一种集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备的制作方法

本发明属于管道施工，具体涉及一种集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备。

背景技术：

1、开挖施工和非开挖施工是市政管线施工较为常见的两种施工手段。其中，开挖施工需要利用开挖设备对管道铺设的沟渠进行开挖，并在管道安装、维护或更换后进行填充，相对来说工期较长、对周边环境破坏大。非开挖施工则是指利用各种岩土钻探设备，直接更换和修复各种地下管道，不会阻碍交通，破坏绿地和植被。因非开挖施工技术具备环境影响小、占地面积小、施工周期短、对交通影响小等诸多优势，目前已被大范围推广使用。

2、为此，市面上出现了大量的非开挖地下管道钻探设备。比如：公告号为cn112943281a的中国发明专利公开了一种水平导向式顶拉钻机成套设备，该设备包括钻机和铺管组件，钻机在井下钻出水平通道后，将铺管组件连接在钻杆远端，钻机通过钻杆将铺管组件从水平通道原路拖回，即可实现扩孔和铺管。在该文献的记载中，钻机实现钻杆旋转和轴向进给的机构复杂，涉及机台、滑轨、滑台、第一驱动组件、法兰盘、第二驱动组件等诸多组成部分。

3、如以上专利文献所记载的钻机，现目前的非开挖地下管道钻探设备均存在结构复杂、庞大，不便于现场组装和使用的问题，从而影响施工效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，旨在降低设备臃肿度，提升现场使用的便捷性。

2、为实现上述目的，本发明技术方案如下：

3、一种集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其关键在于，包括：

4、底座，所述底座上滑动装配有基体，所述基体上安装有进给驱动机构，用于驱动基体在底座上往复滑动；

5、空心轴，其转动安装在所述基体内部，所述空心轴的内孔壁上设有沿其长度方向延伸的凸条，所述空心轴内滑动穿设有钻杆，该钻杆上设有沿其长度方向延伸的条形槽，条形槽与所述凸条相适应，用于限制钻杆相对于空心轴转动；

6、所述基体上装配有限位机构和旋转驱动机构，限位机构用于限制钻杆相对于空心轴轴向滑动，旋转驱动机构用于驱动空心轴转动；以及

7、旋切式钻头，其可拆卸地装配在钻杆前端，所述旋切式钻头周向阵列设置有圆形锯片，圆形锯片的切割方向与旋切式钻头进给方向平行，且圆形锯片至少部分突出于旋切式钻头外表面，所述旋切式钻头一端被构造成锥形结构，另一端设有液压马达，液压马达用于驱动各个所述圆形锯片转动。

8、优选的，所述旋转驱动机构包括的电机和水平传动轴，所述电机的输出轴沿竖直方向布置在水平传动轴上方，输出轴与水平传动轴之间经锥齿轮组动力衔接，水平传动轴平行布置在所述空心轴上方，两者之间经圆柱齿轮组动力衔接。

9、优选的，所述锥齿轮组和圆柱齿轮组均为减速传动。

10、优选的，所述钻杆表面设有若干组沿其周向环绕的环形槽，各个所述环形槽沿钻杆的长度方向均匀分布，所述限位机构包括两组正对布置的箍紧部件，所述箍紧部件内侧均设有弧形定位块，两个正对设置的弧形定位块能够围成环形卡圈，环形卡圈能够卡入或者退出所述环形槽；

11、所述进给驱动机构为液压油缸，其包括固定在基体上的缸体、以及一端伸缩安装在缸体内的活塞杆，活塞杆的另一端设有支撑盘。

12、优选的，所述限位机构还包括两组弹性组件和两组驱动器，弹性组件设置在两组所述箍紧部件之间，用于使两组箍紧部件箍紧合拢；两组所述驱动器与两组所述箍紧部件一一对应，均用于驱动箍紧部件克服弹性组件的阻力向外移动。

13、优选的，两组所述箍紧部件内部设有位于同一轴向的装配通道，所述弹性组件包括导杆和两组弹簧，所述导杆两端分别滑动安装在两组箍紧部件的装配通道内，所述导杆两端端部均设有支撑结构，所述装配通道底部设有支撑台，所述弹簧安装在支撑台与所述支撑结构之间。

14、优选的，所述底座呈矩形框构造，其由四根矩形钢围成，所述基体包括滑移板以及通过螺栓可拆卸安装在滑移板上的框体，所述滑移板两端均设有外侧敞口的滑槽，所述滑槽滑动套装在所述底座两侧的矩形钢上，所述框体两侧设有向下延伸的遮挡部，遮挡部位于滑槽的外侧敞口处，用以限制滑槽从矩形钢上脱出。

15、优选的，所述钻杆一端设有螺纹接头，另一端设有与螺纹接头相匹配的螺纹内孔。

16、优选的，所述旋切式钻头内转动安装有四根呈正方形四点布置的锯片轴，四根所述锯片轴的中心线均位于旋切式钻头圆形截面的割线方向上，各个所述圆形锯片一一对应地固套在四根所述锯片轴上；

17、所述旋切式钻头内转动安装有一根沿其中心线方向布置的中心传动轴、以及四根沿其径向方向布置的径向传动轴，四根所述径向传动轴外端一一对应地与四根所述锯片轴动力衔接，内端均与中心传动轴动力衔接；

18、所述液压马达通过联轴器与中心传动轴同轴动力连接。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1、采用本发明提供的紧凑型顶拉钻设备，在非开挖钻孔施工时，旋转驱动机构驱动空心轴转动，钻杆能够随空心轴同步转动，从而实现顶拉钻设备对土质的旋转切削运动。顶拉钻设备下放安装至地下管网的检修井内后，进给驱动机构和轴向限位机构交替动作，即可实现钻杆的连续进给运动。

21、2、采用本发明提供的紧凑型顶拉钻设备，钻杆采用滑动花键方式连接在空心轴内，并在基体侧部对应钻杆穿出的位置设置限位机构来对钻杆进行轴向定位，如此设计，相较于传统拉钻设备，简化了顶拉钻设备的结构紧凑度，装置更容易下放安装至检修井内，具备结构简单、传动效率高、紧凑型好、以及现场施工效率高等诸多优点。

22、3、若在钻杆前端连接旋切式钻头，在进行扩孔施工时，顶拉钻设备牵引钻头沿轴向移动，液压马达驱动各个锯片旋转，即可对孔壁的土层进行切割分解，保证钻头能够更加顺利地进给，从而起到提升施工效率的目的。除此之外，采用旋切式钻头，顶拉钻机仅需执行轴向进给即可，无需控制钻头旋转，有助于简化顶拉钻机的结构复杂度。

23、4、设备结构设计合理，兼具紧凑度高、现场安装与拆卸方便、无需扩孔即可执行非开挖维修或新建施工等诸多优势，市场应用前景广阔。

技术特征：

1.一种集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备(a)，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：所述旋切式钻头(8)内转动安装有四根呈正方形四点布置的锯片轴(8c)，四根所述锯片轴(8c)的中心线均位于旋切式钻头(8)圆形截面的割线方向上，各个所述圆形锯片(8a)一一对应地固套在四根所述锯片轴(8c)上；

3.根据权利要求2所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：所述旋切式钻头(8)内部固定嵌装有支架(8h)，支架(8h)为八面体空心构件，其具有沿其周向环绕的八个安装平面(8i)，四根所述锯片轴(8c)各通过一个支承座(d)转动安装在四个所述安装平面(8i)上，四根所述径向传动轴(8e)一一对应地向外穿出另外四个所述安装平面(8i)上。

4.根据权利要求1所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：所述旋转驱动机构(7)包括的电机(7a)和水平传动轴(7c)，所述电机(7a)的输出轴(7a1)沿竖直方向布置在水平传动轴(7c)上方，输出轴(7a1)与水平传动轴(7c)之间经锥齿轮组(7b)动力衔接，水平传动轴(7c)平行布置在所述空心轴(4)上方，两者之间经圆柱齿轮组(7d)动力衔接。

5.根据权利要求4所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：所述锥齿轮组(7b)和圆柱齿轮组(7d)均为减速传动。

6.根据权利要求1所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：所述钻杆(5)表面设有若干组沿其周向环绕的环形槽(5b)，各个所述环形槽(5b)沿钻杆(5)的长度方向均匀分布，所述限位机构(6)包括两组正对布置的箍紧部件(6a)，所述箍紧部件(6a)内侧均设有弧形定位块(6a1)，两个正对设置的弧形定位块(6a1)能够围成环形卡圈(a)，环形卡圈(a)能够卡入或者退出所述环形槽(5b)；

7.根据权利要求6所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：所述限位机构(6)还包括两组弹性组件(6b)和两组驱动器(6c)，弹性组件(6b)设置在两组所述箍紧部件(6a)之间，用于使两组箍紧部件(6a)箍紧合拢；两组所述驱动器(6c)与两组所述箍紧部件(6a)一一对应，均用于驱动箍紧部件(6a)克服弹性组件(6b)的阻力向外移动。

8.根据权利要求7所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：两组所述箍紧部件(6a)内部设有位于同一轴向的装配通道(6a2)，所述弹性组件(6b)包括导杆(6b1)和两组弹簧(6b2)，所述导杆(6b1)两端分别滑动安装在两组箍紧部件(6a)的装配通道(6a2)内，所述导杆(6b1)两端端部均设有支撑结构(6b11)，所述装配通道(6a2)底部设有支撑台(6a21)，所述弹簧(6b2)安装在支撑台(6a21)与所述支撑结构(6b11)之间。

9.根据权利要求1所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：所述底座(1)呈矩形框构造，其由四根矩形钢(1a)围成，所述基体(2)包括滑移板(2a)以及通过螺栓可拆卸安装在滑移板(2a)上的框体(2b)，所述滑移板(2a)两端均设有外侧敞口的滑槽(2a1)，所述滑槽(2a1)滑动套装在所述底座(1)两侧的矩形钢(1a)上，所述框体(2b)两侧设有向下延伸的遮挡部(2b1)，遮挡部(2b1)位于滑槽(2a1)的外侧敞口处，用以限制滑槽(2a1)从矩形钢(1a)上脱出。

10.根据权利要求1所述的集旋转-切割-盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，其特征在于：所述钻杆(5)一端设有螺纹接头(5c)，另一端设有与螺纹接头(5c)相匹配的螺纹内孔(5d)。

技术总结
本发明公开了一种集旋转‑切割‑盾构一体化的紧凑型顶拉钻设备，包括底座，底座上滑动装配有基体，基体上安装有进给驱动机构，用于驱动基体在底座上往复滑动；空心轴转动安装在所述基体内部，空心轴的内孔壁上设有沿其长度方向延伸的凸条，空心轴内滑动穿设有钻杆，该钻杆上设有沿其长度方向延伸的条形槽，条形槽与所述凸条相适应，用于限制钻杆相对于空心轴转动；所述基体上装配有限位机构和旋转驱动机构，限位机构用于限制钻杆相对于空心轴轴向滑动，旋转驱动机构用于驱动空心轴转动。本发明的有益效果是：简化了顶拉钻设备的结构紧凑度，装置更容易下放安装至检修井内，具备结构简单、传动效率高、紧凑型好、以及现场施工效率高等优点。

技术研发人员：梁金扬,阳洋,罗洋,文仁武,雷梦馨,杨全
受保护的技术使用者：中能聚科（重庆）非开挖技术工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16