本發(fā)明涉及鉆掘設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置、取芯鉆孔方法。

背景技術(shù)：

1、在當前地下空間土方開挖作業(yè)中，作業(yè)位置常位于地下深處，截面較小，傳統(tǒng)的施工設(shè)備受限較大。同時，地下空間土方作業(yè)面臨著巖土性質(zhì)復(fù)雜，巖土硬度跨度范圍大等情況，

2、而常規(guī)的單驅(qū)動取芯鉆取裝置，驅(qū)動力小，面對較硬的巖土其扭矩不足，使得其能夠鉆取的巖石硬度范圍較小，適應(yīng)場景較為單一。

3、另外，單驅(qū)動取芯鉆孔裝置由于在鉆取時刀具的溫度超高而容易發(fā)生刀具破壞的情況，需要頻繁的更換刀具，進而影響掘進效率，造成掘進效率低等情況發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置、取芯鉆孔方法，以解決常規(guī)的單驅(qū)動取芯鉆取裝置，驅(qū)動力小，面對較硬的巖土其扭矩不足，使得其能夠鉆取的巖石硬度范圍較小，適應(yīng)場景較為單一的技術(shù)問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明公開了一種雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置，包括鉆具，所述鉆具的一端安裝有鉆頭，所述鉆具遠離鉆頭的一端傳動連接有雙驅(qū)動動力頭；所述雙驅(qū)動動力頭滑動連接于鉆架臺上；所述鉆具包括內(nèi)鉆筒和外鉆筒，所述內(nèi)鉆筒套設(shè)于外鉆筒內(nèi)部，所述內(nèi)鉆筒和外鉆筒靠近鉆頭的一端端面齊平；所述雙驅(qū)動動力頭包括第一驅(qū)動馬達和第二驅(qū)動馬達，所述第一驅(qū)動馬達和第二驅(qū)動馬達能夠分別單獨運轉(zhuǎn)；所述第一驅(qū)動馬達和第二驅(qū)動馬達分別固定連接有第一主動軸和第二主動軸，第一主動軸和第二主動軸上分別固定有第一主動齒輪和第二主動齒輪；第一主動齒輪和第二主動齒輪同時嚙合有傳動齒輪，所述傳動齒輪固定于傳動軸上，所述傳動軸能夠同時驅(qū)動所述內(nèi)鉆筒和外鉆筒旋轉(zhuǎn)。

4、本方案的工作原理是，首先將雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置穩(wěn)定的架設(shè)于待作業(yè)面處，然后根據(jù)待作業(yè)面的實際硬度，選擇啟動第一驅(qū)動馬達或第二驅(qū)動馬達，或者同時啟動第一驅(qū)動馬達和第二驅(qū)動馬達，第一驅(qū)動馬達和第二驅(qū)動馬達分別驅(qū)動第一主動齒輪和第二主動齒輪轉(zhuǎn)動的方向相同；進而通過各個齒輪的傳動作用，帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動所述內(nèi)鉆筒和外鉆筒旋轉(zhuǎn)，進而帶動鉆頭轉(zhuǎn)動，鉆頭上的刀片組對待作業(yè)面進行取芯鉆孔。

5、在面對硬度較小的巖石時，可以僅啟動任意單個驅(qū)動馬達，即第一驅(qū)動馬達或者第二驅(qū)動馬達，進而驅(qū)動第一主動齒輪或者第二主動齒輪，進而帶動傳動齒輪和傳動軸轉(zhuǎn)動，即可啟動鉆具，完成鉆掘作業(yè)，且僅啟動任意單個驅(qū)動馬達不影響作業(yè)過程中的動力傳遞，能夠順利的實現(xiàn)對待作業(yè)面的掘進工作；在面對巖石硬度較大時，則可通過同時啟動第一驅(qū)動馬達和第二驅(qū)動馬達，兩個馬達同時對傳動齒輪進行動力傳動，進而增加鉆具扭矩，提升鉆具的掘進能力，這樣，能夠使得雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置能夠與實際面對的巖石硬度具有較高的匹配度，能夠避免無效耗能的情況發(fā)生，提高能源利用率。

6、作為雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置的優(yōu)選方案，所述雙驅(qū)動動力頭外周設(shè)置有外殼，所述外殼內(nèi)部具有空腔，所述第一驅(qū)動馬達和第二驅(qū)動馬達位于所述外殼的外部，所述第一主動軸和第二主動軸、第一主動齒輪和第二主動齒輪以及傳動齒輪均位于所述外殼內(nèi)部；

7、所述傳動軸安裝有傳動齒輪的一端位于外殼內(nèi)，所述傳動軸遠離傳動齒輪的一端自外殼內(nèi)伸出；所述傳動軸穿出外殼的軸體外周依次連接有內(nèi)端蓋、外端蓋、動力頭連接盤、傳動連接筒；

8、其中，內(nèi)端蓋和外端蓋與所述傳動軸轉(zhuǎn)動連接，所述內(nèi)端蓋與所述外殼可拆卸連接，所述外端蓋位于遠離所述外殼的內(nèi)端蓋的一側(cè)，且所述外端蓋與所述內(nèi)端蓋可拆卸連接；

9、所述動力頭連接盤與所述傳動軸鍵連接，所述傳動連接筒與動力頭連接盤可拆卸連接，所述傳動軸轉(zhuǎn)動時能夠帶動所述動力頭連接盤同步轉(zhuǎn)動，進而帶動所述傳動連接筒同步轉(zhuǎn)動；所述傳動連接筒背離所述動力頭連接盤的一端用于與所述內(nèi)鉆筒和外鉆筒可拆卸連接。

10、作為水道設(shè)計的優(yōu)選方案，所述傳動軸上沿周向均勻開設(shè)有多個入水口和對應(yīng)數(shù)量的多個出水口，各個入水口與對應(yīng)的出水口之間通過第一水道相連通；

11、對應(yīng)的，所述外端蓋上沿軸向凸出有延伸部，所述延伸部套設(shè)于所述傳動軸外周，所述延伸部內(nèi)表面與對應(yīng)的所述傳動軸的外表面之間有間隙；

12、所述延伸部上開設(shè)有輸水嘴，所述輸水嘴自所述外端蓋的外表面沿徑向朝向所述延伸部的內(nèi)表面延伸，所述輸水嘴用于輸入冷卻水；在傳動軸旋轉(zhuǎn)的過程中，通過輸水嘴輸入冷卻水，冷卻水會由入水口進入第一水道，并自對應(yīng)的出水口流出；

13、對應(yīng)于出水口所在的所述傳動軸外周套設(shè)的為動力頭連接盤，所述動力頭連接盤朝向傳動軸的內(nèi)表面開設(shè)有環(huán)狀凹槽，自所述環(huán)狀凹槽的槽底均勻開設(shè)有多個第二水道；

14、各個所述第二水道自所述環(huán)狀凹槽的槽底徑向向外延伸至所述動力頭連接盤的外表面，在各個第二水道的中段分別開設(shè)有沿軸向方向延伸的第三水道；

15、所述內(nèi)鉆筒的外壁與外鉆筒的內(nèi)壁之間設(shè)置有第四水道，所述第四水道的橫截面為環(huán)狀；在所述傳動連接筒上對應(yīng)于所述第四水道均勻開設(shè)有多個過水孔；各個所述過水孔的兩端分別正對所述第三水道和所述第四水道。

16、冷卻水的流經(jīng)路徑為：首先冷卻水從輸水嘴輸入，自傳動軸上開設(shè)的各個入水口流入對應(yīng)的各個第一水道，然后從對應(yīng)的各個出水口流出至動力頭連接盤，然后流入所述環(huán)狀凹槽中設(shè)置的各個第二水道，再分別流入對應(yīng)的第三水道，并從各個第三水道的流出口，穿過對應(yīng)的各個過水孔，流入第四水道內(nèi)，最終流向鉆頭的刀頭處，對刀頭進行冷卻，并最終自刀頭端流出。

17、所述第四水道以所述內(nèi)鉆筒的外壁與外鉆筒的內(nèi)壁之間的間隙來實現(xiàn)，所述第四水道用于使冷卻水流至鉆頭處以冷卻刀片，在此方案中，各個水道的直徑均較窄，同時能夠精準的將輸水嘴出輸入的冷卻水精確的引導至鉆頭的刀片處，改良了鉆具內(nèi)部冷卻水的流通方式，能夠節(jié)省冷卻水的用量，避免出現(xiàn)冷卻水浪費的技術(shù)問題。本優(yōu)選方案采用雙層水冷裝置，保證鉆刀處溫升保持在可接受范圍內(nèi)。

18、作為所述雙驅(qū)動動力頭滑動連接于鉆架臺上的優(yōu)選方案，所述雙驅(qū)動動力頭的兩側(cè)分別固定有第一滑塊和第二滑塊，對應(yīng)于所述第一滑塊和第二滑塊在所述鉆架臺上設(shè)置有第一滑軌和第二滑軌，第一滑塊所述第一滑軌滑動連接，第二滑塊所述第二滑軌滑動連接；

19、作為提高鉆具在工作時的穩(wěn)定性的優(yōu)選方案，所述鉆架臺兩側(cè)位于滑塊的外側(cè)分別設(shè)置有第一軸向進給裝置和第二軸向進給裝置，所述第一軸向進給裝置和第二軸向進給裝置能夠沿與所述第一滑軌和第二滑軌的延伸方向平行的方向伸縮，所述第一軸向進給裝置和第二軸向進給裝置的伸縮端分別與所述第一滑塊和第二滑塊的同側(cè)一端固定連接；所述第一軸向進給裝置和第二軸向進給裝置伸縮時，能夠帶動所述雙驅(qū)動動力頭沿第一滑軌和第二滑軌滑動，進而驅(qū)動鉆具執(zhí)行進給動作，且能夠保證雙驅(qū)動動力頭和鉆具的運動方向為沿軸向，使得雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置的工作穩(wěn)定可靠。

20、作為提高鉆具在工作時的穩(wěn)定性的優(yōu)選方案，所述鉆架臺靠近鉆頭的前端固定有第一對齊頂緊裝置和第二對齊頂緊裝置，所述第一對齊頂緊裝置和第二對齊頂緊裝置的前端向前伸出有尖端，用于在作業(yè)時，頂在待開挖面，穩(wěn)住鉆架臺，保證鉆架上鉆具的穩(wěn)定施工。

21、作為鉆頭的優(yōu)選方案，所述鉆頭包括pdc刀片組，所述pdc刀片組與所述鉆頭端面固定連接，所述pdc刀片組包括數(shù)量相同且交替均勻排布的內(nèi)刀片組和外刀片組，外刀片組外邊緣掃掠圓直徑大于前刀頭直徑，內(nèi)刀片組內(nèi)邊緣掃掠圓小于前刀頭內(nèi)徑，保證取芯縫隙的寬度大于鉆具厚度，減小鉆具磨損。本優(yōu)選方案采用pdc刀片為切削刃部，提高裝備對巖石硬度的硬巖范圍。

22、作為傳動軸支撐固定方式的優(yōu)選方案，所述外殼遠離內(nèi)端蓋的一側(cè)可拆卸連接有后端蓋，所述傳動軸的軸心自所述后端蓋向所述鉆架臺的末端延伸，所述鉆架臺的末端固定有擋板，所述傳動軸的軸心與所述擋板轉(zhuǎn)動連接；

23、所述動力頭連接盤的底部兩側(cè)分別凸出有第一支撐部和第二支撐部，對應(yīng)的，所述第一滑塊和第二滑塊朝向所述動力頭連接盤中心位置的一側(cè)分別設(shè)置有第一曲面和第二曲面；所述第一支撐部和第二支撐部分別與第一曲面和第二曲面抵接，所述第一支撐部和第二支撐部分別與第一曲面和第二曲面接觸區(qū)域的外輪廓為第三曲面和第四曲面，且第三曲面和第四曲面分別與所述第一曲面和第二曲面的曲率相配合。

24、所述傳動軸的末端與末端擋板轉(zhuǎn)動連接，所述末端擋板固定于所述鉆架臺上，這樣，采用一端支撐一端相對固定的方式，能夠保證傳動軸的安全穩(wěn)定，避免傳動軸的變形彎曲，尤其在高速旋轉(zhuǎn)過程中，高溫容易導致傳動軸發(fā)生熱伸縮變形，支撐的一端的位置相對自由，第一支撐部和第二支撐部能夠在第一曲面和第二曲面上發(fā)生微小的滑動，保證了軸系的可游動性以及結(jié)構(gòu)安全性。

25、作為提高鉆具在工作時的穩(wěn)定性的優(yōu)選方案，在靠近鉆架臺末端的傳動軸外周上安裝有第一推力球軸承和第二推力球軸承，且在第一推力球軸承和第二推力球軸承之間的傳動軸外周安裝有深溝球軸承。

26、所述第一推力球軸承和第二推力球軸承用于承載來自鉆具軸向的載荷，經(jīng)過推力球軸承，將軸向載荷傳遞至動力頭箱體上；所述深溝球軸承用于承載徑向載荷，由深溝球軸承將徑向載荷傳遞至箱體，最終這些徑向載荷和軸向載荷經(jīng)過箱體傳輸至鉆架臺中，由鉆架臺傳輸至地面，保證傳動系統(tǒng)僅承受扭矩，不承受軸向合徑向載荷。

27、第二方面，本發(fā)明還公開了一種取芯鉆孔方法，利用如上所述的雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置，包括以下步驟：

28、s1、將雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置布設(shè)于作業(yè)面處；

29、s2、將第一對齊頂緊裝置和第二對齊頂緊裝置同時抵近作業(yè)面，保證鉆架臺穩(wěn)定；

30、s3、連接外部水源與外端蓋延伸部上的輸水嘴，并輸入冷卻水，直至鉆具的鉆頭處開始出水；

31、s4、啟動第一驅(qū)動馬達或第二驅(qū)動馬達，使鉆具轉(zhuǎn)動；

32、s5、鉆具開始轉(zhuǎn)動后，同時啟動第一軸向進給裝置和第二軸向進給裝置，雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置開始軸向進給并開始作業(yè)；

33、s6、提前設(shè)定鉆壓閾值，并在作業(yè)過程中實時監(jiān)測鉆壓，當鉆具的實時鉆壓大于閾值時，表示此時作業(yè)面硬度增加，控制啟動第一驅(qū)動馬達和第二驅(qū)動馬達，增加鉆具扭矩，實現(xiàn)穩(wěn)定作業(yè)。

34、采用本發(fā)明所公開的取芯鉆孔方法具有如下技術(shù)效果：雙驅(qū)動動力頭中的各個驅(qū)動馬達能夠單獨運行，根據(jù)實際情況決定是否同時開啟雙馬達，可實現(xiàn)跨越大范圍巖石硬度掘進作業(yè)，同時還能夠提高效率，降低施工成本，節(jié)省能源。

35、本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明的雙驅(qū)動取芯鉆孔裝置相較于單驅(qū)動取芯鉆孔裝置，具有雙驅(qū)動動力頭裝置，采用單馬達獨立控制運行的方式，可實現(xiàn)跨越大范圍巖石硬度掘進作業(yè)，本裝置提升了可鉆取巖石硬度范圍，在面對硬度較小的巖石時，可以僅啟動單個驅(qū)動馬達，即可完成鉆掘作業(yè)，在面對巖石硬度較大時，則可通過啟動雙驅(qū)動馬達，通過增加鉆具扭矩的方式，提升鉆具的掘進能力。同時，采用雙驅(qū)動動力頭進行鉆掘作業(yè)，可以使得匹配最佳巖石硬度，從而避免無效耗能的情況發(fā)生，提高能源利用率；另外，本裝置鉆進過程穩(wěn)定、高效，且裝置高度集成化，可獨立使用，也可以與其他取芯鉆孔系統(tǒng)配合使用，可使用多種取芯鉆孔裝置，適應(yīng)范圍廣。