一种钻地机器人、隧道的成型方法及犁刀装置制造方法及图纸

一种钻地机器人、隧道成型的方法及犁刀装置，该钻地机器人的钻机主体上安装有螺旋叶片，各所述螺旋叶片能够绕其轴向转动，所有所述螺旋叶片配置形成行走机构，用于所述钻机主体的进退和转向；钻地机器人进行地下钻孔时能够打碎土，依赖所有螺旋叶片形成的强大推力，钻地机器人在碎土中穿越而过，钻地机器人的转弯则是由多轴螺旋叶片的旋转差异来实现，能够实现城市免开挖路面进行地下作业，该设备实用性强、低成本、效率高，且应用灵活，控制精确。再者本发明专利技术还提供了一种中小隧道内碎土运输灵活性比较高的隧道成型方法。本发明专利技术公开的成型大管径隧道的成型方法施工快速且成本较低。大管径隧道的成型方法施工快速且成本较低。大管径隧道的成型方法施工快速且成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种钻地机器人、隧道的成型方法及犁刀装置


[0001]本专利技术属于地下管道安装
，具体涉及一种钻地机器人、隧道成型的方法及犁刀装置。

技术介绍

[0002]随着经济建设的发展，挖掘地面铺设管道越来越常见。对于在居民区挖掘路面进行施工，在一定程度上干扰了市民的正常生活，这也是市民抱怨最多的事之一。
[0003]为了解决挖掘路面导致的对市民正常生活的影响，通常最容易想到的就是避免挖开路面实现管道的铺设。目前实现免挖路面管道铺设的主要设备主要有以下方式：盾构机、横钻技术和硬杆硬推技术。
[0004]现有盾构机主要应用于成型大直径(所谓大直径一般是指大于5 米)的地铁隧道，而市区的大多数的管道，口径比地铁口径小太多，盾构机原理完全不适用。盾构机盾头的直径变小之后，行走方位很难控制，很容易打穿煤气管，造成煤气炸；很容易打穿输水管，导致自来水龙头流出泥水。
[0005]横钻技术主要应用于石油、页岩气的开采，也不适用于城市的大多数的中小口径管道。再者硬杆硬推技术只适用于挖很短距离，例如横穿路面、横穿河流，但不适用于城市的大多数的管道。其杆头的方位比盾构机还难掌控，很容易打穿煤气管、输水管。
[0006]因此，如何提供一种适用于城市管道铺设，且降低对市民正常生活影响的设备，是本领域内技术人员一直寻求的目标。
[0007]另外，当隧道口径小时，传统的碎土运出方法也变得不适用。目前传统碎土运出方式主要包括|小车运输、传动带运输以及高压水冲运碎土。
[0008]隧道口径小，传统用小车很难进入隧道且小车运输灵活性被极大限制，同样隧道内部没有足够的空间安装传统用传送带，导致小口径隧道碎土运出困难。
[0009]隧道口径变小后，水管摩擦力变大，水流很快失去了动力，失去了液体压力，难以把碎土带出。还有，水的来源也不易解决。如果想把含土的脏水循环利用，则成本太高。
[0010]也就是说，目前没有任何一种传统技术，能把细长隧道里的碎土，很方便地、低成本地运出去。
[0011]再者，即使是地铁建造，也存在盾构机进度太慢的难题。盾构机的平均推进速度，不到每小时40米，这连人行走速度的十分之一都不到。慢的主要原因是：盾构机盾头碎土的速度太慢。众所周知，锉刀的工作速度是很慢的，如图1所示，锉下来的介质3，是被锉刀齿2，以挤和刮的方式，从待锉的介质1上锉下来的。如图2所示，盾构机的盾头4，直径很大，例如为常见的6米，恰恰相当于放大的锉刀。盾头上的硬突出物5，有各种形状，但功能都相当于图1的锉刀齿2。所以，从原理上来讲，传统盾构机就是一把放大的锉刀，速度就必须慢。这就导致地铁的建造长达数年。这就满足不了公众对速度和经济性的期待，并且费用也极高，请参考图4中隧道成本与隧道口径的关系图。
[0012]因此，如何解决上述技术问题中的至少一者，是本领域内技术人员一直寻求的目
标。

技术实现思路

[0013]本专利技术的主要目的之一在于提供一种适用于城市中免开挖路面就能实现管道成型且实用性强、工作效率高的钻地机器人。本专利技术的主要目的之二在于提供一种中小隧道内碎土运输灵活性比较高的隧道成型方法。本专利技术主要目的之三在于提供一种成型大管径隧道快速且成本较低的隧道成型方法。
[0014]本专利技术提供了一种钻地机器人，包括钻机主体和驱动模块，所述钻机主体设置有钻头安装架，所述钻头安装架上设置有用于与钻头配合安装的结构，所述驱动模块用于驱动所述与钻头配合安装的结构转动；所述钻机主体上安装有螺旋叶片，各所述螺旋叶片能够绕其轴向转动，所有所述螺旋叶片配置形成行走机构，用于所述钻机主体的进退和转向。
[0015]本专利技术中的钻地机器人进行地下钻孔时能够打碎土，然后穿碎土而过。具体地，先用钻头把土、石、钢块等打碎，再依赖所有螺旋叶片形成的强大推力，钻地机器人在碎土中穿越而过。钻地机器人的转弯则是由多轴螺旋叶片的旋转差异来实现，没有传统的转向机构。碎土留在隧道里。
[0016]本文中利用螺旋叶片形成钻地机器人的行走机构，螺旋叶片的行走控制精度比较高，钻机主体能够按照预定轨迹在碎土中精确的前进、后退或转向，灵活性比较高。
[0017]可选的，所述钻机主体上设置有至少三根平行的转动轴体，每一所述转动轴体外周壁均设置有沿其轴向螺旋布置的叶片以形成螺旋叶片器，所有所述转动轴体能够配置成两轴、三轴或者三轴以上运动机构。
[0018]可选的，所述钻机主体至少包括两个主体单元，各所述主体单元首尾依次刚性连接或者柔性连接，每一所述主体单元上均设置有至少三个所述转动轴体，所述转动轴体上的螺旋叶片圈数至少为两圈，并且所述钻头安装架设置于首个所述主体单元的头端；
[0019]或者，所述钻机主体至少包括两个主体单元，各所述主体单元首尾依次连接，部分相邻所述主体单元柔性连接，部分相邻所述主体单元刚性连接，每一所述主体单元上均设置有至少三个所述转动轴体，所述转动轴体上的螺旋叶片圈数至少为两圈，并且所述钻头安装架设置于首个所述主体单元的头端。
[0020]可选的，还包括第一驱动机构，用于驱动每一个所述转动轴体沿径向相对所述钻机主体往复运动。
[0021]可选的，所述行走机构的中心轴与所述钻头的中心轴同轴设置或者二者偏心设置；
[0022]或者，所述钻头的数量为至少两个，各所述钻头形成的外轮廓圆圈与所述行走机构的外轮廓圆圈同轴或偏心设置。
[0023]可选的，所述钻机主体上还设置设备舱，所述设备舱内部设有卷轴，所述卷轴上缠绕有一端为自由端且能作为牵引绳的钢丝绳线组，所述钢丝绳线组集成有信号传输功能、供电传输功能或者牵引功能至少一者。
[0024]可选的，所述钻头安装架上设置有至少两个钻头安装结构，各所述钻头处于同一竖直面或者所有所述钻头前后错落布置，所述驱动模块驱动所述钻头安装架转动或者所述驱动模块包括与所述钻头一一对应的驱动件，一个驱动件驱动一个钻头转动。
[0025]可选的，当所述钻头所受阻力大于第一预设值时，部分或者全部所述螺旋叶片停止转动一段时间，然后再启动，重复以上动作直至所述钻头所受阻力小于或者等于所述第一预设值。
[0026]可选的，所述驱动模块为固定于所述钻机主体上的细长结构，所述细长结构的驱动模块的轴向平行于所述螺旋叶片的轴向布置，所述细长结构的驱动模块的动力输出轴连接所述钻头安装架。
[0027]可选的，还包括可伸缩装置，根据钻头所受的力调节所述钻头安装架的轴向位置；当所述钻头所受阻力大于第二预设值时，所述可伸缩装置带动所述钻头安装架向后移动预定距离。
[0028]再者，本专利技术还提供了一种隧道的成型方法，主要步骤包括：
[0029]利用上述任一项所述的钻地机器人进行地下钻孔，钻孔过程中产生的碎土至少部分处于实心土壁中；
[0030]铺设牵引部件于碎土中，并且所述牵引部件的两端位于碎土之外；
[0031]连接扩张器于牵引部件的一端，施加牵引力于牵引部件的另一端，以拖动扩张器从充满碎土的隧道一端移动至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻地机器人，其特征在于，包括钻机主体和驱动模块，所述钻机主体设置有钻头安装架，所述钻头安装架上设置有用于与钻头配合安装的结构，所述驱动模块用于驱动所述与钻头配合安装的结构转动；所述钻机主体上安装有螺旋叶片，各所述螺旋叶片能够绕其轴向转动，所有所述螺旋叶片配置形成行走机构，用于所述钻机主体的进退和转向。2.根据权利要求1所述的钻地机器人，其特征在于，所述钻机主体上设置有至少三根平行的转动轴体，每一所述转动轴体外周壁均设置有沿其轴向螺旋布置的叶片以形成螺旋叶片器，所有所述转动轴体能够配置成两轴、三轴或者三轴以上运动机构。3.根据权利要求2所述的钻地机器人，其特征在于，所述钻机主体至少包括两个主体单元，各所述主体单元首尾依次刚性连接或者柔性连接，每一所述主体单元上均设置有至少三个所述转动轴体，所述转动轴体上的螺旋叶片圈数至少为两圈，并且所述钻头安装架设置于首个所述主体单元的头端；或者，所述钻机主体至少包括两个主体单元，各所述主体单元首尾依次连接，部分相邻所述主体单元柔性连接，部分相邻所述主体单元刚性连接，每一所述主体单元上均设置有至少三个所述转动轴体，所述转动轴体上的螺旋叶片圈数至少为两圈，并且所述钻头安装架设置于首个所述主体单元的头端。4.根据权利要求2所述的钻地机器人，其特征在于，还包括第一驱动机构，用于驱动每一个所述转动轴体沿径向相对所述钻机主体往复运动。5.根据权利要求1所述的钻地机器人，其特征在于，所述行走机构的中心轴与所述钻头的中心轴同轴设置或者二者偏心设置；或者，所述钻头的数量为至少两个，各所述钻头形成的外轮廓圆圈与所述行走机构的外轮廓圆圈同轴或偏心设置。6.根据权利要求1所述的钻地机器人，其特征在于，所述钻机主体上还设置设备舱，所述设备舱内部设有卷轴，所述卷轴上缠绕有一端为自由端且能作为牵引绳的钢丝绳线组，所述钢丝绳线组集成有信号传输功能、供电传输功能或者牵引功能至少一者。7.根据权利要求1所述的钻地机器人，其特征在于，所述钻头安装架上设置有至少两个钻头安装结构，各所述钻头处于同一竖直面或者所有所述钻头前后错落布置，所述驱动模块驱动所述钻头安装架转动或者所述驱动模块包括与所述钻头一一对应的驱动件，一个驱动件驱动一个钻头转动。8.根据权利要求1所述的钻地机器人，其特征在于，当所述钻头所受阻力大于第一预设值时，部分或者全部所述螺旋叶片停止转动一段时间，然后再启动，重复以上动作直至所述钻头所受阻力小于或者等于所述第一预设值。9.根据权利要求1所述的钻地机器人，其特征在于，所述驱动模块为固定于所述钻机主体上的细长结构，所述细长结构的驱动模块的轴向平行于所述螺旋叶片的轴向布置，所述细长结构的驱动模块的动力输出轴连接所述钻头安装架。10.根据权利要求1至9任一项所述的钻地机器人，其特征在于，还包括可伸缩装置，根据钻头所受的力调节所述钻头安装架的轴向位置；当所述钻头所受阻力大于第二预设值时，所述可伸缩装置带动所述钻头安装架向后移动预定距离。11.一种隧道的成型方法，其特征在于，主要步骤包括：利用权利要求1至10任一项所述的钻地机器人进行地下钻孔，钻孔过程中产生的碎土
至少部分处于实心土壁中；铺设牵引部件于碎土中，并且所述牵引部件的两端位于碎土之外；连接扩张器于牵引部件的一端，施加牵引力于牵引部件的另一端，以拖动扩张器从充满碎土的隧道一端移动至另一端部，在扩张器移动过程中将碎土向侧向推压以形成空心隧道。12.如权利要求11所述的隧道的成型方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宙，
申请(专利权)人：宁波瑞能环境能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：