CN114059926A - 一种浮动式三轴钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浮动式三轴钻孔装置，包括浮动平台、三轴移动组件和钻孔机构；浮动平台包括下支撑板、上安装板、转动组件和多个弹性件，上安装板通过转动组件可摆动的安装于下支撑板的上方，弹性件安装于下支撑板和上安装板之间，用于悬浮支撑上安装板；三轴移动组件包括工作梁、支座、安装架、X向驱动单元、Y向驱动单元和Z向驱动单元，工作梁可滑动的安装于上安装板的上端，支座可滑动的安装于工作梁的上端，安装架竖直滑设于支座上；钻孔机构安装于安装架，钻孔机构的钻孔端沿Z轴朝上设置，其确保钻孔时，钻孔端始终保持与隧道顶面垂直，且确保了隧道钻孔的便捷性。

Description

一种浮动式三轴钻孔装置

技术领域

本发明涉及隧道施工钻孔技术领域，具体涉及一种浮动式三轴钻孔装置。

背景技术

吊柱、锚臂需通过化学锚栓固定在隧道顶部；电缆支架、下锚装置等需通过化学铺栓固定在隧道两侧混凝土墙面上，为此，需在隧道混凝土墙面上制作化学锚栓安装孔。

目前隧道打孔一般包括如下步骤，首先测量并标记孔位；用高空作业平台就位支撑；然后作业平台顶升，把工作人员和机具带到隧道顶面打孔位置处；然后人工打孔完成后平台下降、移动至下一工位，人工打孔过程中，涉及到人工电锤制模板安装工艺孔，安装和拆卸钻孔模板，在拆卸模板时，需要工作人员肩抗电锤，由于是高空作业，致使人工劳动强度高、危险性大；虽然制孔的位置精度满足安装要求，但尺寸、形状精度较差，胶体用量易超标，因而需要研制一种自动化程度较高的隧道钻孔设备。

为了实现自动化钻孔，需要将钻孔机构运送至待打孔位置，以前都是人工搬运实现，因此需要提供一种能便捷搬运钻孔机构并能自适应隧道顶面弧度钻孔设备。

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种浮动式三轴钻孔装置，以解决了现有技术中隧道钻孔费时费力，人工劳动强度高、危险性大的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种浮动式三轴钻孔装置，包括浮动平台、三轴移动组件和钻孔机构；

所述浮动平台包括下支撑板、上安装板、转动组件和多个弹性件，所述上安装板通过所述转动组件可摆动的安装于所述下支撑板的上方，所述弹性件安装于所述下支撑板和所述上安装板之间，用于悬浮支撑所述上安装板；

所述三轴移动组件包括工作梁、支座、安装架、X向驱动单元、Y向驱动单元和Z向驱动单元，所述工作梁可滑动的安装于所述上安装板的上端，所述支座可滑动的安装于所述工作梁的上端，所述安装架竖直滑设于所述支座上，所述X向驱动单元用于带动所述工作梁沿X轴运动，所述Y向驱动单元用于带动所述支座沿Y轴运动，所述Z向驱动单元用于带动安装架沿Z轴运动；

所述钻孔机构安装于所述安装架，所述钻孔机构的钻孔端沿Z轴朝上设置。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本申请提供的浮动式三轴钻孔装置，通过浮动平台将三轴移动组件和钻孔机构浮动支撑在上安装板的上方，确保钻孔机构钻孔时，钻孔端始终保持与隧道顶面垂直，其中三轴移动组件保证钻孔机构在钻孔过程中具有一定的三轴方向的行程，确保了隧道钻孔的便捷性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述上安装板的上端安装有两个沿X向设置的横梁，所述横梁上铺设有第一滑轨，所述工作梁的下端安装有与第一滑轨滑动配合的第一滑块，所述X向驱动单元用于驱动所述第一滑块在所述第一滑轨上滑动。

进一步的，所述X向驱动单元包括第一齿条、第一齿轮和第一驱动机构，所述第一齿条沿X向安装于所述上安装板的上端，所述第一驱动机构安装于所述工作梁上，所述第一齿轮驱动安装于所述第一驱动机构并与所述第一齿条啮合传动。

进一步的，所述X向驱动单元还包括第一拖链，所述第一拖链的上端连接于所述工作梁，其下端连接于所述上安装板。

进一步的，所述工作梁的上端铺设有两个沿Y向设置的第二滑轨，所述支座的下端安装有与所述第二滑轨滑动配合的第二滑块，所述Y向驱动单元用于驱动所述第二滑块在所述第二滑轨上滑动。

进一步的，所述Y向驱动单元包括第二齿条、第二齿轮、第二驱动机构和第二拖链，所述第二齿条沿Y向安装于所述工作梁上，所述第二驱动机构安装于所述支座上，所述第二齿轮驱动安装于所述第二驱动机构并与所述第二齿条啮合传动，所述第二拖链的上端与所述支座连接，所述第二拖链的下端与所述工作梁连接，所述第二拖链和所述第一拖链分别设置于工作梁的两端。

进一步的，所述支座包括座体和竖直安装所述座体上的竖板，所述竖板的一侧铺设有两个沿Z向设置的第三滑轨，所述安装架的一侧安装有与所述第三滑轨滑动配合的第三滑块，所述钻孔机构安装于所述安装架的另一侧，所述Z向驱动单元用于驱动所述第三滑块沿所述第三滑轨滑动。

进一步的，所述支座还包括竖直连接于所述竖板远离所述第三滑块的一侧的隔板，所述隔板上沿Z向开设有条形滑孔，两个所述第三滑轨分被位于所述隔板的两侧，所述安装架活动穿设于所述条形滑孔，所述Z向驱动单元包括第三齿条、第三齿轮和第三驱动机构，所述第三齿条沿Z向安装于所述竖板上，所述第三驱动机构安装于所述安装架上，所述第三齿轮驱动安装于所述第三驱动机构并与所述第三齿条啮合传动，所述第三驱动机构和所述钻孔机构分别位于所述隔板的两侧。

进一步的，所述转动组件包括两个第一连板和两个第二连板，两个所述第一连板竖直固定连接于所述下支撑板的上端中部的两端，两个所述第二连板竖直固定连接于所述上安装板的下端中部的两端，所述第一连板和所述第二连板平行设置，每一所述第二连板位于对应的所述第一连板的外侧，两个所述第一连板之间连接有转轴，两个所述第二连板铰接于所述转轴的两端；多个所述弹性件均匀分布于所述下支撑板和所述上安装板之间，所述弹性件的底端连接于所述下支撑板，顶端连接于所述上安装板。

进一步的，所述弹性件为弹性伸缩杆，所述弹性伸缩杆的底端铰接于所述下支撑板的上端，所述弹性伸缩杆的顶端穿过所述上安装板铰接于所述横梁，所述弹性伸缩杆的底端和顶端的转动轴线与所述转轴的轴线平行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的浮动式三轴钻孔装置的立体结构示意图；

图2为图1中部分区域的局部放大示意图；

图3为图1中上部区域另一视角的结构示意图；

图4为图2的另一视角的结构示意图；

图5为图3中下部区域的结构示意图；

图6为图3另一视角的结构示意图；

图7为图1中浮动平台的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

本申请实施例提供了一种浮动式三轴钻孔装置，包括浮动平台1、三轴移动组件2和钻孔机构3。

其中，所述浮动平台1包括下支撑板11、上安装板12、转动组件13和多个弹性件，所述上安装板12通过所述转动组件13可摆动的安装于所述下支撑板11的上方，所述弹性件安装于所述下支撑板11和所述上安装板12之间，用于悬浮支撑所述上安装板12。

在本实施例中，下支撑板11作为整个装置的支撑基座，上安装板12浮动安装于下支撑板11的上面，当上安装板12收到压力时，会出现一定的偏转，以保证上安装板12所受压力和弹性件悬浮支撑的弹力保持平衡，进而实现上安装板12的自适应调节。

所述三轴移动组件2包括工作梁21、支座22、安装架23、X向驱动单元24、Y向驱动单元25和Z向驱动单元26。

可以理解的是，本申请机器实施例所提及的XYZ为满足笛卡尔直角坐标系的三个相互垂直的运动方向，其中，XY所在平面与上安装板12所在平面平行。

所述工作梁21可滑动的安装于所述上安装板12的上端，所述X向驱动单元用于带动所述工作梁21沿X轴运动，具体的，所述上安装板12的上端安装有两个沿X向设置的横梁121，所述横梁121上铺设有第一滑轨122，所述工作梁21的下端安装有与第一滑轨122滑动配合的第一滑块211，所述X向驱动单元24包括第一齿条241、第一齿轮242和第一驱动机构243，所述第一齿条241沿X向安装于所述上安装板12的上端，所述第一驱动机构243安装于所述工作梁21上，所述第一齿轮242驱动安装于所述第一驱动机构243并与所述第一齿条241啮合传动。

为了保证工作梁21沿X向运动的稳定性，所述X向驱动单元还包括第一拖链244，所述第一拖链244的上端连接于所述工作梁21，其下端连接于所述上安装板12。

当第一驱动机构243驱动第一齿轮242转动时，第一齿轮242沿第一齿条241滚动，进而带动第一滑块211在所述第一滑轨122上沿X向滑动。

所述支座22可滑动的安装于所述工作梁21的上端，所述Y向驱动单元25用于带动所述支座22沿Y轴运动。

具体的，所述工作梁21的上端铺设有两个沿Y向设置的第二滑轨212，所述支座22的下端安装有与所述第二滑轨212滑动配合的第二滑块221，所述Y向驱动单元25包括第二齿条251、第二齿轮252、第二驱动机构253和第二拖链254，所述第二齿条251沿Y向安装于所述工作梁21上，所述第二驱动机构253安装于所述支座22上，所述第二齿轮252驱动安装于所述第二驱动机构253并与所述第二齿条251啮合传动，所述第二拖链254的上端与所述支座22连接，所述第二拖链254的下端与所述工作梁21连接，所述第二拖链254和所述第一拖链244分别设置于工作梁21的两端。

当第二驱动机构253驱动第二齿轮252转动时，第二齿轮252沿第二齿条251滚动，进而带动第二滑块221在所述第二滑轨212上沿Y向滑动，其中，第二拖链254的设置保证了支座22滑动的稳定性，所述第二拖链254和所述第一拖链244分别设置于工作梁21的两端可以有效错开两个拖链运动的空间，使结构分布更为合理。

所述安装架23竖直滑设于所述支座22上，所述Z向驱动单元26用于带动安装架23沿Z轴运动。

具体的，所述支座22包括座体221、竖板222和隔板223，其中竖板222竖直安装所述座体221上，所述竖板222的一侧铺设有两个沿Z向设置的第三滑轨224，所述安装架23的一侧安装有与所述第三滑轨224滑动配合的第三滑块231，所述钻孔机构3安装于所述安装架23的另一侧。

所述Z向驱动单元26包括第三齿条261、第三齿轮262和第三驱动机构263，所述第三齿条261沿Z向安装于所述竖板222上，所述第三驱动机构263安装于所述安装架23上，所述第三齿轮262驱动安装于所述第三驱动机构263并与所述第三齿条261啮合传动。

当第三驱动机构263驱动第三齿轮262转动时，第三齿轮262沿第三齿条261啮合滚动，进而带动第三滑块231在第三滑轨224沿Z向滑动。

所述隔板223竖直连接于所述竖板222远离所述第三滑块231的一侧；所述隔板223上沿Z向开设有条形滑孔，两个所述第三滑轨224分被位于所述隔板223的两侧，所述安装架23活动穿设于所述条形滑孔，所述钻孔机构3安装于所述安装架23，且所述第三驱动机构263和所述钻孔机构3分别位于所述隔板223的两侧，所述钻孔机构3的钻孔端沿Z轴朝上设置。

第三驱动机构263和所述钻孔机构3的分布方式有效节省了安装空间，减小了垂直高度，增加了钻孔端运动稳定性。

优选的，在本事实例中，第一驱动机构243、第二驱动机构253和第三驱动机构263均为驱动电机配合对应的减速机组成的驱动模组。

在本申请优选的实施例中，所述转动组件13包括两个第一连板131和两个第二连板132，两个所述第一连板131竖直固定连接于所述下支撑板11的上端中部的两端，两个所述第二连板132竖直固定连接于所述上安装板12的下端中部的两端，所述第一连板131和所述第二连板132平行设置，每一所述第二连板132位于对应的所述第一连板131的外侧，两个所述第一连板131之间连接有转轴133，两个所述第二连板132铰接于所述转轴133的两端。

当上安装板2收到钻孔传来的压力时，上安装板2不会随意乱晃，而是沿着转轴133的轴向发生摆动。

多个所述弹性件均匀分布于所述下支撑板11和所述上安装板12之间，所述弹性件的底端连接于所述下支撑板11，顶端连接于所述上安装板12，具体的，所述弹性件为弹性伸缩杆14，所述弹性伸缩杆14的底端铰接于所述下支撑板11的上端，所述弹性伸缩杆14的顶端穿过所述上安装板12铰接于所述横梁121，所述弹性伸缩杆14的底端和顶端的转动轴线与所述转轴133的轴线平行。

本申请提供的浮动式三轴钻孔装置，在用于隧道顶部打孔时，通过三轴移动组件2将钻孔机构3运送至指定打孔位置，三轴移动组件2具有更大更开阔的运动行程，保证钻孔机构3能准确运送至目标打孔位置，开始打孔，打孔过程中，隧道顶面会对钻孔机构3有个反作用力，该作用力作用至上安装板12，上安装板12会在转动组件13的约束下发生偏转，偏转后的上安装板12必然一侧高于另一侧，其高度较高的一侧会受到对应侧的弹性伸缩杆14更大的支撑力，其高度较低的一侧会受到对应侧的弹性伸缩杆14更大的拉力，进而使上安装板12有向回复原位的方向偏转，直到上安装板12承受的压力与弹性伸缩杆14施加的弹力之间形成平衡，此时就能使上安装板12稳定在一个确定偏转角度上，进而实现了上安装板12的自适应调整，保证了打孔的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，包括浮动平台、三轴移动组件和钻孔机构；

所述浮动平台包括下支撑板、上安装板、转动组件和多个弹性件，所述上安装板通过所述转动组件可摆动的安装于所述下支撑板的上方，所述弹性件安装于所述下支撑板和所述上安装板之间，用于悬浮支撑所述上安装板；

所述三轴移动组件包括工作梁、支座、安装架、X向驱动单元、Y向驱动单元和Z向驱动单元，所述工作梁可滑动的安装于所述上安装板的上端，所述支座可滑动的安装于所述工作梁的上端，所述安装架竖直滑设于所述支座上，所述X向驱动单元用于带动所述工作梁沿X轴运动，所述Y向驱动单元用于带动所述支座沿Y轴运动，所述Z向驱动单元用于带动安装架沿Z轴运动；

所述钻孔机构安装于所述安装架，所述钻孔机构的钻孔端沿Z轴朝上设置。

2.根据权利要求1所述的浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述上安装板的上端安装有两个沿X向设置的横梁，所述横梁上铺设有第一滑轨，所述工作梁的下端安装有与第一滑轨滑动配合的第一滑块，所述X向驱动单元用于驱动所述第一滑块在所述第一滑轨上滑动。

3.根据权利要求2所述浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述X向驱动单元包括第一齿条、第一齿轮和第一驱动机构，所述第一齿条沿X向安装于所述上安装板的上端，所述第一驱动机构安装于所述工作梁上，所述第一齿轮驱动安装于所述第一驱动机构并与所述第一齿条啮合传动。

4.根据权利要求3所述的浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述X向驱动单元还包括第一拖链，所述第一拖链的上端连接于所述工作梁，其下端连接于所述上安装板。

5.根据权利要求2所述的浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述工作梁的上端铺设有两个沿Y向设置的第二滑轨，所述支座的下端安装有与所述第二滑轨滑动配合的第二滑块，所述Y向驱动单元用于驱动所述第二滑块在所述第二滑轨上滑动。

6.根据权利要求5所述的浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述Y向驱动单元包括第二齿条、第二齿轮、第二驱动机构和第二拖链，所述第二齿条沿Y向安装于所述工作梁上，所述第二驱动机构安装于所述支座上，所述第二齿轮驱动安装于所述第二驱动机构并与所述第二齿条啮合传动，所述第二拖链的上端与所述支座连接，所述第二拖链的下端与所述工作梁连接，所述第二拖链和所述第一拖链分别设置于工作梁的两端。

7.根据权利要求2所述的浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述支座包括座体和竖直安装所述座体上的竖板，所述竖板的一侧铺设有两个沿Z向设置的第三滑轨，所述安装架的一侧安装有与所述第三滑轨滑动配合的第三滑块，所述钻孔机构安装于所述安装架的另一侧，所述Z向驱动单元用于驱动所述第三滑块沿所述第三滑轨滑动。

8.根据权利要求7所述的浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述支座还包括竖直连接于所述竖板远离所述第三滑块的一侧的隔板，所述隔板上沿Z向开设有条形滑孔，两个所述第三滑轨分被位于所述隔板的两侧，所述安装架活动穿设于所述条形滑孔，所述Z向驱动单元包括第三齿条、第三齿轮和第三驱动机构，所述第三齿条沿Z向安装于所述竖板上，所述第三驱动机构安装于所述安装架上，所述第三齿轮驱动安装于所述第三驱动机构并与所述第三齿条啮合传动，所述第三驱动机构和所述钻孔机构分别位于所述隔板的两侧。

9.根据权利要求2所述的浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述转动组件包括两个第一连板和两个第二连板，两个所述第一连板竖直固定连接于所述下支撑板的上端中部的两端，两个所述第二连板竖直固定连接于所述上安装板的下端中部的两端，所述第一连板和所述第二连板平行设置，每一所述第二连板位于对应的所述第一连板的外侧，两个所述第一连板之间连接有转轴，两个所述第二连板铰接于所述转轴的两端；多个所述弹性件均匀分布于所述下支撑板和所述上安装板之间，所述弹性件的底端连接于所述下支撑板，顶端连接于所述上安装板。

10.根据权利要求9所述的浮动式三轴钻孔装置，其特征在于，所述弹性件为弹性伸缩杆，所述弹性伸缩杆的底端铰接于所述下支撑板的上端，所述弹性伸缩杆的顶端穿过所述上安装板铰接于所述横梁，所述弹性伸缩杆的底端和顶端的转动轴线与所述转轴的轴线平行。

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