一种模块化的旋挖机钻头的制作方法

1.本发明涉及旋挖作业领域，特别涉及一种模块化的旋挖机钻头。


背景技术：

2.旋挖机又称旋挖钻机，打桩机，是一种综合性的钻机，它可以用多种底层，具有成孔速度快，污染少，机动性强等特点。目前，旋挖机可以配合冲锤钻碎坚硬地层后进行挖孔作业，如果配合扩大头钻具，可在孔底进行扩孔作业。
3.在现有技术中，旋挖机一般采用单个大钻头，钻头的钻探面的接触面积大，导致钻头的转矩大，不仅对动力装置的要求高，对钻头的质量、体积和结构均有较高要求，这导致旋挖机的钻头模块笨重，旋挖机作业过程不灵活。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种模块化的旋挖机钻头，以解决上述现有技术存在的问题。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种模块化的旋挖机钻头，包括由上至下依次设置的驱动单元、传动单元和工作单元，所述工作单元用于在驱动单元的驱动下进行旋挖工作，其特征在于：所述驱动单元包括间隔设置的第一驱动装置和第二驱动装置，所述传动单元包括传动主体和设置在传动主体上的公转模块，所述传动主体用于将第二驱动装置的驱动力传递至工作单元使工作单元自转，所述公转模块位于传动主体上靠近工作单元的一端，所述公转模块在第一驱动装置的驱动下相对于传动主体转动，所述工作单元包括至少一个第一钻头，所述传动主体远离驱动单元的一端设置有与所述第一钻头一一对应的传动轴；所述传动主体包括主动轴、齿轮组和至少一个分动轴，所述主动轴通过所述齿轮组与每一个所述分动轴齿轮传动连接，所述分动轴的数量与所述第一钻头数量一一对应，所述主动轴与所述第一驱动装置传动连接，所述第一驱动装置为所述主动轴提供轴向转动力，所述主动轴通过所述齿轮组向所述分动轴传输轴向转动力，所述分动轴的底端连接有所述第一钻头，所述主动轴与所述分动轴传动比为0.1-0.95；所述公转模块包括由上至下依次传动连接的连接环和安装转盘，所述连接环、安装转盘和主动轴同轴度为φ0.05mm-φ0.08mm，所述连接环的内壁为齿环面，所述第二驱动装置与所述连接环通过齿轮面传动连接，所述第二驱动装置通过齿环面为所述连接环提供驱动力使所述连接环和安装转盘均轴向转动，所述分动轴安装在所述安装转盘上，所述安装转盘转动时，所述分动轴进行公转，即所述分动轴在齿轮组的驱动下围绕所述主动轴的轴线转动，所述齿轮组包括主动齿轮、第一行星齿轮模块和第二行星齿轮模块，所述主动齿轮套设在所述主动轴上，所述安装转盘上设置有容置槽，所述第一行星齿轮模块设置在所述安装转盘的容置槽内，所述第一行星齿轮模块至少包括两个带有转轴的第一齿轮，所述第二行星齿轮模块包括与分动轴一一对应的第二齿轮，且所述分动轴的底端延伸至安装转
盘的外侧与所述第一钻头固定连接，所述第一行星齿轮模块用于将主动轴传递至主动齿轮的驱动力传递给第二行星齿轮模块，第二行星齿轮模块的第二齿轮转动带动分动轴转动；所述驱动单元还包括安装架，所述安装架包括由上至下依次固定连接的第一等高套筒和第二等高套筒，所述第一驱动装置和第二驱动装置固定安装在所述第一等高套筒上，所述第二等高套筒内轴向均匀安装有多个负压管，每一个所述负压管的一端与所述第二等高套筒的外表面贴合，负压管的另一端通过管接头固定安装在所述第一等高套筒的内底部；所述传动单元还包括固定模块和转动环，所述固定模块与所述第二等高套筒固定连接，所述固定模块包括同心设置的外固定环和内固定环，所述外固定环的内径大于所述内固定环的外径，所述转动环与所述固定模块转动连接，所述转动环的外壁与所述外固定环的内壁间隙配合，所述转动环的内壁与所述内固定环的外壁间隙配合，所述转动环的内壁顶端设置有环状凸起，所述内固定环的外壁上设置有与所述转动环的内壁顶端设置有环状凸起对应的凹槽，所述外固定环与转动环贴合面上和所述转动环与内固定环的贴合面上均设置有多个密封组件，所述转动环的底端外侧设置有延边，所述延边用于使所述转动环和连接环固定连接。
6.通过采用上述技术方案，旋挖机钻头兼具公转和自转的功能，公转组件和自转组件的驱动装置独立区分设置，在达到同等钻探效果的基础上能够降低转矩。
7.在进一步的实施例中，所述安装转盘的外壁轴向均匀设置有多个排料槽，所述排料槽的径向为弧形。
8.在进一步的实施例中，所述第一驱动装置和第二驱动装置均为用于提供轴向转动力的动力装置。
9.在进一步的实施例中，所述第一驱动装置为电动马达、液压马达、气动马达或燃油马达中的一种，所述第二驱动装置为电动马达、液压马达、气动马达或燃油马达中的一种。
10.在进一步的实施例中，所述传动单元上设置有用于为主动轴降温的液冷回路。
11.在进一步的实施例中，所述主动轴的底端延伸至所述安装转盘的外底部，所述主动轴位于安装转盘的外底部的一端设置有第一钻头，所述安装转盘上穿过主动轴的位置设置有多个密封组件。
12.在进一步的实施例中，安装在所述主动轴上的第一钻头与安装转盘之间的距离大于安装在所述分动轴上的第一钻头与安装转盘之间的距离。
13.在进一步的实施例中，所述工作单元还包括第二钻头，所述第二钻头与所述第一钻头尺寸不一致，所述主动轴的底端连接有所述第二钻头，所述分动轴的底端连接有第一钻头。所述第二钻头的直径大于所述第一钻头的直径。
14.在进一步的实施例中，所述主动轴与所述分动轴的转向相同。
15.在进一步的实施例中，所述主动轴与所述分动轴的转向相反。
16.在进一步的实施例中，所述主动轴与所述安装转盘的转向相同。
17.在进一步的实施例中，所述主动轴与所述安装转盘的转向相反。
18.在进一步的实施例中，所述安装转盘的底部固定安装有多个导料条，所述多个导料条旋转分布，所述旋挖机钻头工作时，所述工作单元同时进行自转和公转，在一个公转周期内，所述工作单元的工作面积垂直投影为一个实心圆。
19.综上所述，本发明具有以下有益效果：1.本发明的一种模块化的旋挖机钻头通过设置两个驱动装置，第二驱动装置通过主动轴、齿轮组和至少一个分动轴，实现分动轴连接的第一钻头自转，第一驱动装置通过转动环和固定模块是连接环、安装转盘相对于驱动单元转动，安装转盘转动时带动分动轴进行公转，旋挖机钻头同时具备自转和公转功能，自转的第一钻头的接触面积小，对应转矩小，在达到同等钻探效果的基础上实现旋挖机钻头转矩的降低；2.本发明的一种模块化的旋挖机钻头在工作时，钻头模块同时进行自转和公转，在一个公转周期内，钻头模块的向下垂直投影为一个实心圆，即全面积投影，能够实现向下方向的全面削铣；3.本发明的一种模块化的旋挖机钻头能够配置多个钻头，使钻头模块的结构简化，从而使旋挖机钻头整体体积减小，实现轻量化设计，使钻探工作更加灵活。
附图说明
20.图1是本发明的一种模块化的旋挖机钻头的整体结构示意图；图2是本发明的一种模块化的旋挖机钻头的立体结构图；图3是本发明的一种模块化的旋挖机钻头的半剖图；图4是本发明的一种模块化的旋挖机钻头的整体结构图；图5是本发明的一种模块化的旋挖机钻头的系统框图。
21.图中，100、驱动单元；104、第一等高套筒;105、第二等高套筒;106、第一驱动装置；107、第二驱动装置；200、传动单元；203、连接环;207、主动轴；208、分动轴；209、齿轮组；210、安装转盘；231、固定模块；232、转动环;241、外固定环;242、内固定环；281、主动齿轮;282、第一行星齿轮模块；283、第二行星齿轮模块；300、工作单元；400、排料槽；500、导料条。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
23.其中相同的零部件用相同的附图标记表示。
24.在实施例中的方向设定如下：旋挖机钻头钻探的方向朝下，即驱动模块相对于钻头模块的方向为上方，钻头模块相对于驱动模块的方向为下方。
25.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
26.在一个实施例中，请参照图1和图2，本实施例提供一种模块化的旋挖机钻头，所述旋挖机钻头包括由上至下同轴传动连接的驱动单元100、传动单元200和工作单元300，所述驱动单元100通过传动单元200向工作单元300提供驱动力。请参照图2和图3，在本实施例中，所述驱动单元100包括间隔设置的第一驱动装置106和第二驱动装置107，所述传动单元200包括传动主体和设置在传动主体上的公转模块，所述传动主体用于将第二驱动装置107的驱动力传递至工作单元300使工作单元自转，所述公转模块位于传动主体上靠近工作单元300的一端，所述公转模块在第一驱动装置106的驱动下相对于传动主体转动，所述工作
单元300包括至少一个第一钻头，所述传动主体远离驱动单元的一端设置有与所述第一钻头一一对应的传动轴；所述传动主体包括主动轴207、齿轮组209和至少一个分动轴208，所述主动轴207通过所述齿轮组209与每一个所述分动轴208齿轮传动连接，所述分动轴208的数量与所述第一钻头数量一一对应，所述主动轴207与所述第一驱动装置106传动连接，所述第一驱动装置106为所述主动轴207提供轴向转动力，所述主动轴207通过所述齿轮组209向所述分动轴208传输轴向转动力，所述分动轴208的底端连接有所述第一钻头，所述主动轴207与所述分动轴208传动比为0.1-0.95；所述公转模块包括由上至下依次传动连接的连接环203和安装转盘210，所述连接环203、安装转盘210和主动轴207同轴度为φ0.05mm-φ0.08mm，所述连接环203的内壁为齿环面，所述第二驱动装置107与所述连接环203通过齿轮面传动连接，所述第二驱动装置107通过齿环面为所述连接环203提供驱动力使所述连接环203和安装转盘210均轴向转动，所述分动轴208安装在所述安装转盘210上，所述安装转盘210转动时，所述分动轴208进行公转，即所述分动轴208在齿轮组209的驱动下围绕所述主动轴207的轴线转动，所述齿轮组209包括主动齿轮281、第一行星齿轮模块282和第二行星齿轮模块283，所述主动齿轮281套设在所述主动轴207上，所述安装转盘210上设置有容置槽，所述第一行星齿轮模块282设置在所述安装转盘210的容置槽内，所述第一行星齿轮模块282至少包括两个带有转轴的第一齿轮，所述第二行星齿轮模块283包括与分动轴208一一对应的第二齿轮，且所述分动轴208的底端延伸至安装转盘210的外侧与所述第一钻头固定连接，所述第一行星齿轮模块282用于将主动轴207传递至主动齿轮281的驱动力传递给第二行星齿轮模块283，第二行星齿轮模块283的第二齿轮转动带动分动轴208转动；所述驱动单元100还包括安装架，所述安装架包括由上至下依次固定连接的第一等高套筒104和第二等高套筒105，所述第一驱动装置106和第二驱动装置107固定安装在所述第一等高套筒104上，所述第二等高套筒105内轴向均匀安装有多个负压管，每一个所述负压管的一端与所述第二等高套筒105的外表面贴合，负压管的另一端通过管接头固定安装在所述第一等高套筒104的内底部；所述传动单元200还包括固定模块231和转动环232，所述固定模块231与所述第二等高套筒105固定连接，所述固定模块231包括同心设置的外固定环241和内固定环242，所述外固定环241的内径大于所述内固定环242的外径，所述转动环232与所述固定模块转动连接，所述转动环232的外壁与所述外固定环241的内壁间隙配合，所述转动环232的内壁与所述内固定环242的外壁间隙配合，所述转动环232的内壁顶端设置有环状凸起，所述内固定环242的外壁上设置有与所述转动环232的内壁顶端设置有环状凸起对应的凹槽，所述外固定环241与转动环232贴合面上和所述转动环232与内固定环242的贴合面上均设置有多个密封组件，所述转动环232的底端外侧设置有延边，所述延边用于使所述转动环232和连接环203固定连接。
27.在本实施例中公开的结构为实现公转和自转功能的驱动及传动结构，即最核心的结构组件，而旋挖机钻头的其他结构件（如外壳件、安装架等结构）在本实施例中进行了省略，因此，不能够狭义地理解为钻头仅靠本实施例中公开的部件结构即可作为完整的旋挖机钻头使用，而本实施例中公开的部分足以本领域技术人员理解旋挖机钻头如何同时实现
公转和自转的功能，本领域技术人员可以结合现有技术补充完善旋挖机钻头的其他组成结构。
28.在一个实施例中，请参照图1和图5，本实施例提供了一种模块化的旋挖机钻头，包括由上至下依次设置的驱动单元100、传动单元200和工作单元300，所述工作单元300用于在驱动单元100的驱动下进行旋挖工作，所述驱动单元100包括间隔设置的第一驱动装置106和第二驱动装置107，所述传动单元200包括传动主体和设置在传动主体上的公转模块，所述传动主体用于将第二驱动装置107的驱动力传递至工作单元300使工作单元300自转，所述公转模块位于传动主体上靠近工作单元300的一端，所述公转模块在第一驱动装置106的驱动下相对于传动主体转动，所述工作单元300包括至少一个第一钻头，所述传动主体远离驱动单元的一端设置有与所述第一钻头一一对应的传动轴。在某一个具体的实施例中，所述工作单元300包括第一钻头，所述第一钻头为削铣刀具，所述削铣刀具为锥形刀具，其外侧锥面安装有多个刀头。在某一个具体的实施例中，请参照图2，所述驱动单元100包括第一驱动装置106和第二驱动装置107，所述第一驱动装置106和第二驱动装置107对称分布，对称分布有助于避免钻头整体结构重心偏移。
29.在本实施例中，所述第一驱动装置106和第二驱动装置107均为用于提供轴向转动力的动力装置。所述第一驱动装置106为电动马达、液压马达、气动马达或燃油马达中的一种，所述第二驱动装置107为电动马达、液压马达、气动马达或燃油马达中的一种，第一驱动装置106和第二驱动装置107不限定为相同种类或相同型号的驱动装置，设计者应根据实际的钻探需求灵活选取和调整。
30.在某一个具体的实施例中，请参照图2，所述第一驱动装置106为驱动电机（电动马达的一种），所述第二驱动装置107为液压马达，这样设置的原因在于：第一驱动装置106用于为主动轴207和分动轴208提供自转的驱动力，第二驱动装置107用于为安装转盘210提供驱动力，分动轴208的自转速度大于安装转盘210的转动速度，即自转转速大于公转转速，因此驱动电机可以实现分动轴208的高速旋转，而公转部分可视为安装转盘210整体转动，其转动时的转矩大，因此设置液压马达作为公转的驱动装置才能满足其转矩要求。
31.在某一个具体的实施例中，请参照图3和图4，所述主动轴207的底端延伸至所述安装转盘210的外底部，所述主动轴207位于安装转盘210的外底部的一端设置有第一钻头，所述安装转盘210上穿过主动轴207的位置设置有多个密封组件。
32.在某一个具体的实施例中，所述传动单元200上设置有为主动轴207降温的液冷回路。由于传动单元200的第一传动组件和传动主体在工作过程中均在转动，且传动主体的外壁与岩石泥土实际接触，因此传动单元200在工作过程中会积攒大量热量，设置液冷回路是为了给传动单元200降温，此外液冷回路兼具润滑的作用，从而保护传动单元200，延长其使用寿命。需要说明的是，液冷回路的具体方案为成熟的现有技术，相关技术人员可以自行设计具体结构，本实施例中的创造性贡献在于为传动单元200设置液冷回路进行降温保护。
33.在某一个具体的实施例中，请参照图1，所述第六圆板205的外壁轴向均匀设置有多个排料槽400，所述排料槽400的径向为弧形。在旋挖机钻头钻探时，工作单元300向下削铣，削铣切碎的岩石土块经由排料槽400向上排出，由于所述安装转盘210在进行转动，故将所述排料槽400设计成径向为弧形（即螺旋结构槽），能够有助于增加排料速度。
34.在某一个具体的实施例中，请参照图1和图2，所述安装转盘210的底部固定安装有
多个导料条500，所述多个导料条500旋转分布，每个所述导料条500为圆弧形。设置圆弧形导料条500的目的是将工作单元300削铣切碎的岩石土块碎块推动堆积，从而便于旋挖机后续的排料和吸尘工作。
35.本实施例中提供了旋挖机钻头的细化结构，为了清楚的解释说明方案，本实施例除了旋挖机钻头实现公转和自转功能的结构零件外，还详细说明了其他零件（包括外壳件、连接件等）的具体结构。应该能够理解的是，本实施例的旋挖机钻头是具备公转和自转功能的钻头方案之一，本领域技术人员在阅读完本实施例后对单个或多个零件做出替换及做出相同功能的不同结构的替换使用时，依然属于没有创造性贡献的修改。
36.在一个实施例中，请参照图4，本实施例提供了一种模块化的旋挖机钻头，所述旋挖机钻头包括包括由上至下依次设置的驱动单元100、传动单元200和工作单元300，所述工作单元300用于在驱动单元100的驱动下进行旋挖工作，所述驱动单元100包括间隔设置的第一驱动装置106和第二驱动装置107，所述传动单元200包括传动主体和设置在传动主体上的公转模块，所述传动主体用于将第二驱动装置107的驱动力传递至工作单元300使工作单元300自转，所述公转模块位于传动主体上靠近工作单元300的一端，所述公转模块在第一驱动装置106的驱动下相对于传动主体转动，所述工作单元300包括至少一个第一钻头，所述传动主体远离驱动单元的一端设置有与所述第一钻头一一对应的传动轴。在本实施例中，请参照图1和图2，工作单元300包括第一钻头和第二钻头，所述第一钻头和第二钻头均为锥形削铣刀具，且锥面上安装有刀片，第二钻头与第一钻头的区别在于尺寸不一致，所述尺寸包括锥形削铣刀具的锥顶高度、锥底面圆直径（即钻头直径）或刀片在锥面上排列方式中的一项或多项的组合。
37.在本实施例中，所述分动轴208的底端连接有所述第二钻头，所述主动轴207的底端可连接所述第一钻头或第二钻头，所述主动轴207的底端也可以不连接所述第一钻头、第二钻头或其他零件，即第二钻头为工作单元300中非必须零件，工作单元300包括的钻头部件可全部设置为第一钻头，工作单元300的具体设置方案根据旋挖机钻头工作的实际工况决定。
38.在某一个具体的实施例中，所述主动轴207的底端连接有所述第二钻头，所述分动轴208的底端连接有第一钻头，所述第二钻头的直径大于所述第一钻头的直径。
39.在进一步的实施例中，所述主动轴207位于所述安装转盘210外部的长度与所述分动轴208位于所述安装转盘210外部的长度不限定为相同，下面分别按照主动轴207位于安装转盘210外部的长度大于从动轴208位于安装转盘210外部的长度、主动轴207位于安装转盘210外部的长度小于分动轴208位于安装转盘210外部的长度、主动轴207位于安装转盘210外部的长度等于分动轴208位于安装转盘210外部的长度三种情况说明：主动轴207位于安装转盘210外部的长度大于分动轴208位于安装转盘210外部的长度时，主动轴207上连接的第一钻头或第二钻头首先接触钻探物体进行削铣切碎，而分动轴208上连接的第一钻头对主动轴207上连接的第一钻头削铣过的物体进行二次削铣切碎，提高粉碎效果，由于分动轴208上连接的第一钻头同时在公转，采用这种两段式削铣有助于缓解分动轴208上连接的第一钻头的削铣压力，有助于保护传动单元200；主动轴207位于安装转盘210外部的长度小于分动轴208位于安装转盘210外部的长度时，分动轴208上连接的第一钻头首先接触钻探物体进行削铣切碎，此时主动轴207有
连接第一钻头、连接第二钻头、不连接共三种情况，主动轴207连接第一钻头或第二钻头时，主动轴207上连接的钻头负责将堆积的削铣产物粉碎，避免削铣产物堆积堵塞，主动轴207不连接时，即只有分动轴208上的第一钻头工作；主动轴207位于安装转盘210外部的长度等于分动轴208位于安装转盘210外部的长度时，主动轴207有连接第一钻头、连接第二钻头、不连接共三种情况，主动轴207不连接时，即只有分动轴208上的第一钻头工作，主动轴207连接第一钻头或第二钻头时，工作单元300在设计时需要注意应该避免主动轴207上连接的第一钻头或第二钻头与分动轴208上连接的第一钻头产生运动干涉。
40.在一个实施例中，请参照图1和图5，本实施例提供了一种模块化的旋挖机钻头，所述旋挖机钻头包括由上至下依次设置的驱动单元100、传动单元200和工作单元300，所述工作单元300用于在驱动单元100的驱动下进行旋挖工作，其特征在于：所述驱动单元100包括间隔设置的第一驱动装置106和第二驱动装置107，所述传动单元200包括传动主体和设置在传动主体上的公转模块，所述传动主体用于将第二驱动装置107的驱动力传递至工作单元300使工作单元300自转，所述公转模块位于传动主体上靠近工作单元300的一端，所述公转模块在第一驱动装置106的驱动下相对于传动主体转动，所述工作单元300包括至少一个第一钻头，所述传动主体远离驱动单元的一端设置有与所述第一钻头一一对应的传动轴，所述传动主体包括主动轴207、齿轮组209和至少一个分动轴208，所述公转模块包括由上至下依次传动连接的连接环203和安装转盘210。在本实施例中，所述主动轴207的数量为一个，所述分动轴208的数量为一个以上，且所述分动轴208不限定为均匀排列，即分动轴208可等角度均匀围绕主动轴207，分动轴208也可不均匀排布在主动轴207。在某一个具体的实施例中，请参照图1和图2，分动轴208数量为三个，且三个分动轴208等角度围绕主动轴207。
41.在本实施例中，旋挖机钻头工作时，所述工作单元300同时进行自转和公转，在一个公转周期内，所述工作单元300包括从动轴208连接的第一钻头和主动轴207连接的第一钻头或第二钻头，主动轴207未连接钻头时则仅计算从动轴208连接的第一钻头的向下垂直投影为一个实心圆，即全面积投影，此时工作单元300能够实现向下方向的全面积削铣。
42.在本实施例中，工作单元300的运动模式由所述主动轴207、分动轴208以及安装转盘210决定，具体的可分为主动轴207与分动轴208的转向相同、主动轴207与分动轴208的转向相反、主动轴207与安装转盘210的转向相同、主动轴207与安装转盘210的转向相反这四种基础设定，工作单元300的运动模式基于这四个基础设定的组合得出。
43.在本发明公开的实施例中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明公开的实施例中的具体含义。本说明书中的各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本技术的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做
出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。