一种智能分体式旋喷锚固钻机

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，尤其涉及一种智能分体式旋喷锚固钻机。

背景技术

公路、铁路既有线路基及新建公路、铁路路基普遍存在翻浆冒泥、下沉、边坡坍滑、滑坡等病害，使既有线、新建路线交付运营多年仍不能达到设计速度与质量，路基强度低，稳定性差，严重威胁运输安全，经济效益与社会效益较差。此外，建筑工程相关的软土、富含水黏土和湿陷性黄土等病害频发，岩土文物保护及古建筑地基修复市场需求逐年增加。

传统旋喷钻机无法靠近施工的公路铁路高路基及高边坡的勘察施工，难以适应不同地面和地下地质条件的施工，且施工过程中不可视化，后期监测难度大。大型钻机体积大，不适合狭小空间作业，且机动性差，不适合线状作业。其次，现有钻机施工定位不准、旋喷范围控制粗放，浆液流失量大，导致成本提高。

发明内容

针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种智能分体式旋喷锚固钻机，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种智能分体式旋喷锚固钻机，包括机架、桅杆、动力头、可移动式动力站及操作控制系统，所述桅杆通过销轴安装于机架上，桅杆与机架之间安装有起塔油缸，所述桅杆的两端分别设有滚轮架，桅杆前端的滚轮架上设有钻杆限位孔，两端的滚轮架之间设置有导向管和加压提升油缸，通过导向管安装有滑动导轮，所述滑动导轮与加压提升油缸固定连接，滑动导轮上设置有托板，所述托板上安装动力头，所述动力头包括壳体、摆线马达、齿轮轴、齿轮、主轴组件及空气滤清器，所述齿轮轴和齿轮啮合连接并设置于壳体中，所述齿轮轴与摆线马达的输出轴连接，所述齿轮中固定主轴组件，主轴组件的前段设置有钻杆接头；所述可移动式动力站包括电机、油泵及与油泵连接的油箱，所述电机与油泵连接，油泵通过油管分别与起塔油缸、加压提升油缸及摆线马达连接，所述加压提升油缸、摆线马达、起塔油缸、油泵及电机均与操作控制系统电连接。

优选地，所述机架包括底架、桅杆支撑底座和桅杆支撑架，所述桅杆支撑底座和桅杆支撑架均设置于底架上，所述桅杆支撑底座顶部通过支座和销轴与桅杆连接，所述桅杆支撑架的顶部支撑于桅杆下方。

优选地，所述底架和桅杆后端滚轮架的侧面分别设有连接撑杆组件的管孔，所述撑杆组件包括撑杆、连接管和万向扣件，所述撑杆上通过万向扣件设置有连接管，所述连接管安装于所述管孔中。

优选地，所述加压提升油缸的前端通过油缸定位板、螺钉、垫圈和盖体与桅杆前端的滚轮架连接，加压提升油缸的后端伸出桅杆后端的滚轮架，且加压提升油缸的后端通过油管安装板、螺栓和垫圈与油管连接。

优选地，所述桅杆还包括连接管，所述连接管设置于导向管的下方且连接管的两端固定于桅杆两端的滚轮架上，所述连接管上固定设置有连接座，所述连接座与机架连接。

优选地，所述油泵的出口处设有压力过载保护装置。

优选地，所述可移动式动力站还包括扇热器，所述扇热器与操作控制系统电连接。

优选地，所述可移动式动力站还包括移动底架和支架，所述支架固定于移动底架上，所述移动底架的底部设有脚轮，所述电机设置于移动底架上，所述油箱和扇热器设置于支架上。

优选地，所述操作控制系统包括操作台和设置于操作台中的电气柜主机，所述操作台上设有显示屏、动力头回转手柄、加压提升手柄和变幅手柄。

优选地，所述动力头回转手柄上设有快速按钮。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明钻机的动力头采用加压提升油缸驱动运动，与传统的链条带动动力头运动的方式相比，拆装更方便，更安全，减少了因动力头长期运动导致动力头与链条之间锁紧螺母松动带来的不必要的安全隐患。

(2)本发明钻机采用全液压技术，动力头变速、钻具提升和钻机起塔均采用液压控制，操作方便灵活，维护省时、省力。

(3)本发明采用半自动化操作模式，克服了传统操作复杂的缺陷，使数据采集更简便、清晰，操作简单、易上手，大大提高工作效率。钻机小巧，轻便，便于携带，操作台和泵站底部设置脚轮，方便移动，使操作台与钻机在一定距离内可以随意移动，大大提高了工作的方便性。

(4)本发明提供的钻机可用于各类软地基处理、高填方路基加固、建筑物地基处理、地下室防渗处理、河床整治、古文化遗址保护、修复及各类狭窄工作空间条件下的治理工程，在某些软土层施工时，钻孔和旋喷可以一次完成。钻机适应性能好，可配套不同模块、不同钻具使用，能满足不同的工程需要。

(5)整机模块化使得机体机动性较高，可实现传统钻机、旋喷机无法靠近施工的公路、铁路高路基、高边坡的勘察施工及狭小空间施工等难以解决的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的智能分体式旋喷锚固钻机的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的机架的主视结构示意图。

图3是本发明实施例提供的机架的侧视结构示意图。

图4是本发明实施例提供的桅杆的主视结构示意图。

图5是本发明实施例提供的桅杆的俯视结构示意图。

图6是本发明实施例提供的桅杆的侧视结构示意图。

图7是本发明实施例提供的机架与支撑组件连接后的结构示意图。

图8是本发明实施例提供的动力头的主视结构示意图。

图9是本发明实施例提供的动力头的侧视结构示意图。

图10是图9中A-A处的剖视图。

图11是本发明实施例提供的可移动式动力站的主视结构示意图。

图12是本发明实施例提供的可移动式动力站的侧视结构示意图。

图13是本发明实施例提供的操作控制系统的外部结构示意图。

图14是本发明实施例提供的操作控制系统的控制关系流程图。

图15是本发明实施例提供的液压控制系统示意图。

图16是本发明实施例提供的控制系统的电气原理图。

图17是本发明实施例提供的控制系统的电器原理图。

图中：1-机架；101-底架、102-桅杆支撑底座；103-桅杆支撑架；104-支座；105-管孔；2-桅杆；201-滚轮架；202-导向管；203-加压提升油缸；204-滑动导轮；205-托板；206-连接管；207-连接座；208-油缸定位板；209-螺钉；210-垫圈；211-盖体；212-油管安装板；213-螺栓；214-螺帽；215-钻杆限位孔；3-动力头；301-壳体；302-摆线马达；303-齿轮；304-齿轮轴；305-主轴组件；306-钻杆接头；307-空气滤清器；4-可移动式动力站；401-电机；402-油泵；403-油箱；404-扇热器；405-移动底架；406-支架；407-脚轮；5-操作控制系统；501-操作台；502-显示屏；503-动力头回转手柄；504-加压提升手柄；505-变幅手柄；506-快速按钮；6-销轴；7-起塔油缸；8-撑杆；9-连接管；10-万向扣件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种智能分体式旋喷锚固钻机的结构参照图1，包括机架1、桅杆2、动力头3、可移动式动力站4及操作控制系统5，桅杆2安装于机架1上，动力头3安装于桅杆2上，整个装置采用全液压技术，通过可移动式动力站4为装置提供动力，通过操作控制系统5采集装置施工过程的浆液流量、动力头转速、桅杆的提升及给进速度等，操作控制系统5利用PLC控制系统和光纤类传感器，可实现旋喷流量、旋喷半径、钻进深度等数据的实时监测和控制，解决了传统施工过程中不可视化和后期监测的问题，实现智能化。

机架1的结构参照图2和图3，机架1包括底架101、桅杆支撑底座102和桅杆支撑架103，桅杆支撑底座101和桅杆支撑架102均设置于底架101上，桅杆支撑底座101的顶部设有连接桅杆2的支座104，支座104上可安装销轴6，桅杆支撑底座101和桅杆支撑架102沿桅杆2的长度方向设置，且桅杆支撑架103的顶部支撑于桅杆2的下方，底架101的侧面设有连接撑杆组件的管孔105。

桅杆2的结构参照图4-6，桅杆2包括设置于两端的滚轮架201、导向管202、加压提升油缸203、滑动导轮204、连接管206、连接座207，导向管202、加压提升油缸203及连接管206平行设置且两端分别通过螺帽214固定于两滚轮架201上，导向管202和连接管206各设两个，导向管202位于上方，连接管206位于下方，加压提升油缸203位于导向管202和连接管206之间，连接管206上固定设置有与机架1中的支座104通过销轴6连接的连接座207，通过导向管202安装有滑动导轮204，滑动导轮204与加压提升油缸203固定连接，加压提升油缸203的前端通过油缸定位板208、螺钉209、垫圈210和盖体211与前端的滚轮架201连接，加压提升油缸203的后端伸出桅杆2后端的滚轮架201，且加压提升油缸203的后端通过油管安装板212、螺栓213及垫圈与油管连接。滑动导轮204上设置有连接动力头3的托板205，前端的滚轮架201上设有钻杆限位孔215，后端滚轮架201的侧面设有连接撑杆组件的管孔。

撑杆组件包括撑杆8、连接管9和万向扣件10，撑杆8上不同位置处分别通过万向扣件10连接有连接管9，不同位置处的连接管9可分别安装于底架101的管孔105和后端滚轮架201的管孔105中，参照图7。撑杆组件可方便机架1与桅杆2连接，便于装置拆卸运输。桅杆2运输时，通常是横向放置，与机架1安装时，利用撑杆组件将桅杆竖起后方便进行机架的安装，同时，机架1与桅杆2之间设置有起塔油缸7，起塔油缸7的一端通过支座和销轴连接于机架1的底架101上，起塔油缸7的另一端通过支座和销轴连接于桅杆2的连接座207上。

动力头3的结构参照图8-10，包括壳体301、摆线马达302、齿轮303、齿轮轴304、主轴组件305及空气滤清器307，齿轮303和齿轮轴304啮合连接并设置于壳体301中，摆线马达302设置两个，两个摆线马达302的输出轴分别与齿轮轴304的两端连接，主轴组件305固定于齿轮303中，主轴组件的前端设置有钻杆接头306，钻杆接头306上连接钻杆后，钻杆前端伸出桅杆2前端滚轮架201上的钻杆限位孔215。钻杆接头306上可配套不同模块、不同钻具使用，如配套空间全方位原状土取样设备、触探设备或自钻式横压仪进行不同的施工，满足不同的旋喷工艺，提高钻机的适应性。壳体301的底部通过螺钉固定于滑动导轮204的托板205上，该连接方式安拆方便，拆卸后分体部分方边运输。

可移动式动力站4的结构参照图11-12，包括电机401、油泵402、油箱403、移动底架405及支架406，移动底架401的底部设有脚轮407，移动底架405上固定支架406，移动底架405上固定电机401，支架406上固定油箱403，支架406上靠近油箱403处设置有扇热器404，油泵402连接于电机401上，油泵402通过油管分别与起塔油缸6、加压提升油缸203及摆线马达302连接，油泵402的出口处设有压力过载保护装置，当液压管路中压力超过设定的值时会自动切断电机401的工作电源。可移动式动力站4结构紧凑，方便移动，在路基施工中，可移动式动力站4可放置在铁路路基的路肩上，在一定范围内可根据使用随意移动，大大提高工作的方便性。因此，可移动式动力站4应满足结构紧凑、质量轻的要求。

操作控制系统5的外部结构参照图13，包括操作台501，操作台501中设置有电气柜主机，加压提升油缸203、摆线马达302、电机401、油泵402、扇热器404和起塔油缸7均与电气柜主机电连接，电路控制系统参照图15，操作台501底部设有脚轮，方便移动，操作台501上设有显示屏502、动力头回转手柄503、加压提升手柄504和变幅手柄505，操作台501上还可设置各工作模式对应的指示灯，如电源指示灯、主机启动或停止指示灯等。显示屏502上设有动力头回转速度表、提升高度表、桅杆角度表及信息显示栏。动力头回转速度表用于显示当前动力头转速，通过动力头回转手柄503可控制动力头的正反转情况，动力头回转手柄503往前为慢速正传，往后则为慢速反转，转速可通过在显示屏502的信息显示栏中输入特定的转速值来调控；动力头回转手柄503顶端设有快速按钮506，按下快速按钮506，则进入快速回转功能。提升高度表用于显示当前动力头的提升高度和提升速度，通过加压提升手柄504控制加压提升油缸203来实现，加压提升手柄504往前为动力头提升，加压提升手柄504往后则为动力头给进，当前提升高度和提升速度可通过在显示屏502的信息显示栏中输入相应数值来调控。桅杆角度表用于显示当前桅杆角度，通过变幅手柄505控制起塔油缸7来实现，变幅手柄505往右为起塔，往左则为落塔，桅杆角度可通过在显示屏502的信息显示栏中输入相应数值来调控。钻机使用过程中，浆液流量、动力头转速、桅杆的提升及给进速度、旋喷半径、钻进深度等均可通过操作控制系统5进行采集、显示和打印，通过数据的反馈调控上述参数(操作控制系统控制关系流程图参照图14)，解决传统施工过程中不可视化和后期监测的问题，实现智能化控制，脱离以往复杂的操作，采用半自动化操作模式，使数据采集更简便、清晰、操作简单、易上手。动力头3的转速可调控，且钻机动力头变速、钻具提升和钻机起塔均采用液压控制，控制方式参照图15，操作方便灵活，维护省时、省力。配有转速及给进提升数据的显示及采集功能，可有效控制工程施工的进度和质量。本发明的电气原理图参照图16，电器原理图参照图17。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。