[發明專利]一種用于模型試驗的微型全斷面鉆孔布置裝置及其應用

有效

• 申請號: 201711218228.8
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108020650B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 李術才;許振浩;潘東東;黃鑫;王欣桐;高斌;王文揚;趙曉成;林鵬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 顏洪嶺

本發明涉及一種用于模型試驗的微型全斷面鉆孔布置裝置及其應用，包括軌道機構、鉆孔機構和控制器，鉆孔機構設置在軌道機構上并沿其移動，鉆孔機構包括環形軌道部、徑向軌道部、鉆頭部和支撐部，徑向軌道部的兩端位于環形軌道部上并可沿其作周向旋轉，鉆頭部設置在徑向軌道部上并可沿其直線移動，支撐部位于環形軌道部外側用于固定整個鉆孔機構，控制器分別與環形軌道部、徑向軌道部、鉆頭部、支撐部連接。該鉆孔布置裝置結構設計科學合理、自動化程度高，解決了傳統方式在模型實驗隧道全斷面打孔難的問題，打孔精度準效率高，并能實現鉆孔機構對模型實驗全斷面的覆蓋以及任何位置的打孔，適用于各種軌格的實驗模型。

技術領域

本發明涉及一種用于模型試驗的微型全斷面鉆孔布置裝置及其應用，屬于隧道挖掘試驗裝置技術領域。

背景技術

由于隧道鉆爆法施工具有經濟、高效及對地質適應能力強的明顯優勢，所以至今仍是我國隧道掘進施工中的最重要和最常用的技術手段。我國已建成的各類隧道、隧洞計約萬座，其中90％以上是用隧道爆破的方法完成掘進施工的?？梢哉f，在我國百年以來的隧道建設發展歷史中，有很大的篇章就是隧道爆破技術的發展歷史。然而，在隧道開挖過程中由于爆破開挖擾動影響，誘發各種地質災害給隧道建設帶來了極大的困難。大型物理模型試驗作為揭示爆破開挖擾動機理的重要研究手段，可以實現隧道開挖過程多元信息的采集與分析，對于指導隧道爆破施工具有重要意義。研究發現，由工程尺度到物理模型試驗尺度鉆孔的合理布置成為制約試驗開展的難點。模型試驗隧道跨度一般較小，隨著掌子面的逐步推進，深部掌子面鉆孔布置愈加困難。目前，模型實驗領域尚沒有在隧道全斷面實現鉆孔自動布置的裝置及方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于模型試驗的微型全斷面鉆孔布置裝置。

本發明還提供上述一種用于模型試驗的微型全斷面鉆孔布置裝置的使用方法。

本發明的技術方案如下：

一種用于模型試驗的微型全斷面鉆孔布置裝置，包括軌道機構、鉆孔機構和控制器，所述鉆孔機構設置在軌道機構上并沿軌道機構移動，所述鉆孔機構包括環形軌道部、徑向軌道部、鉆頭部和支撐部，徑向軌道部的兩端位于環形軌道部上并可沿環形軌道部作周向旋轉，鉆頭部設置在徑向軌道部上并可沿徑向軌道部直線移動，支撐部位于環形軌道部外側用于固定整個鉆孔機構，控制器分別與環形軌道部、徑向軌道部、鉆頭部、支撐部連接。

優選的，所述軌道機構包括條形雙軌和伸縮支架，伸縮支架位于條形雙軌中間并連接條形雙軌，條形雙軌上設置有條形軌槽。

優選的，所述環形軌道部包括環形導軌、從動飛輪、第一驅動電機以及牙盤，所述環形導軌上設置有多圈同心圓軌道槽，第一驅動電機安裝在環形導軌的外周并與牙盤連接，牙盤與從動飛輪相嚙合，第一驅動電機與控制器電連接。

優選的，所述徑向軌道部包括徑向導軌和高強螺栓，徑向導軌的兩端連接高強螺栓，高強螺栓穿過軌道槽與從動飛輪固定連接。此設計的好處在于，由第一驅動電機提供動力，通過牙盤帶動從動飛輪轉動，進而通過從動飛輪可實現徑向導軌沿軌道槽作周向轉動，后續可通過不同的軌道槽來連接從動飛輪，從而保證全斷面的覆蓋。

優選的，所述鉆頭部包括微型電機和鉆頭，鉆頭與微型電機的輸出軸組合式連接，微型電機與控制器電連接。此設計的好處在于，采用組合式的連接方式，方便后期將鉆頭拆裝下來更換不同直徑的鉆頭，用于滿足不同的作業要求。

優選的，所述微型電機的底部設置有兩個微型齒輪且兩個微型齒輪通過第二驅動電機傳動連接，徑向導軌上開設有徑向齒槽，微型齒輪位于徑向齒槽內由第二驅動電機驅動行走，第二驅動電機與控制器電連接。此設計的好處在于，通過第二驅動電機可調整鉆頭部在徑向導軌上的位置，配合從動飛輪的轉動，從而實現全斷面任意位置的鉆孔。

優選的，所述支撐部選用伺服電缸，伺服電缸與控制器電連接。