一种自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车的制作方法

1.本发明涉及管棚施工技术领域，特别是指一种自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车。


背景技术：

2.在软岩隧道的开挖掘进施工中，为了防止土层坍塌和地表下沉，在隧道拱顶上方钻孔并安设惯性力矩较大的厚壁钢管，形成超前管棚，起临时超前支护作用，保障掘进与后续支护工艺的安全运作。管棚的长度根据地质情况决定。管棚钢管的长度一般不小于10米。在钻进过程中，需要对钢管进行加长连接。常规的连接方法是螺纹连接，连接操作困难、在软硬交互地层中成孔困难，不利于采用凿岩台车进行管棚钻进施工。
3.现有技术中，如公开号为cn207110955u的一种具有管棚推装功能的凿岩台车，具有以下缺陷：没有装配钎杆夹具、拆卸钎杆困难；没有配带钢管连接器，在长距离管棚钻进时，无法完成钢管的连接；前端扶管器呈半环形状，导向功能不好。公开号为cn208749294u的一种多功能钻机以及管棚安装装置，具有以下缺陷：先钻孔然后安装管棚，在软岩地层中如果发生塌孔现象会造成管棚安装困难。钢管采用螺纹连接形成刚性连接，在软硬交互地层中，钻孔直线度较差时，会引起发卡现象。公开号为cn112855013a的顶锤式跟管钻进推进器及钻进设备，具有以下缺陷：钢管采用螺纹连接形成刚性连接，在软硬交互地层中，钻孔直线度较差时，会引起发卡现象。因此，急需设计一种自带挤压式钢管连接器的管棚凿岩台车，已解决上述问题。


技术实现要素：

4.针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，用以解决上述技术问题。
5.本发明的技术方案是这样实现的：一种自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，包括凿岩台车本体、多自由度钻臂和推进梁总成，多自由度钻臂的一端与凿岩台车本体相连接、另一端设有推进梁总成，所述推进梁总成上设有卡钎机构，卡钎机构上设有钢管挤压连接器，钢管挤压连接器套设在液压凿岩机的套管钻具外部且与套管钻具相配合。
6.所述钢管挤压连接器包括外筒套和内筒套，内筒套内端部套设在外筒套内，内筒套的外端部内壁上设有挤压爪，挤压爪通过楔块机构与外筒套配合，在楔块机构的作用下挤压爪对位于内筒套内的管道进行挤压。
7.所述楔块机构包括设置在外筒套外端部的第一楔块环，第一楔块环通过沿轴向设置的伸缩驱动件与外筒套相连接，所述内筒套外端部的外壁上设有第二楔块环，第二楔块环与第一楔块环斜面配合。
8.所述套管钻具从钢管挤压式连接器的内套中穿过；套管钻具包括跟管钻头、中心钎杆和多个相互拼接的套管，中心钎杆位于套管内且与跟管钻头螺纹连接；套管穿设在内筒套内，相邻两个套管通过钢管挤压连接器挤压的卡槽结构卡接。
9.相邻两个套管分别为第一外套管和第二外套管，第二外套管的前端套设在第一外套管内。所述卡槽结构包括设置在第二外套管前部的第二环形凹槽和通过钢管挤压连接器压制在第一外套管后部的第一环形凹槽，第一环形凹槽与第二环形凹槽卡接配合。
10.所述卡钎机构包括用于承托钢管挤压连接器的挤压式钢管连接器底座，挤压式钢管连接器底座的前部设有顶推块，挤压式钢管连接器底座的后部设有液压卡钎器。所述液压卡钎器包括伸缩杆，伸缩杆设置在挤压式钢管连接器底座内，伸缩杆上部的伸缩端设有卡扣。（这部分内容必须跟权利要求书表达方式一致）本发明钢管挤压连接器利用楔块机构对管进行挤压形成凹槽卡扣结构，完成套管的快速连接。液压凿岩机利用钢管挤压连接器与卡钎机构完成套管的快速铰接和钎杆的拆装，铰接的套管在软硬交互地层中，钻孔直线度较差时，不会引起发卡现象。管棚凿岩台车自带钎杆夹具，便于拆卸钎杆；自带挤压式钢管连接器，便于钢管连接加长，实现长距离管棚钻进施工，提高了管棚施工效率，解决了在软硬交互地层长大管棚施工的技术难题。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为本发明钢管棚凿岩台车钻进工作状态示意图。
13.图2为本发明钢管挤压连接器与卡钎机构结构示意图。
14.图3为两个套管连接结构示意图。
15.图中：凿岩台车本体1、多自由度钻臂2、推进梁总成3、卡钎机构4、挤压式钢管连接器底座401、顶推块402、液压卡钎器403、钢管挤压连接器5、外筒套501、内筒套502、挤压爪503、第一楔块环504、第二楔块环505、伸缩驱动件506、套管钻具6、跟管钻头601、第一外套管602、第二外套管603、中心钎杆604、液压凿岩机7、摆动油缸8。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图3所示，实施例1，一种自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，包括凿岩台车本体1、多自由度钻臂2和推进梁总成3，多自由度钻臂2与推进梁总成3均采用现有技术。多自由度钻臂2的一端与凿岩台车本体1相连接、另一端设有推进梁总成3。所述推进梁总成3上设有卡钎机构4，卡钎机构4上设有钢管挤压连接器5，钢管挤压连接器5套设在液压凿岩机7的套管钻具6外部且与套管钻具6相配合。所述多自由度钻臂2通过摆动油缸8与凿岩台车本体1相连接，实现多自由度钻臂2的相对凿岩台车本体的摆动。本实施例中的管棚凿岩台车自带卡钎机构，便于拆卸钎杆；自带钢管挤压连接器，便于钢管连接加长，实现长距离管棚钻进施工，提高了管棚施工效率，解决了在软硬交互地层长大管棚施工的技术难题。
18.进一步来说，管棚凿岩台车主要包括：凿岩台车本体1，多自由度钻臂2，推进梁总
成3，卡钎机构4，挤压式钢管连接器5，外套501，内套502，套管钻具6，跟管钻头601，第一外套管602，第二外套管603，中心钎杆604，液压凿岩机7。
19.多自由度钻臂2安装在凿岩台车本体1上，钻臂数量可以是多条。在多自由度钻臂2上安装推进梁总成3。多自由度钻臂2与推进梁总成3均采用现有技术。
20.在推进梁的前端安装挤压式钢管连接器底座401。卡钎机构4包括：底座401、顶推402、液压卡钎器403。底座401与推进梁连接一起。顶推402位于底座401的前端便于抵紧岩面。液压卡钎器403位于底座401内部。当需要拆装钎杆时，液压卡钎器403伸出卡紧前部钎杆，拆装完毕后液压卡钎器403缩回。
21.在挤压式钢管连接器底座401的上面安装挤压式钢管连接器5。挤压式钢管连接器5采用液压驱动。挤压式钢管连接器5包括：外套501、内套502。挤压工作时，内套502不发生轴向移动，外套501在液压动力作用下发生轴向位移，挤压内套502，使内套502的挤压爪的内径发生变大和变小的变化。挤压爪的内径变小时，挤压第一外套管602，使其形成第一环形凹槽6021。第一环形凹槽6021与第二环形凹槽6031相套形成一个铰接连接。在挤压过程中，第一外套管602与第二外套管603都不发生轴向位移。
22.采用现有同心跟管或偏心跟管钻进技术。套管钻具6包括：跟管钻头601、第一外套管602、第二外套管603、中心钎杆604。跟管钻头601包括外钻套与内钻头，是现有技术。外钻套与第一外套管602焊接连接，第一外套管602从挤压式钢管连接器5的中心孔中穿过。内钻头与中心钎杆604的一端依靠螺纹连接一起。中心钎杆604的另一端与液压凿岩机7依靠螺纹连接一起。当第一外套管602长度不能达到管棚的深度要求时，加接第二外套管603。在工厂内预先把第二外套管603的一端挤压形成第二环形凹槽6031。把第二环形凹槽6031的一端插入第一外套管602的尾部。同处于挤压式钢管连接器5挤压爪的位置。
23.中心钎杆604的长度大于第一外套管602的长度。
24.如图2所示，实施例2：一种自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，在实施例1的基础上进一步来说：钢管挤压连接器包括外筒套501和内筒套502，内筒套502内端部套设在外筒套501内，两者同轴线套设在一起，两者之间根据需要也可加设密封圈。内筒套502的外端部内壁上设有挤压爪503，挤压爪503可与内筒套一体成型设置。挤压爪503通过楔块机构与外筒套501配合，在楔块机构的作用下挤压爪503对位于内筒套502内的管道进行挤压。本实施例中，内筒套502具有一定的弹性，在楔块机构的挤压作用下，挤压爪503进行径向挤压运动对位于内筒套502内的套管进行挤压形成凹槽卡扣结构，完成套管的快速连接。
25.进一步，所述楔块机构包括设置在外筒套501外端部的第一楔块环504，第一楔块环504通过沿轴向设置的伸缩驱动件506与外筒套501相连接，本实施例中，伸缩驱动件采用气缸或油缸。所述内筒套502外端部的外壁上设有第二楔块环505，第二楔块环可与内筒套一体成型设置。第二楔块环505与第一楔块环504斜面配合；挤压爪503与第二楔块环505位置对应，一内一外设置，使挤压爪503更容易受力。在伸缩驱动件的作用下，第一楔块环504相对第二楔块环505运动同时挤压爪对位于内筒套502内的套管进行挤压连接，在挤压过程中，套管都不发生轴向位移。施工过程中外筒套501的第一楔块环504在液压动力作用下发生轴向位移，挤压内筒套502，使内套502的挤压爪的内径发生变大和变小的变化；挤压爪的内径变小时，挤压位于内筒套502内的套管，实现两个套管的快速连接。
26.钢管挤压连接器5套设在套管钻具6外部且与套管钻具6相配合，即钢管挤压连接
器5能与液压凿岩机7的套管钻具6的外套管进行紧配合，保证在挤压过程中，套管钻具6的外套管都不发生轴向位移。钢管挤压连接器起到快速连接套管和套管导向的作用。钢管挤压连接器5上连接有卡钎机构4，当需要增加套管时，卡钎机构4用于夹持套管钻具6的钎杆，便于拆卸钎杆。
27.进一步，作为优选方案时，所述套管钻具6包括跟管钻头601、中心钎杆604和多个相互拼接的套管，中心钎杆604的长度大于第一个第一外套管的长度。中心钎杆604位于套管内且与跟管钻头601螺纹连接；即采用现有同心跟管或偏心跟管钻进技术。跟管钻头601包括外钻套与内钻头，是现有技术。外钻套与第一个第一外套管焊接连接，第一个第一外套管从钢管挤压连接器5的中心孔中穿过。内钻头与中心钎杆604的一端依靠螺纹连接一起。当钻进到设计深度时，凿岩机反转，内钻头与钎杆退出，外套管与外钻头留在孔内形成管棚。中心钎杆604的另一端与液压凿岩机本体依靠螺纹连接一起。套管穿设在内筒套502内，相邻两个套管通过钢管挤压连接器5挤压的卡槽结构卡接。
28.具体地，将相邻两个套管为第一外套管602和第二外套管603，靠近跟管钻头的为第一外套管，反之为第二外套管。第二外套管603的前端套设在第一外套管602内且第二外套管603与第一外套管602同轴线设置。当第一外套管602长度不能达到管棚的深度要求时，加接第二外套管603。其中，如图2所示，所述卡槽结构包括设置在第二外套管603前部的第二环形凹槽6031和通过钢管挤压连接器5压制在第一外套管602后部的第一环形凹槽6021。第一环形凹槽6021与第二环形凹槽6031卡接配合。第二环形凹槽6031在工厂内预制成型，第二环形凹槽6031在加装套管时，由钢管挤压连接器5挤压而成。第一环形凹槽6021与第二环形凹槽6031卡接配合，使第一外套管602和第二外套管603形成铰接连接，在软硬交互地层中，钻孔直线度较差时，不会引起发卡现象。
29.进一步，所述卡钎机构4包括用于承托钢管挤压连接器5的挤压式钢管连接器底座401，挤压式钢管连接器底座401的前部设有顶推块402。顶推块402位于挤压式钢管连接器底座401的前端便于抵紧岩面。挤压式钢管连接器底座401的后部设有液压卡钎器403。具体地液压卡钎器403位于挤压式钢管连接器底座401内部。当需要拆装钎杆时，液压卡钎器403伸出卡紧前部钎杆，拆装完毕后液压卡钎器403缩回。
30.其中，所述液压卡钎器403包括伸缩杆，伸缩杆可采用气缸或油缸，伸缩杆设置在挤压式钢管连接器底座401内，伸缩杆上部的伸缩端设有卡扣。当钢管长度不够需要接管时，液压卡钎器伸出卡紧钎杆，凿岩机反转解除钎杆的连接，凿岩机后退，把延长钢管插入到前钢管的尾部，利用挤压式钢管连接器挤压钢管形成铰接连接；拆装完毕后液压卡钎器缩回。
31.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，包括凿岩台车本体（1）、多自由度钻臂（2）和推进梁总成（3），其特征在于：多自由度钻臂（2）的一端与凿岩台车本体（1）相连接、另一端设有推进梁总成（3），所述推进梁总成（3）上设有卡钎机构（4），卡钎机构（4）上设有钢管挤压连接器（5），钢管挤压连接器（5）套设在液压凿岩机（7）的套管钻具（6）外部且与套管钻具（6）相配合。2.根据权利要求1所述的自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，其特征在于：所述钢管挤压连接器（5）包括外筒套（501）和内筒套（502），内筒套（502）内端部套设在外筒套（501）内，内筒套（502）的外端部内壁上设有挤压爪（503），挤压爪（503）通过楔块机构与外筒套（501）配合，在楔块机构的作用下挤压爪（503）对位于内筒套（502）内的管道进行挤压。3.根据权利要求2所述的自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，其特征在于：所述楔块机构包括设置在外筒套（501）外端部的第一楔块环（504），第一楔块环（504）通过沿轴向设置的伸缩驱动件（506）与外筒套（501）相连接，所述内筒套（502）外端部的外壁上设有第二楔块环（505），第二楔块环（505）与第一楔块环（504）斜面配合。4.根据权利要求1~3任一项所述的自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，其特征在于：所述套管钻具（6）从钢管挤压式连接器（5）的内套（502）中穿过；套管钻具（6）包括跟管钻头（601）、中心钎杆（604）和多个相互拼接的套管，中心钎杆（604）位于套管内且与跟管钻头（601）螺纹连接；套管穿设在内筒套（502）内，相邻两个套管通过钢管挤压连接器（5）挤压的卡槽结构卡接。5.根据权利要求4所述的自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，其特征在于：相邻两个套管分别为第一外套管（602）和第二外套管（603），第二外套管（603）的前端套设在第一外套管（602）内。6.根据权利要求5所述的自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，其特征在于：所述卡槽结构包括设置在第二外套管（603）前部的第二环形凹槽（6031）和通过钢管挤压连接器（5）压制在第一外套管（602）后部的第一环形凹槽（6021），第一环形凹槽（6021）与第二环形凹槽（6031）卡接配合。7.根据权利要求1~3、6任一项所述的自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，其特征在于：所述卡钎机构（4）包括用于承托钢管挤压连接器（5）的挤压式钢管连接器底座（401），挤压式钢管连接器底座（401）的前部设有顶推块（402），挤压式钢管连接器底座（401）的后部设有液压卡钎器（403）。8.根据权利要求7所述的自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，其特征在于：所述液压卡钎器（403）包括伸缩杆，伸缩杆设置在挤压式钢管连接器底座（401）内，伸缩杆上部的伸缩端设有卡扣。

技术总结
本发明公开了一种自带钢管挤压连接器的管棚凿岩台车，包括凿岩台车本体、多自由度钻臂和推进梁总成，多自由度钻臂的一端与凿岩台车本体相连接、另一端设有推进梁总成，所述推进梁总成上设有卡钎机构，卡钎机构上设有钢管挤压连接器，钢管挤压连接器套设在液压凿岩机的套管钻具外部且与套管钻具相配合。本发明的钢管挤压连接器在楔块机构的作用下挤压爪对位于内筒套内的管道进行挤压。钢管挤压连接器利用楔块机构对管进行挤压形成凹槽卡扣结构，完成套管的快速连接。铰接的套管在软硬交互地层中，钻孔直线度较差时，不会引起发卡现象，同时实现长距离管棚钻进施工，提高了管棚施工效率。率。率。


技术研发人员：王柏松 李二闷 康家安 宋丹 高立君 付开勇 江帅 王佳起 田雪豪
受保护的技术使用者：中铁工程装备集团有限公司
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2022/5/25