專利名稱:鉆進設備的制作方法
本發(fā)明總的來說涉及一種結合有導向系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，具體地說涉及一種鉆孔和/或鉆進的方法和設備，通過該方法和設備可以對切削頭進行高度控制。本發(fā)明的一個具體方面涉及一種鉆孔或鉆進設備，改進的導向系統(tǒng)用于精確控制鉆頭的方位，鉆頭位于遠離該設備的驅(qū)動馬達裝置的地方。再更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有激光控制鉆頭的設備，用于鉆出基本不的地下斜孔或直孔。本發(fā)明的設備特別應用于鉆出較小的孔，約為20至300mm，或更大些。然而，應該指出的是在有要求或需要時，本發(fā)明可以同樣應用于鉆出或鉆進更大的洞或孔。
雖然描述本發(fā)明時，是具體參照一種利用鉆頭在地面以下鉆出大體上是直的孔的設備，其鉆頭的方位由放置在鉆頭和驅(qū)動裝置之間的激光裝置來精確控制，應該指出，本發(fā)明并不受其限制，還可以擴大其范圍，即包括達到同樣的結果的其它的設備構造，或者同樣的設備用于其它的用途。通過與本發(fā)明的設備有關聯(lián)的其它這些用途包括頂管(pipe Jacking)套管鉆孔(sleeve bore)等，它們包括了在鉆孔的同時把管子推進孔內(nèi)。
本發(fā)明可特別應用于鉆地下排水管道，通常利用諸如頂管法之類把地下水管插入其中，以便例如把污水從入口密集區(qū)引到遠處，在那里可以對污水進行處理。這些排水管道要求有大體上不變的坡度，這是由于污水用途的排水系統(tǒng)或多或少依靠重力輸送而將廢料輸送到處理站去。因此，要求排水管道有恒定坡度，這是因為諸如平坦處(flat spot)或坡度小的區(qū)段對恒定坡度的間斷都會阻礙廢料的平滑流動，引起排水系統(tǒng)的堵塞。目前，通常都使孔的坡度不小于1∶80。為了確保正確的坡度得以保持，沿著孔的整個長度，在規(guī)則間隔的地方置有豎井，從孔洞處到地面之間延伸。標準的豎井間隔約為10至至15米，在孔的整個長度上隔開。在各個豎井位置處重新校正鉆進設備，以保證孔的恒定坡度和方向得以保持。在孔的整個長度上大體規(guī)則間隔處設置許多豎井，費用很大而且費時。因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于鉆出有大致恒定坡度，基本上是直的地下孔的方法和設備，其精確度比迄今為止使用的現(xiàn)有鉆井設備所能達到的精度更大。本發(fā)明目的的實現(xiàn)主要是靠對鉆井設備保持高度控制，鉆進設備的方位被連續(xù)監(jiān)測和持續(xù)不斷地調(diào)節(jié)，以便沿著予選的軌跡或通路精確鉆進。本發(fā)明的一個優(yōu)點是兩相鄰豎井之間的距離可以加大，例如間隔約為100米或更大，這是因為鉆進設備已被更精確地控制。另一個優(yōu)點是孔的坡度可以減小，因為孔有更為恒定的坡度，它意味著平坦處已被消除或減少。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種土方作業(yè)設備，它包括固定的主體部分和可移動的土方作業(yè)部分，主體部分有驅(qū)動裝置，土方作業(yè)部分有土方作業(yè)構件，可相對于土方作業(yè)部分移動，所述土方作業(yè)構件使用時可以與驅(qū)動裝置連接并被驅(qū)動，信號發(fā)射裝置固定連接到主體部分上，而信號接收裝置固定地連接到可移動土方作業(yè)構件的予選位置上，以接收發(fā)自發(fā)射裝置的信號，所述土方作業(yè)部分裝有控制裝置，根據(jù)接收裝置所接收的信號控制土方作業(yè)構件相對于土方作業(yè)部分的位置，以使土方作業(yè)構件保持在其使用時所要求的予選位置的一定的予定限度內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種鉆井設備，它具有鉆頭裝置，用于鉆出軸線予定的孔，其中的鉆頭裝置的方位是由導向系統(tǒng)控制的。該鉆進設備包括鉆進設備的第一部分，它固定在孔中的第一位置，裝有發(fā)射裝置，沿著孔的予定軸線發(fā)射控制信號給接收裝置，接收裝置放置在遠離第一部分的鉆進設備的第二部分上，所述第二部分裝有所述鉆頭裝置，在使用時可以沿孔軸線移動，其中所述第二部分裝有馬達裝置，與所述鉆頭裝置連接，用于調(diào)節(jié)鉆頭裝置的方位，以致當所述鉆頭裝置偏離孔的予定軸線予定數(shù)值時，由所述接收裝置所接收的所述控制信號就自動啟動所述馬達裝置，將所述鉆頭裝置重新定位，使之與予定軸線更接近地對齊，因此所形成的孔的軸線與予定軸線幾乎完全一致。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種使用鉆進設備鉆出有予選形狀地下管道的方法，該設備有一個固定主體部分，帶有驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動裝置在鉆頭部分上的可移動鉆頭，使之能夠沿著孔的縱長軸線的前面方向向前進，其中，鉆頭相對于鉆頭部分的位置，可以由裝在鉆頭部分并與鉆頭連接的控制裝置來精確控制，本發(fā)明的方法包括，從固定放置在固體主體部分上的發(fā)射裝置將控制信號發(fā)射到固定連接到鉆頭部分的控制信號接收裝置，由此，控制信號就被用來觸發(fā)控制裝置，以便在使用時，將鉆頭精確保持在鉆予選孔所要求的予選位置的一定的予定限度內(nèi)。
一般說來，信號發(fā)射裝置和信號接收裝置是一種激光裝置，其發(fā)射器將電信號轉(zhuǎn)換成激光束，而信號接收裝置有傳感器，用于將激光轉(zhuǎn)換成電信號。一般在發(fā)射器和傳感器之間有直線的觀測通路。一般，發(fā)射器發(fā)射的激光束是脈沖激光束。一般，傳感器有多個靶，包括單個中心靶和若干個環(huán)繞著中心靶的間隔開的靶。
一般說來，控制件或裝置是一種電動直線致動器，具有成一整體的電動機驅(qū)動一根可伸縮頂桿?；蛘呤且环N電動機，具有一根轉(zhuǎn)動輸出軸。又或者是一種液壓馬達/泵裝置。
一般說來，有一個第一電動機或線性致動器或液壓馬達/泵，用于控制鉆頭裝置在上下方向上的移動，該方向大致垂直于孔的縱向軸線。還有一個第二電動機或線性致動器，用于控制側向移動，該方向基本上是孔的縱向軸線的左右垂直方向。
一般說來，鉆進設備的第二可移動部分裝有排出管，它是由一根或幾根排出導管相連接，可以在鉆進設備的固定部分和可移動部分之間接入，用以連接到地面上遠處的真空系統(tǒng)上，以便將孔中切削頭所產(chǎn)生的廢料移動地面上，隨后進行處置。一般，廢料是干的，其顆粒尺寸大小可以由真空系統(tǒng)轉(zhuǎn)運。另一方面，干廢料可加水混合而形成稀漿，由真空系統(tǒng)抽出或用其它方法除去。一般，真空系統(tǒng)與排出管分開，裝在移動車輛例如卡車上。
一般說來，可移動部分裝有主傳動軸，與固定部分的驅(qū)動馬達連接。一般，傳動軸前端由電動機或線性致動器或液壓馬達/泵帶動，并且在使用時多少有點繞其后端轉(zhuǎn)動。一般，傳動軸安裝在組合件上，又用萬向接頭與一串傳動桿連接，以致當組合件移動時，傳動軸相應移動，因此它保持與組合件平行。
一般說來，外殼在沿其長度的幾個點上被鉸接，使前部可相對于后部彎曲。
現(xiàn)在通過實例并結合附圖敘述本發(fā)明。附圖圖面說明如下圖1是在使用中的本發(fā)明設備之一種形式的整體視圖，該設備位于一個豎井內(nèi)，用于鉆出一個水平傾斜孔;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種形式設備的一種鉆頭部分的立體圖;
圖3顯示是圖2所示設備的零部件的分解視圖;
圖4是本發(fā)明的一種形式設備的另一種鉆頭部分立體圖，其頂蓋已被移去;
圖5是圖4所示設備的俯視圖;
圖6是圖4所示實施例的右側視圖;
圖7是圖4所示實施例的左側視圖;
圖8是沿圖5中8-8線所截取的剖視圖;
圖9是與本發(fā)明一起使用的供去除廢料的一種形式真空收集系統(tǒng)示意圖;
圖10是本發(fā)明的鉆頭部分的另一實施例的俯視圖，該鉆頭部分單獨存在，不與主機架排出管相連接;
圖11是沿圖10中11-11線的剖視圖;
圖12是本發(fā)明的鉆頭部分之另一實施例的俯視圖;
圖13是沿圖12中13-13線的剖視圖。
應該指出，在本發(fā)明書中所使用的相對關系的術語，例如向前、向后、向上、向下、左、右等涉及該設備正常使用時的方位，在孔中沿鉆孔的方向觀看，單詞“向前”和“向后”涉及是孔的縱軸方向，“向前”是從豎井向著孔面的方向，而“左”和“右”指是在孔中，面向前方的設備的相應兩側面。
在圖1中所示的鉆孔或鉆進設備2，用于鉆出或鉆進水平的有點傾斜的地下孔3或管道。設備2的一部分固定地放置在豎井7的底上，它包括一個主支承機架部分4和一對細長的移動導軌5a、5b，使移動導軌5A、5b沿著需要鉆出鉆孔3的方向伸展。裝有馬達的組合件6放置在導軌5a、5b上，在鉆進設備2運轉(zhuǎn)期間可沿著導軌向后或向前移動，而鉆孔3是在圖1所示的全抽回位置和全前進位置之間，在前進位置時，組合件6的前端靠近導軌5a、5b的前端。在組合件6的兩側裝有液壓作動筒18，在使用時將組合件6推前或縮回。作動筒18的伸出長度限制了組合件6在前進方向的行程量，在導軌5a、5b的前端的止擋9也起同樣作用。
組合件6上裝有液壓馬達10或其它適合的動力馬達，用以驅(qū)動可轉(zhuǎn)動的傳動軸11，傳動軸制成一串單獨的傳動軸，從馬達10向前伸展到鉆進設備2的鉆頭部分12。鉆頭部分12包括鉆頭13或其它適合的切削頭等，用于在鉆頭部分的最前端有效地切割孔3，它并且與傳動軸11相連接，按照馬達10的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。鉆頭部分12的細節(jié)后面詳細描述。排出管14包括一個第一排出管20，沿著鉆頭部分12的底部縱向配置，還有多個可加接的導管，在鉆頭部分12和組合件之間伸展，并與一個放置在離開豎井7的地面上的真空系統(tǒng)相連(見圖9)、利用一根從組合件6向真空系統(tǒng)伸展的柔性排出導管16，在本發(fā)明的設備運轉(zhuǎn)時，用于將廢料從孔3除去。一個用于發(fā)生和傳送激光束形式的脈沖信號的激光發(fā)射機17，非常精確地放置在機架4的后部，將激光束傳送給一個安裝在鉆頭部分12上的傳感器102，在鉆進時用以精確導向鉆頭部分12。
簡而言之，在運轉(zhuǎn)時，鉆頭部分直接與組合件6相連，將馬達的輸出軸直接到鉆頭部分的傳動軸上，馬達10的轉(zhuǎn)動驅(qū)動鉆頭13使之轉(zhuǎn)動，從而開始鉆出孔3。當切削頭13轉(zhuǎn)動時，由于液壓作動筒18的作用，組合件6在導軌5a、5b上向著孔3的方向移動，從而將鉆頭部分12進一步推向地層，開始鉆孔3，靠切削頭13進一步切入地層，形成了孔3。當組合件6達到由止擋9所限定的行程量時，傳動軸11和排出管14分別與馬達10和組合件6脫開，而組合件6靠作動筒18完全縮回而移至其抽回位置。將一根附加傳動桿11a和排出管14a連接在組合件6和鉆頭部分12之間，而組合件6在導軌5a、5b上再次向前移動，并使馬達旋轉(zhuǎn)，由此將鉆頭部分12進一步推進地層以形成孔3，從而將孔3的長度進一步增大。當組合件6由于受液壓作動筒18伸出長度和止擋9的限制，其向前的行程達到最大可能范圍時，附加傳動桿11a和排出管14a與組合件6脫開，組合件6完全抽回，又將另一根軸11b和排出管14b接入，鉆進過程又開始。這個過程重復進行，直至孔3的長度被全部鉆出，于是進行回程，使鉆頭部分12離開孔3。
現(xiàn)在翻到圖2圖3，圖中更詳細地描繪了一種形式的鉆頭部分12，可以看出，鉆頭12包括多個互相聯(lián)系的零部件，它們對鉆頭13起導向作用。排出管20沿著鉆頭部分12的整個長度的縱向上伸展，它作為鉆頭部分12的主構架件，用來連接安裝到鉆頭部分12后部以及前部的零部件。后支承組合件22固定地連接在排出管20的后端。后支承組合件22通常包括半圓形支撐托架24，固定地連接在排出管20的底面。托架24的兩端裝有彈簧壓力緊固器23，在運轉(zhuǎn)時牢固地將蓋26保持在位，還使其易于卸開。頂蓋26靠一對固定連接到從排出管20的兩側向外伸出的板27的支架25，一對剛性連接到蓋26內(nèi)表面上的支架28以及接長塊29以繞樞軸轉(zhuǎn)動的方式安裝到鉆頭部分12上。接長塊29相對支架25轉(zhuǎn)動，構成鉸鏈以供頂蓋26轉(zhuǎn)動。
前支承組合件32固定連接到排出管20的前端。前支承組合件32包括半圓形支撐托架34，固定連接到排出管20最前端的底側，還有板33固定地連接到排出管20上表面，板33從托架34沿著管20向內(nèi)伸展。在板33的一側，在使用時是在其左側，安放有一個分叉支架，即叉架35，叉架35包括兩個大致豎直的對置臂35a、35b，通常彼此平行并且垂直于板33向上伸出。兩對置臂35a、35b各設有一個互相成一直線的孔36。雙臂曲柄40放在兩臂35a、35b中間，并用銷42相連接，銷42安放在成一直線的兩個孔36和放在其兩壁之間的雙臂曲柄40的孔44內(nèi)，以便使銷42作為雙臂曲柄40的樞軸點。銷42與腹板46整體制成，后者的一端又用螺栓48緊固在臂35a上，這樣銷42被牢固保持在位。雙臂曲柄40的一端被分叉，具有一對對置臂50a、50b，構成叉架。兩對置臂50a、50b的末端各設有一個彼此成一直線的孔。兩分叉臂50a、50b的成一直線的孔內(nèi)穿過緊固件54，將臂曲柄40與線性致動器52在后者可伸縮頂桿56頂端上的一個圓環(huán)處可繞軸轉(zhuǎn)動地連接。線性致動器52包括一個馬達外殼部分52a，用于罩住電動機并且可伸縮的頂桿部分56，被裝成一個單元，因此電動機的運轉(zhuǎn)將頂桿56相應地伸縮。雙臂曲柄40的另一端的向內(nèi)側有凹座58，用于安放軸承座62的耳軸60的頂端。軸承座62可以沿耳軸60的縱向向由一端向另一端自由滑動，還可以繞耳軸60轉(zhuǎn)動。軸承座62相對于耳軸60的運動在后面將詳敘述。
傳動軸70配置在后支承組合件22和前支承組合件32之間，使其長度方向沿著鉆頭部分12的縱軸線方向，它在排出管20的上方對齊并與之平行。軸承座62內(nèi)裝有軸承64，置于座的內(nèi)部。軸70支承在軸承64內(nèi)，因此可以相對于軸承座62轉(zhuǎn)動。后支承組合件22設置有安裝托架30，其內(nèi)裝有合適的軸承，以支承軸70并允許軸的旋轉(zhuǎn)。盡管托架允許軸70旋轉(zhuǎn)，由于托架30是剛性的，軸的實際位置相對于鉆頭部分是固定不變的。這樣，實際上軸70可繞沿長度上由托架30支承的一個相應點而轉(zhuǎn)動。由于軸承座62可以在兩個方向移動，前支承組合件32使轉(zhuǎn)軸70的前端可以相對于鉆頭部分的其余部分運動。一個方向是相對排出管20上下，相應地可以上下改變鉆頭部分的位置。而另一個方向是從排出管20的一側向另一側，因此使鉆頭部分12的位置向左或向右移動。軸70前端的移動，使固定在傳動軸70前端的切削頭13的實際位置可以調(diào)節(jié)，從而將切削頭13的位置保持在予定的范圍內(nèi)，以便形成不變的予定坡度的孔3。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)述前支承組合件32?？梢钥吹截Q直托架38位于板33的右側，從那里向上伸出，主要的是對軸承座62的另一側提供支承。托架38從板33垂直向上伸展，靠近其頂端開有孔39。連接叉架72的一端分叉出一對對置臂73a、73b，靠近臂端各有一個孔，叉架72安放托架38上，將臂73a、73b放在孔39的兩側，使兩臂上的孔與孔39對齊。在孔39和兩臂73a、73b的對齊孔內(nèi)安放銷74，以轉(zhuǎn)動的方式連接叉架38。連接叉架72的另一端內(nèi)側上設有凹座75，以容納軸承座的對置耳軸76，以便在使用時支承軸承座62。這樣，在工作時，線性致動器52的動作，使傳動軸70和附著的鉆頭13隨軸承座62一起，在相對于排出管20的上下方向上相應移動。后面將更詳細敘述。
再回到前支承組合件32?，F(xiàn)在敘述調(diào)節(jié)鉆頭13從一側向另一側移動的裝置。伸出塊80固定連接到板33的后部，靠近其右外側，向板33的后方伸出，基本上與排出管20平行，利用螺栓81穿過致動器82與伸出塊80上的對齊孔而將第二線性致動器與伸出塊80固定住。致動器82包括一個馬達外殼部分82a和一根從外殼部分一端伸出的整體配置的可伸縮頂桿84。致動器82基本上平行于排出管20而配置，并使頂桿84對齊，以便當頂桿伸出時移向前組合件32，而當頂桿縮回時，它移向后組合件22。頂桿84的頂端與雙臂曲柄88的分義端86進接，這是靠將一對構成分叉端的對置臂86a、86b放置在頂桿84的端部兩側。利用從板33垂直向上伸出并穿過雙臂曲柄88的孔92的緊固件90，將雙臂曲柄88可轉(zhuǎn)動地連接到板33上?？?2位于雙臂曲柄上的一端，該端遠離其連接頂桿84的那一端。雙臂曲柄88的另一端94與可調(diào)拉桿96的一端連接?？烧{(diào)拉桿96的另一端與中部軸承座62連接。這樣，線性致動器82的動作，使中部軸承座62相應產(chǎn)生沿著耳軸60、76的軸向的左右移動。這在后面將更詳細地敘述。
浮動軸承座62的頂上裝有一個可調(diào)的卡圈或環(huán)形夾100，將傳感器102牢固地夾持在軸承座62上，這樣，將傳感器相對于軸承座62精確定位。傳感器102配有五個單個的光電管103-107，它們的作用是接受連接在機架4上的激光發(fā)射機所發(fā)射的脈沖信號。傳感器102與中繼馬達控制箱110電連接，后者又與兩個線性致動器52、82有電連接。每個光電管控制線性致動器在不同方向的移動，而且對鉆進設備提供萬一出機械故障的警報系統(tǒng)。護板108靠細長支架109與板33連接，提供對激光束的屏蔽，在鉆進設備萬一出機械故障時，進一步提供一個防障裝置。
在運轉(zhuǎn)時，將鉆進設備2，在其組合件6處于完全抽回的位置之下安置在豎井7底部，使鉆頭13接觸豎井壁上需要鉆出孔3的地方。激光發(fā)射機17精確地定位在機架4上，將脈沖束按照所需鉆孔的方向和傾斜度導向鉆頭部分12。激光發(fā)射機17可裝有可調(diào)定值器，它可以按照孔的所需斜度予調(diào)。起動液壓馬達10，轉(zhuǎn)動傳動軸11和相應的切削頭13，開始鉆進。如前文所述，組合件6由作動筒18推向孔3，從而將鉆頭部分12和切削頭13進一步鉆入孔3，將孔3進一步延伸。當組合件6達到其行程極限時，它與軸11脫開，并縮回其在豎井7底部的原始位置，以便可以在鉆頭部分12和組合件6之間接入附加桿11和導管14，因此當組合件6由作動筒18移動時，鉆頭12被進一步推進孔3中，進一步擴大孔3的深度。
在鉆進時，激光發(fā)射機17在大約10Hz下工作，因此每秒鐘向傳感器發(fā)射大約10個脈沖。中部光電管103是來自發(fā)射機17的脈沖束的正常靶，當鉆頭部分12被精確對準以鉆出所需方向和坡度的孔3時，脈沖照射光電管103。由于各種原因，鉆頭部分有時不對準孔的準確斜度，開始偏離所要求方向和傾斜度進行鉆進。發(fā)生這種情況時，來自發(fā)射機17的脈沖照射到四周的光電管104-104中之一個上面，于是將一個信號傳送給中繼箱110，以調(diào)節(jié)鉆頭13的位置。當來自發(fā)射機17的脈沖束照射到位于中部光電管103之上的光電管104時，這表示鉆頭部分12低于脈沖束的發(fā)射斜面，因此，所鉆出的斜度比所要求的數(shù)值大。當發(fā)射機的脈沖束照射到光電管104上時，傳感器102產(chǎn)生電信號，通過中繼箱110傳遞給致動器52，使致動器稍許縮回頂桿56。當頂桿56縮回、雙臂曲柄40將軸承座62和軸70以及切削頭13相對排出管20的位置稍微提高一些，從而將切削頭13的位置重新調(diào)回正確的對于齊位置，這樣保持鉆進有準確的坡度，并且使脈沖束再照射到中部光電管103上。
如果發(fā)射的光束照射到緊靠在中部光電管103下面的光電管105上，這表示鉆頭部分12所鉆出的孔的坡度小于所需值。當發(fā)射的光束照射到光電管105上，電信號就被傳送到中繼箱110和執(zhí)行機構52上，將頂桿56伸出，又通過雙臂曲柄40使軸承座62稍許降低，以使支承在軸承座62上的軸70稍許降低，相應地切削頭13相對于排出管20也稍許降低，從而重新調(diào)整切削頭的位置，以保持與孔的減確對齊。致動器52工作，直至發(fā)射的脈沖再次照射到光電管103上。
同樣地，位于中部光電管103右側的光電管106用以控制致動器82的移動，將頂桿84縮回，它又移動雙臂曲柄88和拉桿96，使軸承座62在軸60上向左側滑動，這樣使軸70和切削頭13與孔的準確方向及傾斜對齊。當發(fā)射的光束照射到位于光電管103左側的光電管107上時，電信號就被傳送給致動器82，將頂桿84伸出，它又使軸承座62向鉆頭部分的右側滑動，將軸和切削頭重新對準到孔的正確斜度上。
此外，傳感器102應該這樣設計，即當來自發(fā)射機17的發(fā)射光束在予定的時間，例如10秒之內(nèi)沒有被中部光電管103所接收，警報裝置或信號就會被觸動，指示出本發(fā)明的鉆進設備已經(jīng)出現(xiàn)故障。信號器一旦被觸發(fā)，可以用來停止液壓馬達而中斷鉆進設備的運轉(zhuǎn)。
通過說明所述的結構已經(jīng)提出，可以進行多種變化而脫離本發(fā)明的精神和范圍。它包含了各種新特征和/或新的特征的組合下文進行公開。
在圖4至圖8中所示為本發(fā)明的鉆頭部分的其它實施例?？偟挠?20標志。鉆頭部分120包括一個帶有一個可拆開蓋板123的主外殼122，一個前支承圓框架124，一個后支承圓框架126一個前板128以及一個后板130。在主外殼122內(nèi)放置有一個組合件132，用于控制主傳動軸134和切削頭136的運動。傳感器102在組合件132上方固定夾緊在位，接受來自發(fā)射機17的脈沖激光束。
排出管150沿縱向放置在組合132下面，在前板128和后130之間伸展。組合件132用四個安裝塊138、140、142、144可轉(zhuǎn)動地安裝到主外殼120上，使組合件132可以相對主外殼自由地上下移動，但不是側向移動，由于傳動軸134支承在組合件132上，傳動軸134和附著的切削頭136按照組合件132的相應移動而相對于主外殼122上下移動(后面將詳細介紹)。另外，傳動軸134安裝在組合件132上的方式，使其能夠相對于組合件132和主外殼122側向移動(隨后詳細介紹)。
組合件132包括主機架202，以支承轉(zhuǎn)動的傳動軸134。轉(zhuǎn)動傳動軸134的端部208與萬向接頭204連接，后者又與萬向接頭206連接，后者又與傳動鉆具組的其它另件連接，用于由安裝在豎井7中的液壓馬達10將軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，而傳動軸134的端端210與切削頭136連接，用以鉆出孔3。
現(xiàn)在敘述控制傳動軸134和切削頭136上下移動的機構。
第一馬達214，最好是電動馬達或類似提供旋轉(zhuǎn)運動的裝置，它固定地安裝在主機架202右側的靠后方。第一馬達212裝有輸出軸。帶有主動齒輪214，它與一個兩級減速齒輪箱216嚙合，后者包括一對齒輪216a216b和有關的齒輪。兩級減速輪箱216固定在橫向軸218的一端，后者支承在錐形滾柱軸承220上。橫向軸218在鉆進設備120的右側和左側之間伸展，垂直于轉(zhuǎn)動軸的縱軸線。錐形滾柱軸承222支承軸218的另一端。軸218的最外端裝有一個第一螺旋傘齒輪224，它與一個第二螺旋傘齒輪228相嚙合。第一螺旋傘齒輪224與第二螺旋傘齒輪228相垂直，它們構成了螺旋傘齒輪對226，將軸218的轉(zhuǎn)動偏轉(zhuǎn)90°傳遞給軸230，后者上面裝有第二螺旋傘齒輪228。軸230沿著主機架的側邊配置，使其縱軸線平行于傳動軸134的縱軸線。軸230的一端支承在一對相間隔的錐形滾柱軸承232、234上。軸230的運離第二螺旋傘齒輪228的一端設有外螺紋部分236，它同軸地安裝在一個帶內(nèi)螺紋套筒238內(nèi)。套筒238隨著軸230的相應轉(zhuǎn)動，可相對于軸230軸向移動，以便在軸230轉(zhuǎn)動時，套筒238可沿著螺紋部分236的長度方向移動，這是因為該兩個螺紋部分彼此靠螺紋嚙合。
套筒238與桿240成一整體，后者的最外端裝有一個圓環(huán)裝置242。圓環(huán)242對齊安放在一對對置板244a和244b之間，該一對板各自有孔。當對齊后，將銷246穿過一對孔和圓環(huán)242。對置板244a和244b的另一端各有一個孔，并用同樣方式連接起來，當對齊后將銷243穿過其相應孔和雙臂曲柄248一端上對齊孔。雙臂曲柄248靠放置在其另一端上的銷252可轉(zhuǎn)動地連接到安裝塊138上。橫向軸254安放在位于雙臂曲柄兩端中間的另一個孔上，當桿240和套筒238沿軸向移動時，雙臂曲柄248繞銷252轉(zhuǎn)動，這樣提升或降低部件132相對于外殼122的位置。
橫向軸254平行于橫向軸218，它在主機架202的左右側之間橫向延伸，在其右側裝有雙臂曲柄258，與雙臂曲柄248的情況相似。雙臂曲柄柄258用銷255可轉(zhuǎn)動地連接到安裝塊140上。在雙臂曲柄248的情況，一對對置板244a、244b被連接到雙臂曲柄的端部，代之在雙臂曲柄258，一根縱長桿260連接到雙臂曲柄258的端部256?？v長桿260從主機架202的后端向前端伸展。由于雙臂曲柄258與雙臂曲柄248靠軸254連接，兩曲柄依照成整體的套筒238和桿240的移動而協(xié)調(diào)運動。在主機架202的前端，裝有雙臂曲柄261，它與雙壁曲柄258相同。雙臂曲柄261可轉(zhuǎn)動地安裝在安裝塊142上，并且用桿260與雙臂曲柄258相連接，因此兩曲柄258、260也彼此協(xié)調(diào)運動。
主架機202的另一角上裝有第四個雙臂曲柄262，它可轉(zhuǎn)動地安裝在安裝塊144上，并且用橫向軸與雙臂曲柄261相連接。這樣，套筒238的縱向移動使桿240沿縱向移動，這又使雙臂曲柄248、258、261、262的端部作弧形運動，這樣又使整個組合件132作為一個單元上下移動，同時卻保持其相對于主外殼202的方位。由于傳動軸134裝有兩個萬向接頭204、206，傳動軸可以按照部件132的移動而自由移動，仍然總是平行于主機架202。
現(xiàn)在敘述控制傳動軸134和切削頭136相對于部件132的側向移動的機構。
第二馬達裝置300固定放置在主機架202的右側靠前方，靠近第一馬達212。馬達300最好是電動馬達，但是必須指出，任何適當?shù)鸟R達裝置，如液后馬達/泵裝置等也可以使用。馬達300控制傳動軸134相對于主機架202的側向移動。
馬達300裝有一根輸出軸，帶有一個主動齒輪302，與兩級減速齒輪箱裝置304嚙合。齒輪箱裝置304包括一對齒輪306a、306b和有聯(lián)系的齒輪。兩級減速齒輪裝置304安裝到橫向軸308的一端，后者支承在主機架202的錐形滾柱軸承360上。橫向軸308在主機架202的左右側之間伸展，其左端也由錐形滾柱軸承310支承。橫向軸308上與兩級減速齒輪裝置304相對的的另一端，裝有主動齒輪312。主動齒輪312的一側與中間齒輪314嚙合，另一側與中間齒輪316嚙合。中間齒輪314、316各由半軸318、320與主機架連接。中間齒輪314與固定在軸324上的齒輪322相嚙合。軸324沿其一半長度有沉底孔，在其兩端上用錐形滾柱軸承325、327支承。軸324的沉底孔處的外圓，在軸承325、327中間沿長度方向加工出外螺紋。軸324沿軸向安放在帶內(nèi)螺紋的套筒326上。軸324的螺紋部分與套筒326上內(nèi)螺紋嚙合，以致當軸324轉(zhuǎn)動時，套筒326沿著軸324的長度軸向移動。
軸承座328固定連接到可動套筒326上，它在其兩側之間伸展。傳動軸134支承在軸承座328上。當軸324隨馬達300而轉(zhuǎn)動時，套筒326和軸承座328沿橫向軸324軸向移動，使傳動軸134從一側移動另一側。
現(xiàn)在回到主動齒輪312，它與中間齒輪316嚙合，中間齒輪316與固定安裝在橫向軸342上的齒輪340嚙合。橫向軸342與橫向軸324相同，在軸342上有外螺紋部分343，它與套筒344的內(nèi)螺紋部分嚙合。軸342的轉(zhuǎn)動使套筒344的長度方向軸線進行縱向移動。軸承座346固定安裝在套筒344的外側上，在其兩側面之間伸展，并隨套筒344的移動而移動。傳動軸134通過并支承在軸承座346上。軸342的另一端安放在錐形滾柱軸承348內(nèi)，將軸支承在主機架上。
由于主動齒輪312與中間齒輪314、316嚙合，軸324、342同步轉(zhuǎn)動，因此，套筒326、344在一致的側向上以相同量移動，這樣，傳動軸134與主機架的縱向側基本保持平行。
安裝在組合件132的傳感器102與圖1-3所示實施例中的傳感器102相同，它與合適的中繼箱電連接。對鉆頭部分120的控制過程與對鉆頭部分12的控制過程相同。
那些本專業(yè)的技術人員可以理解，本文所述的發(fā)明易于變化和改型、與已具體敘述的不同。應該懂得，本發(fā)明包括了所有的這種變化和改型，它們都落入本發(fā)明的精神和范圍。
本發(fā)明的設備和方法的優(yōu)點包括更精確地控制切削頭，所形成的孔具有大體上均勻和不變的坡度，這意味著污水孔和排水孔的整個坡度可以減小，比如說坡度達到1∶300甚至更小，這是因為沒有平坦處或其它中斷污水靠重力平穩(wěn)流動的干擾。
特別參考圖9。來自孔3的干燥固體廢料用真空系統(tǒng)傳送到地面上來。真空系統(tǒng)包括多個排出管14，將鉆頭部分12，120與組合件6連接起來。從組合件6來的導管16與一個裝有合適真空系統(tǒng)的罐車或其它合適的車輛400相連。真空系統(tǒng)最好裝有過濾網(wǎng)。鉆頭部分可以選用裝有噴水器，將干的固定廢料噴水，以在切削頭部分形成稀漿，使切削頭清除廢料。
當要鉆孔的土壤是濕的或是含水粘土，由于小顆粒聚結成大粘團，真空吸管有時候變成堵塞。通過鉆頭部分內(nèi)部的細管供水，可以將粘性團破碎，使較細小的顆?？梢杂烧婵障到y(tǒng)傳送到地面上來。
圖10和11顯示了本發(fā)明的鉆頭部分的另一個實施例。本發(fā)明與圖4-8所示實施例基本上相同。不過，圖10和11所示實施是弧立的，不帶主機架或外殼，它只表示出其主要部分，用于敘述鉆頭部分的操作。圖10和11的實施例中的升降機構與圖4-8中的實施例的升降機構基本相同，有四個安裝裝塊420、422、424、426位于組合件428的四個角的每一個上，組合件428與四個雙臂曲柄430、432、434、436連接。安裝塊420、422、424、426在使用時與主機架或外殼連接。液動線性致動器或作動筒438固定連接到組合件428的左側后方，使作動筒臂440向后伸出。作動筒臂440的末端裝有叉架442，與雙臂曲柄430的一端連接。雙臂曲柄430、432、434、436被連接在一起，其方式與參考圖4-8所示實施例時所敘述的方式相同。在運轉(zhuǎn)過程中，當作動筒臂440伸出時，雙臂曲柄繞軸轉(zhuǎn)動，將組合件428作為單一部件協(xié)調(diào)降低，使傳動軸442降低，但保持與組合件428的平行。當作動筒臂440縮回缸筒438時，雙臂曲柄向上繞軸轉(zhuǎn)動，將組合件428和傳動軸442升起。
現(xiàn)在敘述調(diào)節(jié)傳動442側向位置的機構。軸442支承在一對軸承座上，其方式與圖4-8的實施例相同。不過，提供了液壓作動筒446、448，使軸442相對于組合件428側向移動。作動筒446的臂450與軸承座456連接，而作動筒448的臂452與軸承座458連接。當兩個臂一起伸出時，使軸442向右側移動，同時保持其與組合件428的縱向邊的平行對齊。當臂450、452同步縮回相同數(shù)值時，軸442向左側移動，同時保持其與組合件428的縱向邊的平行對齊。軸承座456在軸460上沿軸向滑動，而軸承座458在軸462上沿軸向滑動。
在圖12和13的實施例中，所示為一種帶有鉸接外殼的鉆頭部分，其主要特征與前述實施例不同的地方如下所述。傳動軸500的后端裝置一個萬向接頭502，其前端裝有另一個萬向接頭504。軸500支承在板506上，板506固定在前鉸接外殼508上。鉸接外殼508可相對于主外殼510自由轉(zhuǎn)動。一個萬能連接固定架(圖中未示)將板506保持在位，使其仍然可以稍許轉(zhuǎn)動。萬能連接固定架的位置在圖13中表示為512。第一液壓缸筒514用萬向接頭516與板506連接。缸筒514的位置在圖13中表示為518。當缸筒514伸展時，板506的頂部被推向前，而其底部則靠位置512上的支架的反作用而保持在位，于是鉸接外殼508向下偏轉(zhuǎn)。而當缸筒514縮回時，板506的頂部被向后拉，但其底部被位置512上的支架的反作用而保持在位，于是鉸接外殼508向上偏轉(zhuǎn)。
還提供有第二缸筒(圖中未示)，用于控制鉸接外殼508的側向偏轉(zhuǎn)。第二缸筒的結構與缸筒514的一樣，只是其位置是在板506上與支架位置512相對的另一側。第二缸筒的位置在圖13中表示為520。當放置在位置520的第二缸筒伸展時，板506的左側被推向前，但其右側由于位于512上的支架的反作用而保持在位。這樣，鉸接外殼508被偏轉(zhuǎn)到鉆頭部分的右側。當位置520上的第二缸筒縮回時，板506的左側被拉向后面，而其右側則由位置512處的支架的反作用而保持在位，于是鉸接外殼508被偏轉(zhuǎn)到左側。
兩個位于518和520處的缸筒518和520與傳感器522的靶有電連接。傳感器522與圖4-8的實施例中的傳感器相同，它有四個靶。四個靶中的每一個控制其中一個缸筒在一個方向上的動作。這樣，當鉆頭移動而與予定軸線不成一直線時，脈沖激光束照射到其中一個靶上，它又使其中一個缸筒移動，將鉸接外殼508在反方向偏轉(zhuǎn)，使鉆頭與予定軸線重新成一直線。
本發(fā)明的設備可以自動地精確控制，不需要操作者將鉆頭調(diào)節(jié)到準確位置。設備可以和真空系統(tǒng)一起使用，將廢土從孔中移去，其速度和產(chǎn)生廢土的速度一樣快。過去的設備需要一個操作者不斷地監(jiān)測進程和鉆頭的位置。因此本發(fā)明的設備更為經(jīng)濟和快捷。
權利要求
1.一種土方作業(yè)設備，包括一個固定的主體部分和一個可移動的土方作業(yè)部分，主體部分帶有一個驅(qū)動裝置，土方作業(yè)部分帶有可相對于土方作業(yè)部分移動的土方作業(yè)構件，所述土方作業(yè)構件在使用時由遠處的驅(qū)動裝置來驅(qū)動，一個控制信號發(fā)射裝置固定連接在主體部分上，而一個控制信號接收裝置固定連接在土方作業(yè)部分上，用于接收發(fā)自發(fā)射裝置的信號，所述接受裝置放置在遠離所述發(fā)射裝置的地方，所述土方作業(yè)部分裝有控制裝置，用以根據(jù)由接受裝置所接受的信號來控制土方作業(yè)構件相對于土方作業(yè)部分的位置，使土方作業(yè)構件的位置在使用時，保持在其要求的予選位置的一定的予定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求
1的土方作業(yè)設備，其特征在于該土方作業(yè)設備是一種鉆進設備，用于鉆出有予定軸線的孔。
3.根據(jù)權利要求
1的土方作業(yè)設備，其特征在于鉆進設備具有一個鉆頭，其中，鉆頭的位置由導向系統(tǒng)控制，導向系統(tǒng)有放置在固定主體部分的激光束發(fā)射機，用于發(fā)射脈沖激光束，還有與傳動軸連接的傳感器，所述傳動軸的位置，其第一方向由第一馬達裝置控制，其第二方向由第二馬達裝置控制。
4.根據(jù)權利要求
3的土方作業(yè)設備，其特征在于第一方向是基本垂直的向上和向下，而第二方向是基本水平的側向方向。
5.根據(jù)權利要求
3的土方作業(yè)設備，其特征在于第一馬達裝置是由第一傳動裝置連接到傳動軸，而第二馬達裝置是由第二傳動裝置連接到傳動軸，所述第一和第二傳動裝置與一個公共的可動軸承裝置相連接，所述傳動軸的靠前端支承在軸承裝置上，以致第一馬達裝置的運轉(zhuǎn)將軸承裝置沿第一方向移動，而第二馬達裝置的運轉(zhuǎn)將支承裝置沿第二方向移動，所述傳動軸的靠后端固定支承在第二軸承裝置上使傳動軸可以或多或少繞固定的第二軸承裝置轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權利要求
3的土方作業(yè)設備，其特征在于第一馬達裝置由第一傳動裝置與傳動軸連接，第二馬達裝置由第二傳動裝置與傳動軸連接，所述第一傳動裝置有支承傳動軸的部件和將部件作為一個單體在第一方向上移動的裝置，所述第二傳動裝置有支承傳動軸的可動軸承裝置，所述可動軸承裝置可相對于部件移動，以致第二馬達裝置的運轉(zhuǎn)使傳動軸移動，同時保留其相對于部件對齊。
7.根據(jù)權利要求
6的土方作業(yè)設備，其特征在于第一和第二傳動裝置至少包括一個帶外螺紋的軸，靠螺紋連接安放在一個帶內(nèi)螺紋的外套筒內(nèi)，以致軸的轉(zhuǎn)動可使套筒在軸上沿軸向移動。
8.根據(jù)權利要求
1的土方作業(yè)設備，其特征在于鉆頭部分的外殼是鉸接的，使第一前面部分可相對于第二較靠后部分自由轉(zhuǎn)動，以便調(diào)節(jié)鉆頭部分在使用時的軌跡。
9.根據(jù)權利要求
3的土方作業(yè)設備，其特征在于傳感器裝置包括多個靶，其配置應使單個中部靶由若干個周邊靶所環(huán)繞，所述中部靶是正常靶，用于控制鉆頭在使用時沿著予定軸線，而所述若干周邊靶與馬達電連接，以控制馬達的運轉(zhuǎn)，當鉆頭的方向和傾斜度偏離確定軸線予定限度時，使鉆頭重新對準。
10.根據(jù)權利要求
9的土方作業(yè)設備，其特征在于有五個靶，單個中部靶環(huán)繞以四個周邊靶，每個周邊靶感測鉆頭在一方向上的不對中，使左側靶所接收的脈沖激光束控制鉆頭的向右移動，右側靶所接收的信號控制鉆頭的向左移動，中部靶上方的靶所接收的信號控制鉆頭的向下移動，中部靶下面的靶所接收的信號控制鉆頭的向上移動，以致當脈沖激光束照射到周邊靶上時，即偏離予定軸線的限度已經(jīng)超出時，使相應的馬達裝置運轉(zhuǎn)，使鉆頭重新對準。
11.一種使用鉆進設備鉆進有予定軸線的地下孔的方法，該設備有一個裝有驅(qū)動裝置的固定部分，用于驅(qū)動一個遠離固定部分并沿著孔軸線的可移動鉆頭部分，本發(fā)明的特征在于將鉆頭部分裝上鉆頭，在鉆進期間，使鉆頭部分的位置由導向系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測并且重新定位，該導向系統(tǒng)包括激光發(fā)射機，固定放置在固定部分上，用于發(fā)射脈沖信號給放置在遠處的可移動鉆頭部分，使脈沖信號被用于觸動馬達裝置，以便將鉆頭位置精確保持在予定軸線的一定的予定限度內(nèi)。
專利摘要
一種鉆進設備，用于鉆出有預定軸線的孔，鉆頭方位由導向系統(tǒng)控制。鉆進設備包括第一部分，固定在起始孔的井內(nèi)，裝有發(fā)射機，沿著孔的預定軸線將控制信號發(fā)射給傳感器。傳感器放置在遠離第一部分的第二部分上。該第二部分裝有鉆頭，在使用時可相對第二部分移動，還裝有馬達裝置，與鉆頭相連，以調(diào)節(jié)鉆頭的方位，以致當鉆頭偏離孔的預定軸線預定數(shù)值時，由傳感器接收的控制信號就自動啟動馬達裝置，將鉆頭重新定位，使之與預定軸線更接近成一直線。
文檔編號E21D9/093GK87106795SQ87106795
公開日1988年4月13日 申請日期1987年9月24日
發(fā)明者奧雷利奧·佩齊門蒂 申請人:佩齊門蒂父子有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan