用于高速铁路信号箱盒安装的一体化钻孔设备及操作方法

技术领域

本发明涉及钻孔设备及施工方法，具体是一种用于高速铁路挡渣墙的信号箱盒安装孔及信号电缆引入引出孔洞的施工的可多孔同时钻进的一体化钻孔设备及操作方法。

背景技术

高速铁路信号控制等级高，站场及线路设备多，在正线挡渣墙两侧平均450 米左右，需要安装5～6台信号设备，每台设备需要在挡渣墙上打4个安装孔，用穿钉螺栓固定，其信号电缆引入引出孔洞若干个，当前技术条件下需要工人手持水磨钻机逐一打穿，无类似的钻孔设备完成打孔工作，遇有挡渣墙钢筋时，需要移位，原来打好的孔报废，则需重新打孔，孔距不易控制，只有将实际安装孔放大，保证孔位误差。因此，高速铁路信号箱盒安装孔打孔工作量巨大，约占信号专业线路工程总工作量的四分之一，且劳动强度大，打孔效率低，打孔产生的水泥浆对线路造成较长时间的污染，不利于其他相关专业的成品保护工作。

针对上述工况，为解决施工人员老龄化的突出问题，进一步降低劳动强度，减少对线路的污染，提高钻孔精度和大幅提高施工效率，实现创新、高效的发展理念，研发了一种高速铁路信号箱盒安装一体化钻孔设备。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种用于高速铁路信号箱盒安装的一体化钻孔设备及操作方法，该钻孔设备可同时钻设多孔，提高钻孔精度，并大幅提高施工效率，降低劳动强度。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种用于高速铁路信号箱盒安装的一体化钻孔设备，其特征在于：所述钻孔设备包括固定架、给进油缸、钻孔装置、导向板、钻具冷却系统和动力单元，所述固定架为截面呈凹型的固定架，其凹型部位的宽度与待钻孔挡墙厚度相匹配，并通过其凹型区域卡设在待钻孔挡墙上；所述给进油缸设有两组，对称设置在固定架其中一侧上部，并与待钻孔挡墙墙面垂直；所述钻孔装置包括钻具安装座、变量马达、油缸连接架和分布在钻具安装座上的多个钻具夹头，油缸连接架安装在钻具安装座上方，变量马达与钻具夹头置于钻具安装座的不同侧，变量马达的输出轴通过传动机构与多个钻具夹头的控制端连接，并控制多个钻具夹头夹持钻头同时工作；所述钻孔装置平行置于固定架设有给进油缸的一侧，其钻具安装座的钻具夹头侧朝向固定架，给进油缸的活塞端与油缸连接架连接，并通过给进油缸控制钻孔装置朝向或远离固定架水平移动；所述导向板安装在固定架设有给进油缸的一侧，并与钻具安装座相对应，在导向板上对应开设有多个钻具导向孔；所述钻具冷却系统包括冷却水箱及水泵和分布在钻具安装座上的冷却水管，所述冷却水管的进水端口与置于冷却水箱的水泵连接，冷却水管通过多根分支水管通向每个钻具夹头的尾端，并与安装在钻具夹头上的中空钻头连通；所述动力单元为变量马达及给进油缸提供动力。

本发明进一步的技术方案：所述钻具安装座上的钻具夹头包括多个信号箱盒安装孔钻具夹头和一个电缆引入孔钻具夹头，且多个安装孔钻具夹头和一个电缆引入孔钻具夹头的分布位置与待安装的信号箱盒上安装孔及信号线引入孔相匹配；所述导向板上的钻具导向孔与信号箱盒安装孔钻具夹头相对应，每个钻具导向孔用轴承座内置轴承，镶入空心轴套组成。

本发明较优的技术方案：所述钻孔设备还包括两根平行于给进油缸的导向杆，两根导向杆对称分布在两组给进油缸下方；在钻具安装座上对应设有两个第一导向孔，两根导向杆的自有端对应穿过钻具安装座上的两个第一导向孔，并在给进油缸带动钻孔装置朝向或远离固定架水平移动时，其钻具安装座沿着导向杆水平移动。

本发明较优的技术方案：所述固定架是由方形的横向架和垂直设置在横向架四个角的竖向支撑杆组成的两侧面成凹型，中部中空的支撑架；在固定架的横向架上设有水平调整机构和高度调节手轮，在固定架的其中一侧的竖向支撑杆上设有搬运移动轮，另一侧设有搬运把手；所述高度调节手轮设有两个，对称分布在横向架上；所述水平调整机构包括设置在横向架上的水平仪、对称设置在横向架长度方向中轴线下方的两个水平滑行轮和对称设置在每个水平滑行轮两侧的侧面调节轮；所述冷却水箱及水泵安装在固定架的横向架上方。

本发明较优的技术方案：所述动力单元包括柴油或汽油发电机和液压站，发电机为液压站油泵电动机、液压控制阀、冷却水泵提供电能；所述给进油缸为液压油缸，并通过高压油管与动力单元的液压站控制阀连接；所述变量马达也通过高压油管与动力单元的液压站控制阀连接锁紧。

本发明较优的技术方案：所述传动机构包括安装在变量马达输出轴的主驱动轮、安装在每个钻具夹头尾端的同步轮、连接主驱动轮及同步轮的同步带、分散设置在同步带上的张紧轮和调节轮，同步轮的轮轴与钻具夹头的尾部连为一体，所述同步轮和主驱动轮均通过圆锥滚子轴承安装在轮轴上，满足轴向受力要求；多个张紧轮分散设置在同步带上，所述调节轮设置在临近电缆引入孔钻具夹头尾端的同步轮的位置，并通过调节轮对电缆引入孔钻具夹头实现上下 60mm的调节；通过变量马达带动主驱动轮转动，并通过同步带带动同步轮及钻具夹头转动。

本发明较优的技术方案：所述横向架为方形框架，在其顶部中空区域对称设有水平滑行轮安装板，两个水平滑行轮分别设置在两块水平滑行轮安装板下方；所述水平仪安装在其中一块水平滑行轮安装板上方，四个侧面调节轮安装在横向架两短边框内侧或四根竖向支撑杆上部内侧；所述搬运移动轮、水平滑行轮和侧面调节轮均采用设有调节螺母的福马轮；两个高度调节手轮对称设置在横向架两根短边框中心位置。

本发明还提供了一种用于高速铁路信号箱盒安装的一体化钻孔设备的操作方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)将固定架安装在待钻孔挡墙上方，并调整好其高度、水平和垂直度，将固定架固定；

(2)在固定架其中一侧安装导向板、两组给进油缸和两根导向杆，两组给进油缸对称安装在固定架上部，导向板安装在固定架下部，两根导向杆对称置于两组给进油缸下方；

(3)准备钻孔装置，将油缸连接架安装在钻孔装置的钻具安装座上，其钻具安装座上部还设有两个与导向杆对应的导向孔，钻孔装置上的钻具夹头数量及分布位置与待安装信号箱盒所需要的安装孔和电缆引入孔对应，并在每个钻具夹头上安装匹配的中空钻具；冷却水管的出水口与每个中空钻具密封连通；

(4)将准备好的钻孔装置与固定架连接，两根导向杆的自由端分别插入钻孔装置上的导向孔内，两个给进油缸的活塞杆端固定连接在油缸连接架上；

(5)将动力单元的液压站分别通过高压油管与钻孔设备的变量马达以及两组给进油缸连接，同时将冷却水管的进口端与水泵连接，水泵置于水箱中，连接好水泵的电源；

(6)开启给进油缸和变量马达的控制阀，两组给进油缸同步控制钻孔装置沿着导向杆水平朝向待钻孔挡墙的墙面移动，移动过程中，其钻具沿着导向板上的钻具导向孔开始在墙面钻孔；在钻孔的同时，开启水泵，通过冷却管朝向每个钻头内注入冷却水；

(7)在钻孔装置上的钻具打穿待钻孔挡墙时，停止变量马达工作，控制给进油缸反向工作，带动钻孔装置沿着导向杆远离钻孔挡墙移动，在钻具完全脱离挡墙后，便可停止给进油缸，完成单个信号箱盒安装及电缆引入孔的钻孔工作；

(8)松开固定架，沿着待钻孔挡墙向前或向后移动，进行下一个信号箱盒安装孔及电缆引入孔的钻进工作。

本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中固定架通过水平仪、高度调节手轮和侧面调节轮调节其水平、高度、垂直度，调整到位后，通过两侧面调节轮与待待钻孔挡墙锁紧。

本发明较优的技术方案：所述步骤(6)的钻孔过程中，通过手动控制或有线控制或无线远程控制的方式对动力单元、给进油缸及变量马达进行控制；钻具受力小时，压力降低，动力单元的液压站输出液压油流量增加，变量马达回转速度提高，给进油缸行程加快，实现快速钻进；钻具扭矩增加，压力上升，动力单元的液压站输出液压油流量减少，变量马达回转速度和给进油缸给进线速度降低，实现低转速大扭矩慢进。

本发明中的钻孔设备包括固定架、给进油缸、钻孔装置、钻头冷却系统和导向板，所述固定架可以固定在挡墙上，固定架上设有水平调整装置，可以对固定架的水平方向和垂直方向进行调整，保证固定架安装的水平、高度和垂直度；给进油缸安装在固定架的一侧，并与挡墙的钻孔墙面垂直，钻孔装置通过给进油缸与固定架连接，并可通过给进油缸带动钻孔装置水平朝向挡墙钻孔面移动；为了保证移动平稳，在钻孔装置与固定架之间还设有与给进油缸平行的定位杆；所述钻孔装置钻具安装座和变量马达，钻具安装座平行于挡墙，其临近挡墙的一侧分布有多个钻具夹头，变量马达安装在远离挡墙的位置；导向板平行置于钻具安装座与挡墙之间，在导向板上设有多个钻具导向孔，其钻具导向孔与钻具安装座上的钻具夹头对应，可以对钻具进行导向钻孔；所述钻头冷却系统包括安装在固定架上的冷却水箱和分布在钻孔装置上的冷却水管，冷却水管的与冷却水箱内的水泵连接，并设有多个出水阀，每个出水阀对应设置在每个钻具安装位。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过给进油缸拉动钻具装置朝向挡墙的钻孔面平行移动，并在移动到位后，通过变量马达控制钻具同时钻设多个安装孔，成孔综合效率在8 倍以上，而且孔距误差小，一次成型无需返工；

(2)本发明设有冷却注水系统，其冷却注水系统的出水口直接与每个中空钻具连通，在钻孔过程中同时注水进行降温除尘，既可以保证钻具的使用安全，又可以起到防尘的作用，实现了环保钻孔；

(3)本发明的固定架、钻具安装座、定位板采用高强度铝材经热处理，用数控加工成型，重量轻便，约12Kg,一人即可操作完成任务，动力单元与一体化钻孔设备分离，设备轻便利于操作；

(4)本发明中的钻孔采用液压传动技术，设备更趋于运转平稳，实现无级调速，性能稳定，减少机械磨损。

(5)本发明中的钻孔装置采用采用同步轮/同步带传动技术，设备更趋紧凑、钻孔范围容易扩展，性能稳定，噪音很低，减少机械磨损。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明未连接动力单元的结构示意图；

图3是本发明的固定架的结构示意图；

图4是本发明的固定架安装到待钻孔挡墙上的示意图；

图5是本发明中钻孔装置马达侧的结构示意图；

图6是本发明中钻孔装置钻具侧的结构示意图；

图7是本发明中钻具传动机构的示意图；

图8是本发明中导向板的结构示意图；

图9是本发明中冷却水管总成结构示意图；

图10是本发明在钻孔过程中的液压控制原理图。

图中：1—固定架，100—横向架，101—竖向支撑杆，102-搬运移动轮,103 —水平仪，104—侧面调节轮，105—水平滑行轮安装板，106—高度调节手轮， 107—水平滑行轮，108—搬运把手，2—给进油缸，3—钻孔装置，300—钻具安装座，301—第一导向孔，302—变量马达，303—钻具夹头，304—油缸连接架， 305—主驱动轮，306—同步轮，307—同步带，308—调节轮，309—张紧轮，4 —导向板，400—钻具导向孔，5—钻具冷却系统，500—冷却水箱及水泵，501 —冷却水管，502—进水阀，503—注水接头，6—动力单元，600—高压油管， 601—液压站控制阀，7—导向杆，8—待钻孔挡墙。

具体实施方式

下面结合附图本发明进行进一步说明。附图1至图9均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例提供的一种用于高速铁路信号箱盒安装的一体化钻孔设备，如图1 所示，包括固定架1、给进油缸2、钻孔装置3、导向板4、导向杆7、钻具冷却系统5和动力单元6，所述动力单元6包括柴油或汽油发电机和液压站，发电机为液压站油泵电动机、液压控制阀、冷却水泵提供电能；所述动力单元6为钻孔装置3的变量马达302及给进油缸2提供动力，所述给进油缸2为液压油缸，设有两个，对称分布在固定架1上，并通过高压油管600与动力单元6的液压站控制阀连接，所述导向杆7设有两根，两根导向杆7对称分布在两组给进油缸2下方；所述变量马达302也通过高压油管600与动力单元6的液压站控制阀601连接锁紧。所述给进油缸2安装在固定架1的其中一侧，所述钻孔装置3 平行置于固定架1的给进油缸2安装侧，给进油缸2的活塞端与钻孔装置3连接，并通过给进油缸2控制钻孔装置3水平朝向固定架1移动；所述所述导向板4安装在固定架1设有给进油缸2的一侧，并与钻具安装座300相对应，在导向板4上对应开设有多个钻具导向孔400；导向板4上的钻具导向孔400与待钻设的信号箱盒的安装孔相对应，即可实现相应信号箱盒安装孔的导向，克服钻具的径向跳动；每个钻具导向孔400用轴承座内置轴承，镶入空心轴套组成。所述钻具冷却系统5包括冷却水箱及水泵500和分布在钻具安装座300上的冷却水管501，冷却水管501分布在钻具安装座300的马达侧，所述冷却水管501 的进水阀502与外界水泵连接，冷却水管501通过多根分支水管通向每个钻具夹头303的尾端，在每个钻具夹头303的尾端设有与安装在钻具夹头303上的中空钻头连接的注水接头503，并通过多个注水接头503将冷却水注入中空钻头内进行降温除尘。

实施例中的钻孔装置3，如图5至图7所示，包括钻具安装座300、变量马达302和分布在钻具安装座300上的多个钻具夹头303，变量马达302与钻具夹头303置于钻具安装座300的不同侧，变量马达302的输出轴通过传动机构与多个钻具夹头303的控制端连接，所述传动机构包括安装在变量马达302输出轴的主驱动轮305、安装在每个钻具夹头303尾端的同步轮306、连接主驱动轮及同步轮的同步带307、分散设置在同步带上的张紧轮309和调节轮308，同步轮306的轮轴与钻具夹头303的尾部连为一体；变量马达302输出轴上安装的主驱动轮305经同步带307带动每个钻具夹头303尾端的同步轮306转动，同步轮轴随同步轮306转动，同步轮轴轴头安装的钻具夹头303，夹持钻具转动，同步带307实现传动功能，张紧轮309为同步带307与同步轮306提供张紧和合理的包角，确保同步带307和同步轮306受力均匀，匀速接触不跳齿，调节轮308为调整电缆引入孔钻具提供60mm的上下调节范围，并收纳、放松、胀紧同步带。每个钻具夹头303上安装的钻具为中空钻具，其尾端为敞口，并通过注水接头503与钻具冷却系统5的每个出水口密封连通，可以直接将水注入钻具内进行冷却。在钻具安装座300上设有油缸连接架304，所述油缸连接架 304安装在钻具安装座300远离固定架1的一侧，且上部高出油缸连接架304，在油缸连接架304高出钻具安装座300的位置对应设有两个油缸连接孔，所述给进油缸2的活塞端焊接有连接螺杆，其连接螺杆对应插入油缸连接孔，并通过螺母锁紧连接。在钻具安装座300上对应设有两个第一导向孔301，两根导向杆7的自有端对应穿过钻具安装座300上的两个第一导向孔301，并在给进油缸 2带动钻孔装置3水平朝向固定架1移动时，其钻具安装座300沿着导向杆7水平移动。

实施例中的固定架1如图2至图4所示，所述固定架1是由方形的横向架 100和垂直设置在横向架100四个角的竖向支撑杆101组成的侧面成门框型的支撑架，固定架1可以是采用L50X50X5角钢和60X40X4方管整体焊接成而成的п型架，所述固定架1凹型区域水平宽度与待钻孔挡墙8的宽度相匹配，可以刚好卡设在待钻孔挡墙8上。在固定架1的横向架100上设有水平调整机构和高度调节手轮106，所述高度调节手轮106设有两个，对称设置在横向架100两根短边框中心位置；在固定架1的其中一侧的竖向支撑杆101上设有四个搬运移动轮102，另一侧设有搬运把手108。所述水平调整机构包括设置在固定架1 的横向架100上的水平仪103、对称设置在横向架100长度方向中轴线下方的两个水平滑行轮107和对称设置在每个水平滑行轮107两侧的侧面调节轮104；所述横向架100为方形框架，在其顶部中空区域对称设有水平滑行轮安装板105，两个水平滑行轮107分别设置在两块水平滑行轮安装板105下方；所述水平仪 103安装在其中一块水平滑行轮安装板105上方，四个侧面调节轮104安装在横向架100两短边框内侧或四根竖向支撑杆101上部内侧；所述水平滑行轮107、侧面调节轮104和搬运移动轮102均采用设有调节螺母的福马轮；所述冷却水箱及水泵500安装在固定架1的横向架100上方。

下面结合具体实施对本发明的操作方法进一步说明，实施例中的钻孔设备针对高速铁路信号箱盒安装，该信号箱盒有十个安装孔，一个电缆引入孔，其电缆引入孔位于下方；选用的钻孔装置3如图5和图6所示，其钻具安装座300 上分布有十个安装孔钻具夹头和一个电缆引入孔钻具夹头，其电缆引入孔钻具夹头置于钻具安装座300中部下方；钻孔装置3的传动机构，如图7所示，图中轮子编号①～⑩为安装孔钻具夹头的同步轮306，编号

其具体操作步骤如下：

(1)如图1所示，将固定架1夹持在待钻孔挡渣墙8上，利用固定架1上的水平仪103，调整固定架1的水平、高度、垂直度；用固定架1顶部的高度调节手轮106，调节高度和水平位置，用固定架1两侧面调节轮104调节其与待钻孔挡渣墙8的垂直度，调整到位后，调节两侧面调节轮104的调节螺母与待钻孔挡渣墙8锁紧。

(2)在固定架1其中一侧安装导向板4、两组给进油缸2和两根导向杆7，两组给进油缸2对称安装在固定架1上部，导向板4安装在固定架1下部，两根导向杆7对称置于两组给进油缸2下方；

(3)准备钻孔装置3，将油缸连接架304安装在钻孔装置3的钻具安装座 300上，其钻具安装座300上部还设有两个与导向杆7对应的导向孔，钻孔装置 3上的钻具夹头303数量及分布位置与待安装信号箱盒所需要的安装孔和电缆引入孔对应，并在每个钻具夹头上安装匹配的中空钻具；冷却水管501的出水口与每个中空钻具密封连通；

(4)将准备好的钻孔装置3与固定架1连接，两根导向杆7的自由端分别插入钻孔装置3上的导向孔内，两个给进油缸2的活塞杆端固定连接在油缸连接架304上，并用螺母连接锁紧。

(5)将高压油管600分别和钻孔装置3的变量马达302和动力单元6的液压站控制阀连接锁紧，用注水管将钻孔装置3的注水分流阀进水口与水泵连接，水泵置于水箱，插好水泵电源接头。

(6)将高压油管600分别与固定架1上的给进油缸接口与动力单元6的液压站对应控制阀接口连接，设定好给进油缸2的行程，调整行程开关位置与给进油缸行程2一致同步。

(7)开始钻孔过程，钻孔时，开启两给进油缸2和变量马达302的控制开关，然后两给进油缸2带动钻孔装置3沿着导向杆7水平朝向待钻孔挡渣墙8的墙面移动，移动过程中，其钻具沿着导向板4上的钻具导向孔400开始在墙面钻孔，在钻孔的同时开启冷却水系统5，钻孔的过程中同时通过注水管501朝向每个钻头内注入冷却水，实现水钻；本发明中的动力单元6液压站可以根据待钻孔挡渣墙8的结构是否遇到钢筋的状况和钻孔装置的扭矩情况设定好动力单元6液压站的工作压力、流量，在钻孔过程中可以通过手动控制、有线控制或无线远程控制的方式对动力单元、给进油缸及变量马达进行控制，图10为本发明的液压控制原理图；在钻孔过程中，动力单元6液压站可以自适应调节压力和流量，混凝土中无钢筋钻具受力小时，压力降低，流量增加，钻孔装置3的变量马达302回转速度提高，给进油缸2行程加快，实现快速钻进，钻具遇到混凝土中钢筋时，钻孔装置3感应到扭矩增加，自动提高工作压力，减少流量，钻孔装置3的变量马达302回转速度和给进油缸2给进线速度自然降低，实现低转速慢进，保护钻孔装置3、钻具不受损坏。

(8)钻孔装置3上的钻具打穿待钻孔挡渣墙8时，停止变量马达工作，控制给进油缸反向工作，带动钻孔装置沿着导向杆远离钻孔挡墙移动，在钻具完全脱离挡墙后，便可停止给进油缸，完成单个信号箱盒安装及电缆引入孔的钻孔工作；上述过程可以结合现有技术设置成自动控制，可以在钻孔装置3上的钻具打穿待钻孔挡渣墙8时，钻孔装置3上的触碰开关启动，反馈至变量马达 302控制阀和给进油缸2控制阀停止，启动给进油缸/变量马达控制阀，给进油缸快速伸出，推动一体化钻孔设备退回，并用专用扳手将钻具在钻孔装置3上松开卸下，将钻具内的混凝土芯棒磕出。

(9)松开固定架1两侧面调节轮104，向前/后移动固定支架1，进行下一个信号箱盒安装孔钻进。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。