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专利名称：用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110656879.5

专利申请（专利权）人：廊坊市秋田岩土工程机械有限公司
权利人地址：河北省廊坊市安次区工业园区安秀道8号

专利发明（设计）人：王朝建,徐相利,张沛,于霆,张旭

专利摘要：本发明公开了一种用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，包括：机架；行走机构；俯仰臂，其枢接于机架上并借由第一驱动机构驱动而实施俯仰动作；第一滑座，其滑动连接至俯仰臂上并借由第二驱动机构驱动而滑动；第一回转机构，其装设于第一滑座上；摇臂，其一端连接至第一回转机构，摇臂的转动平面与俯仰臂的转动平面垂直；第二回转机构；作业装置，其包括基础导向架、与基础导向架滑动连接的主体导向架、与主体导向架滑动连接的第二滑座、装设于第二滑座上的钻头机构；基础导向架枢接于第二回转机构上，基础导向架借由第三驱动机构的驱动而摆动；主体导向架借由第四驱动机构驱动而沿基础导向架滑动，第二滑座借由第五驱动机构而沿主体导向架滑动。

主权利要求：
1.一种用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，其特征在于，包括：机架；
行走机构，其装设于机架的底部；
俯仰臂，其枢接于所述机架上并借由第一驱动机构驱动而实施俯仰动作；
第一滑座，其滑动连接至所述俯仰臂上并借由第二驱动机构驱动而沿所述俯仰臂的长度方向滑动；
第一回转机构，其装设于所述第一滑座上；
摇臂，其一端连接至所述第一回转机构，所述摇臂的转动平面与所述俯仰臂的转动平面垂直；
第二回转机构，其装设于所述摇臂的第二端；
作业装置，其包括基础导向架、与所述基础导向架滑动连接的主体导向架、与所述主体导向架滑动连接的第二滑座、装设于第二滑座上的钻头机构；所述基础导向架枢接于所述第二回转机构上，所述基础导向架借由第三驱动机构的驱动而摆动；所述主体导向架借由第四驱动机构驱动而沿所述基础导向架滑动，所述第二滑座借由第五驱动机构而沿所述主体导向架滑动；
所述第二滑座上设置有导向柱；其中：
所述作业装置上形成有导向套，所述导向套套设于所述导向柱上，所述导向柱上还套设有用于对所述导向套施加弹力的弹簧；
所述主体导向架的头部装设有用于夹持管体的夹持机构以用于借由所述钻头机构反转而使得钻头机构与管体分离。
2.根据权利要求1所述的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，其特征在于，所述第一驱动机构包括设置于所述俯仰臂与所述机架之间的油缸。
3.根据权利要求1所述的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，其特征在于，所述第二驱动机构包括装设于所述俯仰臂上的油缸、设置于油缸的活塞杆的端部的链轮、绕过所述链轮而连接至所述第一滑座的链条。
4.根据权利要求1所述的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，其特征在于，所述作业装置还包括基座，所述基座装设于所述第二回转机构上，所述基础导向架枢接于所述基座上；其中：所述第三驱动机构包括设置于所述基座与所述基础导向架之间的油缸。
5.根据权利要求1所述的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，其特征在于，所述第四驱动机构包括两端分别连接至所述基础导向架与所述主体导向架之间的油缸。
6.根据权利要求1所述的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，其特征在于，所述第五驱动机构包括装设于所述主体导向架上的油缸、装设于所述油缸的活塞杆端部的链轮、绕过所述链轮而连接至所述第二滑座上的链条。
7.根据权利要求5所述的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，其特征在于，所述基础导向架的内部具有筒状空间，所述油缸装设于所述筒状空间中。
8.根据权利要求6所述的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，其特征在于，所述主体导向架限定出条状空间，所述油缸装设于所述条状空间中。 说明书 : 用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机技术领域[0001] 本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机。背景技术[0002] 地铁隧道上、下行线间设有联络通道，便于区间隧道内发生意外事故时，乘客能在地下通过联络通道安全到达另一条隧道内。[0003] 现有技术中，需要对待开挖的联络通道的周围土体进行加固，而对土体冷冻是对周围土体加固的一种方法，即冷冻法。具体地，将待开挖地下联络通道的周围的土体中的水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土体压力、隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程的施工。[0004] 现有技术中，利用冷冻管伸入至土体中借由冷却而使土体冷冻，这势必需要钻机预先对土体进行钻孔以便于冷冻管伸入至孔中。[0005] 在钻孔施工要求中，需要使联络通道的外围形成众多的一圈孔，且其中大多数孔的空间姿态不同，这要求钻机不但要沿联络通道的外围弧线移动进行钻孔，且需要不断调整钻头的朝向，然而，现有技术中，钻机的钻头部件多以固定方式安装，并不存在便于位置和角度调节的钻机，进而使得钻孔施工过程困难，效率低下。发明内容[0006] 针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机。[0007] 为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：[0008] 一种用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，包括：[0009] 机架；[0010] 行走机构，其装设于机架的底部；[0011] 俯仰臂，其枢接于所述机架上并借由第一驱动机构驱动而实施俯仰动作；[0012] 第一滑座，其滑动连接至所述俯仰臂上并借由第二驱动机构驱动而沿所述俯仰臂的长度方向滑动；[0013] 第一回转机构，其装设于所述第一滑座上；[0014] 摇臂，其一端连接至所述第一回转机构，所述摇臂的转动平面与所述俯仰臂的转动平面垂直；[0015] 第二回转机构，其装设于所述摇臂的第二端；[0016] 作业装置，其包括基础导向架、与所述基础导向架滑动连接的主体导向架、与所述主体导向架滑动连接的第二滑座、装设于第二滑座上的钻头机构；所述基础导向架枢接于所述第二回转机构上，所述基础导向架借由第三驱动机构的驱动而摆动；所述主体导向架借由第四驱动机构驱动而沿所述基础导向架滑动，所述第二滑座借由第五驱动机构而沿所述主体导向架滑动。[0017] 优选地，所述第二滑座上设置有导向柱；其中：[0018] 所述作业装置上形成有导向套，所述导向套套设于所述导向柱上，所述导向柱上还套设有用于对所述导向套施加弹力的弹簧。[0019] 优选地，所述主体导向架的头部装设有用于夹持管体的夹持机构以用于借由所述钻头机构反转而使得钻头机构与管体分离。[0020] 优选地，所述第一驱动机构包括设置于所述俯仰臂与所述机架之间的油缸。[0021] 优选地，所述第二驱动机构包括装设于所述俯仰臂上的油缸、设置于油缸的活塞杆的端部的链轮、绕过所述链轮而连接至所述第一滑座的链条。[0022] 优选地，所述作业装置还包括基座，所述基座装设于所述第二回转机构上，所述基础导向座枢接于所述基座上；其中：所述第三驱动机构包括设置于所述基座与所述基础导向架之间的油缸。[0023] 优选地，所述第四驱动机构包括两端分别连接至所述基础导向架与所述主体导向架之间的油缸。[0024] 优选地，所述第五驱动机构包括装设于所述主体导向架上的油缸、装设于所述油缸的活塞杆端部的链轮、绕过所述链轮而连接至所述第二滑座上的链条。[0025] 优选地，所述基座导向架的内部具有筒状空间，所述油缸装设于所述筒状空间中。[0026] 优选地，所述主体导向架限定出条状空间，所述油缸装设于所述条状空间中。[0027] 与现有技术相比，本发明公开的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机的有益效果是：[0028] 1、借由俯仰臂、第一滑座、摇臂以及基础导向架等部件的连接方式和配合使得钻头机构能够钻出符合施工要求的各种空间姿态的孔。[0029] 2、基础导向架相对摇臂滑动而能够在钻头机构改变朝向的过程中使得作业装置避免与联络通道的孔壁发生干涉。[0030] 本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。附图说明[0031] 在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。[0032] 图1为本发明的实施例所提供的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机的立体结构示意图。[0033] 图2为本发明的实施例所提供的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机的主视图。[0034] 图3为本发明的实施例所提供的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机中作业装置的一个视角的结构示意图。[0035] 图4为本发明的实施例所提供的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机中作业装置的另一个视角的结构示意图。[0036] 附图标记：[0037] 10?机架；20?行走机构；30?俯仰臂；31?第一滑座；41?第一回转机构；42?第二回转机构；50?摇臂；60?作业装置；61?钻头机构；62?基座；63?基础导向架；64?主体导向架；65?第二滑座；66?导向柱；67?弹簧；71?油缸；721?油缸；722?链轮；723?链条；73?油缸；74?油缸；751?油缸；752?链轮；753?链条；80?夹持机构。具体实施方式[0038] 除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。[0039] 为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。[0040] 本发明公开的实施例公开了一种用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机，该钻机用于对截面近似于圆形的联络通道的外围土体进行钻孔。[0041] 如图1至图4所示，该用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机包括机架10、行走机构20、俯仰臂30、第一滑座31、第二滑座65、摇臂50、第一回转机构41、第二回转机构42、作业装置60、夹持机构80、第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第四驱动机构以及第五驱动机构。[0042] 行走机构20装设于机架10的底部，俯仰臂30枢接于机架10的前部，第一驱动机构用于驱动俯仰臂30进行俯仰动作，具体地，该第一驱动机构为油缸71，该油缸71的一端连接至机架10，另一端连接至俯仰臂30，油缸71的活塞杆的伸出而使得俯仰臂30转动至竖直状态。[0043] 第一滑座31借由滑轨滑动连接至俯仰臂30，这使得当俯仰臂30处于竖直状态时，第一滑座31能够沿俯仰臂30竖直滑动，第二驱动机构用于驱动第一滑座31移动；具体地，该第二驱动机构包括油缸721、链轮722以及链条723，油缸721装设于俯仰臂30上，链轮722装设于油缸721的活塞杆的端部，链条723绕过链轮722而连接至第一滑座31，如此，油缸721的伸缩能够驱动第一滑座31竖直滑动。[0044] 第一回转机构41装设于第一滑座31上，该第一回转机构41借由蜗轮与蜗杆的配合而能够实现回转动作。[0045] 摇臂50的一端连接至第一回转机构41上，在第一回转机构41的驱动下，摇臂50能够进行转动，且在俯仰臂30处于竖直状态时，摇臂50在竖直平面上转动。[0046] 第二回转机构42装设于摇臂50的另一端，该第二回转机构42的结构特点与第一回转机构41的结构特点相同，即，由蜗轮与蜗杆的配合而能够实现回转动作。[0047] 作业装置60包括：基座62、基础导向架63、主体导向架64以及钻头机构61。基座62固定在第二回转机构42上，基础导向架63枢接于基座62上，主体导向架64滑动连接至基础导向架63上并能够沿基础导向架63滑动，第二滑座65滑动连接至主体导向架64上以能够沿主体导向架64滑动，钻头机构61装设于第二滑座65上。[0048] 基础导向架63借由第三驱动机构驱动而摆动，具体地，该第三驱动机构包括连接至基座62与基础导向架63支架的油缸73，该油缸73通过伸缩而使得基础导向架63摆动。[0049] 主体导向架64借由第四驱动机构驱动而沿主体导向架64滑动，具体地，该第四驱动机构包括油缸74，优选地，该基础导向架63内形成有筒状空间，该油缸装74设于筒状空间中以使得两端分别连接主体导向架64与基础导向架63，油缸74的伸缩驱动主体导向架64沿基础导向架63滑动。[0050] 第二滑座65滑动连接至主体导向架64上，以用于沿主体导向架64滑动，第二滑座65借由第五驱动机构驱动而沿主体导向架64滑动。[0051] 钻头机构61安装在第二滑座65上，具体地，在第二滑座65上设置有两个导向柱66，钻头机构61的两侧具有分别套设于两个导向柱66的导向套，在每个导向柱66上套设有弹簧67，该弹簧67用于对钻头机构61施力而能够为钻头机构61提供减震和缓冲。[0052] 第五驱动机构包括固定于主体导向架64上的油缸751、设置在油缸751的活塞杆上的链轮752以及绕过链轮752的链条753，借由油缸751的伸缩而驱动第二滑座65沿主体导向架64滑动以靠近待钻的孔[0053] 夹持机构80装设于主体导向架64的前端，该夹持机构80用于夹持管体(冷冻管)以通过钻头机构61的反正而使得冷冻管与钻头机构61的钻头分离。[0054] 下面介绍一下上述用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机的工作过程：[0055] 在介绍用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机的工作过程前，先介绍一下钻孔施工要求。在施工中：要求在联络通道的外围钻出众多孔，以便于将冷冻管插入孔，该众多孔具有不同的空间姿态，例如，有些孔在联络通道的延伸方向上需要倾斜，有些孔在联络通道的截面上并不通过圆心，有些孔既在延伸方向上倾斜，且又在截面上不通过圆心。[0056] 用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机借由行走机构20运动至联络通道处，首先利用第一驱动机构使得俯仰臂30从水平状态切换至竖直状态，然后，借由第二、三、四驱动机构调整钻头机构61的空间姿态，使得该钻头机构61的空间姿态满足待需钻孔的空间姿态，借由第五驱动机构驱动钻头机构61朝向土体移动以实施钻孔。在完成钻孔后，借由钻头机构61使冷冻管伸入至孔中，然后，利用夹持机构80夹持冷冻管的末端，通过反转钻头机构61而使钻头机构61与冷冻管脱离。[0057] 应该说明：钻头机构61应尽量沿联络通道的截面的外围弧线瞬时针或者逆时针依次钻孔。[0058] 本发明所提供的钻机能够钻出满足施工要求的各种空间姿态的孔的原因在于：[0059] 通过调节摇臂50的角度以及第一滑座31的位置而能够改变钻头机构61在联络通道的截面上的姿态，进而钻出符合施工要求的不通过圆心的孔。[0060] 通过调节基础导向架63的摆动角而能够改变钻头机构61在联络通道的延伸方向上的倾角。[0061] 本发明所提供的用于在已衬砌圆形隧道内实施钻孔施工的钻机。[0062] 1、借由俯仰臂30、第一滑座31、摇臂50以及基础导向架63等部件的连接方式和配合使得钻头机构61能够钻出符合施工要求的各种空间姿态的孔。[0063] 2、基础导向架63相对摇臂50滑动而能够在钻头机构61改变朝向的过程中使得作业装置60避免与联络通道的孔壁发生干涉。[0064] 此外，尽管已经在本发明中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。[0065] 以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。[0066] 以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

专利地区：河北

专利申请日期：2021-06-11

专利公开日期：2024-11-08

专利公告号：CN113187392B