專利名稱：旋挖鉆機(jī)測深裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及旋挖鉆機(jī)，特別涉及一種旋挖鉆機(jī)的測深裝置。
技術(shù)背景隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，基本建設(shè)范圍持續(xù)拓寬，在以人為本和保護(hù)環(huán)境的 理念及相關(guān)法津法規(guī)不斷強(qiáng)化的環(huán)境下，樁基礎(chǔ)特別是現(xiàn)澆混凝土灌注樁基礎(chǔ) 得到了廣泛的應(yīng)用，并幾乎呈取代其他基礎(chǔ)之勢。在此背景下，旋挖鉆機(jī)(Rotary Drilling Rig)因其效率高、污染少、功能多的特點(diǎn)，適應(yīng)上述需求，在 國內(nèi)外的現(xiàn)澆混凝土灌注樁施工中得到了廣泛應(yīng)用。為了保證鉆機(jī)成孔的質(zhì)量和操作的安全，旋挖外鉆機(jī)帶有自動測深裝置。 其檢測裝置為實(shí)時監(jiān)控，隨鉆頭移動，隨時更新相對于設(shè)定零點(diǎn)的深度，因此， 既可以測量每次鉆深，又可以測量總的鉆深。通常，采用旋轉(zhuǎn)編碼器、光電開 關(guān)檢測撥盤等方式進(jìn)行測深。旋轉(zhuǎn)編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈 沖或數(shù)字量的傳感器，這是目前應(yīng)用最多的傳感器。旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理如 圖1所示，旋轉(zhuǎn)編碼器由光柵盤2和透鏡5、透鏡6、光敏元件7、放大整形 電路8等組成光柵盤2為一定直徑的圓板，在其上等分地開有若干個長方形 孔；光柵盤2與旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入軸9同軸，輸入軸9旋轉(zhuǎn)時，光柵盤2同速 旋轉(zhuǎn)；光源4發(fā)出的光線經(jīng)由透鏡5、光柵盤2和透鏡6、光敏元件7、放大 整形電路8后輸出若干脈沖信號；通過計(jì)算旋轉(zhuǎn)編碼器每秒輸出脈沖的個數(shù)， 可計(jì)算出驅(qū)動輸入軸9旋轉(zhuǎn)的被測設(shè)備當(dāng)前轉(zhuǎn)速。以上所述為旋轉(zhuǎn)編碼器的基本工作原理，其中，輸入軸9的旋轉(zhuǎn)可采用帶 傳動、齒傳動、鏈條傳動等方式。圖2為一種帶傳動的旋挖鉆機(jī)測深裝置結(jié)構(gòu)圖，其采用皮帶帶動旋轉(zhuǎn)編碼 器轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)方案。其工作原理為由固聯(lián)于主動軸上的帶輪、固聯(lián)于從動軸 上的帶輪組成，當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動時，由于皮帶與帶輪間的摩擦，拖動 從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。下面，對其結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)描述如下如圖2所示，滑輪11由滑輪軸12固定在滑輪架13上，滑輪軸12與滑輪架13之間由四個螺栓固定，保證沒有相對運(yùn)動?；?侖11與滑輪軸12間裝有 滾動軸承14，實(shí)現(xiàn)滑輪11在滑輪軸12上的自由轉(zhuǎn)動。大帶輪15由六個螺釘 固定在滑輪ll上，實(shí)現(xiàn)與滑輪11的同步轉(zhuǎn)動。小帶輪16與旋轉(zhuǎn)編碼器1的 輸入軸(圖2未示)通過平鍵連接在一起，通過軸承(圖未示)與焊接在滑輪架 13上的軸承座(圖未示)連接，實(shí)現(xiàn)在滑輪架13上位置的固定，以保證小帶 輪16帶動旋轉(zhuǎn)編碼器1的輸入軸轉(zhuǎn)動。大帶輪15與小帶輪16由皮帶17連接。 因滑輪11上繞有提升鉆桿的鋼絲繩，旋挖鉆機(jī)鉆孔作業(yè)時，鋼絲繩的^i文轉(zhuǎn) 化為滑輪ll的旋轉(zhuǎn)，滑輪ll與大帶輪15固定在一起同步轉(zhuǎn)動，小帶輪16通 過皮帶17帶動，實(shí)現(xiàn)與大帶輪15的同步轉(zhuǎn)動；由旋轉(zhuǎn)編碼器l檢測轉(zhuǎn)動的速 度并換算成圏數(shù)，從而計(jì)算出鋼絲繩的收放長度，即鉆孔的深度。 采用該結(jié)構(gòu)的旋挖鉆機(jī)測深裝置，其缺陷有二一是皮帶的彈性變形和松弛打滑影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于采用皮帶傳 動，柔性材質(zhì)的皮帶在使用中產(chǎn)生彈性變形，皮帶的彈性變形引起皮帶與帶輪 間的彈性滑動，引發(fā)傳動失效，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。而當(dāng)皮帶使用一段時間 后變形加劇，造成松弛打滑，對檢測的準(zhǔn)確性影響更為嚴(yán)重。二是作為易損件的皮帶維護(hù)頻率高且更換困難，影響鉆機(jī)的總體工作效 率。皮帶松弛需要及時進(jìn)行松緊度調(diào)整，造成維護(hù)頻繁，且皮帶的周向封閉， 包繞于滑輪軸外，更換皮帶時需首先拆卸下滑輪軸，滑輪軸在桅桿頂部，且直 徑較大，在條件簡陋的生產(chǎn)現(xiàn)場拆卸更為困難，維護(hù)與維修十分不便，從而大 大降低了鉆機(jī)的總體工作效率。 實(shí)用新型內(nèi)容針對上述缺陷，本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題在于，提供一種測量精度高、 使用可靠、安裝維護(hù)方便的旋挖鉆機(jī)測深裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型旋挖鉆機(jī)測深裝置，包括旋轉(zhuǎn)編碼器、 滑輪、滑輪軸、滑輪架，所述滑輪軸固定在所述滑輪架上，所述滑輪通過第一 軸承與所述滑輪軸連接，所述滑輪上繞有提升鉆桿的鋼絲繩還包括相互嚙合 的大齒輪與小齒輪；所述大齒輪同軸固定在所述滑輪上；所述小齒輪與所述旋 轉(zhuǎn)編碼器的輸入軸同軸連接，并通過第二軸承與焊接在所述滑輪架上的軸承座 連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的旋挖鉆機(jī)測深裝置，測量精度高，使 用可靠、安裝維護(hù)更為方便，具體來說是1、 繼承了現(xiàn)有技術(shù)中采用機(jī)械傳動信號放大，旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行檢測的方 式，保證了檢測的精度和準(zhǔn)確性。2、 傳動穩(wěn)定，使用可靠。由于采用齒輪嚙合傳動，不會發(fā)生打滑或其它類似失效問題，穩(wěn)定的傳動比為鉆孔深度的檢測提供了可靠的保障。3、 維護(hù)簡便，使用壽命長。由于采用齒輪傳動設(shè)計(jì)，且負(fù)載較輕，在保證一定的潤滑條件下使用壽命可長達(dá)一、二十年。而且，作為首先損壞部件的 小齒輪更換相當(dāng)簡便，在工作環(huán)境相對簡陋的施工現(xiàn)場，與釆用皮帶傳動的方 案相比，效果更為明顯。

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以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖l是旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理圖； 圖2是現(xiàn)有帶傳動的旋挖鉆機(jī)測深裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本實(shí)用新型的旋挖鉆機(jī)測深裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
圖3所示本實(shí)用新型旋挖鉆機(jī)測深裝置(圖3為部分拆卸狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖)， 其結(jié)構(gòu)形式由帶傳動改為齒傳動由一對具有特定齒廓外形的相互嚙合的齒輪 組成，當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動時，依靠兩齒輪相接觸的輪齒嚙合，帶動從動 輪一起轉(zhuǎn)動，從而傳遞運(yùn)動和動力。齒傳動的傳動比只與相互嚙合的齒輪齒數(shù) 有關(guān)。請參看圖3,本實(shí)用新型旋挖鉆機(jī)測深裝置，包括旋轉(zhuǎn)編碼器1、滑輪ll、 滑輪軸12、滑輪架13?；?1上繞有提升鉆桿的鋼絲繩，并由滑輪軸12固 定在滑輪架13上，滑輪軸12與滑輪架13之間相對位置固定，保證兩者沒有 相對運(yùn)動。滑輪11與滑輪軸12間裝有第一軸承14，實(shí)現(xiàn)滑輪11在滑輪軸12 上的自由轉(zhuǎn)動。大齒輪21同軸地固定在滑輪11上，實(shí)現(xiàn)與滑輪ll的同步轉(zhuǎn) 動。小齒輪22與旋轉(zhuǎn)編碼器1的輸入軸(圖3未示)的同軸地連接在一起，通 過第二軸承(圖未示)與焊接在滑輪架13上的軸承座(圖未示)連接，實(shí)現(xiàn) 在滑輪架13上位置的固定，以保證小齒輪22帶動旋轉(zhuǎn)編碼器1的輸入軸同速轉(zhuǎn)動。當(dāng)旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)時，鉆頭所在位置的深度等同于提升鉆桿的鋼絲 繩的收放長度，鋼絲繩的收放長度又可轉(zhuǎn)化為滑輪11的旋轉(zhuǎn)角度來體現(xiàn)。兩者轉(zhuǎn)換關(guān)系如下設(shè)定滑輪11公稱直徑為R 鋼絲繩收放長度為L 滑輪的旋轉(zhuǎn)角度為0。 換算如下鋼絲繩的收放長度￡ = ;ri 360滑輪ll與大齒輪21相對位置固定，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動。即滑輪11轉(zhuǎn)過W角， 大齒輪21轉(zhuǎn)過同樣角度。大齒輪21與小齒輪22嚙合傳動，把大齒輪21的轉(zhuǎn) 動傳遞到小齒輪22上，由齒輪傳動性能的基本特點(diǎn)可知，小齒輪22的轉(zhuǎn)動可 由其傳動比計(jì)算得出。且齒輪傳動的傳動比穩(wěn)定(只與兩者齒數(shù)有關(guān))，大齒 輪21與小齒輪22的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下 設(shè)定大齒輪21齒lt Z2 小齒輪22齒數(shù)Zj 大齒輪21轉(zhuǎn)動角度《。 小齒輪22轉(zhuǎn)動角度&。 換算如下大小齒輪的傳動比/ = ^7"卩大小齒輪轉(zhuǎn)動角度關(guān)系為02 = Wx/ = Wx，由于小齒輪22與旋轉(zhuǎn)編碼器1的輸入軸相對位置固定，并同速轉(zhuǎn)動。即 小齒輪22的轉(zhuǎn)動角度《。等同于旋轉(zhuǎn)編碼器1的輸入軸的轉(zhuǎn)動角度。如圖1所 示，輸入軸帶動旋轉(zhuǎn)編碼器1的光柵盤2轉(zhuǎn)動，從而由旋轉(zhuǎn)編碼器1的檢測裝 置3測算出轉(zhuǎn)速，并換算為轉(zhuǎn)動圏數(shù)或角度。綜合如上運(yùn)算得到鋼絲繩的收放長度與旋轉(zhuǎn)編碼器1的轉(zhuǎn)動角度的換算 關(guān)系如下設(shè)定編碼器轉(zhuǎn)動角度《。換算關(guān)系<formula>formula see original document page 7</formula> 通過如上相應(yīng)運(yùn)算，換算為鋼絲繩的收放長度，輸出到相應(yīng)的電子設(shè)施終 端(顯示屏)進(jìn)^f于顯示。上述實(shí)施方式中，大齒輪21與小齒輪22應(yīng)保證一定的中心距離(由兩者 相應(yīng)的座體中心孔的加工精度保證)，同時在滑輪11與大齒輪21上有相應(yīng)的 配合尺寸與形位公差要求，滿足大齒輪21與滑輪11的穩(wěn)定連接和足夠的同軸 度，保證大齒輪21和小齒輪22平穩(wěn)的嚙合傳動。上述大齒輪21與小齒輪22的中心距離為大小齒輪節(jié)圓半徑之和，其嚙合 精度滿足一般齒輪傳動精度即可。因傳動負(fù)載很小，還可放松部分精度要求。 而嚙合距離會對整體造成一定影響距離偏小，對小齒輪21產(chǎn)生一定徑向壓 力，對連接于小齒輪11的輸入軸造成損傷；距離偏大，轉(zhuǎn)動換向時，輪齒嚙 合存在間隙，會對此間隙內(nèi)動作不能進(jìn)行反應(yīng)；但上述間隙對檢測精度造成影 響很小，基本可以忽略不計(jì)。此外，大齒輪21與小齒輪22也應(yīng)選取合適的傳動比。傳動比為信號放大 倍數(shù)，所以理論上傳動比越大精度越高，但實(shí)際中受傳感器最高轉(zhuǎn)速和大小齒 輪直徑大小的限制，不能無限制變大。優(yōu)選地，本實(shí)用新型傳動比為8:1,其 選取依據(jù)是既保證檢測的精度，又適應(yīng)旋挖鉆機(jī)的安裝位置的限制。上述實(shí)施方式中在滑輪11與滑輪軸12之間安裝有第一軸承14,實(shí)現(xiàn) 滑輪11在滑輪軸12上的自由轉(zhuǎn)動；在小齒輪22和輸入軸與滑輪架13上的軸 承座之間安裝有第二軸承，保證小齒輪22帶輸入軸同速轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，第一 軸承14、第二軸承均采用滾動軸承，其特點(diǎn)是摩擦系數(shù)小、傳動效率高、 使用維護(hù)方便。上述實(shí)施方式中滑輪軸12與滑輪架13上固定方式，以及大齒輪于21 與滑輪ll的固定方式，可釆用焊接、或螺栓或螺釘連接等形式；小齒輪21與 旋轉(zhuǎn)編碼器1的輸入軸之間可通過平鍵、圓鍵等進(jìn)行連接。優(yōu)選地，滑輪軸 12與滑輪架13之間由螺栓連接固定，大齒輪21由螺釘固定在在滑輪ll上， 小齒輪21與旋轉(zhuǎn)編碼器1的輸入軸之間可通過平鍵連接在一起。此種固定連 接方式，充分利用旋挖鉆機(jī)已有的標(biāo)準(zhǔn)配置，其安裝維護(hù)簡便，成本較低。本實(shí)用新型的旋挖鉆機(jī)測深裝置，其工作過程是在旋挖鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)之 前，首先調(diào)整鉆頭處在水平面零位，利用設(shè)備鉆孔深度的清零設(shè)置對鉆孔深度進(jìn)行清零處理；當(dāng)旋挖鉆機(jī)進(jìn)行正常工作時，測深裝置對如上換算出的鋼絲繩 收放長度進(jìn)行加減運(yùn)算，得到鉆頭在工作過程中相對于初始零位的相對深度， 顯示在輸出終端上即為鉆頭的瞬時深度；設(shè)備同時檢測并記錄鉆頭瞬時深度的 最大值，顯示在輸出終端上即為鉆機(jī)目前所鉆孔的最大深度。需指出的是，現(xiàn)有旋挖鉆機(jī)測深裝置也可釆用同步齒形帶傳動、鏈傳動或 其它傳動代替皮帶傳動，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，但也存在一些缺 陷。例如采用齒形帶傳動，由于市場上僅有封閉式齒形帶而無沒有開口式齒 形帶，在更換齒形帶時需要拆卸下滑輪才能更換齒形帶，安裝維護(hù)不便；而鏈 傳動適用于速度不是很高的環(huán)境中，且需要可調(diào)整松緊度，使用壽命也不是很 高，所以在此環(huán)境中不太適用。而本實(shí)用新型中采用齒傳動，不僅傳動穩(wěn)定、使用可靠，而且維護(hù)簡便、 使用壽命長，其適應(yīng)性更強(qiáng)。其采用筒單部件構(gòu)成，安裝制作簡便，成本較低， 且不會影響旋挖鉆機(jī)的正常工作。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn) 和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種旋挖鉆機(jī)測深裝置，包括旋轉(zhuǎn)編碼器、滑輪、滑輪軸、滑輪架，所述滑輪軸固定在所述滑輪架上，所述滑輪通過第一軸承與所述滑輪軸連接，所述滑輪上繞有提升鉆桿的鋼絲繩，其特征在于還包括相互嚙合的大齒輪與小齒輪；所述大齒輪同軸固定在所述滑輪上；所述小齒輪與所述旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入軸同軸連接，并通過第二軸承與焊接在所述滑輪架上的軸承座連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋挖鉆機(jī)測深裝置，其特征在于所述大齒輪 與所述小齒輪的傳動比為8:1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋挖鉆機(jī)測深裝置，其特征在于所述第一軸7fC為滾動軸浮〈。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋挖鉆機(jī)測深裝置，其特征在于所述第二軸7fC為〉袞動軸《、。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的旋挖鉆機(jī)測深裝置，其特征在于所 述滑輪軸與所述滑輪架通過螺栓連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的旋挖鉆機(jī)測深裝置，其特征在于所 述大齒輪由螺釘固定在所述滑輪上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的旋挖鉆機(jī)測深裝置，其特征在于所 述小齒輪與所述旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入軸之間通過平鍵連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種旋挖鉆機(jī)測深裝置，包括旋轉(zhuǎn)編碼器、滑輪、滑輪軸、滑輪架，所述滑輪軸固定在所述滑輪架上，所述滑輪通過第一軸承與所述滑輪軸連接，所述滑輪上繞有提升鉆桿的鋼絲繩。還包括相互嚙合的大齒輪與小齒輪；所述大齒輪同軸固定在所述滑輪上；所述小齒輪與所述旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入軸同軸連接，并通過第二軸承與焊接在所述滑輪架上的軸承座進(jìn)行連接。本實(shí)用新型測深精度高，使用可靠、安裝維護(hù)方便。
文檔編號E21B47/04GK201129172SQ20072018745
公開日2008年10月8日 申請日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者輝 張, 李均良, 米樹剛, 黎起富 申請人:北京南車時代重工機(jī)械有限責(zé)任公司;中國南車集團(tuán)北京機(jī)車車輛機(jī)械廠;中國南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車研究所