專利名稱：一種鉆孔機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及市政道路建設(shè)用設(shè)施，特別涉及一種非開挖鉆孔用鉆孔機器人。
背景技術(shù)：
非開挖技術(shù)是指在地面不開挖溝槽的情況下鋪設(shè)、修復(fù)和更換地下管道和電纜的施工技術(shù)。由于它具有施工速度快、對地面干擾小、綜合成本低、安全性好等優(yōu)點，近年來已越來越多地被應(yīng)用于市政道路的建設(shè)施工中。雖然近年來國內(nèi)外的非開挖管線施工技術(shù)與設(shè)備發(fā)展的比較快，功能自動化程度也越來越高。但是大多數(shù)非開挖管線施工設(shè)備占地面積都較大、設(shè)備價格昂貴且采用高壓水泥漿系統(tǒng)來實現(xiàn)排泥，這樣做不僅浪費水資源和能源，而且大量沖洗后的泥漿水很難進行泥水分離，未經(jīng)泥水分離的泥漿水對環(huán)境也造成比較嚴重的污染。因此，研究開發(fā)適合我國城市的市政道路非開挖管線施工要求的、可在人行 道和花壇上開挖工作坑的、環(huán)境污染小的非開挖市政道路施工鉆孔技術(shù)與設(shè)備是時代發(fā)展的需求，而由此產(chǎn)生的泥屑的輸送問題如何解決，更是顯重要。氣カ輸送技術(shù)是利用氣流在管道中輸送松散狀物料的ー種方法，也就是利用具有一定壓カ和一定速度的氣流，來輸送松散狀物料的一種輸送裝置。近些年來，氣カ輸送技術(shù)發(fā)展得很快，由于它具有管道布置靈活、效率高費用低、系統(tǒng)密封環(huán)境好、維修方便等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于糧食、水泥、粉煤灰、化工物料、礦粉、食鹽、面粉、型砂等物料的輸送。氣カ輸送雖然比機械輸送有前述許多優(yōu)點，但它也存在著一些問題，如所需功率較大；不適用于粒度大、密度大、粘性大而難于懸浮飛翔的物料以及含水量較高的物料的輸送等。因此若想將氣カ輸送技術(shù)用于非開挖市政道路施工中的泥屑的輸送，需要鉆下的泥屑越薄越碎越好，最好呈松散的泥屑狀。由于泥土的鉆削與金屬的鉆削有很大差別，雖然泥土較金屬容易鉆的多，但是其粘性較大，碎泥屑較難形成，因此，迫切需要設(shè)計出一種不破壞原有的路面和建筑物、施工占地面積小、且施工效率高的鉆孔機器人。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種不破壞原有的路面和建筑物、施工占地面積小、且施工效率高的鉆孔機器人。實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是ー種鉆孔機器人包括鉆頭、螺旋推料器、減速機、主推進氣缸和爬行氣缸；所述鉆頭與減速機的輸出軸連接；所述減速機和主推進氣缸設(shè)置在螺旋推料器的內(nèi)腔中，減速機的尾部連接主推進氣缸；所述爬行氣缸設(shè)置于螺旋推料器的外壁上。所述爬行氣缸有2對，其中一對對稱設(shè)置在螺旋推料器的頭部，另ー對對稱設(shè)置在螺旋推料器的尾部。所述鉆頭主體為群鉆結(jié)構(gòu)，在與兩條主刃相連的后刀面上非対稱的開設(shè)有多個變螺距的螺旋形的斷屑槽。所述橫刃由兩條相交的弧線構(gòu)成，前述兩條弧線在鉆頭的鉆尖末端匯合為與鉆尖軸線相重合的凸起的尖頂，橫刃俯視為“S”形。所述鉆頭上沉積有金剛石薄膜。鉆孔機器人還包括位置檢測裝置；所述位置檢測裝置包括上下水平位置檢測裝置和前后水平位置檢測裝置。采用了上述技術(shù)方案，本實用新型具有以下的有益效果(1)本實用新型的鉆孔機器人由減速機驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)，由主推進氣缸推動其步迸，由位置檢測裝置對鉆孔直線度和位置度檢測，通過對各爬行氣缸壓カ的控制，實現(xiàn)對機器人鉆孔直線度和位置度的控制，鉆下的泥屑通過鉆孔機器人的螺旋推料器輸送到接引料斗中，然后通過振動栓流氣カ輸送系統(tǒng)將泥屑輸送到地面上，不僅結(jié)構(gòu)簡單緊湊，而且性能可靠、造價低廉，設(shè)備的總體尺寸小，施工占地面積小，特別適用于市政道路鉆孔施工。(2))由于要想獲得氣力干法輸送要求的碎泥屑，就要求在土體剪切滑移的過程 中，被剪切下來的泥屑滑移速度不一致，即在產(chǎn)生泥屑過程中泥屑要進行錯位滑移，本實用新型采用在刀面上開設(shè)斷屑槽的方式，使泥屑由于錯位而發(fā)生斷裂，同時考慮到泥屑的粘性，為了保證其在前刀面排屑時的流暢性，斷屑槽采用變螺距的非対稱結(jié)構(gòu)，非対稱結(jié)構(gòu)即兩處的斷屑槽相互錯開，這樣不但可以起到斷屑作用，而且鉆下的泥屑相互不干擾，有利于泥屑排出。而螺旋面采取變螺距的設(shè)計，能減少泥屑在鉆頭軸向流動過程的阻力，在泥土鉆進切削過程中，使泥屑在變螺距螺旋面上的旋轉(zhuǎn)速度不同，從而更有利于產(chǎn)生碎泥屑。(3)本實用新型的鉆頭的橫刃結(jié)構(gòu)不同于一般的鉆頭的平直橫刃，俯視為S型，側(cè)視為中央凸起的尖頂，由此大大減小了鉆頭尖部的頂角，増大了橫刃部的前角，使得它與常用的普通鉆尖相比，具有特別好的自動定心性能、鉆孔進給カ也較小、孔的加工精度高、使用壽命長的優(yōu)點。(4)由于鉆頭用于切削地下泥土，而泥土有時具有一定的粘性，為使在鉆孔過程中泥屑順利從鉆頭上排出，減少到面上的刀屑瘤，對鉆頭導(dǎo)流屑面進行表面處理，同時考慮到鉆削過程中可能遇到堅硬物質(zhì)，如石頭、金屬等，所以在鉆頭上沉積有金剛石薄膜來對鉆頭進行保護，有效延長鉆頭的使用壽命。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進ー步詳細的說明，其中圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的俯視圖。附圖中標(biāo)號為鉆頭I、主刃11、后刀面12、斷屑槽13、橫刃14、圓弧刃15、螺旋推料器2、減速機3、主推進氣缸4、爬行氣缸5、接引料斗6。
具體實施方式
(實施例I)見圖1，本實施例的一種鉆孔機器人包括鉆頭I、螺旋推料器2、減速機3、主推進氣缸4、爬行氣缸5和位置檢測裝置。鉆頭I與減速機3的輸出軸連接；減速機3和主推進氣缸4設(shè)置在螺旋推料器2的內(nèi)腔中，減速機3的尾部連接主推進氣缸4 ;所述爬行氣缸5設(shè)置于螺旋推料器2的外壁上。爬行氣缸5有2對，其中一對對稱設(shè)置在螺旋推料器2的頭部，另ー對對稱設(shè)置在螺旋推料器2的尾部。所述位置檢測裝置包括上下水平位置檢測裝置和前后水平位置檢測裝置。見圖2和圖3，鉆頭I主體為群鉆結(jié)構(gòu)，在與兩條主刃11相連的后刀面12上非對稱的開設(shè)有多個變螺距的螺旋形的斷屑槽13。橫刃14由兩條相交的弧線構(gòu)成，前述兩條弧線在鉆頭的鉆尖末端匯合為與鉆尖軸線相重合的凸起的尖頂( 見圖2)，橫刃14俯視為“S”形(見圖3)。群鉆結(jié)構(gòu)的橫刃長度只有普通鉆頭的五分之一，主刃上前角平均值增大，使進給抗カ下降35% 50%，扭矩下降10% 30%，因而進給量比普通鉆頭約提高三倍，鉆孔效率大大提高。同時兩個圓弧刃15的結(jié)構(gòu)能使得鉆頭具有良好的定心導(dǎo)向性和斷屑性。為獲得氣カ輸送所需要的碎泥屑，在與兩條主刃11相連的后刀面12上上分別設(shè)計了若干個斷屑槽，由此每個后刀面12被磨成了一個從鉆心延伸至周邊的三度空間(高度、深度、寬度)的螺旋面。而且兩個后刀面12上的斷屑槽13采用不對稱設(shè)計，即相互錯開，這樣不但可以起到斷屑作用，而且鉆下的泥屑相互不干擾，有利于泥屑排出。為減少泥屑在鉆頭軸向流動過程的阻力，斷屑槽13的螺旋面采取變螺距的設(shè)計，在泥土鉆進切削過程中，使泥屑在變螺距螺旋面上的旋轉(zhuǎn)速度不同，從而更有利于產(chǎn)生碎泥屑。由于鉆頭用于切削地下泥土，而泥土有時具有一定的粘性，為使在鉆孔過程中泥屑順利從鉆頭上排出，減少刀面上泥屑的滯留，對鉆頭導(dǎo)流屑面進行表面處理，同時考慮到鉆削過程中可能遇到堅硬物質(zhì)，如石頭、金屬等，所以在鉆頭上沉積有金剛石薄膜。本實施例的鉆孔機器人剛開始工作時是由電動千斤頂將管道鉆孔機器人送入泥土之中的，當(dāng)鉆孔機器人完全進入到泥土中后，支撐氣缸開始起作用，即支撐氣缸的活塞伸出支撐在孔壁上，此時電動千斤頂停止工作，由主推進氣缸推動鉆頭向前進給，當(dāng)ー個工作行程走完后，即機器人完成一個步進行程，然后，后爬行支撐氣缸松開，前爬行氣缸張緊，機器人整體前進ー個エ步，鉆下的泥屑通過鉆孔機器人的螺旋推料器輸送到接引料斗6中，然后通過振動栓流氣力輸送系統(tǒng)將泥屑輸送到地面上。以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進ー步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種鉆孔機器人，其特征在于包括鉆頭(I)、螺旋推料器(2)、減速機(3)、主推進氣缸(4)和爬行氣缸(5);所述鉆頭(I)與減速機(3)的輸出軸連接；所述減速機(3)和主推進氣缸(4)設(shè)置在螺旋推料器(2)的內(nèi)腔中，減速機(3)的尾部連接主推進氣缸(4);所述爬行氣缸(5)設(shè)置于螺旋推料器(2)的外壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鉆孔機器人，其特征在于所述爬行氣缸(5)有2對，其中一對對稱設(shè)置在螺旋推料器(2)的頭部，另一對對稱設(shè)置在螺旋推料器(2)的尾部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鉆孔機器人，其特征在于所述鉆頭(I)主體為群鉆結(jié)構(gòu)，在與兩條主刃(11)相連的后刀面(12)上非對稱的開設(shè)有多個變螺距的螺旋形的斷屑槽(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鉆孔機器人，其特征在于所述鉆頭(I)的群鉆結(jié)構(gòu)的橫刃(14)由兩條相交的弧線構(gòu)成，前述兩條弧線在鉆頭(I)的鉆尖末端匯合為與鉆尖軸線相重合的凸起的尖頂，橫刃(14)俯視為“S”形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鉆孔機器人，其特征在于所述鉆頭(I)上沉積有金剛石薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的一種鉆孔機器人，其特征在于還包括位置檢測裝置；所述位置檢測裝置包括上下水平位置檢測裝置和前后水平位置檢測裝置。
專利摘要本實用新型公開一種鉆孔機器人包括鉆頭、螺旋推料器、減速機、主推進氣缸和爬行氣缸；所述鉆頭與減速機的輸出軸連接；所述減速機和主推進氣缸設(shè)置在螺旋推料器的內(nèi)腔中，減速機的尾部連接主推進氣缸；所述爬行氣缸設(shè)置于螺旋推料器的外壁上。本實用新型的鉆孔機器人由減速機驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)，由主推進氣缸推動其步進，通過對各爬行氣缸壓力的控制，實現(xiàn)對機器人鉆孔直線度和位置度的控制，鉆下的泥屑通過鉆孔機器人的螺旋推料器輸送到接引料斗中，不僅結(jié)構(gòu)簡單緊湊，而且性能可靠、造價低廉，設(shè)備的總體尺寸小，施工占地面積小，特別適用于市政道路鉆孔施工。
文檔編號E21B3/02GK202467639SQ20122004577
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者劉海蘭, 李小平, 芮延年 申請人:劉海蘭, 李小平, 芮延年