一种隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置及方法与流程

1.本技术涉及隧道钢拱架钻孔技术领域，尤其是涉及隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置及方法。


背景技术：

2.隧道钢拱架是一种用于加固地下隧道工程的支护措施，在隧道钢拱架施工过程中，需要在钢拱架上安装超前小导管，以便于实现软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段以及断层破碎带等地段的预支护，因此，需要在隧道钢拱架的腹板上开设多个孔径相同且用于安装超前小导管的安装孔。
3.申请号为201921828219.5的专利文件公开了一种隧道钢拱架超前小导管钻孔定位切割器，包括操作把手、操作杆、旋转盘、支撑卡座、等离子切割头和等离子切割机输送管道；支撑卡座包括支撑安装平板以及位于支撑安装平板两侧的前卡板和后卡板；支撑安装平板水平设置；前卡板和后卡板均垂直设置，前卡板和后卡板分别卡于隧道钢拱架的前沿和后沿的外侧，进而将支撑卡座卡于隧道钢拱架的上面；支撑安装平板的中心开设支撑通孔；操作杆的顶端与操作把手固定；操作杆的底端与旋转盘固定；旋转盘装配于支撑安装平板的支撑通孔中，实现旋转盘绕支撑通孔旋转；旋转盘沿轴向开设旋转盘通孔，旋转盘通孔距离旋转盘的中心具有的距离，为钻孔的半径；等离子切割机输送管道的顶端与操作杆固定，等离子切割机输送管道的底端穿过旋转盘通孔而延伸到旋转盘通孔的下方，在等离子切割机输送管道的底端装配等离子切割头。
4.针对上述相关技术，申请人认为在隧道钢拱架在开孔过程中，需要工作人员推动隧道钢拱架沿支撑卡座滑移，影响隧道钢拱架的开孔效率。


技术实现要素：

5.为了提高隧道钢拱架的开孔效率，本技术提供一种隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置及方法。
6.第一方面，本技术提供一种隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置，采用如下的技术方案：一种隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置，包括基座、用于钢拱架开孔的开孔机构以及用于钢拱架限位的限位机构；所述开孔机构安装于所述基座上；所述限位机构包括限位架以及用于驱动钢拱架沿所述限位架运动的反扣组件；所述限位架包括水平框板段以及位于所述水平框板段相对两侧的两组竖直限位段，所述水平框板段与两组所述竖直限位段的顶壁固定连接，两组所述竖直限位段形成用于钢拱架滑移的限位腔；所述反扣组件包括驱动电机、位于每一所述竖直限位段上的内扣板以及位于每一内扣板上的摩擦轮；所述内扣板设置于所述竖直限位段远离所述水平框板段一端，且所述
内扣板位于两所述竖直限位段之间；所述摩擦轮与所述内扣板转动连接，且所述摩擦轮与钢拱架内壁抵接；所述摩擦轮与所述竖直限位段之间形成用于钢拱架侧壁穿过的滑移腔；所述驱动电机用于驱动所述摩擦轮转动。
7.通过采用上述技术方案，将钢拱架安装在限位架，并使钢拱架的侧板安装至滑移腔内，调整钢拱架的位置，使得钢拱架的端头起点位置与限位架出料端齐平，调节驱动电机，驱动电机驱动摩擦轮转动，通过摩擦轮与钢拱架之间的摩擦力，使得摩擦轮带动钢拱架运动，钢拱架运动至开孔位置，调节开孔机构，实现钢拱架的开孔，然后再次调节钢拱架的位置，拱架运动至第二个孔的开孔位置，调节开孔机构，实现钢拱架第二个孔的开孔，重复此操作，实现钢拱架不同位置的开孔；设计的隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置，通过反扣组件实现钢拱架的限位以及钢拱架的爬行，进而实现钢拱架不同位置的开孔，提高了钢拱架的开孔效率。
8.可选的，所述内扣板包括水平连接部、竖直连接部以及安装部，所述水平连接部一端设置于所述竖直限位段远离所述水平框板段上，所述水平连接部远离所述竖直连接部连接；所述安装部设置于所述竖直连接部上，所述摩擦轮与所述驱动电机均安装于所述安装部上，且所述摩擦轮伸出所述安装部与钢拱架侧壁抵接。
9.通过采用上述技术方案，分段设置的内扣板，其水平连接部用于连接竖直连接部和水平框板段；其竖直连接部用于连接安装部与水平连接部，并实现安装部的支撑；其安装部用于安装摩擦轮，并通过安装部与竖直限位段之间的滑移腔，便于实现钢拱架侧板的滑移。
10.可选的，所述竖直限位段与所述水平连接部铰接，且所述竖直限位段与所述水平连接部的连接处设置有用于驱使所述摩擦轮与钢拱架侧壁抵接的扭簧。
11.通过采用上述技术方案，设置的扭簧，便于驱动内扣板转动，实现内扣板与钢拱架侧板的抵接，进而实现摩擦轮驱动钢拱架沿滑移腔运动。
12.可选的，所述竖直限位段上设置有用于钢拱架限位的锁紧件，所述锁紧件包括第一气缸与锁紧板，所述第一气缸安装于所述竖直限位段上，且所述第一气缸的活塞杆穿过所述竖直限位段一端与所述锁紧板连接，所述第一气缸的活塞杆推动所述锁紧板与钢拱架抵紧。
13.通过采用上述技术方案，调节第一气缸，第一气缸的活塞杆驱动锁紧板运动，运动至锁紧板与钢拱架抵紧，实现钢拱架位置的固定；设计的锁紧件，便于实现钢拱架的位置固定，进而实现钢拱架在开孔过程中的定位，提高钢拱架的开孔精度。
14.可选的，所述竖直限位段与所述水平连接部固定连接，所述水平连接部上开设有滑槽，所述滑槽沿所述水平连接部的长度方向设置，所述竖直连接部靠近所述水平连接部的端部安装有沿所述滑槽滑移的滑块，所述水平连接部上设置有用于所述滑块沿所述滑槽滑移的驱动件。
15.通过采用上述技术方案，调节驱动件，驱动件驱动滑块沿滑槽滑移，滑块带动竖直连接部运动，竖直连接部带动安装部运动，安装部带动摩擦轮运动，运动至摩擦轮与钢拱架的侧板抵紧，然后通过驱动电机驱动摩擦轮转动，摩擦轮带动钢拱架的运动；设计的滑块与滑槽，便于驱动摩擦轮与竖直限位段之间的间距，且便于对不同宽度的钢拱架进行抵紧，实现摩擦轮驱动不同宽度的钢拱架运动。
16.可选的，所述驱动件包括双头电机以及两个螺纹杆，两所述螺纹杆分别同轴安装于所述双头电机的输出轴上，两所述螺纹杆的螺纹旋向相反，且所述螺纹杆沿所述滑槽的长度方向设置，所述螺纹杆与所述水平连接部转动连接，且所述螺纹杆贯穿所述滑块设置，所述螺纹杆与所述滑块螺纹连接。
17.通过采用上述技术方案，调节双头电机，双头电机的驱动轴带动螺纹杆转动，螺纹杆带动滑块沿滑槽运动，由于双头电机两端的螺纹杆螺纹旋向相反，使得相对设置的两滑块相互靠近或远离，进而实现相对设置的摩擦轮的位置调节；设计的驱动件，便于驱动滑块沿滑槽滑移，进而实现摩擦轮的位置调节，同时，便于使得钢拱架位于限位架的中心位置。
18.可选的，所述水平框板段上设置有用于钢拱架限位的限位件，所述限位件包括第二气缸与限位板，所述第二气缸与所述水平框板段连接，所述限位板与所述第二气缸的活塞杆连接，且所述第二气缸的活塞杆驱动所述限位板与钢拱架抵紧。
19.通过采用上述技术方案，调节第二气缸，第二气缸的活塞杆带动限位板运动，运动至限位板与钢拱架抵紧，实现钢拱架的位置固定；设计的限位件，通过调节限位板的位置，便于实现钢拱架的位置固定，进而提高钢拱架的开孔精度。
20.可选的，所述开孔机构包括安装杆、安装环以及用于钢拱架开孔的等离子切割机，所述安装杆安装于所述水平框板段上，且所述水平框板段上开设有用于所述安装杆滑移的导滑槽，所述导滑槽沿所述限位架的长度方向设置；所述安装环侧壁上设置有滑移块，所述安装杆上开设有用于所述滑移块滑移的滑移槽，所述滑移槽沿所述安装杆的长度方向设置，且所述安装环用于安装所述等离子切割机的切割头。
21.通过采用上述技术方案，调节等离子切割机，等离子切割机的切割头带动安装环运动，安装环带动滑移块沿滑移槽滑移，滑移块带动安装杆沿导滑槽滑移，实现等离子切割机切割头沿横向或纵向的运动；设计的开孔机构，便于在钢拱架上加工不同规格的孔。
22.第二方面，本技术提供一种隧道钢拱架超前小导管的开孔方法，采用如下的技术方案：一种隧道钢拱架超前小导管的开孔方法，包括以下步骤：s1、钢拱架安装：钢拱架安装于限位腔中，并将钢拱架的侧板安装于滑移腔内，调节钢拱架位置，使钢拱架端头起点位置与限位架出料端齐平；s2、钢拱架自动爬行：启动驱动电机，驱动电机驱动摩擦轮转动，摩擦轮驱动钢拱架沿滑移腔滑移，进行钢拱架的自动爬行；s3、钢拱架开孔：钢拱架爬行至开孔位置后，停止行走并制动，开孔机构按照设定轨迹进行钢拱架开孔；s4、下一位置开孔：开孔完成后，开孔机构停止，行进至下一位置，重复s3步骤；s5、钢拱架拆卸。
23.通过采用上述技术方案，将钢拱架安装在限位腔中，并使钢拱架的侧板安装至滑移腔内，调整钢拱架的位置，使得钢拱架的端头起点位置与限位架出料端齐平；然后调节驱动电机，驱动电机驱动摩擦轮转动，通过摩擦轮与钢拱架之间的摩擦力，使得摩擦轮带动钢拱架运动，钢拱架运动至开孔位置；通过锁紧件或限位件实现钢拱架的位置固定，再调节开孔机构，按照钢拱架的开孔轨迹实现钢拱架的开孔；然后再次调节钢拱架的位置，拱架运动至第二个孔的开孔位置，调节开孔机构，实现钢拱架第二个孔的开孔，重复此操作，实现钢
拱架不同位置的开孔；设计的隧道钢拱架超前小导管的开孔方便，便于钢拱架的限位以及钢拱架的爬行，进而实现钢拱架不同位置的开孔，提高了钢拱架的开孔效率。
24.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.设计的隧道钢拱架超前小导管的开孔方便，通过反扣组件便于钢拱架的限位以及钢拱架的爬行，进而实现钢拱架不同位置的开孔，提高了钢拱架的开孔效率；2.设计的隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置，通过滑块与滑槽，便于驱动摩擦轮与竖直限位段之间的间距，且便于对不同宽度的钢拱架进行抵紧，实现摩擦轮驱动不同宽度的钢拱架运动。
附图说明
25.图1是本技术实施例1隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置的整体结构示意图；图2是本技术实施例1隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置中限位机构的结构示意图，旨在示意第一种限位机构；图3是本技术实施例1隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置中限位机构的结构示意图，旨在示意第二种限位机构；图4是本技术实施例1中图3的剖视图；图5是本技术实施例1中图4的a部放大示意图。
26.附图标记说明：1、基座；2、开孔机构；21、导滑槽；22、安装杆；23、滑移槽；24、滑移块；25、安装环；26、等离子切割机；3、限位机构；31、限位架；311、水平框板段；312、竖直限位段；313、限位腔；32、反扣组件；321、内扣板；3211、水平连接部；3212、竖直连接部；3213、安装部；322、驱动电机；323、摩擦轮；324、滑移腔；33、扭簧；34、锁紧件；341、第一气缸；342、锁紧板；35、滑槽；36、滑块；37、驱动件；371、双头电机；372、螺纹杆；38、限位件；381、第二气缸；382、限位板；4、罩壳。
具体实施方式
27.以下结合附图1-5对本技术作进一步详细说明。
28.本技术实施例公开隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置及方法。
29.实施例1参照图1，一种隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置，包括基座1、用于钢拱架开孔的开孔机构2以及用于钢拱架限位的限位机构3；开孔机构2安装于基座1上；限位机构3包括限位架31以及用于驱动钢拱架沿限位架31运动的反扣组件32；在钢拱架的开孔过程中，首先通过限位架31对钢拱架进行限位，然后通过反扣组件32驱动钢拱架运动，钢拱架运动至指定位置后，然后通过开孔机构2进行钢拱架的开孔。
30.参照图1和图2，限位架31包括水平框板段311以及位于水平框板段311相对两侧的两组竖直限位段312，水平框板段311与两组竖直限位段312的顶壁固定连接，两组竖直限位段312形成用于钢拱架滑移的限位腔313；本实施例中每组竖直限位段312均设置有2根，且每一根竖直限位段312均焊接于水平框板段311的拐角位置，由于钢拱架用于隧道施工，使得钢拱架呈圆弧状设置，通过位于钢拱架同一侧的两根竖直限位段312之间均留有距离，避
免了钢拱架沿限位腔313滑移的过程中发生卡死的状况。
31.参照图1和图2，反扣组件32包括驱动电机322、位于每一竖直限位段312上的内扣板321以及位于每一内扣板321上的摩擦轮323；内扣板321位于两竖直限位段312之间，内扣板321包括水平连接部3211、竖直连接部3212以及安装部3213，水平连接部3211一端设置于竖直限位段312远离水平框板段311一端，水平连接部3211远离竖直连接部3212连接；安装部3213包括上水平段和下水平段，上水平段和下水平段平行设置，且上水平段和下水平段均设置于竖直连接部3212上，本实施例中上水平段与竖直连接部3212和下水平段与竖直连接部3212焊接；摩擦轮323安装于上水平段和下水平段上，且摩擦轮323安装于上水平段和下水平段远离竖直连接部3212一端，上水平段与摩擦轮323和下水平段与摩擦轮323均转动连接，摩擦轮323与竖直限位段312之间形成用于钢拱架侧壁穿过的滑移腔324，且摩擦轮323伸出安装部3213与钢拱架侧壁抵接；摩擦轮323的转轴伸出下水平段一端与驱动电机322连接，且摩擦轮323的转轴与驱动电机322的输出轴通过联轴器同轴连接，以便于驱动电机322通过摩擦轮323转动，实现钢拱架沿滑移腔324的滑移；本实施例中摩擦轮323安装于限位架31的出料端一端，通过驱动单个摩擦轮323转动，实现钢拱架的运动，进而带动其余摩擦轮323转动，由于钢拱架呈圆弧状设置，使得位于钢拱架内外两侧的摩擦轮323产生速度差，通过单个摩擦轮323避免了因钢拱架内外两侧速度差产生的干涉。
32.参照图1和图2，本实施例中竖直限位段312与水平连接部3211的连接方式包括两种，第一种连接方式为，竖直限位段312与水平连接部3211铰接，且竖直限位段312与水平连接部3211的连接处安装有用于驱使摩擦轮323与钢拱架侧壁抵接的扭簧33；竖直限位段312上设置有用于钢拱架限位的锁紧件34，锁紧件34包括第一气缸341与锁紧板342，第一气缸341安装于竖直限位段312上，且第一气缸341通过螺栓固定在竖直限位段312上，第一气缸341的活塞杆穿过竖直限位段312一端与锁紧板342连接，且第一气缸341的活塞杆推动锁紧板342与钢拱架抵紧，以便于实现钢拱架的位置固定。
33.参照图1和图3，第二种连接方式为，竖直限位段312与水平连接部3211固定连接，本实施例中竖直限位段312与水平连接部3211焊接，水平连接部3211上开设有滑槽35，滑槽35沿水平连接部3211的长度方向设置，竖直连接部3212靠近水平连接部3211的端部安装有沿滑槽35滑移的滑块36，本实施例中竖直连接部3212与滑块36焊接，水平连接部3211上设置有用于滑块36沿滑槽35滑移的驱动件37。
34.参照图4和图5，第二种连接方式中驱动件37的设置方式有两种，第一种驱动件37包括双头电机371以及两个螺纹杆372，两螺纹杆372分别同轴安装于双头电机371的输出轴上，且螺纹杆372与双头电机371的输出轴通过联轴器同轴连接，两根螺纹杆372同轴设置，且两螺纹杆372的螺纹旋向相反，螺纹杆372沿滑槽35的长度方向设置，螺纹杆372与水平连接部3211转动连接，且螺纹杆372贯穿滑块36设置，螺纹杆372与滑块36螺纹连接。
35.第二种驱动件37包括双向螺杆、转动电机、主动锥齿轮以及从动锥齿轮，双向螺杆沿滑槽的长度方向设置，且双向螺杆与水平连接部3211转动连接，双向螺杆贯穿相对两滑块设置，其中一滑块与双向螺杆的正螺纹段螺纹连接，另一滑块与双向螺杆的反螺纹段螺纹连接；从动锥齿轮套设于双向螺杆上，从动锥齿轮与双向螺杆同轴转动，且从动锥齿轮与双向螺杆键连接，转动电机的输出轴与主动锥齿轮通过联轴器同轴连接，且主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合。
36.参照图4和图5，水平框板段311上设置有用于钢拱架限位的限位件38，限位件38包括第二气缸381与限位板382，第二气缸381与水平框板段311连接，限位板382与第二气缸381的活塞杆连接，且第二气缸381的活塞杆驱动限位板382与钢拱架抵紧。
37.参照图1和图2，开孔机构2包括安装杆22、安装环25以及用于钢拱架开孔的等离子切割机26，安装杆22安装于水平框板段311上，且水平框板段311上开设有用于安装杆22滑移的导滑槽21，导滑槽21沿限位架31的长度方向设置，本实施例中安装杆22截面呈∩形设置；安装环25的轴线方向与竖直限位段312的长度方向平行，且安装环25用于安装等离子切割机26的切割头，安装环25侧壁上设置有滑移块24，本实施例中滑移块24焊接于安装环25靠近安装杆22一侧，安装杆22上开设有用于滑移块24滑移的滑移槽23，滑移槽23沿安装杆22的长度方向设置。
38.本技术中限位架31上安装有控制器，控制器的连接方式包括三种，第一种控制器、驱动电机322、第一气缸341以及等离子切割机26电连接，通过控制器控制驱动电机322、第一气缸341以及等离子切割机26电的启闭；第二种控制器、驱动电机322、双头电机371、第二气缸381以及等离子切割机26电连接，通过控制器控制驱动电机322、双头电机371、第二气缸381以及等离子切割机26电的启闭；第三种控制器、驱动电机322、双头电机371、第二气缸381以及等离子切割机26电连接，通过控制器控制驱动电机322、转动电机、第二气缸381以及等离子切割机26电的启闭。
39.本技术实施例的隧道钢拱架超前小导管钻孔自动开孔装置实施原理为：将钢拱架安装在限位架31，并使钢拱架的侧板安装至滑移腔324内，调整钢拱架的位置，使得钢拱架的端头起点位置与限位架31出料端齐平，调节驱动电机322，驱动电机322驱动摩擦轮323转动，通过摩擦轮323与钢拱架之间的摩擦力，使得摩擦轮323带动钢拱架运动，钢拱架运动至开孔位置，调节等离子切割机26，等离子切割机26的切割头带动安装环25运动，安装环25带动滑移块24沿滑移槽23滑移，滑移块24带动安装杆22沿导滑槽21滑移，实现等离子切割机26切割头沿横向或纵向的运动，实现钢拱架的开孔，然后再次调节钢拱架的位置，拱架运动至第二个孔的开孔位置，调节开孔机构2，实现钢拱架第二个孔的开孔，重复此操作，实现钢拱架不同位置的开孔。
40.实施例2一种隧道钢拱架超前小导管的开孔方法，包括以下步骤：s1、钢拱架安装：钢拱架安装于限位腔313中，并将钢拱架的侧板安装于滑移腔324内，调节钢拱架位置，使钢拱架端头起点位置与限位架31出料端齐平；s2、钢拱架自动爬行：启动驱动电机322，驱动电机322驱动摩擦轮323转动，摩擦轮323驱动钢拱架沿滑移腔324滑移，进行钢拱架的自动爬行；s3、钢拱架开孔：钢拱架爬行至开孔位置后，停止行走并制动，等离子切割机26按照设定轨迹驱动安装环25运动，进而实现钢拱架开孔；s4、下一位置开孔：开孔完成后，等离子切割机26停止工作，行进至下一位置，重复s3步骤；s5、钢拱架拆卸，废料清理。
41.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。