一种防堵转的自动钻进方法及其装置与流程

1.本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种防堵转的自动钻进方法及其装置。


背景技术：

2.现有的隧道挖掘，主要采用钻爆法、盾构法、铣挖法、手动钻机钻孔法等手段。对于城市中的一些硬岩隧道挖掘，由于不能爆破，通常使用手动钻进钻孔开挖，然而在城市地下隧道开挖中，由于操作空间狭小，手动转动手柄操作不便，同时钻孔时钻进力较大，人工施力劳动强度大，施力不稳定，效率低下。
3.自动钻进的钻机能够很好的解决上述问题，但是现有的自动钻进的钻机，只能自动钻进操作，一旦发生无法预料的情况，需要人力干预钻进的时候，自动钻机操作较为麻烦。同时，现有技术当中钻机在作业的时候很难判断堵转的情况，不能根据转动电机的运行负载情况反馈给进给电机，无法及时的切换自动钻进模式至手动钻进，使得发生堵转时进给电机继续进给从而损坏设备。
4.有鉴于此，亟待设计出一种防堵转的自动钻进方法及其装置，解决钻机在作业时很难判断堵转情况，能够根据转动电机的运行负载情况反馈给进给电机，避免了发生堵转情况下进给电机继续进给从而损坏设备的问题。


技术实现要素：

5.为了解决以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防堵转的自动钻进方法及其装置，解决钻机在作业时很难判断堵转情况，能够根据转动电机的运行负载情况反馈给进给电机，避免了发生堵转情况下进给电机继续进给从而损坏设备的问题。
6.为了实现上述目标，本发明的技术方案为：一种防堵转的自动钻进装置，包括：驱动电机、联动齿箱、钻筒机构、堵转检测传感箱、导向架和进给机构，驱动电机与联动齿箱动力连接，联动齿箱内部设置有驱动齿轮，钻筒机构和堵转检测传感器分置在联动齿箱内的驱动轴两侧，钻筒机构和堵转检测传感箱内分别设置有承动齿轮，承动齿轮与驱动齿轮啮合，驱动电机、联动齿箱、钻筒机构以及堵转检测传感箱组成的整体设置在进给机构一端，进给机构套接在导向架上，堵转检测传感箱与进给机构内设置的进给电机电性连接。
7.进一步的，联动齿箱包括：驱动主轴、驱动轴承、驱动齿轮、传感器安装腔和主轴安装腔，驱动轴承固定安装在联动齿箱的顶部以及底部中心处，驱动主轴与驱动轴承的内圈固定连接，驱动齿轮固定安装在驱动主轴周向面上，传感器安装腔和主轴安装腔分别设置在驱动主轴的两侧。
8.进一步的，钻筒机构包括：主轴、主轴轴承、第一承动齿轮和钻筒，主轴轴承固定安装在主轴安装腔的顶部以及底部，主轴与驱动轴承内圈固定连接，且主轴底部穿过主轴轴承与钻筒固定连接，第一承动齿轮固定安装在主轴周向面上并与驱动齿轮啮合。
9.进一步的，堵转检测传感箱包括：堵转检测传感器和控制箱，堵转检测传感器和控制箱固定安装在传感器安装腔内，堵转检测传感器上设置有触点开关，触点开关与控制箱
电性连接。
10.进一步的，堵转检测传感器包括：检测轴承座、检测轴承、检测主轴、滑环、曲柄连杆和摆锤，检测轴承座固定安装在传感器安装腔内，检测轴承设置在检测轴承座内，检测主轴固定安装在检测轴承的内圈内且检测主轴底部设置有第二承动齿轮，第二承动齿轮与驱动齿轮啮合，滑环套接在检测主轴上，滑环以及检测轴承座之间设置有弹簧，弹簧套接在检测主轴外壁面，曲柄连杆呈三角状转动安装在滑环以及检测主轴末端，摆锤固定安装在曲柄连杆末端。
11.进一步的，触点开关包括：电连触点和接触取电头，电连触点固定安装在滑环底部，接触取电头固定安装在检测轴承座顶面并与电连触点沿竖直方向上相对应。
12.进一步的，触点开关以及控制箱电性连接，控制箱与进给机构内设置的进给电机电性连接。
13.进一步的，一种防堵转的自动钻进方法，包括：由驱动电机的动力输出轴输出动力至联动齿箱的驱动主轴，驱动主轴随着驱动电机的带动与动力输出轴作同步旋转；
14.驱动主轴上固定安装有驱动齿轮，在驱动齿轮的带动下啮合在驱动齿轮上的第一承动齿轮和第二承动齿轮同步旋转；
15.由第一承动齿轮的旋转带动主轴旋转，主轴带动钻筒旋转；由第二承动齿轮的旋转带动检测主轴旋转；
16.由检测主轴的旋转带动曲柄连杆以及摆锤周向旋转，且曲柄连杆以及摆锤的旋转角速度与驱动主轴的角速度成正比；
17.曲柄连杆以及摆锤在旋转过程当中由于摆锤产生离心力，曲柄连杆带动滑环沿着驱动主轴在竖直方向上靠近检测轴承座，电连触点与接触取电头接触取电；
18.钻筒堵转时，主轴以及驱动主轴转速降低，曲柄连杆以及摆锤转速以及其产生的离心力也相应降低，滑环在弹簧的带动下沿着检测主轴远离检测轴承座，电连触点与接触取电头分离断电；
19.电连触点与接触取电头接触取电后，电信号上传至控制箱，控制箱命令进给电机停止工作，避免了发生堵转情况下进给电机继续进给从而损坏设备的问题。
20.有益效果：
21.本发明提供的一种防堵转的自动钻进方法及装置，利用了离心力作用结构设置的堵转检测传感器相比于传统的压力传感器或者是转速传感器需要复杂的检测系统以及精密的安装结构和苛刻的使用环境，投资成本低，结构简单，安装简单并且检测结果稳定可靠。解决钻机在作业时很难判断堵转情况，能够根据转动电机的运行负载情况反馈给进给电机，避免了发生堵转情况下进给电机继续进给从而损坏设备的问题。
附图说明
22.图1为本发明一种防堵转的自动钻进方法及装置结构剖面图；
23.图2为本发明一种防堵转的自动钻进方法及装置堵转检测传感箱结构示意图；
24.附图标记：1
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驱动电机，2
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联动齿箱，3
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钻筒机构，4
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堵转检测传感箱，5
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导向架，6
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进给机构，11
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动力输出轴，21
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驱动主轴，22
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驱动轴承，23
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驱动齿轮，24
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传感器安装腔，25
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主轴安装腔，31
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主轴，32
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主轴轴承，33
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第一承动齿轮，34
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钻筒，41
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堵转检测传感器，
42
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控制箱，43
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触点开关，411
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检测轴承座，412
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检测轴承，413
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检测主轴，414
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滑环，415
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曲柄连杆，416
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摆锤，417
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第二承动齿轮，418
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弹簧，431
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电连触点，432
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接触取电头。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
26.如图所示，本发明公开了一种防堵转的自动钻进装置，包括：驱动电机1、联动齿箱2、钻筒机构3、堵转检测传感箱4、导向架5和进给机构6，驱动电机1与联动齿箱2动力连接，联动齿箱2内部设置有驱动齿轮23，钻筒机构3和堵转检测传感器41分置在联动齿箱2内的驱动轴两侧，钻筒机构3和堵转检测传感箱4内分别设置有承动齿轮，承动齿轮与驱动齿轮23啮合，驱动电机1、联动齿箱2、钻筒机构3以及堵转检测传感箱4组成的整体设置在进给机构6一端，进给机构6套接在导向架5上，堵转检测传感箱4与进给机构6内设置的进给电机电性连接。
27.本实施例中，联动齿箱2包括：驱动主轴21、驱动轴承22、驱动齿轮23、传感器安装腔24和主轴安装腔25，驱动轴承22固定安装在联动齿箱2的顶部以及底部中心处，驱动主轴21与驱动轴承22的内圈固定连接，驱动齿轮23固定安装在驱动主轴21周向面上，传感器安装腔24和主轴安装腔25分别设置在驱动主轴21的两侧。
28.本实施例中，钻筒机构3包括：主轴31、主轴轴承32、第一承动齿轮33和钻筒34，主轴轴承32固定安装在主轴安装腔25的顶部以及底部，主轴31与驱动轴承22内圈固定连接，且主轴31底部穿过主轴轴承32与钻筒34固定连接，第一承动齿轮33固定安装在主轴31周向面上并与驱动齿轮23啮合。
29.本实施例中，堵转检测传感箱4包括：堵转检测传感器41和控制箱42，堵转检测传感器41和控制箱42固定安装在传感器安装腔24内，堵转检测传感器41上设置有触点开关43，触点开关43与控制箱42电性连接。
30.本实施例中，堵转检测传感器41包括：检测轴承座411、检测轴承412、检测主轴413、滑环414、曲柄连杆415和摆锤416，检测轴承座411固定安装在传感器安装腔24内，检测轴承412设置在检测轴承座411内，检测主轴413固定安装在检测轴承412的内圈内且检测主轴413底部设置有第二承动齿轮417，第二承动齿轮417与驱动齿轮23啮合，滑环414套接在检测主轴413上，滑环414以及检测轴承座411之间设置有弹簧418，弹簧418套接在检测主轴413外壁面，曲柄连杆415呈三角状转动安装在滑环414以及检测主轴413末端，摆锤416固定安装在曲柄连杆415末端。
31.本实施例中，触点开关43包括：电连触点431和接触取电头432，电连触点431固定安装在滑环414底部，接触取电头432固定安装在检测轴承座411顶面并与电连触点431沿竖直方向上相对应。
32.本实施例中，触点开关43以及控制箱42电性连接，控制箱42与进给机构6内设置的进给电机电性连接。
33.本实施例中，一种防堵转的自动钻进方法，包括：由驱动电机1的动力输出轴11输
出动力至联动齿箱2的驱动主轴21，驱动主轴21随着驱动电机1的带动与动力输出轴11作同步旋转；
34.驱动主轴21上固定安装有驱动齿轮23，在驱动齿轮23的带动下啮合在驱动齿轮23上的第一承动齿轮33和第二承动齿轮417同步旋转；
35.由第一承动齿轮33的旋转带动主轴31旋转，主轴31带动钻筒34旋转；由第二承动齿轮417的旋转带动检测主轴413旋转；
36.由检测主轴413的旋转带动曲柄连杆415以及摆锤416周向旋转，且曲柄连杆415以及摆锤416的旋转角速度与驱动主轴21的角速度成正比；
37.曲柄连杆415以及摆锤416在旋转过程当中由于摆锤416产生离心力，曲柄连杆415带动滑环414沿着驱动主轴21在竖直方向上靠近检测轴承座411，电连触点431与接触取电头432接触取电；
38.钻筒34堵转时，主轴31以及驱动主轴21转速降低，曲柄连杆415以及摆锤416转速以及其产生的离心力也相应降低，滑环414在弹簧418的带动下沿着检测主轴413远离检测轴承座411，电连触点431与接触取电头432分离断电。
39.实施例1
40.首先整个钻机装置分为钻筒34驱动部和进给驱动部，钻筒34驱动部是由驱动电机1、联动齿箱2、钻筒机构3、堵转检测传感箱4组成，而进给驱动部是由导向架5和进给机构6组成。而进给机构6和钻筒34驱动部分别固定安装在滑套两侧壁面且相对设置，滑套套接在导向架5上，利用进给机构6的动力驱动滑套沿着导向架5在竖直方向上升降运动，从而带动钻筒34驱动部在竖直方向上移动钻进。
41.其中，进给机构6的动力来源于进给电机，利用进给电机的动力带动滑套沿着导向架5升降移动，当进给电机停止工作时，滑套便相对于导向架5呈静止状态，此时自动钻进转变为手动钻进。
42.以上是进给驱动部和钻筒34驱动部的结构布置原理以及进给原理。
43.在钻筒34驱动部内，钻筒34的驱动动力来源于驱动电机1，驱动电机1的动力输出轴11与联动齿箱2内转动安装的驱动主轴21固定连接，驱动电机1运行时，驱动主轴21随着驱动电机1的动力输出轴11做同步转动。而驱动主轴21上固定安装有驱动齿轮23，驱动齿轮23在驱动主轴21的驱动下与驱动主轴21做同步转动。
44.由于联动齿箱2内设置有传感器安装腔24和主轴安装腔25，主轴31转动安装在主轴安装腔25内并且由主轴轴承32保证了主轴31与主轴安装腔25之间的相对固定。由于主轴31表面固定安装有第一承动齿轮33，第一承动齿轮33又与驱动齿轮23啮合，驱动齿轮23的转动带动了第一承动齿轮33做同步转动，第一承动齿轮33在转动的同时带动主轴31做同步转动，至此主轴31、驱动主轴21以及驱动电机1的动力输出轴11均做同步转动。而主轴31与钻筒34之间固定连接，主轴31的转动又带动了钻筒34旋转，以上传动布置结构保证了驱动电机1的动力传动至钻筒34，使得钻筒34与驱动电机1做同步转动。
45.以上是钻筒34的动力传递原理说明。
46.联动齿箱2内设置的传感器安装腔24与主轴安装腔25分置于驱动主轴21两侧，堵转检测传感箱4固定安装在传感器安装腔24内，由于堵转检测传感箱4内设置有堵转检测传感器41和控制箱42，堵转检测传感器41与驱动主轴21传动连接以此检测钻筒34转速。
47.其中，由于堵转检测传感器41内设置有检测轴承座411，检测轴承412内圈固定连接有检测主轴413，检测主轴413底部固定连接有第二承动齿轮417，第二承动齿轮417与驱动主轴21上安装的驱动齿轮23啮合，驱动齿轮23的转动将动力传递至第二承动齿轮417，检测主轴413在第二承动齿轮417的旋转带动下做同步旋转运动。又因为检测主轴413上套接有滑环414，滑环414可沿着检测主轴413在竖直方向上滑动，滑环414与检测轴承座411表面利用弹簧418连接。在检测主轴413高速旋转过程当中，曲柄连杆415以及摆锤416检测主轴413的带动下与检测主轴413同步旋转。由于摆锤416的旋转产生离心力，在离心力的带动下，曲柄连杆415拉动滑环414相对于检测主轴413在竖直方向上产生移动。
48.至此，在钻机正常工况下，由以上工作原理的说明实现自动钻进工作。
49.实施例2
50.当钻进过程当中发生堵转现象后，由于钻筒34堵转，主轴31的转速骤降，而主轴31与驱动主轴21同步转动，驱动主轴21的转速同样骤降。由于驱动主轴21同样与堵转检测传感器41动力连接，堵转检测传感器41内的检测主轴413的转速骤降，从而带动曲柄连杆415以及摆锤416转速降低。由于正常工况下离心力带动曲柄连杆415拉动滑环414靠近检测轴承座411表面，弹簧418此时处于回缩状态。而摆锤416的转速降低后，离心力减小，离心力在竖直方向上的分力减小，摆锤416的重力带动滑环414向着远离检测轴承座411表面方向移动，弹簧418伸长，弹簧418的拉升量和其产生的拉升力与摆锤416重力相平衡。
51.由于检测轴承座411表面固定安装有接触取电头432，滑环414底部固定安装有电连触点431，当滑环414与检测轴承座411表面靠近时，接触取电头432与电连触点431接触取电，构成回路，电信号上传至控制箱42，控制箱42在接收到电信号后，控制箱42保持进给机构6的自动进给状态。
52.钻筒34堵转时，主轴31以及驱动主轴21转速降低，曲柄连杆415以及摆锤416转速以及其产生的离心力也相应降低，滑环414在弹簧418的带动下沿着检测主轴413远离检测轴承座411，电连触点431与接触取电头432分离断电。
53.其中，堵转时，由于钻筒34的转速降低，对应的堵转检测传感器41内的摆锤416转速降低，该降低的转速临界值由摆锤416的重量以及弹簧418的弹性模量调整，从而确定用于暂停进给电机的转速临界值。
54.优选的，曲柄连杆415以及摆锤416的旋转角速度与驱动主轴21的角速度的比值设置为1:1，并且将摆锤416的质量以及弹簧418的弹性模量调整至驱动主轴21的转速降低至800r/min时，堵转检测传感器处于堵转检测状态。
55.本发明提供的一种防堵转的自动钻进方法及装置，利用了离心力作用结构设置的堵转检测传感器41相比于传统的压力传感器或者是转速传感器需要复杂的检测系统以及精密的安装结构和苛刻的使用环境，投资成本低，结构简单，安装简单并且检测结果稳定可靠。解决钻机在作业时很难判断堵转情况，能够根据转动电机的运行负载情况反馈给进给电机，避免了发生堵转情况下进给电机继续进给从而损坏设备的问题。
56.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
57.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。