CN107401375B - 一种可检测钻杆安装情况的定向钻机及钻洞方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可检测钻杆安装情况的定向钻机及钻洞方法，所述定向钻机包括底盘、柴油机、地锚板、钻具以及驱动钻具动作的驱动组，所述柴油机为驱动组供电，所述钻具包括多根可依次连接的钻杆和钻头；所述驱动组包括设置在底盘上的齿轨、与齿轨配合移动用以拖动钻杆钻进和回拖的主机以及设置在主机上的变速箱，所述变速箱上设置钻杆定位轴；所述钻杆定位轴与钻杆可拆卸连接驱动钻杆转动；还包括设置在钻机上的启动单元，所述启动单元包括继电器线圈和设置在钻杆定位轴上的接近开关；所述接近开关在钻杆安装到位时闭合；所述接近开关与继电器线圈串联后与柴油机电连接；所述继电器线圈包括通电闭合的常开触点和通电断开的常闭触点。
Description
技术领域
本发明涉及钻洞机械领域，尤其涉及一种可检测钻杆安装情况的定向钻机及钻洞方法。
背景技术
水平定向钻机应用越来越广泛，然而现用钻机不具有自动检测钻头安装情况的装置，经常发生钻杆安装不到位的情况，从而造成钻孔精度差、钻杆损坏，设备故障，人员危险的情况。
授权公告号CN2683821Y的中国专利公开了一种多功能非开挖水平定向钻机，具体公开了多功能非开挖水平定向钻机，包括钻机底盘、钻机倾角调整机构、往复运动机构、动力头齿轮箱、液压钳、钻杆。钻机底盘为平板式结构，底盘两侧设有多个用于固定底盘和钻机的锚固板，钻机倾角调整机构由两个多级油缸组成，多级油缸的一端固定在底盘的端部，另一端固定在槽型导轨一端外侧，槽型导轨另一端与底盘活动连接，多级油缸的升降控制钻机倾角范围0-23°，往复运动机构为油缸直接驱动拖板机构，油缸直接驱动拖板机构由拖板和油缸或等推力伸缩油缸构成，活塞杆尾端销接在槽型导轨上，油缸筒与带有中心孔的拖板通过法兰联接。主要用于城市交通道路管道、线缆的敷设施工。该钻机能够克服现有钻机只能地面施工，无法进行井下施工难题，解决现有钻机无法满足既能水平钻进又具有强力拉拔成孔能力地问题；但该专利公开的方案无法做到检测钻杆的安装情况。
发明内容
本发明提出一种可检测钻杆安装情况的定向钻机及钻洞方法，该可检测钻杆安装情况的定向钻机及钻洞方法可以有效检测钻杆的安装情况，有效防止钻杆损坏，设备故障，人员危险，有效提高钻孔精度。
本发明的技术方案如下：
一种可检测钻杆安装情况的定向钻机，包括底盘、柴油机、地锚板、钻具以及驱动钻具动作的驱动组，所述柴油机为驱动组供电，所述钻具包括多根可依次连接的钻杆和钻头；所述驱动组包括设置在底盘上的齿轨、与齿轨配合移动用以拖动钻杆钻进和回拖的主机以及设置在主机上的变速箱，所述变速箱上设置钻杆定位轴；所述钻杆定位轴与钻杆可拆卸连接驱动钻杆转动；还包括设置在钻机上的启动单元，所述启动单元包括继电器线圈和设置在钻杆定位轴上的接近开关；所述接近开关在钻杆安装到位时闭合；所述接近开关与继电器线圈串联后与柴油机电连接；所述继电器线圈包括通电闭合的常开触点和通电断开的常闭触点；所述常开触点控制柴油机通断电，所述常闭触点控制一警示灯开闭。
其中，所述钻头为锥台形，其直径较小的一端中部设置碗形凹槽；所述碗形凹槽的开口与锥台形钻头的侧面通过圆弧过渡；所述碗形凹槽内弧面上、圆弧上以及锥台形钻头的侧面上分别开设有多个等边三角形的浅槽；多个与浅槽形状相同的等边三角形凸块一端分别嵌入浅槽内；所述等边三角形凸块靠近三个角的位置分别开设有通孔；所述浅槽底面对应通孔设置有多个第一挖齿安装孔；与钻头配套的子弹头挖齿穿过通孔后装入第一挖齿安装孔内，同时使三角形凸块固定在浅槽内。
其中，多个三角形凸块聚集排列为多个具有弧度的梭形；梭形两尖端朝向所在处钻头弧面的切线方向；多个梭形环绕钻头中心均匀设置。
其中，所述钻头较大直径的一端侧面设置有环形的弧形凸起；所述凸起紧贴钻头侧面且其尖端朝向钻头直径较小端。
其中，所述碗形凹槽底部设置有圆形通口；所述钻杆为空心管状；所述钻头直径较大的一端与钻杆端部可拆卸固定连接；所述圆形通口与钻杆内部连通；所述钻杆内部沿其长度方向设置有蛟龙轴；所述蛟龙轴传输方向与钻头的进给方向相反；一平行钻头轴向的旋转柱一端由圆形通口伸入钻杆内与蛟龙轴端部可拆卸连接，另一端设置可拆卸的弧形顶帽；所述旋转柱位于碗形凹槽内的外圆周面上均匀设置有多个向弧形顶帽一侧倾斜的第二挖齿安装孔；第二挖齿安装孔上同样安装子弹头挖齿。
其中，所述蛟龙轴外圆周上间隔一定距离套设有轴承；多根沿轴承外圆周均匀设置的支杆一端固定在轴承外圈上，另一端固定在钻杆内壁上；所述钻机还包括可使多根钻杆内的蛟龙轴相互连接联动转动的联轴器。
一种非开挖式可检测钻杆安装情况的定向钻洞方法，采用所述的可检测钻杆安装情况的定向钻机，包括以下依序进行的步骤：
步骤一：将钻头安装在第一根钻杆端部，钻杆另一端套入环形体中心，直线电机同步启动，伸缩杆驱动弧形压板压紧钻杆外圆周面；
步骤二：变速箱驱动钻杆转动，同时座体在齿轨上移动从而驱动钻杆进给，内盘同时驱动蛟龙轴与钻杆反向转动；
步骤三：将三角形凸块嵌入浅槽内，并将挖齿分别穿过通孔后装入浅槽内的第一挖齿安装孔内；在第二挖齿安装孔上同样安装挖齿；钻头钻入地面下，挖齿随钻头的旋转力和进给力对土壤进行挖掘，圆弧上的挖齿首先破坏土壤的结构，并将土壤分别向碗形凹槽内和钻头侧面导引，导引至钻头侧面的土壤受钻头圆台形的结构挤压紧实洞壁，导引至碗形凹槽内的土壤在旋转柱上和碗形凹槽上挖齿的引导下一边向圆形通口引导，一边在旋转柱上和碗形凹槽上挖齿的相互反向剪切作用下破碎，然后由蛟龙轴沿钻杆内部传输出地面外；在这一过程中，当钻杆安装到位后，接近开关闭合，继电器线圈得电，常开触点闭合，柴油机控制线接通，可点火启动，常闭触点断开，警示灯熄灭；如钻杆未安装到位，接近开关未闭合，与它串联的继电器线圈未得电，该继电器常开触点未闭合，柴油机控制线断开，柴油机无法点火启动，该继电器常闭触点未断开，警示灯亮；
步骤四：第一根钻杆另一端进给至变速箱处时，停止钻洞，使外盘松开钻杆，内盘松开蛟龙轴；主机退回至齿轨末端；将下一根钻杆连接在第一根钻杆的末端，使用联轴器连接第一根钻杆和下一根钻杆的蛟龙轴后重复步骤一的过程。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明可以有效检测钻杆的安装情况，有效防止钻杆损坏，设备故障，人员危险，有效提高钻孔精度。
2、本发明的钻头能够将土壤分别向碗形凹槽内和钻头侧面导引，导引至钻头侧面的土壤受钻头圆台形的结构挤压紧实洞壁，有效提高洞壁的稳定性，并且能够有效引导破碎碗形凹槽内的土壤后由蛟龙轴沿钻杆内部传输出地面外，能够减少钻洞过程中土壤的过渡堆积挤压，造成阻力过大，浪费能量，损坏钻头的现象。
3、本发明在弧形凸条上设置有第一挖齿安装孔和第二挖齿安装孔，既能够方便的更换磨损的挖齿，而且能够有效利用钻头的旋转力同时对土层进行进给、剪切和破碎，有效利用挖齿的功能部位，挖洞效果好，同时还能有效的导引土壤从圆形通口进入钻杆内传输出去。
4、本发明三角形凸块的排列方式优化了三角形凸块的受力，提高其使用寿命，既能利用自身的结构破开、引导土壤，又可以利用相邻三角形凸块的作用力提高自身的承载力。
5、本发明的挖齿穿过三角形凸块上的通孔安装在钻头内，每个三角形凸块上的挖齿利用三角形凸块的一体结构具有良好的安装稳固性以及精确稳定的相对位置关系，并且还能有效向外延伸挖齿的被抱紧位置，从而可以防止挖齿折断；同时三角形凸块利用挖齿作为铆钉结构紧固在浅槽内，可有效防止三角形凸块脱落；因此，三角形凸块和挖齿之间具有相辅相成，相互促进的关系。
附图说明
图1为本发明钻机的主视图；
图2为本发明钻机的侧视图；
图3为本发明钻机的俯视图；
图4为本发明接近开关和变速箱的示意图；
图5为本发明检测安装钻头情况的示意图；
图6为本发明钻头与钻杆的示意图；
图7为本发明钻头的俯视示意图。
图中附图标记表示为：
1-底盘、3-柴油机、4-地锚板、5-钻具、51-钻杆、511-蛟龙轴、512-轴承、513-支杆、514-联轴器、52-钻头、521-碗形凹槽、522-圆形通口、523-圆弧、524-三角形凸块、526-挖齿、528-凸起、6-驱动组、61-齿轨、621-座体、62-主机、63-变速箱、631-钻杆定位轴、7-接近开关、8-继电器线圈、81-常开触点、82-常闭触点、9-警示灯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
参见图1至5，一种可检测钻杆安装情况的定向钻机，包括底盘1、柴油机3、地锚板4、钻具5以及驱动钻具5动作的驱动组6，所述柴油机3为驱动组6供电，所述钻具5包括多根可依次连接的钻杆51和钻头52；所述驱动组6包括设置在底盘1上的齿轨61、与齿轨61配合移动用以拖动钻杆51钻进和回拖的主机62以及设置在主机62上的变速箱63，所述变速箱63上设置钻杆定位轴631；所述钻杆定位轴631与钻杆51可拆卸连接驱动钻杆51转动；还包括设置在钻机上的启动单元，所述启动单元包括继电器线圈8和设置在钻杆定位轴631上的接近开关7；所述接近开关7在钻杆51安装到位时闭合；所述接近开关7与继电器线圈8串联后与柴油机3电连接；所述继电器线圈8包括通电闭合的常开触点81和通电断开的常闭触点82；所述常开触点81控制柴油机3通断电，所述常闭触点82控制一警示灯9开闭。
其中，参见图6、7，所述钻头52为锥台形，其直径较小的一端中部设置碗形凹槽521；所述碗形凹槽521的开口与锥台形钻头52的侧面通过圆弧523过渡；所述碗形凹槽521内弧面上、圆弧523上以及锥台形钻头52的侧面上分别开设有多个等边三角形的浅槽；多个与浅槽形状相同的等边三角形凸块524一端分别嵌入浅槽内；所述等边三角形凸块524靠近三个角的位置分别开设有通孔；所述浅槽底面对应通孔设置有多个第一挖齿安装孔；与钻头52配套的子弹头挖齿526穿过通孔后装入第一挖齿安装孔内，同时使三角形凸块524固定在浅槽内；挖齿526穿过三角形凸块524上的通孔安装在钻头52内，每个三角形凸块524上的挖齿526利用三角形凸块524的一体结构具有良好的安装稳固性以及精确稳定的相对位置关系，并且还能有效向外延伸挖齿526的被抱紧位置，从而可以防止挖齿526折断；同时三角形凸块524利用挖齿526作为铆钉结构紧固在浅槽内，可有效防止三角形凸块524脱落；因此，三角形凸块524和挖齿526之间具有相辅相成，相互促进的关系。
其中，多个三角形凸块524聚集排列为多个具有弧度的梭形；梭形两尖端朝向所在处钻头52弧面的切线方向；多个梭形环绕钻头52中心均匀设置；三角形凸块524的排列方式优化了三角形凸块524的受力，提高其使用寿命，既能利用自身的结构破开、引导土壤，又可以利用相邻三角形凸块524的作用力提高自身的承载力。
其中，所述钻头52较大直径的一端侧面设置有环形的弧形凸起528；所述凸起528紧贴钻头52侧面且其尖端朝向钻头52直径较小端。
其中，所述碗形凹槽521底部设置有圆形通口522；所述钻杆51为空心管状；所述钻头52直径较大的一端与钻杆51端部可拆卸固定连接；所述圆形通口522与钻杆51内部连通；所述钻杆51内部沿其长度方向设置有蛟龙轴511；所述蛟龙轴511传输方向与钻头52的进给方向相反；一平行钻头52轴向的旋转柱13一端由圆形通口522伸入钻杆51内与蛟龙轴511端部可拆卸连接，另一端设置可拆卸的弧形顶帽131；所述旋转柱13位于碗形凹槽521内的外圆周面上均匀设置有多个向弧形顶帽131一侧倾斜的第二挖齿安装孔132；第二挖齿安装孔132上同样安装子弹头挖齿526。
其中，所述蛟龙轴511外圆周上间隔一定距离套设有轴承512；多根沿轴承512外圆周均匀设置的支杆513一端固定在轴承512外圈上，另一端固定在钻杆51内壁上；所述钻机还包括可使多根钻杆51内的蛟龙轴511相互连接联动转动的联轴器514。
一种非开挖式可检测钻杆安装情况的定向钻洞方法，采用所述的可检测钻杆安装情况的定向钻机，包括以下依序进行的步骤：
步骤一：将钻头52安装在第一根钻杆51端部，钻杆51另一端套入环形体625中心，直线电机626同步启动，伸缩杆627驱动弧形压板628压紧钻杆51外圆周面；
步骤二：变速箱63驱动钻杆51转动，同时座体621在齿轨61上移动从而驱动钻杆51进给，内盘624同时驱动蛟龙轴511与钻杆51反向转动；
步骤三：将三角形凸块524嵌入浅槽内，并将挖齿526分别穿过通孔后装入浅槽内的第一挖齿安装孔内；在第二挖齿安装孔132上同样安装挖齿526；钻头52钻入地面下，挖齿526随钻头52的旋转力和进给力对土壤进行挖掘，圆弧523上的挖齿首先破坏土壤的结构，并将土壤分别向碗形凹槽521内和钻头52侧面导引，导引至钻头52侧面的土壤受钻头52圆台形的结构挤压紧实洞壁，导引至碗形凹槽521内的土壤在旋转柱13上和碗形凹槽521上挖齿的引导下一边向圆形通口522引导，一边在旋转柱13上和碗形凹槽521上挖齿的相互反向剪切作用下破碎，然后由蛟龙轴511沿钻杆51内部传输出地面外；在这一过程中，当钻杆安装到位后，接近开关7闭合，继电器线圈8得电，常开触点81闭合，柴油机3控制线接通，可点火启动，常闭触点82断开，警示灯9熄灭；如钻杆未安装到位，接近开关7未闭合，与它串联的继电器线圈8未得电，该继电器常开触点81未闭合，柴油机3控制线断开，柴油机3无法点火启动，该继电器常闭触点82未断开，警示灯9亮；
步骤四：第一根钻杆51另一端进给至变速箱63处时，停止钻洞，使外盘623松开钻杆51，内盘624松开蛟龙轴511；主机62退回至齿轨61末端；将下一根钻杆51连接在第一根钻杆51的末端，使用联轴器514连接第一根钻杆51和下一根钻杆51的蛟龙轴511后重复步骤一的过程。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种可检测钻杆安装情况的定向钻机，包括底盘(1)、柴油机(3)、地锚板(4)、钻具(5)以及驱动钻具(5)动作的驱动组(6)，所述柴油机(3)为驱动组(6)供电，所述钻具(5)包括多根可依次连接的钻杆(51)和钻头(52)；所述驱动组(6)包括设置在底盘(1)上的齿轨(61)、与齿轨(61)配合移动用以拖动钻杆(51)钻进和回拖的主机(62)以及设置在主机(62)上的变速箱(63)，所述变速箱(63)上设置钻杆定位轴(631)；所述钻杆定位轴(631)与钻杆(51)可拆卸连接驱动钻杆(51)转动；其特征在于：还包括设置在钻机上的启动单元，所述启动单元包括继电器线圈(8)和设置在钻杆定位轴(631)上的接近开关(7)；所述接近开关(7)在钻杆(51)安装到位时闭合；所述接近开关(7)与继电器线圈(8)串联后与柴油机(3)电连接；所述继电器线圈(8)包括通电闭合的常开触点(81)和通电断开的常闭触点(82)；所述常开触点(81)控制柴油机(3)通断电，所述常闭触点(82)控制一警示灯(9)开闭；所述钻头(52)为锥台形，其直径较小的一端中部设置碗形凹槽(521)；所述碗形凹槽(521)的开口与锥台形钻头(52)的侧面通过圆弧(523)过渡；所述碗形凹槽(521)内弧面上、圆弧(523)上以及锥台形钻头(52)的侧面上分别开设有多个等边三角形的浅槽；多个与浅槽形状相同的等边三角形凸块(524)一端分别嵌入浅槽内；所述等边三角形凸块(524)靠近三个角的位置分别开设有通孔；所述浅槽底面对应通孔设置有多个第一挖齿安装孔；与钻头(52)配套的子弹头挖齿(526)穿过通孔后装入第一挖齿安装孔内，同时使等边三角形凸块(524)固定在浅槽内；
所述碗形凹槽(521)底部设置有圆形通口(522)；所述钻杆(51)为空心管状；所述钻头(52)直径较大的一端与钻杆(51)端部可拆卸固定连接；所述圆形通口(522)与钻杆(51)内部连通；所述钻杆(51)内部沿其长度方向设置有蛟龙轴(511)；所述蛟龙轴(511)传输方向与钻头(52)的进给方向相反；一平行钻头(52)轴向的旋转柱(13)一端由圆形通口(522)伸入钻杆(51)内与蛟龙轴(511)端部可拆卸连接，另一端设置可拆卸的弧形顶帽(131)；所述旋转柱(13)位于碗形凹槽(521)内的外圆周面上均匀设置有多个向弧形顶帽(131)一侧倾斜的第二挖齿安装孔(132)；第二挖齿安装孔(132)上同样安装子弹头挖齿(526)。
2.如权利要求1所述的一种可检测钻杆安装情况的定向钻机，其特征在于：多个等边三角形凸块(524)聚集排列为多个具有弧度的梭形；梭形两尖端朝向所在处钻头(52)弧面的切线方向；多个梭形环绕钻头(52)中心均匀设置。
3.如权利要求1所述的一种可检测钻杆安装情况的定向钻机，其特征在于：所述钻头(52)较大直径的一端侧面设置有环形的弧形凸起(528)；所述弧形凸起(528)紧贴钻头(52)侧面且其尖端朝向钻头(52)直径较小端。
4.如权利要求3所述的一种可检测钻杆安装情况的定向钻机，其特征在于：所述蛟龙轴(511)外圆周上间隔一定距离套设有轴承(512)；多根沿轴承(512)外圆周均匀设置的支杆(513)一端固定在轴承(512)外圈上，另一端固定在钻杆(51)内壁上；所述钻机还包括可使多根钻杆(51)内的蛟龙轴(511)相互连接联动转动的联轴器(514)。
5.一种非开挖式可检测钻杆安装情况的定向钻洞方法，采用权利要求4所述的可检测钻杆安装情况的定向钻机，包括以下依序进行的步骤：
步骤一：将钻头(52)安装在第一根钻杆(51)端部，钻杆(51)另一端套入环形体(625)中心，直线电机(626)同步启动，伸缩杆(627)驱动弧形压板(628)压紧钻杆(51)外圆周面；
步骤二：变速箱(63)驱动钻杆(51)转动，同时座体(621)在齿轨(61)上移动从而驱动钻杆(51)进给，内盘(624)同时驱动蛟龙轴(511)与钻杆(51)反向转动；
步骤三：将等边三角形凸块(524)嵌入浅槽内，并将挖齿(526)分别穿过通孔后装入浅槽内的第一挖齿安装孔内；在第二挖齿安装孔(132)上同样安装挖齿(526)；钻头(52)钻入地面下，挖齿(526)随钻头(52)的旋转力和进给力对土壤进行挖掘，圆弧(523)上的挖齿首先破坏土壤的结构，并将土壤分别向碗形凹槽(521)内和钻头(52)侧面导引，导引至钻头(52)侧面的土壤受钻头(52)圆台形的结构挤压紧实洞壁，导引至碗形凹槽(521)内的土壤在旋转柱(13)上和碗形凹槽(521)上挖齿的引导下一边向圆形通口(522)引导，一边在旋转柱(13)上和碗形凹槽(521)上挖齿的相互反向剪切作用下破碎，然后由蛟龙轴(511)沿钻杆(51)内部传输出地面外；在这一过程中，当钻杆安装到位后，接近开关(7)闭合，继电器线圈(8)得电，常开触点(81)闭合，柴油机(3)控制线接通，可点火启动，常闭触点(82)断开，警示灯(9)熄灭；如钻杆未安装到位，接近开关(7)未闭合，与它串联的继电器线圈(8)未得电，继电器常开触点(81)未闭合，柴油机(3)控制线断开，柴油机(3)无法点火启动，继电器常闭触点(82)未断开，警示灯(9)亮；
步骤四：第一根钻杆(51)另一端进给至变速箱(63)处时，停止钻洞，使外盘(623)松开钻杆(51)，内盘(624)松开蛟龙轴(511)；主机(62)退回至齿轨(61)末端；将下一根钻杆(51)连接在第一根钻杆(51)的末端，使用联轴器(514)连接第一根钻杆(51)和下一根钻杆(51)的蛟龙轴(511)后重复步骤一的过程。
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