强度大、坠落平台的风险，且作业效率高、结构简单，同时由于在钻孔机构上设置了定位组件，且驱动机构通过推进机构带动钻孔机构转动以对钻孔机构进行初始定位，驱动机构通过推进机构带动钻孔机构直线运动，此时与钻孔机构连接的推进机构相对驱动机构转动以使钻孔机构上的定位组件的两个定位点与隧道壁面完全接触完成垂直定位使得钻孔机构实现快速定位，进一步提高了钻孔装置的作业效率。
31.本发明提供了一种隧道钻孔方法，驱动机构通过推进机构带动钻孔机构直线运
动，此时与钻孔机构连接的推进机构相对驱动机构转动以使钻孔机构上的定位组件的两个定位点与隧道壁面完全接触完成垂直定位使得钻孔机构实现快速定位，进一步提高了钻孔装置的作业效率。
附图说明
32.图1为实施例一中隧道钻孔装置第一视角的结构示意图；
33.图2为实施例一中隧道钻孔装置第二视角的结构示意图；
34.图3为图1中钻孔机构的结构示意图(未示出防尘罩组件)；
35.图4为图1中推进机构的结构示意图；
36.图5为图1中驱动机构及底盘机构的结构示意图；
37.图6为伸缩套筒及锁定单元的结构示意图；
38.图7为图6的截面示意图。
39.【附图标记说明】
40.1：钻孔机构；11：定位组件；111：竖直定位杆；12：支撑架；121：水平连接梁；122：安装梁；123：连接横梁；124：安装杆；13：钻孔单元；14：防尘罩组件；141：防尘罩本体；142：真空发生器；143：气管；
41.2：推进机构；21：推进支架；22：伸缩驱动器；23：滑动组件；231：导轨；232：滑块；24：连接块；25：连接头；26：铰接座；
42.3：驱动机构；31：悬臂连杆；32：伸缩组件；321：伸缩本体；322：伸缩固定座；323：转动连杆；33：转动组件；331：转动单元；3311：转动臂；3312：转动座；3313：悬臂；3314：连接板；
43.4：调节件；
44.5：支撑组件；51：支撑杆；52：伸缩套筒；521：固定杆；522：活动杆；5221：定位槽；53：锁定单元；531：锁定座；532：弹簧；533：螺母；534：弹扣；
45.6：底盘机构；61：底盘本体；62：绳索固定座；63：万向轮。
具体实施方式
46.为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
47.实施例一
48.如图1-2所示，本实施例提供的一种隧道钻孔装置，包括钻孔机构1、推进机构2、驱动机构3和底盘机构6。其中，钻孔机构1用于对隧道壁面进行钻孔，钻孔机构1包括定位组件11，定位组件11位于靠近隧道壁面的一侧以用于抵接隧道壁面，钻孔机构1与推进机构2连接，推进机构2用于带动钻孔机构1直线运动以使钻孔机构1与隧道壁面持续抵接，推进机构2与驱动机构3转动连接，驱动机构3用于带动推进机构2上的钻孔机构1转动以对钻孔机构1进行初始定位，同时用于带动钻孔机构直线运动以使钻孔机构1上的定位组件11与隧道壁面垂直定位。应当说明的是，隧道壁面非竖直平面，需对钻孔机构1进行竖直定位以进行准
确钻孔。
49.本实施例提供的一种隧道钻孔装置，由于设置了钻孔机构1、推进机构2和驱动机构3，实现了隧道壁面的自动化打孔，避免了人工钻孔劳动强度大、坠落平台的风险，且作业效率高、结构简单，同时由于在钻孔机构1上设置了定位组件11，且驱动机构3通过推进机构2带动钻孔机构1转动以对钻孔机构1进行初始定位，驱动机构3通过推进机构2带动钻孔机构1直线运动，此时与钻孔机构1连接的推进机构2相对驱动机构3转动以使钻孔机构1上的定位组件11的两个定位点与隧道壁面完全接触完成垂直定位使得钻孔机构1实现快速定位，进一步提高了钻孔装置的作业效率。
50.如图3所示，钻孔机构1还包括支撑架12、多个钻孔单元13以及多组防尘罩组件14，其中，多个钻孔单元13设置在支撑架12上，定位组件11与支撑架12连接，且位于靠近隧道壁面的一侧。具体地，定位组件11包括多个竖直定位杆111，多个竖直定位杆111间隔固定连接在支撑架12上。
51.具体地，支撑架12包括水平连接梁121、多个安装梁122以及安装杆124，安装杆124以及多个安装梁122均沿水平连接梁121长度方向间隔设置，为便于安装梁122的安装，安装梁122通过连接横梁123与水平连接梁121连接，安装杆124用于与推进机构2连接，多个钻孔单元13一一对应地设置在多个安装梁122上，多个竖直定位杆111沿水平连接梁121的长度方向间隔设置，安装梁122和竖直定位杆111设置在水平连接梁121的相反侧，且竖直定位杆111的中部与水平连接梁121连接。
52.如图1所示，防尘罩组件14与钻孔单元13一一对应设置，且设置于钻孔单元13的钻头处。防尘罩组件14包括防尘罩本体141、真空发生器142和气管143，防尘罩本体141套设于钻孔单元13的钻头上，防尘罩本体141上的连接管上连接真空发生器142，真空发生器142的抽气端与气管143连接，当使用时，真空发生器142工作，抽出防尘罩本体141内的由于钻孔单元13钻孔产生的灰尘。
53.如图4所示，推进机构2包括推进支架21、伸缩驱动器22以及两组滑动组件23，推进支架21上设有铰接座26，伸缩驱动器22的一端与铰接座26铰接，伸缩驱动器22的另一端通过连接头25与水平连接梁121可拆卸连接，两组滑动组件23分别连接在推进支架21的两侧，滑动组件23包括导轨231以及与导轨231滑动连接的滑块232，两组滑动组件23中的导轨231设置在推进支架21的两侧，滑块232与支撑架12上的安装杆124固定连接，当伸缩驱动器22伸出时，伸缩驱动器22的移动端带动水平连接梁121移动，滑块232上的安装杆124相对导轨231滑动，在本实施例中，通过设置滑动组件23能够保证整体结构较大的钻孔机构1的平稳运行。
54.如图5所示，驱动机构3包括悬臂连杆31、伸缩组件32以及转动组件33，推进机构2通过连接块24与悬臂连杆31转动连接，推进机构2的底端与连接块24固定连接。其中，伸缩组件32的活动端与悬臂连杆31连接以带动悬臂连杆31直线运动，转动组件33与悬臂连杆31连接以带动悬臂连杆31转动，进而驱动机构3可以通过推进机构2带动其上的钻孔机构1转动以及直线运动，实现钻孔机构1的初始定位以及垂直定位。
55.具体地，转动组件33包括相对设置的两个转动单元331，每个转动单元331均包括转动臂3311以及与转动臂3311回转连接的转动座3312，悬臂连杆31的两端分别与两个转动单元331中的转动臂3311滑动连接，其中，两个转动单元331中的一个转动座3312内设有回
转驱动器以驱动转动臂3311绕转动座3312转动，且通过悬臂连杆31带动另一侧的转动臂3311转动。
56.其中，伸缩组件32包括伸缩本体321及相对设置的两个伸缩固定座322，伸缩固定座322设置在底盘机构6上，在两个伸缩固定座322上转动连接有转动连杆323，伸缩本体321的固定端固定于转动连杆323上，伸缩本体321的移动端与悬臂连杆31连接进而推动悬臂连杆31上的推进机构2直线运动以使推进机构2上钻孔机构1的竖直定位杆111与隧道壁面抵接。
57.在实际应用的过程中，当竖直定位杆111两端中的一端与隧道壁面抵接后，伸缩本体321进一步向前推进，推进机构2上的连接块24绕悬臂连杆31转动，以使竖直定位杆111的另一端也与隧道壁面抵接，此时竖直定位杆111与隧道壁面垂直定位，在本实施例中，仅通过竖直定位杆111与驱动机构3中伸缩组件32的配合就能够实现钻孔机构1的自动定位，操作简便且提高了作业效率。
58.驱动机构3的工作过程为：当对钻孔机构1进行初始定位时，回转驱动器驱动转动臂3311转动进而带动悬臂连杆31上的推进机构2转动以对其上的钻孔机构1进行角度调节。为使驱动机构3作业更灵活，回转单元中还包括悬臂3313，悬臂3313设置于转动臂3311的一侧且悬臂3313沿转动臂3311的长度方向滑动，悬臂连杆31的两端分别与转动臂3311内的悬臂3313连接，伸缩本体321的移动端带动悬臂连杆31移动以使悬臂3313沿转动臂3311伸缩，进而实现了驱动机构3中转动和直线移动的联动性。
59.在实际应用的过程中，隧道钻孔装置还包括调节件4，调节件4用于调节推进机构2与驱动机构3接触面之间的预紧力。调节件4为紧定螺钉，紧定螺钉与连接块24螺纹连接，紧定螺钉的活动端与悬臂连杆31抵接，通过转动紧定螺钉以调节连接块24与悬臂连杆31之间的预紧力。应当说明的是，连接块24与悬臂连杆31之间的预紧力大小应大于推进机构2及钻孔机构1的重力以防止在无外力情况下，推进机构2带动钻孔机构1绕悬臂连杆31滑动。
60.如图1所示，为提高钻孔机构1钻孔作业时的稳定性、防止钻孔的偏移，隧道钻孔装置还包括支撑组件5。其中，支撑组件5包括支撑杆51、相对设置两个伸缩套筒52以及锁定单元53，支撑杆51穿过推进支架21且支撑杆51的两端分别与伸缩套筒52的活动端转动连接，伸缩套筒52的固定端与转动单元331连接。
61.如图6-图7所示，伸缩套筒52包括固定杆521以及设置于固定杆521内的活动杆522，活动杆522沿固定杆521的长度方向滑动连接，固定杆521的一端与转动单元331中转动座3312上的连接板3314连接。
62.具体地，活动杆522上沿其长度方向设有多个定位槽5221，锁定单元53包括锁定座531、弹簧532、螺母533以及弹扣534，锁定座531设置于固定杆521外壁的一端，弹簧532设置于锁定座531内，弹簧532的顶端与螺母533连接，弹簧532的底端与弹扣534连接，螺母533与锁定座531的顶端螺纹连接。其中，弹扣534伸入活动杆522的定位槽5221内，以对活动杆522进行限位，螺母533的底端与弹簧532的顶端抵接以调节弹簧532的压缩力进而调节弹簧532对弹扣534的压力。当伸缩组件32带动推进机构2向前移动时，推进机构2通过支撑杆51带动活动杆522向前移动，进而支撑组件5能够随推进机构2自动调节，且通过设置锁定单元53，防止活动杆522退回，保证了钻孔单元13钻孔作业的稳定性。
63.如图5所示，底盘机构6包括底盘本体61、绳索固定座62和万向轮63，万向轮63设置
于底盘本体61的下方四角处以便于隧道钻孔装置的移动及搬运，绳索固定座62设置于顶端的四角处以便于隧道钻孔装置的吊装。其中，驱动机构3中的转动座3312以及伸缩固定座322均设置于底盘机构6的底盘本体61上。
64.实施例二
65.本实施例提供了一种隧道钻孔方法，采用实施例一中的隧道钻孔装置，包括如下步骤；
66.s1：驱动机构3中的转动组件33通过推进机构2带动钻孔机构1转动以对钻孔机构1进行初始定位；
67.s2：驱动机构3中的伸缩组件32通过推进机构2带动钻孔机构1直线运动，此时与钻孔机构1连接的推进机构2上的连接块24相对驱动机构3转动以使钻孔机构1上定位组件11中竖直定位杆111的两个定位点与隧道壁面完全接触完成垂直定位进而钻孔机构1上钻孔单元13中的钻头与隧道壁面垂直；
68.s3：钻孔机构1对隧道壁面进行钻孔；
69.s4：推进机构2带动钻孔机构1直线运动以使钻孔机构1持续与隧道壁面接触。
70.本实施例提供的一种隧道钻孔方法，驱动机构3通过推进机构2带动钻孔机构1直线运动，此时与钻孔机构1连接的推进机构2相对驱动机构3转动以使钻孔机构1上的定位组件11的两个定位点与隧道壁面完全接触完成垂直定位使得钻孔机构1实现快速定位，进一步提高了钻孔装置的作业效率。
71.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
72.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
73.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
74.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
75.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。