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申请/专利权人：吉林大学

摘要：一种地面对称异形坑自平衡钻进机构，属于岩土工程施工领域，该系统由机架、Z轴方向给进起升系统、X轴方向自平衡移动系统、Y轴方向自平衡移动系统及碎岩钻进系统组成；本发明通过用X轴方向自平衡移动系统和Y轴方向自平衡移动系统带动底部碎岩钻进系统不断切削地面岩土，而四个钻头运动轨迹可以由相互垂直布置的X轴方向自平衡移动系统和Y轴方向自平衡移动系统控制，Z轴方向给进起升系统为四个钻头的Z向移动提供动力，进而能够切削出沿XZ轴平面对称的任意形状的凹坑洞，减轻了工人劳动强度；通过两根回转方向相反的丝杠，来自于丝杠驱动钻具固定组件产生的两个大小相等方向相反的扭矩，实现了自身扭矩的平衡，切削的稳定性得到保证。

主权项：1.一种地面对称异形坑自平衡钻进机构，其特征在于，该自平衡钻进机构由机架、Z轴方向给进起升系统、X轴方向自平衡移动系统、Y轴方向自平衡移动系统及碎岩钻进系统组成；所述机架包括支腿1、导正柱46及支撑板47，支腿1的数量为四根，四根支腿1呈矩形均匀分布，任意相邻两根支腿1之间连接有支撑板47；支撑板47与支腿1焊接形成整体；导正柱46的数量为四根，四根导正柱46与四根支腿1一一对应，且四根导正柱46与各自对应的支腿1同轴连接；所述Z轴方向给进起升系统包括Z轴给进伸缩机构伸出杆固定螺帽2、Z轴给进伸缩机构前下导正板3、Z轴给进伸缩机构伸出杆4、Z轴给进伸缩机构主体5、Z轴给进伸缩机构上支撑板6、Z轴给进伸缩机构上支撑板固定螺帽7及Z轴给进伸缩机构后下导正板8，Z轴给进伸缩机构上支撑板6的数量为两个，两个Z轴给进伸缩机构上支撑板6沿Y轴方向平行设置，每个Z轴给进伸缩机构上支撑板6的两端端部设置有供导正柱46穿过的螺纹孔，Z轴给进伸缩机构上支撑板6与穿过其的导正柱46螺纹连接并通过Z轴给进伸缩机构上支撑板固定螺帽7锁死；Z轴给进伸缩机构前下导正板3和Z轴给进伸缩机构后下导正板8沿Y轴方向相互平行设置，Z轴给进伸缩机构前下导正板3和Z轴给进伸缩机构后下导正板8分别对应设置在两个Z轴给进伸缩机构上支撑板6正下方，Z轴给进伸缩机构前下导正板3和Z轴给进伸缩机构后下导正板8套设在导正柱46外部且与导正柱46滑动配合；Z轴给进伸缩机构伸出杆4以与Z轴给进伸缩机构主体5同轴的方式设置在其下方，Z轴给进伸缩机构伸出杆4和Z轴给进伸缩机构主体5为一体式结构，Z轴给进伸缩机构伸出杆4和Z轴给进伸缩机构主体5构成Z轴给进伸缩机构，Z轴给进伸缩机构数量为两组，两组平行布置，一组Z轴给进伸缩机构设置在Z轴给进伸缩机构前下导正板3和与其对应的Z轴给进伸缩机构上支撑板6之间，另一组设置在Z轴给进伸缩机构后下导正板8和与其对应的Z轴给进伸缩机构上支撑板6之间，两组Z轴给进伸缩机构主体5与Z轴给进伸缩机构上支撑板6螺纹连接固定，两组Z轴给进伸缩机构伸出杆4分别穿过Z轴给进伸缩机构前下导正板3和Z轴给进伸缩机构后下导正板8并通过Z轴给进伸缩机构伸出杆固定螺帽2锁死；所述X轴方向自平衡移动系统包括X轴方向驱动电机9、X轴方向驱动齿轮箱11、X轴方向顺时针丝杠12、X轴方向逆时针丝杠13、X轴方向前移动块14、X轴方向后移动块15、X轴方向驱动轴17、X轴方向驱动主齿轮18、X轴方向逆时针齿轮19及X轴方向顺时针齿轮20，X轴方向驱动电机9的外壳与Z轴给进伸缩机构前下导正板3外平面螺丝固定连接，X轴方向驱动电机9的转子轴与X轴方向驱动轴17销键连接；X轴方向驱动轴17与X轴方向驱动主齿轮18销键连接，X轴方向顺时针齿轮20与X轴方向顺时针丝杠12销键连接，X轴方向逆时针齿轮19和X轴方向逆时针丝杠13销键连接，X轴方向驱动主齿轮18、X轴方向顺时针齿轮20和X轴方向逆时针齿轮19顺次齿轮啮合；X轴方向顺时针丝杠12和X轴方向逆时针丝杠13构成X轴丝杠组，X轴方向前移动块14和X轴方向后移动块15穿设在X轴丝杠组外部，X轴方向前移动块14和X轴方向后移动块15上具有沿X轴方向布置的母丝杠，X轴方向前移动块14和X轴方向后移动块15的X轴方向母丝杠均与X轴丝杠组螺旋配合；X轴方向顺时针丝杠12和X轴方向逆时针丝杠13的两头丝扣均互为反丝扣；X轴方向顺时针丝杠12和X轴方向逆时针丝杠13均一头与Z轴给进伸缩机构前下导正板3轴承连接，另一头与Z轴给进伸缩机构后下导正板8轴承连接；所述Y轴方向自平衡移动系统包括Y轴方向顺时针丝杠24、Y轴方向逆时针丝杠25、Y轴方向驱动齿轮箱26、Y轴方向驱动齿轮箱盖27、Y轴方向驱动电机28、Y轴方向丝杠轴承座套31、Y轴方向驱动主齿轮32、Y轴方向驱动轴33、Y轴方向逆时针齿轮34及Y轴方向顺时针齿轮35，Y轴方向顺时针丝杠24、Y轴方向逆时针丝杠25、Y轴方向驱动齿轮箱26、Y轴方向驱动齿轮箱盖27、Y轴方向驱动电机28、Y轴方向丝杠轴承座套31、Y轴方向驱动主齿轮32、Y轴方向驱动轴33、Y轴方向逆时针齿轮34及Y轴方向顺时针齿轮35的数量均为两个，Y轴方向驱动电机28的外壳螺丝固定在Y轴方向驱动齿轮箱盖27上，Y轴方向驱动电机28的转子轴与Y轴方向驱动轴33销键连接；Y轴方向驱动轴33与Y轴方向驱动主齿轮32销键连接；Y轴方向顺时针齿轮35与Y轴方向顺时针丝杠24销键连接；Y轴方向逆时针齿轮34和Y轴方向逆时针丝杠25销键连接，Y轴方向驱动主齿轮32、Y轴方向顺时针齿轮35和Y轴方向逆时针齿轮34顺次齿轮啮合，Y轴方向驱动主齿轮32、Y轴方向顺时针齿轮35和Y轴方向逆时针齿轮34设置在Y轴方向驱动齿轮箱26内部；Y轴方向驱动齿轮箱盖27设置在Y轴方向驱动齿轮箱26的端部；Y轴方向顺时针丝杠24和与其并列布置的Y轴方向逆时针丝杠25构成Y轴丝杠组，两个Y轴方向顺时针丝杠24和两Y轴方向逆时针丝杠25形成两个Y轴丝杠组，两个Y轴丝杠组分别与X轴方向前移动块14和X轴方向后移动块15的Y轴方向固定配合，同时Y轴方向顺时针丝杠24和Y轴方向逆时针丝杠25中心两边对称设置的互为反丝与钻具支撑41设置的母丝杠螺旋配合，Y轴方向顺时针丝杠24和Y轴方向逆时针丝杠25的两头丝扣均互为反丝扣，Y轴方向顺时针丝杠24和Y轴方向逆时针丝杠25的两端通过轴承固定在Y轴方向丝杠轴承座套31上；所述碎岩钻进系统包括钻头回转驱动电机36、钻头回转驱动主动齿轮壳37、钻杆38、钻头39、流体循环接头40、钻具支撑41、钻头回转从动齿轮42、钻头回转驱动主动齿轮43及钻头回转驱动主动齿轮轴44，钻头回转驱动电机36的外壳与钻头回转驱动主动齿轮壳37螺丝固定连接，钻头回转驱动电机36的转子轴与钻头回转驱动主动齿轮轴44销键连接；钻头回转驱动主动齿轮轴44与钻头回转驱动主动齿轮43销键连接；钻头回转驱动主动齿轮43与钻头回转从动齿轮42啮合；钻头回转从动齿轮42与钻杆38同心固定；钻杆38的上部穿过钻具支撑41并与钻具支撑41轴承连接，钻杆38的下部与钻头39丝扣固定连接；流体循环接头40与钻杆38内部的中空通道连通，流体循环接头40上连接有真空泵。

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