CN216894251U - 一种深孔用大变径扩孔装置 - Google Patents

Abstract

一种深孔用大变径扩孔装置，应用于不便借助大型设备且需要大变径切削的场合，便于携带，节省人力与成本，提高扩孔效率。本装置由孔内固定系统、扩孔深度进给系统、扩孔刀具平台、扩孔刀具系统组成。本装置只需孔外的杆与孔内固定系统连接即可，孔内固定系统下端连接进给液压油缸，进给液压油缸连接旋转电机平台，旋转电机平台连接扩孔刀具平台。大平面支撑板在孔内固定液压油缸作用下贴紧在孔内壁，使得整个装置保持稳定。扩孔深度由进给液压油缸决定。工作时，在伸刀电动缸的作用下，刀具滑套会向下动作，刀具齿轮也向外旋转，从而扩孔螺旋刀具打开，整个装置在旋转电机的作用下旋转切削，扩孔直径也可由直径位移传感器实时监测。

Description

一种深孔用大变径扩孔装置

技术领域

本实用新型属于输电铁塔基础开挖领域，涉及输电铁塔基座开挖扩孔技术，具体是涉及一种深孔用大变径扩孔装置，实现在不需借助大型设备下的高效率扩孔切削，满足输电铁塔基础开挖技术要求。

背景技术

输电铁塔是用于架空输电线路的主支撑单元。它不仅需要在足够的安全高度从地面上携带重型传输导线，而且还能承受各种各样的自然灾害。它对倾斜变形非常敏感，对地基不均匀沉降要求也高。输电铁塔基础常用的结构形式有独立基础、扩大基础和桩基础，输电铁塔的结构形式主要采用钢结构。但是像一些北方地区，煤矿比较多，地下有采空区。所以目前常规输电铁塔及基础结构难以适应采空区的地表移动，也有可能造成输电铁塔偏斜甚至倾覆。原来的方案是从地上向地下钻深度为10米，直径为1.8米的孔来固定输电铁塔基础。而鉴于上述原因，目前需要在大概8米的深度，把原来直径为1.8米的孔扩大成直径为2.4米的孔，这个孔的深度是2米，这样采取底部变大底座孔洞直径变大的方法可增大铁塔基座的牢固性，防止铁塔倾翻。地下孔洞内扩径存在较大技术难题，大多用大型扩孔设备来实现孔洞扩孔。但是输电塔大多在野外上坡上，地形复杂，环境恶劣，大型设备难以直接使用。目前输电铁塔的桩基扩孔，多采用小型挖掘机、装载机等小型作业设备，在此基础上改装洛阳铲等设备实现桩基开挖，通过人工扩孔方式。人工开挖方式存在效率、人员安全等隐患，因此迫切需要解决输电塔扩孔开挖的装备技术。

为解决地下孔洞扩径需求，许多现有技术依赖于重型设备，如授权公告号为CN210178271U，授权公告日为2020.03.24的中国实用新型专利公开了一种长螺旋钻机的液压式变径扩孔钻头，钻头安装在长螺旋钻杆上，但是长螺旋钻杆和其它元件都通过吊车等重型设备为其吊装与固定，才能正常工作。类似地还有如授权公告号为CN 104763328B，授权公告日为2017.03.08的中国发明专利公开了一种液压扩孔循环钻机及其扩孔桩施工工艺，利用吊车大型设备通过液压柱支撑导轨，扩孔工具安装在导轨上，液压驱动扩孔钻头，可以进行扩孔，所以此类方法必须借助吊车等重型设备，不能用在输电铁塔扩孔切削中。

还有一些现有技术虽没有借助重型设备，但是装置结构存在问题，如授权公告号为CN 203008787U，授权公告日为2013.06.19的中国实用新型专利公开了一种液压机械式随钻变径扩孔钻头，通过活塞系统，扩孔钻头通过液压油的压力来打开，但是此装置包含大弹簧，小弹簧、上壳体、中壳体、下壳体等很多零件，结构过于复杂，而且对油液压力控制要求比较高，不同的油液压力应该克服不同的弹簧弹力来进行工作，容易出现误动作或者达不到理想预期的效果，并且这种装置一般适用于小变径的场合中，如果是大变径场合，大钻头不易安装在此种结构上。还有如授权公告号为CN 102003146B，授权公告日为2012.12.12的中国发明专利公开了一种全液压扩眼器，扩眼刀翼内端安装不完整齿轮，齿轮与内部结构齿条相啮合，利用改变泵的排量使刀翼张开，虽不用借助重型设备，但本装置结构比较复杂，需要同时控制泵压和钻压才能正常工作。而且此装置在使用时，会通过压力使装置下落入几个限位钢球来正常工作，结束时需要从地面向钻杆投入一个钢球来封堵油路，在深孔中，投入钢球的惯性很大，如果钻头很大时，需要投入的钢球也很大，很容易破坏其他零件和本装置，影响整个装置的稳定性和可靠性，从而不能正常工作。

现有地下孔洞扩孔大多为大型设备，不能满足输电铁塔的应用要求，为此，提出了一种深孔用大变径扩孔装置，可在已建立的竖孔中扩孔，满足输电铁塔的小型开挖要求，并可作为附件，适合我国北方大部分铁塔建设。

发明内容

针对上述现有技术的不足和缺陷，本实用新型的目的是提供一种结构简单，深孔用大变径扩孔装置，是解决现有技术成本高，结构复杂，需要借助重型设备，扩孔效率低等的问题。尤其是孔比较深时，难以实现理想的扩孔效果。

为了解决以上问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种深孔用大变径扩孔装置，包括孔内固定系统、扩孔深度进给系统、扩孔刀具平台、扩孔刀具系统、深度位移传感器，直径位移传感器。

所述孔内固定系统包括一双作用单活塞杆液压油缸、四个大平面支撑板、四个大连杆轴、一个十字滑块、四个小连杆、四个小连杆轴，所述十字滑块和所述液压油缸的活塞杆通过螺栓连接，所述小连杆和所述十字滑块通过所述小连杆轴连接，所述小连杆和所述大平面支撑板通过所述大连杆轴连接，所以当所述液压油缸伸出时，四个小连杆分别向斜下方动作，然后四个小连杆推动四个大平面支撑板分别向外动作，从而四个大平面支撑板会贴在孔的内壁上，实现装置固定在孔内某个位置，使装置保持稳定状态。

所述扩孔深度进给系统包括进给液压油缸、旋转电机平台，所述进给液压油缸是一个双作用单活塞杆液压油缸，所述进给液压油缸的活塞杆通过螺栓和旋转电机平台进行连接，旋转电机通过螺栓固定在所述旋转电机平台上，电刷通过螺栓固定在旋转电机平台上，旋转电机轴通过螺栓连接所述扩孔刀具平台，从而旋转电机平台、扩孔刀具平台连接在一起，所以进给液压油缸活塞杆的伸缩带动所述旋转电机平台整体上下动作，旋转电机正转就会带动扩孔刀具平台旋转。

优选地，所述扩孔刀具平台包括扩孔刀具平台上平面板、扩孔刀具平台下平面板、伸刀电动缸、刀具滑套、刀具滑套导轨，所述伸刀电动缸通过螺栓安装在扩孔刀具平台上平面板上，伸刀电动缸活塞杆通过螺栓和刀具滑套连接，所述刀具滑套可以随伸刀电动缸活塞杆的伸缩而上下动作，所述刀具滑套两侧有斜齿，两个刀具齿轮的模数、压力角参数与所述刀具滑套的齿相同，使得两个刀具齿轮分别与所述刀具滑套的两侧齿相啮合，从而两个刀具齿轮都可以在刀具滑套上实现旋转动作，所述刀具滑套可以沿着刀具滑套导轨上动作，所述滑套滑轨通过螺栓固定在扩孔刀具平台下平面板上，所述刀具滑套通过键与刀具滑套导轨连接，所述刀具滑套导轨可以实现辅助支撑刀具滑套滑动的作用。

优选地，所述扩孔刀具系统包括两个扩孔螺旋刀具、两个刀具齿轮，所述扩孔螺旋刀具包括切削刃一和切削刃二，所述扩孔螺旋刀具通过螺栓固定在所述刀具齿轮上，实现所述扩孔螺旋刀具随刀具齿轮向内转动而向内收缩动作，随刀具齿轮向外转动而向外展开动作，所述扩孔螺旋刀具的切削刃一主要负责孔的两侧切削动作，所述扩孔螺旋刀具的切削刃二主要负责孔的下侧切削动作，使整个切削动作顺利完成。

所述深度位移传感器通过螺栓固定在下平面板上，深度位移传感器的探头接触旋转电机上平面板，从而进给液压油缸向下伸出的距离信息可以被深度位移传感器实时监测，从而清楚地了解扩孔深度信息。

所述直径位移传感器通过螺栓固定在扩孔刀具平台上平面板上，直径位移传感器探头接触伸刀电动缸活塞杆的初始位置，我们通过直径位移传感器实时监测到的伸刀电动缸活塞杆的轴向距离信息，从而按比例地监测到扩孔的直径信息，从而更好了解扩孔效果。

本实用新型具有的技术特征：

扩孔刀具伸出和收回依靠伸刀电动缸的伸出和收回，动作快速可靠，扩孔效率高；

所述孔内固定系统利用液压油缸来驱动，支撑稳定，所以刀具扩孔精度高；

扩孔刀具的结构和形状可以更换，然后安装在此装置中，实现多情况切削扩孔。

本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

(1)本装置结构简单，不需要借助重型设备，可与现有铁塔建设的设备如挖掘机共用能源，并可作为附件，满足铁塔野外开挖作业要求；

(2)所设计的深孔用大变径扩孔装置采用电动缸(或液压油缸)变径，可满足不同尺寸的扩孔要求，能适应于多种复杂的环境，提高扩孔切削效率；

(3)本装置操作简单，节省人力，可以实现大变径扩孔切削。

附图说明

图1是本实用新型大变径扩孔装置示意图；

图2是本实用新型扩孔刀具平台结构图；

图3是本实用新型刀具系统结构图；

图4是本实用新型刀具系统展开结构图；

图5是本实用新型刀具系统闭合结构图；

图6是本实用新型孔内固定系统结构图；

图7是本实用新型进给液压油缸结构图；

图8是本实用新型孔内固定液压油缸和进给液压油缸工作结构图；

图9是本实用新型旋转电机平台结构图；

图10是本实用新型伸刀电动缸结构图；

图11是本实用新型深度位移传感器结构图；

图12是本实用新型直径位移传感器结构图。

图中各标号的含义是：1-孔内固定系统，2-进给液压油缸，3-旋转电机平台，4-电刷，5-扩孔刀具平台，6-扩孔刀具系统、7-深度位移传感器、8- 直径位移传感器；

101-上平面板、102-孔内固定液压油缸、103-平台连接柱、104-孔内固定液压油缸活塞杆、105-大连杆轴、106-小连杆轴、107-下平面板、108-进油口一、109-进油口二、1010-连接硬杆、1011-十字滑块、1012-小连杆、1013- 大平面支撑板；

201-进油口A、202-进给液压油缸缸体、203-进油口B、204-进给液压油缸活塞杆；

301-旋转电机上平面板、302-旋转电机、303-旋转电机平台连接柱、 304-旋转电机下平面板、305-固定平台、306-旋转电机轴；

4-电刷；

501-扩孔刀具平台上平面板、502-伸刀电动缸、503-伸刀电动缸活塞杆、504-刀具滑套、505-刀具滑套槽、506-平面连接柱、507-刀具滑套导轨、 508-扩孔刀具平台下平面板；

601-刀具齿轮、602-扩孔螺旋刀具、603-切削刃一、604-切削刃二；

701-深度位移传感器接线口、702-深度位移传感器测量探头；

801-直径位移传感器接线口、802-直径位移传感器测量探头。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。并不是把本实用新型的实施范围局限于此。凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

如图1至图12所示为本实用新型的整体结果图和零件结构图，本实例所示的是一种深孔用大变径扩孔装置，用于实现高效率大变径扩孔切削。该装置主要包括孔内固定系统1、进给液压油缸2、旋转电机平台3、电刷4、扩孔刀具平台5、扩孔刀具系统6、深度位移传感器7、直径位移传感器8。

所述孔内固定系统1包括上平面板101、孔内固定液压油缸102、平台连接柱103、孔内固定液压油缸活塞杆104、大连杆轴105、小连杆轴106、下平面板107、进油口一108、进油口二109、连接硬杆1010、十字滑块1011、小连杆1012、大平面支撑板1013，所述孔内固定液压油缸102的工作原理如图8，操作换向阀1014就能实现孔内固定液压油缸活塞杆104的伸出和收回，换向阀1014的P口与液压泵连接，1014的T口与油箱连接，A口与孔内固定液压油缸无杆腔连接，B口与孔内固定液压油缸有杆腔连接，当换向阀1014位于右位时，换向阀1014的P口与A口连通，T口与B口连通，当液压泵供油时，孔内固定液压油缸活塞杆104向下伸出，当换向阀1014位于左位时，换向阀P 口与B口连通，T口与A口连通，液压泵供油时，孔内固定液压油缸活塞杆104 向上收回，若整个液压系统油压超过设定油压时，液压油会通过溢流安全阀100 流回油箱，所述上平面板101和下平面板107通过平台连接柱103连接，所述十字滑块1011通过螺栓和孔内固定液压油缸活塞杆104连接实现十字滑块 1011随孔内固定液压油缸活塞杆104上下伸缩动作，所述小连杆1012通过小连杆轴106和十字滑块1011连接，所以十字滑块1011动作时，小连杆1012 绕小连杆轴106实现旋转动作，所述大平面支撑板1013通过大连杆轴105和小连杆1012连接实现随小连杆的动作而向外伸出。

所述进给液压油缸2包括进油口A201、进给液压油缸缸体202、进油口B203、进给液压油缸活塞杆204，所述进给液压油缸活塞杆204通过螺栓和下面的旋转电机平台3连接，所述进给液压油缸2是一个双作用单活塞杆液压油缸，进油口A201和进油口B203分别和深孔外部油管连接，工作原理如图8，操作换向阀205就能实现油路的切换，换向阀205的P口与液压泵连接，换向阀205的T口与油箱连接，205的A口与伸缩液压油缸无杆腔连接，205的B 口与孔内固定液压油缸有杆腔连接，当换向阀205位于右位时，换向阀205的 P口与A口连通，T口与B口连通，当液压泵供油时，进给液压油缸活塞杆204 向下伸出，当换向阀205位于左位时，P口与B口连通，T口与A口连通，液压泵供油时，进给液压油缸活塞杆204向上收回，若整个液压系统油压超过设定油压时，液压油会通过溢流安全阀100流回油箱。当换向阀205位于右位，进给液压油缸进油口A201通入油液时，进给液压油缸活塞杆204平稳伸出，油液通过进给液压油缸油口B203回油箱，推动下面整体向下伸出，下面的扩孔螺旋刀具602在逐渐切削扩孔，直至扩孔深度到达预定深度。达到预定深度时，使换向阀位于左位，停止给进油口A201供油，给进油口B203供油，进给液压油缸活塞杆204向上收回，进给液压油缸2通过进油口A201回油箱，直至进给液压油缸活塞杆204完全收回，整个装置回到原始位置。

所述旋转电机平台3包括旋转电机上平面板301、旋转电机302、旋转电机平台连接柱303、旋转电机下平面板304、电刷4、固定平台305、旋转电机轴306，旋转电机302通过螺栓固定在旋转电机下平面板304上，旋转电机上平面板301和旋转电机下平面板304通过旋转电机平台连接柱303连接，电刷4通过螺栓固定在旋转电机上平面板301上，目的是给扩孔刀具平台5的伸刀电动缸502提供电源，固定平台305通过螺栓和旋转电机轴306连接，所述旋转电机轴307通过螺栓连接扩孔刀具平台5，使扩孔刀具平台5包括扩孔刀具系统6一起绕着固定平台305旋转，所述旋转电机平台3、扩孔刀具平台 5及扩孔刀具系统6会随进给液压油缸2的伸出和收回而动作。

所述扩孔刀具平台5包括扩孔刀具平台上平面板501、伸刀电动缸 502、伸刀电动缸活塞杆503、刀具滑套504、刀具滑套槽505、平面连接柱506、刀具滑套导轨507、扩孔刀具平台下平面板508，所述伸刀电动缸502通过螺栓安装在扩孔刀具平台上平面板501上，所述伸刀电动缸活塞杆503通过螺栓和刀具滑套504连接，所述平面连接柱506通过螺栓固定在刀具滑套导轨507 上，所述平面连接柱506通过键与所述刀具滑套槽505过盈配合，实现刀具滑套504可以随伸刀电动缸活塞杆503的伸缩沿着平面连接柱506上下动作，所述平面连接柱506起到辅助支撑所述刀具滑套504的作用，所述两个刀具齿轮 505都可以在刀具滑套504上实现旋转动作，所述扩孔刀具平台上平面板501 和所述扩孔刀具平台下平面板508通过平面连接柱506连接。

所述扩孔刀具系统6包括两个刀具齿轮601、两个扩孔螺旋刀具602，所述扩孔螺旋刀具602包括切削刃一603和切削刃二604，所述扩孔螺旋刀具 602通过焊接或螺栓固定在所述刀具齿轮601上，所述扩孔螺旋刀具602的切削刃一603主要负责孔的下侧切削动作，所述扩孔螺旋刀具602的切削刃二604 主要负责孔的两侧切削动作，使整个切削动作顺利完成，伸刀电动缸活塞杆503 向下伸出或向上收回时，所述扩孔刀具系统6的扩孔螺旋刀具602就会分别向外打开或向内收回。

所述深度位移传感器7通过螺栓固定在孔内固定系统1的下平面板 107上，深度位移传感器7的一端701接线，另一端702接触旋转电机3的上平面板301，从而伸缩油缸向下伸出的距离信息可以被深度位移传感器7实时监测，从而清楚地了解扩孔深度信息。

所述直径位移传感器8通过螺栓固定在扩孔刀具平台上平面板501 上，直径位移传感器8的一端801接线，另一端802接触伸刀电动缸活塞杆503 的初始位置，从而伸刀电动缸活塞杆503的轴向距离信息能被直径位移传感器 8实时监测，根据直线位移传感器8的轴向距离信息，按照比例就能获取扩孔的直径信息，更好了解扩孔效果。

本实用新型的装置在使用时，

第一步，用钻孔机钻孔，钻孔深度应比要求深度深一些，为了使扩孔切削的土落下去，用外部装置通过连接硬杆1010将本装置放入已经打好深孔需要扩孔的预定位置；

第二步，给孔内固定液压油缸102的进油口二109通入油液，这个油液压力根据G＝4μPA求得，其中G是整个装置的重量，A是孔内固定液压油缸活塞杆104的横截面积，μ是这个状况下的摩擦系数，使孔内固定液压油缸活塞杆104在高压油的推动下向下伸出，十字滑块1011随着伸出，推动四个小连杆1012向斜下方动作，四个小连杆1012分别推动四个大平面支撑板1013 向外伸出做展开动作，当孔内固定液压油缸活塞杆104到达极限位置时会停止动作，此时四个大平面支撑板1013形成一个完整平面圆环，贴紧在孔内内壁上，可以承受较大的载荷作用，整个装置被固定在某一位置，高压油液需要不间断通过进油口二109通入所述孔内固定液压油缸102，油液通过进油口一108 回油箱；

第三步，启动旋转电机302，使伸刀电机平台5及扩孔刀具系统6绕着固定平台305开始旋转，进一步地，给进给液压油缸2的进油口A201不间断通入油液，进给液压油缸活塞杆204会稳步向下伸出，启动伸刀电动缸502，伸刀电动缸活塞杆503会伸出，所述伸刀电动缸活塞杆503伸出推动刀具滑套 504沿着平面连接柱506向下动作，刀具齿轮601会随刀具滑套504由上而下向外旋转，扩孔螺旋刀具602就会打开，扩孔螺旋刀具602打开，关闭电动缸 502，此时扩孔螺旋刀具602会旋转切削，扩孔直径会逐渐增大，扩孔直径也可通过直径位移传感器8来获得，扩孔深度会随着所述进给液压油缸活塞杆204 伸出而逐渐向下进给，此时的扩孔深度可根据深度位移传感器7来获得，扩孔切削的土会落入已经钻好的深孔中，扩孔深度会一直随会进给液压油缸活塞杆 204的伸出而增大；

第四步，当扩孔深度达到指定要求，启动反转伸刀电动缸502，使伸刀电动缸活塞杆503向上收回，刀具滑套504会向上动作，刀具齿轮601会随着刀具滑套504由下而上向内旋转，使扩孔螺旋刀具602逐渐收回，当扩孔螺旋刀具602完全收回时，关闭伸刀电动缸502，此时进给液压油缸活塞杆204 也已完全伸出，关闭旋转电机302，同时给所述伸缩油缸的进油口B203通入油液，油液会通过进油口A201回油箱，使得整个装置随着进给液压油缸活塞杆 204的收回而向上动作，所述进给液压油缸活塞杆204完全收回时，停止给所述伸缩油缸2供给油液，此时给孔内固定液压油缸的另一进油口一108通入油液，油液通过进油口二109回油箱，孔内固定液压油缸活塞杆104会逐渐收回，十字滑块1011随着收回，四个小连杆1012向斜上方作收回动作，四个大平面支撑板1013会随着小连杆1012的收回而回到原来的状态，当孔内固定液压油缸活塞杆104完全收回时，所有元件都回到原来的状态，此时通过连接硬杆1010 收回装置，完成既定动作。

需说明的是，以上所述的实施方式是对本实用新型技术方案的说明而非限制，所属技术领域的普通技术人员的等同替换或根据现有的技术而做的其它修改只要没有超出本实用新型技术方案的思路和范围，均应包含在本实用新型所要求的权利和范围之内。

Claims (2)

1.一种深孔用大变径扩孔装置，其特征在于，包括扩孔刀具平台和扩孔刀具系统；所述扩孔刀具平台(5)包括扩孔刀具平台上平面板(501)、伸刀电动缸(502)、伸刀电动缸活塞杆(503)、刀具滑套(504)、刀具滑套槽(505)、平面连接柱(506)、刀具滑套导轨(507)、扩孔刀具平台下平面板(508)，所述伸刀电动缸(502)通过螺栓安装在扩孔刀具平台上平面板(501)上，所述伸刀电动缸活塞杆(503)通过螺栓和刀具滑套(504)连接，所述刀具滑套导轨(507)通过螺栓固定在扩孔刀具平台下平面板(508)上，所述刀具滑套导轨(507)通过键与所述刀具滑套槽(505)过盈配合，实现刀具滑套(504)随伸刀电动缸活塞杆(503)的伸缩沿着刀具滑套导轨(507)上下动作，所述刀具滑套导轨(507)起到辅助支撑所述刀具滑套(504)的作用，所述扩孔刀具平台上平面板(501)和所述扩孔刀具平台下平面板(508)通过平面连接柱(506)连接；所述扩孔刀具系统(6)包括两个刀具齿轮(601)、两个扩孔螺旋刀具(602)，所述扩孔螺旋刀具(602)包括切削刃一(603)和切削刃二(604)，所述扩孔螺旋刀具(602)焊接在所述刀具齿轮(601)上，所述刀具齿轮(601)可以在刀具滑套(504)上实现旋转动作，所述扩孔螺旋刀具(602)的切削刃一(603)和切削刃二(604)共同使得整个切削工作顺利完成，伸刀电动缸活塞杆(503)向下伸出或向上收回时，所述扩孔刀具系统(6)的扩孔螺旋刀具(602)就会分别向外打开或向内收回。

2.如权利要求1所述的深孔用大变径扩孔装置，其特征在于，所述刀具滑套(504)与刀具齿轮(601)相啮合配合完成扩孔螺旋刀具(602)的展开与闭合动作。

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