一种用于铁路工程勘察的多角度全液压便携式钻机的制作方法

本发明涉及铁路工程勘察技术领域，尤其是一种用于铁路工程勘察的多角度全液压便携式钻机。

背景技术：

随着交通技术的不断发展，同时国家每年投资成百上千万修建高等级公路、铁路。在山岭重丘地区修建高等级公路、铁路，为了缩短里程、改善线形及环境保护，通常采用开挖隧道的方式。

在铁路隧道施工过程中，由于前方地质情况不明，常遇到一些不良的地质因素(如断层、破碎带、溶洞、暗河等等)。这些地质因素不仅影响隧道的掘进速度，还会造成严重的工程事故(如塌方、泥石流和大涌水等)。为此，在隧道开挖前均需要进行隧道超前地质勘察。

超前地质预报，是在隧道开挖时，对掌子面前方的围岩与地层情况做出超前预报(如预报掘进前方是否有断层、破碎带、溶洞等不良地质构造)。超前地质预报常用的物探方法有很多，机械钻探是一种主要的超前地质预报方法。机械钻探是使用超前地质钻杆在隧道断面的若干个部位进行钻探，依据钻杆内岩土结构、构造及水文地质判定前方围岩的性质。实际进行机械钻探时，一般取隧道断面的三个位置点，分别隧道断面的中上部、左侧和右侧三个位置，将钻探出的围岩综合对比分析然后按每两米一个断面记录其围岩状况。

目前，现有技术中用于隧道超前地质的钻探取芯的钻机占用面积大，且只能实现水平方向的钻取；其灵活性较差；

因此，急需提出一种结构简单、操作简便、多角度调整的铁路工程勘察的多角度全液压便携式钻机。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于铁路工程勘察的多角度全液压便携式钻机，本发明采用的技术方案如下：

一种用于铁路工程勘察的多角度全液压便携式钻机，包括布设在待钻取岩土的隧道内、且采用管路互相连接的钻机动力源单元、操作平台和钻机单元；

所述钻机单元包括导轨底座，从前至后依次固定在导轨底座上的水平钻支架、泥浆泵、卷扬机和后支撑腿，固定在水平钻支架的顶部的夹持器，设置在水平钻支架与后支撑腿的顶部之间的大梁导轨，一端固定在水平钻支架上、且贴合在大梁导轨上的升降油缸，设置在大梁导轨的顶端的桅杆，设置在大梁导轨上、且与升降油缸的缸筒采用螺栓连接的动力头单元，以及设置在桅杆的顶端的桅杆滑轮组件；

所述升降油缸、动力头单元、卷扬机、泥浆泵和夹持器均与钻机动力源单元连接。

进一步地，所述钻机动力源单元包括液压油箱安装架和柴油箱及蓄电池安装架，采用分层结构固定在液压油箱安装架上的液压油箱、吸油过滤器、回油过滤器路块和冷却器，设置在液压油箱安装架与柴油箱及蓄电池安装架之间、且至少设置一台的发动机组，以及采用分层结构固定在柴油箱及蓄电池安装架上的柴油箱单元、油水分离器和蓄电池箱；所述蓄电池箱内设置有与发动机组电气连接的蓄电池；

所述吸油过滤器和冷却器均与液压油箱连接，且回油过滤器路块与吸油过滤器连接；所述柴油箱单元经油水分离器与发动机组连接。

更进一步地，所述发动机组设置三台，且包括并行排列的第一发动机、第二发动机和第三发动机。

进一步地，所述钻机单元还包括底部固定在导轨底座上、且罩扣在泥浆泵上的泥浆泵支架，以及设置卷扬机上、且与钻机动力源单元电气连接的卷扬机电机。

进一步地，所述导轨底座呈梯子形状，且后支撑腿包括固定在大梁导轨的底部的后腿顶铰链，分别固定在导轨底座上、且结构相同的两个后腿支撑角铁，以及设置在后腿顶铰链与后腿支撑角铁之间、结构相同、且呈八字形状的两个后腿伸缩组件；

任一所述后腿伸缩组件包括从下至上依次设置在后腿顶铰链与后腿支撑角铁之间的后腿底铰链、后腿缸底套、外撑杆、内撑杆和后腿活塞头套；所述外撑杆上设置有一后腿卡瓦；所述后腿底铰链与后腿支撑角铁和后腿缸底套铰接，且后腿活塞头套的顶部与后腿顶铰链铰接。

进一步地，所述水平钻支架包括两个结构相同、且呈直角梯形的梯形座，跨接在两个梯形座之间的连接固定杆，设置在任一梯形座的顶部的导轨旋转轴支撑座，以及套设在两个轨旋转轴支撑座之间、且与大梁导轨和升降油缸固定连接、用于向大梁导轨提供旋转支撑的导轨旋转轴。

更进一步地，所述夹持器包括固定在导轨旋转轴的顶部的大梁夹持器底板，设置在大梁夹持器底板的顶部的夹持器座，相对位置固定在夹持器座的两侧、且贯穿所述夹持器座设置的两个液压夹持器卡瓦座，以及设置在夹持器座的后端的夹持器挡板。

进一步地，所述动力头单元包括设置在大梁导轨上、且与升降油缸的缸筒采用螺栓连接的动力头滑套，从前至后依次固定在动力头滑套上的岩心管导向滑板、滚轮支撑板和动力头支撑架，设置在滚轮支撑板的顶部的滚轮，套设在动力头滑套的外侧边缘的数个滑套固定油缸架，固定在动力头支撑架上的动力头，以及与动力头和钻机动力源单元连接的动力头马达；

所述动力头上设置有动力头拉紧螺栓和动力头翻转手柄。

进一步地，所述桅杆滑轮组件包括中部固定在桅杆的顶端的两片桅杆槽轮支架，分别设置在桅杆槽轮支架的顶部和底部、且夹持在两片桅杆槽轮支架之间的桅杆槽轮，以及均匀间隔设置在桅杆槽轮的外边缘、且与桅杆槽轮支架夹持连接的滑轮卡线杆。

进一步地，所述大梁导轨的后端底部设置有一桅杆下滑轮。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明设置三台柴油发动机为升降油缸、动力头、卷扬机、泥浆泵和夹持器提供动力源，并且在三台柴油发动机的两侧设置液压油箱安装架和柴油箱及蓄电池安装架，在液压油箱安装架上安装设置有液压油箱、吸油过滤器、回油过滤器路块和冷却器，在柴油箱及蓄电池安装架上安装有柴油箱单元、油水分离器和蓄电池，如此设计的好处在于，在简化结构的同时，也能集成缩小钻机动力源单元的占地面积；

(2)本发明的动力头单元设置在大梁导轨的外边缘，且在升降油缸的推进作用下，沿大梁导轨上下移动；另外，本发明在水平钻支架上设置导轨旋转轴支撑座和导轨旋转轴，为大梁导轨和升降油缸旋转提供支撑，并为多角度钻取提供理论基础；

(3)本发明采用液压驱动动力头单元，当完成一个回次的钻进后，通过夹持器夹紧钻杆，将连接钻杆与动力头之间的动力头拉紧螺栓松开；本发明通过卷扬机将连接于钢丝绳上的打捞器送入孔内，将装有岩心的内管提出，然后加上新的钻杆进行下一回次的钻进，此过程中桅杆的作用是导向钢丝绳。

(4)本发明采用泥浆润滑、冷却钻头，并将钻屑带出孔外，通过液压驱动搅拌器搅拌泥浆，泥浆搅拌均匀后，通过泥浆泵将泥浆送入孔内；如此一来，便能保证钻取可靠；

(5)本发明巧妙地设置了后支撑腿，其设置呈八字形，既能为升降油缸、桅杆和大梁导轨提供旋转的支撑，又能避免大梁导轨旋转摆动，保证钻取操作更可靠；

(6)本发明的动力头单元为钻头提供旋转动力，在升降油缸的上下移动作用下，带动动力头单元沿大梁导轨移动，以实现进给、起下钻动作。

综上所述，本发明具有结构简单、占地面积小、钻取操作可靠、角度可调整等优点，在铁路工程勘察技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的钻机动力源单元的立体图(一)。

图3为本发明的钻机动力源单元的立体图(二)。

图4为本发明的钻机单元的立体图(一)。

图5为本发明的钻机单元的立体图(二)。

图6为本发明的钻机单元的局部示意图(一)。

图7为本发明的钻机单元的局部示意图(二)。

图8为本发明的钻机单元的局部示意图(三)。

图9为本发明的动力头单元的立体图。

图10为本发明的夹持器的立体图。

图11为本发明的桅杆滑轮组件的立体图。

图12为本发明的后支撑腿的立体图(一)。

图13为本发明的后支撑腿的立体图(二)。

图14为本发明的油路原理图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-操作台，2-液压油箱，3-第一发动机，4-第二发动机，5-第三发动机，6-柴油箱单元，7-升降油缸，8-桅杆，9-大梁导轨，10-后支撑腿，11-动力头单元，12-卷扬机，13-导轨底座，14-泥浆泵，15-水平钻支架，16-夹持器，17-搅拌器，18-液压油箱安装架，19-柴油箱及蓄电池安装架，20-油水分离器，21-蓄电池箱，22-吸油过滤器，23-回油过滤器路块，24-冷却器，25-工具箱，26-泥浆泵支架，27-卷扬机电机，28-桅杆滑轮组件，101-后腿支撑角铁，102-后腿顶铰链，103-桅杆下滑轮，111-动力头滑套，112-滑套固定油缸架，113-滚轮支撑板，114-岩心管导向滑板，115-滚轮，116-动力头支撑架，118-动力头拉紧螺栓，119-动力头翻转手柄，161-导轨旋转轴支撑座，162-导轨旋转轴，163-大梁夹持器底板，164-夹持器座，165-液压夹持器卡瓦座，166-夹持器挡板，281-桅杆槽轮支架，282-桅杆槽轮，283-滑轮卡线杆，1041-后腿底铰链，1042-后腿缸底套，1043-外撑杆，1044-后腿卡瓦，1045-内撑杆，1046-后腿活塞头套，1171-动力头，1172-动力头马达。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1至图14所示，本实施例提供了一种用于铁路工程勘察的多角度全液压便携式钻机，其包括布设在待钻取岩土的隧道内、且采用管路互相连接的钻机动力源单元、操作平台1和钻机单元，以及布设在待钻取岩土的隧道内、用于向钻机单元提供泥浆的搅拌器17。需要说明的是，本实施例中所述的“第一”、“第二”等序号用语仅用于区分同类部件，不能理解成对保护范围的特定限定。另外，本实施例中所述“底部”、“顶部”、“四周边缘”、“中央”等方位性用语是基于附图来说明的。

在本实施例中，该钻机动力源单元包括液压油箱安装架18和柴油箱及蓄电池安装架19，采用分层结构固定在液压油箱安装架18上的液压油箱2、吸油过滤器22、回油过滤器路块23和冷却器24，设置在液压油箱安装架18与柴油箱及蓄电池安装架19之间、且并行排列的第一发动机3、第二发动机4和第三发动机5，以及采用分层结构固定在柴油箱及蓄电池安装架19上的柴油箱单元6、油水分离器20和蓄电池箱21；所述蓄电池箱21内设置有与第一发动机3、第二发动机4和第三发动机5电气连接的蓄电池；其中，液压油箱2、吸油过滤器22和回油过滤器路块23设置在上层，且冷却器24设置在下层；本实施例的吸油过滤器22和冷却器24均与液压油箱2连接，且回油过滤器路块23与吸油过滤器22连接；所述柴油箱单元6经油水分离器20与发动机组连接。在本实施例中，柴油箱单元6设置在上层，蓄电池箱21设置在最下层，油水分离器20设置在中间层，且在中间层还设有有一工具箱25。

在本实施例中，该钻机单元包括导轨底座13，从前至后依次固定在导轨底座13上的水平钻支架15、泥浆泵14、卷扬机12和后支撑腿10，固定在水平钻支架15的顶部的夹持器16，设置在水平钻支架15与后支撑腿10的顶部之间的大梁导轨9，一端固定在水平钻支架15上、且贴合在大梁导轨9上的升降油缸7，设置在大梁导轨9的顶端的桅杆8，设置在大梁导轨9上、且与升降油缸7的缸筒采用螺栓连接的动力头单元11，设置在桅杆8的顶端的桅杆滑轮组件28，底部固定在导轨底座13上、且罩扣在泥浆泵14上的泥浆泵支架26，以及设置卷扬机12上、且与钻机动力源单元电气连接的卷扬机电机27。其中，所述升降油缸7、动力头单元11、卷扬机12、泥浆泵14和夹持器16均与钻机动力源单元连接。

在本实施例中，该导轨底座13呈梯子形状，且后支撑腿10包括固定在大梁导轨9的底部的后腿顶铰链102，分别固定在导轨底座13上、且结构相同的两个后腿支撑角铁101，以及设置在后腿顶铰链102与后腿支撑角铁101之间、结构相同、且呈八字形状的两个后腿伸缩组件；其中，任一所述后腿伸缩组件包括从下至上依次设置在后腿顶铰链102与后腿支撑角铁101之间的后腿底铰链1041、后腿缸底套1042、外撑杆1043、内撑杆1045和后腿活塞头套1046；所述外撑杆1043上设置有一后腿卡瓦1044；所述后腿底铰链1041与后腿支撑角铁101和后腿缸底套1042铰接，且后腿活塞头套1046的顶部与后腿顶铰链102铰接。另外，大梁导轨9的后端底部设置有一桅杆下滑轮103。

另外，本实施例的水平钻支架15包括两个结构相同、且呈直角梯形的梯形座，跨接在两个梯形座之间的连接固定杆，设置在任一梯形座的顶部的导轨旋转轴支撑座161，以及套设在两个轨旋转轴支撑座161之间、且与大梁导轨9和升降油缸7固定连接、用于向大梁导轨9提供旋转支撑的导轨旋转轴162。本实施例的夹持器16包括固定在导轨旋转轴162的顶部的大梁夹持器底板163，设置在大梁夹持器底板163的顶部的夹持器座164，相对位置固定在夹持器座164的两侧、且贯穿所述夹持器座164设置的两个液压夹持器卡瓦座165，以及设置在夹持器座164的后端的夹持器挡板166。

本实施例的动力头单元11包括设置在大梁导轨9上、且与升降油缸7的缸筒采用螺栓连接的动力头滑套111，从前至后依次固定在动力头滑套111上的岩心管导向滑板114、滚轮支撑板113和动力头支撑架116，设置在滚轮支撑板113的顶部的滚轮115，套设在动力头滑套111的外侧边缘的数个滑套固定油缸架112，固定在动力头支撑架116上的动力头1171，以及与动力头1171和钻机动力源单元连接的动力头马达1172，其中，该动力头1171上设置有动力头拉紧螺栓118和动力头翻转手柄119。

最后，本实施例的桅杆滑轮组件28包括中部固定在桅杆8的顶端的两片桅杆槽轮支架281，分别设置在桅杆槽轮支架281的顶部和底部、且夹持在两片桅杆槽轮支架281之间的桅杆槽轮282，以及均匀间隔设置在桅杆槽轮282的外边缘、且与桅杆槽轮支架281夹持连接的滑轮卡线杆283。

下面简要说明本装置的动作原理：

该钻机通过三台发动机提供动力，将液压油从液压油箱2中吸出，供给操作台1，再由操作台分配到各执行元件，控制各执行元件的动作，从而完成钻探作业，执行元件包含：升降油缸7、动力头单元11、卷扬机12、泥浆泵14、夹持器16和搅拌器17，以上各执行元件均由液压驱动。

另外，本实施例的桅杆8上装有桅杆滑轮组件，桅杆固定在大梁导轨9顶端，动力头单元11套在导轨外，可沿导轨上下滑动，动力头侧面与升降油缸7缸筒通过螺栓连接，升降油缸活塞杆与导轨前端横梁通过螺栓固定。大梁导轨9与水平钻支架15连接，导轨可相对水平钻支架旋转，当导轨倾角调节到位后，通过后支撑腿10将大梁导轨9固定，水平钻支架15及后支撑腿10均固定于导轨底座13上。此水平钻支架只有在钻水平孔时使用，钻进45°-90°孔时，应将此支架取掉，直接将导轨连接于导轨底座上。

执行元件之间的工作关系：液压驱动动力头单元11为钻杆提供旋转动力，驱动升降油缸7上、下移动，从而带动动力头单元11沿大梁导轨9上下移动，完成进给、起下钻动作。当完成一个回次的钻进后，通过夹持器16夹紧钻杆，将连接钻杆与动力头之间的螺纹松开。通过卷扬机12将连接于钢丝绳上的打捞器送入孔内，将装有岩心的内管提出，然后加上新的钻杆进行下一回次的钻进，此过程中桅杆8的作用是导向钢丝绳。在本实施例中，由于在钻进过程中需要泥浆润滑、冷却钻头，并将钻屑带出孔外，通过液压驱动搅拌器17搅拌泥浆，泥浆搅拌均匀后，通过泥浆泵14将泥浆送入孔内。

通过上述方案，本发明具有结构简单、占地面积小、钻取可靠、角度可调等优点，与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，在铁路工程勘察技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。