轨道式气动凿岩机、万向凿岩机械手及隧道凿岩钻车的制作方法

本技术涉及隧道施工设施，特别涉及一种轨道式气动凿岩机、万向凿岩机械手及隧道凿岩钻车。

背景技术：

1、轨道式气动凿岩机是将支腿式气动凿岩机通过主机滑台设在导轨上，基于油缸或气缸驱动滑台移动实现掘进推进，以代替人力手持推进作业，大大降低了劳动强度。现有轨道式气动凿岩机还通过设置支腿滑台，并在支腿滑台和主机滑台与导轨之间分别设置两个锁止机构，以在支腿滑台锁定时，通过驱动油缸推动主机滑台向前移动实现掘进；通过主机滑台锁定时，收缩驱动油缸实现支腿滑台跟进。以此循环，形成步进式凿岩推进。现有轨道式气动凿岩机还借助扶钎器实现径向定位，减小钻杆跳动和偏心载荷，以实现设定位置钻孔。并利用细长钻杆的可弯曲变形特性，将中间的扶钎器设置为高度可调节的结构，以钻杆前端形成一定的倾斜角度，以便在钻周边孔时，形成朝内倾斜钻进的方式，减少超挖，提高隧道掘进效率。该现有该结构的钻机前端的扶钎器的扶钎套固定在扶钎座上，在钻杆倾斜时加剧了扶钎套，为此，需要进行改进。另外，该结构的凿岩机虽然可极大地降低油缸行程参数，降低制造和使用成本，但由于整个钻进过程中，需要多次走走停停，导致钻进效率较低，相应也需要改进。

技术实现思路

1、本实用新型的第一目的就是针对现有中间扶钎器高度可调节的轨道式凿岩钻机在用于倾斜钻孔时，前端扶钎套存在磨损加剧的不足，提供一种轨道式气动凿岩机，该凿岩机通过将前端扶钎套铰接在前端扶钎座上，以在用于倾斜钻孔的钻杆相对与钻机前行方向呈一定夹角的倾斜钻孔时，前端扶钎套能够随钻杆倾斜摆动，从而减缓前端扶钎套磨损，延长使用寿命；同时，还通过钢丝绳结构的行程倍增机构使钻进行程达到油缸行程的两倍。本实用新型的第二目的是提供一种具有前述轨道式气动凿岩机的万向凿岩机械手。本实用新型的第三目的是提供一种具有前述万向凿岩机械手的隧道凿岩钻车。

2、为实现第一目的，本实用新型采用如下技术方案。

3、一种轨道式气动凿岩机，包括凿岩主机、主导轨、前端扶钎器、中间扶钎器、主机滑台和主油缸；所述凿岩主机固定在所述主机滑台上，中间扶钎器包括中间扶钎套，中间扶钎套和扶钎滑台通过高度调节装置连接；所述主机滑台和扶钎滑台均可滑动地设在所述主导轨上；所述前端扶钎器由前端扶钎套和前端扶钎座组成，前端扶钎座固定在所述主导轨前端，前端扶钎套铰接在所述前端扶钎座上，其铰接轴线垂直于所述前端扶钎套的内孔轴线；所述主油缸一端连接在所述扶钎滑台上，另一端连接在所述主导轨上；所述扶钎滑台和主机滑台通过钢丝绳结构的行程倍增机构连接，以使主机滑台两倍于扶钎滑台的行程。

4、采用前述技术方案的本气动凿岩机，用于倾斜钻孔时，例如采用钻爆法施工过程中，为减少超挖，在掌子面的炮孔钻孔过程中需要刻意使钻孔轨迹朝小隧道中心方向倾斜。通过高度调节装置改变中间扶钎套的高度，进而利用细长钻杆的可弯曲特性，使钻杆弯曲，前端扶钎套基于与前端扶钎座的铰接关系随钻杆偏摆，从而使前端扶钎套的轴线与钻杆该处轴线基本吻合，可有效减少前端扶钎套的磨损量，延长扶钎套使用寿命。同时，主机滑台和扶钎滑台通过钢丝绳结构的行程倍增机构连接，使主机滑台的行程等于扶钎滑台行程的两倍。另外，本气动凿岩机通过将主油缸连接在扶钎滑台和导轨之间，并通过行程倍增机构，使安装凿岩主机的主机滑台的行程达到了扶钎滑台的两倍，相应地凿岩主机的行程能够达到主油缸行程的两倍，翻倍式地增大了钻机行程，相对于步进凿岩机而言，消除了频繁的走走停停的工作模式，相应提高了钻孔工作效率。并且，在钻孔进行前，若中间扶钎器位于凿岩主机与前端扶钎器之间的中间位置，则在钻进过程中的主机滑台两倍于扶钎滑台的运行过程中，中间扶钎器能够动态地始终保持在凿岩主机与前端扶钎器之间的中间位置，以使倾斜钻孔的倾斜参数能够得到更好地控制。

5、优选的，所述前端扶钎座上形成有两个向上延伸的铰接支耳，铰接支耳上设有铰接孔；所述前端扶钎套的外壁上固定连接有铰接轴，并通过所述铰接轴与所述前端扶钎座铰接。以形成简单的铰接结构，确保前端扶钎套能够跟随钻杆偏摆。

6、优选的，所述高度调节装置包括调节油缸和摆动调节臂，调节油缸通过其缸体与所述扶钎滑台连接；所述摆动调节臂一端铰接在所述扶钎滑台上，另一端与所述中间扶钎套铰接；摆动调节臂上还一体形成或固定连接有控制耳；控制耳与所述调节油缸的活塞杆远端铰接。利用摆动调节臂的偏摆角度变化实现中间扶钎套的高度调节，同时，中间扶钎套与摆动调节臂的铰接连接，可确保在任意高度上中间扶钎套能够保持与钻杆形成基本同轴的连接关系，减少中间扶钎套磨损，延长使用寿命。

7、优选的，所述行程倍增机构包括第一钢丝绳、第二钢丝绳、第一滑轮和第二滑轮；第一钢丝绳一端固定在所述主导轨上，并连接在主导轨的中部，另一端绕过所述第一滑轮后固定在所述主机滑台上，第一滑轮设在机尾滑台上，机尾滑台可滑动地设在所述主导轨上；所述第二钢丝绳一端固定在所述主导轨的尾端，另一端绕过第二滑轮后固定在所述主机滑台上，第二滑轮设在所述扶钎滑台；所述机尾滑台和扶钎滑台均与所述主油缸的缸体连接，三者形成同步运动的连接关系；所述主油缸的活塞杆远端铰接在所述主导轨的尾端；所述主机滑台位于机尾滑台和扶钎滑台之间。使行程倍增机构结构简单，功能可靠。在油缸伸出的扶钎滑台伸出过程中，扶钎滑台沿主导轨运动过程中，扶钎滑台通过第二滑轮和第二钢丝绳拉动主机滑台两倍于扶钎滑台的速度同向运动；与此同时，机尾滑台在第一钢丝绳和第一滑轮作用下，按二分之一的主机滑台速度同向运动，该速度与扶钎滑台相等；在油缸回缩的机尾滑台返回过程中，机尾滑台沿主导轨运动过程中，机尾滑台通过第一滑轮和第一钢丝绳拉动主机滑台两倍于机尾滑台的速度同向运动；与此同时，扶钎滑台在第二钢丝绳和第二滑轮作用下，按二分之一的主机滑台速度同向运动，该速度与机尾滑台相等。以此，相应形成行程倍增。由于主机滑台设在机尾滑台和扶钎滑台之间，在机尾滑台和扶钎滑台同步前进过程中，主机滑台还具有从机尾滑台向扶钎滑台运动的相对运动，该相对运动行程与扶钎滑台之和构成钻进过程中的主机滑台行程倍增；在机尾滑台和扶钎滑台同步回退过程中，主机滑台还具有从扶钎滑台向机尾滑台运动的相对运动，该相对运动行程与机尾滑台之和构成退钻过程中的主机滑台的行程倍增。

8、进一步优选，还包括底座，底座上设有沿所述主导轨纵向分布的至少两个导轨座；所述主导轨通过所述导轨座滑动连接在底座上，且底座与所述主导轨之间设有调节二者之间相对位置的导轨调节油缸。以利用底座安装在对应设备上，并通过导轨调节油缸调节主导轨在底座上的纵向相对位置，从而获得更好或更接近施工面的钻孔起始位置，减少钻进无效行程，或者，获得必要的操作安全空间。

9、为实现第二目的，本发明采用如下技术方案。

10、一种万向凿岩机械手，包括万向机械臂和气动凿岩机，所述气动凿岩机由实现第一目的并具有底座的轨道式气动凿岩机构成；所述万向机械臂上设有安装座，安装座通过第一铰接轴与所述轨道式气动凿岩机的底座铰接，第一铰接轴的轴线平行于底座的上平面或下平面；所述底座与所述安装座之间设有俯仰调节油缸。

11、采用前述技术方案的万向凿岩机械手，将气动凿岩机结合在万向机械臂上，以充分发挥二者的各自优势，适用于施工现场的多种角度的钻孔，拓宽前述气动凿岩机的适用范围。

12、优选的，所述万向机械臂包括第一螺旋摆动缸，第一螺旋摆动缸的轴线与所述第一铰接轴的轴线垂直，第一螺旋摆动缸呈双输出结构；所述安装座设在所述第一螺旋摆动缸上；所述安装座由两部分组成，一部分连接在第一螺旋摆动缸的一输出端与所述底座之间，另一部分连接在第一螺旋摆动缸的另一输出端与所述俯仰调节油缸之间。第一螺旋摆动缸用于调节万向机械臂和轨道式气动凿岩机二者纵向之间的夹角，以在万向机械臂角度不变的条件下，改变凿岩机钻孔的钻进方向，利用第一螺旋摆动缸进一步拓宽适用范围。

13、优选的，所述万向机械臂还包括两级油缸伸缩臂、伸缩臂铰接座、伸缩臂俯仰调节油缸，以及第二螺旋摆动缸；两级油缸伸缩臂的近端铰接在伸缩臂铰接座上，二者的铰接轴线与所述第一铰接轴的轴线平行；所述伸缩臂俯仰调节油缸连接在两级油缸伸缩臂的一级臂与所述伸缩臂铰接座之间；所述第二螺旋摆动缸设在所述两级油缸伸缩臂的二级臂远端，所述第一螺旋摆动缸通过所述第二螺旋摆动缸与所述两级油缸伸缩臂连接；所述第二螺旋摆动缸的轴线与所述第一螺旋摆动缸的轴线垂直。利用两级油缸伸缩臂调节伸缩臂长度，利用伸缩臂俯仰调节油缸调节两级油缸伸缩臂的俯仰角度，以达到伸缩臂远端高度调节目的；利用第二螺旋摆动缸调节轨道式气动凿岩机与两级油缸伸缩臂的相位关系，如将轨道式气动凿岩机从两级油缸伸缩臂上方调整到侧面，即通过轨道式气动凿岩机轴线绕两级油缸伸缩臂轴线转动，形成轨道式气动凿岩机轴线相位变化的结果。从而实现三维空间调节，更进一步地拓宽适用范围。还可通过伸缩臂铰接座连接在承载体上，如具有行走机构的履带车辆底盘、轮式车辆底盘等，为构建自行走凿岩车打下基础。

14、为实现第三目的，本发明采用如下技术方案。

15、一种隧道凿岩钻车，包括钻车底盘和设在钻车底盘上的凿岩机或凿岩机械手；所述凿岩机由实现第一目的的轨道式气动凿岩机构成；所述凿岩机械手由实现第二目的的万向凿岩机械手构成。

16、采用前述技术方案的隧道凿岩钻车，利用隧道施工车辆底盘设置凿岩机或凿岩机械手，使其构成隧道凿岩钻车，以充分发挥隧道施工车辆底盘、凿岩机或凿岩机械手的各自优势，以用于隧道施工，特别是用于施工掌子面周边孔或仰拱周边孔时，可形成倾斜钻孔，从而有效减少超挖，提高施工效率。

17、优选的，所述钻车底盘上设有实现第二目的中完整结构的万向凿岩机械手；所述钻车底盘采用轮式车辆底盘结构，所述万向凿岩机械手通过所述安装支架与所述钻车底盘连接；其中，安装支架包括固定梁，固定梁通过钻车底盘上向前悬伸的悬伸梁固定在钻车底盘前方，固定梁呈横向布置，固定梁两端分别铰接有一活动梁，活动梁与固定梁之间设有支架调剂油缸；所述活动梁远端与所述伸缩臂铰接座铰接，且二者之间设有机械手铰接油缸。通过轮式车辆底盘、安装支架和完整结构的万向凿岩机械手结合，可借助安装支架对万向凿岩机械手初始位置调节，可实现掌子面和仰拱的钻爆法施工的炮孔钻孔，也可用于隧道侧壁加固的超前锚杆孔钻孔，以及钢拱架锚杆孔、钢筋网、防爆网等防护网的锚杆孔钻孔施工。

18、本实用新型的有益效果是，气动凿岩机的扶钎器使用寿命长，钻机的钻进行程为主油缸行程的两倍，钻进过程连续，施工效率高，且用于隧道施工时，可减少超挖。万向凿岩机械手具有万向机械臂和气动凿岩机组合优势，适用范围广。隧道凿岩钻车可在隧道施工得到广泛应用。