[發(fā)明專利]一種基于仿生學(xué)原理的多沖程鉆掘裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110484631.5
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113187382B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莫品強(qiáng);呂銳杰;李瑞林;陳雅欣;崔敏睿;文詩(shī)雨;李如磊;李國(guó)耀;陳拓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B7/00
• 分類號(hào): E21B7/00;E21B7/24;E21B44/00;E21B47/00;E21B3/02;F04B35/04;F04B49/22;H02N2/06;H02N2/04
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

本發(fā)明涉及了一種基于仿生學(xué)原理的多沖程鉆掘裝置，包括依次連接的機(jī)械控制手、連接桿、伸縮膜、壓縮機(jī)、振動(dòng)器、垂直控制部分、鉆頭，機(jī)械控制手包括中心控制部分和外部工作部分，連接桿負(fù)責(zé)連接機(jī)械控制手和下面的鉆掘設(shè)備、連接振動(dòng)器和壓縮機(jī)，壓縮機(jī)負(fù)責(zé)控制伸縮膜內(nèi)氣體的體積，振動(dòng)器是負(fù)責(zé)將鉆頭周圍的土進(jìn)行松動(dòng)，垂直控制部分負(fù)責(zé)控制鉆頭在鉆掘過(guò)程中保持垂直鉆入。本裝置的掘進(jìn)步驟較為簡(jiǎn)單，適用于在疏松土壤中的掘進(jìn)，不適用于硬質(zhì)巖石。裝置的主要組成部分由機(jī)械控制手、連接桿、伸縮膜、壓縮機(jī)、振動(dòng)器、垂直控制部分、鉆頭。其主要步驟包括：掘進(jìn)、振動(dòng)、充氣擠壓、機(jī)械控制手張開(kāi)、排氣、繼續(xù)掘進(jìn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉆掘裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于仿生學(xué)原理的多沖程鉆掘裝置，適用于在力度不太大、含水量不太高的土壤中進(jìn)行擾動(dòng)比較小的鉆掘。

背景技術(shù)

在大型的巖土工程中，常常使用鉆頭進(jìn)行掘進(jìn)。但是掘進(jìn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)把土壓實(shí)的情況，導(dǎo)致掘進(jìn)到后面能耗越大、成本越高，難度越大，從而影響設(shè)備的持續(xù)性。在傳統(tǒng)的鉆掘過(guò)程中，通常采取“強(qiáng)力”的方式，通過(guò)增強(qiáng)鉆頭的強(qiáng)度和功率強(qiáng)行將土壤擠出，從而完成鉆掘。但是這種鉆掘方式成本較高，能耗較大，同時(shí)鉆頭的壽命也不長(zhǎng)。更重要的是，該種鉆掘方式容易造成很大的擾動(dòng)，可能會(huì)對(duì)周邊的地下基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞。因此，市場(chǎng)上迫切需要一種能耗低、擾動(dòng)小、可持續(xù)性高的鉆探設(shè)備，本裝置就是基于此進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有鉆掘技術(shù)中的部分不足，提供一種基于仿生學(xué)原理的多沖程鉆掘裝置，其目的是在于在常規(guī)的土體中進(jìn)行連續(xù)鉆掘，鉆頭具有減少施工成本，加快工程進(jìn)度，減小環(huán)境擾動(dòng)，更加安全綠色的特點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種基于仿生學(xué)原理的多沖程鉆掘裝置，包括依次連接的機(jī)械控制手、連接桿、伸縮膜、壓縮機(jī)、振動(dòng)器、垂直控制部分、鉆頭，機(jī)械控制手包括中心控制部分和外部工作部分，中心控制部分負(fù)責(zé)控制整個(gè)機(jī)械控制手的運(yùn)動(dòng)，內(nèi)置控制系統(tǒng)用于接收地上指揮部分指令，當(dāng)進(jìn)入回收裝置時(shí)，鉆頭停止工作，中心控制部分負(fù)責(zé)發(fā)送相應(yīng)指令，讓外部工作部分產(chǎn)生助推力，從而完成整個(gè)裝置的回收，外部工作部分負(fù)責(zé)錨固裝置，和在裝置轉(zhuǎn)向的時(shí)候起到控制作用，在后面提供一個(gè)側(cè)向的助推力，使裝置按照指令的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向，連接桿負(fù)責(zé)連接機(jī)械控制手和下面的鉆掘設(shè)備、連接振動(dòng)器和壓縮機(jī)，伸縮膜的上下部分由鋼絞線組成，用以和連接桿緊密相連，中間部分由筋和膜兩部分組成，筋是由玻璃纖維筋、碳纖維筋和芳綸纖維筋組成，膜是由高密度聚乙烯、聚氯乙烯和具有較好的伸縮性的材料構(gòu)成，整個(gè)收縮膜被分為四個(gè)氣室，當(dāng)需要改變方向時(shí)，某個(gè)氣室不會(huì)脹大，該方向上的土體不會(huì)受到擠壓產(chǎn)生變形，從而使鉆頭發(fā)生偏移完成轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮機(jī)負(fù)責(zé)控制伸縮膜內(nèi)氣體的體積，振動(dòng)器是負(fù)責(zé)將鉆頭周圍的土進(jìn)行松動(dòng)，垂直控制部分負(fù)責(zé)控制鉆頭在鉆掘過(guò)程中保持垂直鉆入，鉆頭為PDC鉆頭或者牙輪鉆頭。

進(jìn)一步的，所述中心控制部分包括傳感器、電動(dòng)機(jī)和單片機(jī)，所述中心控制部分上部裝有空心槽，負(fù)責(zé)收攏外部工作部分，所述空心槽和中心控制部分之間裝有回轉(zhuǎn)鋼槽，使其發(fā)生相互轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使機(jī)械控制手的外部工作部分的方向發(fā)生改變，達(dá)到轉(zhuǎn)向的效果，所述外部工作部分由傳感器、電動(dòng)機(jī)、單片機(jī)、轉(zhuǎn)軸組成。

進(jìn)一步的，所述連接桿為傳力組件和套筒組件，所述連接桿中間部分是剛性套筒，兩端是由富有彈性的橡膠圈制作而成，橡膠圈內(nèi)部裝有壓力傳感器，負(fù)責(zé)將信號(hào)向上傳輸至控制電腦，連接桿外包土層或者水泥層。