一种深孔重负载牵引装置及实现方法与流程

1.本发明涉及一种深孔牵引装置，具体涉及一种深孔重负载牵引装置及实现方法。属于深孔爬行牵引领域。


背景技术：

2.随着煤矿开采深度加大,揭露含水层数量增加和距强含水层近的煤层开采,矿井突水次数及突水量增加,以致淹井事故日趋频繁，因此岩溶裂隙水威胁煤层的突水机理研究和防治水已成为影响煤矿安全生产极待解决的重大课题，采用在巷道底板钻孔，并在孔内布置相应的传感器，实时连续主动监测底板破坏深度，及时预测预报岩溶裂隙水害对煤层开采的威胁；煤矿开采领域前，勘探地下煤层分布、存量、煤质特征对煤矿的决策至关重要，首先进行煤层的探测，需要在可能存在的煤层区域进行钻探打洞，孔洞完成后需对孔洞进行的不同位置安装检测传感器进行在线探测。现有方式采用多点传感器预埋镶嵌在准备放入深孔中的电/光缆上，然后把它拖入深孔，深孔的深度数百米到上千米不等，深孔中的电/光缆重量也会在几十到上百千克，把如此重的电/光缆拖进深孔的难度可想而知，现有专利cn201611146100.0所述，采用多节1米长的顶杆顶入一个可充气气囊的牵引头。把牵引头的推送预定深度后，气囊充气固定牵引头，利用安装在牵引头上的牵引滑轮和手动绞车把带有传感器的电缆拉入孔内，实际操作效果仅达100m，无法满足目前深孔要求。现有已知管道爬行器，多数以检测维修管道为目的，负重能力弱，无法实现较大负重能力电缆的拖放。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种深孔重负载牵引装置及实现方法，该方法是一种地下深孔重负载缆式传感器的牵引方法。本发明可以很好的解决重负载牵引问题，并且可以回收后再次使用。本发明具有牵引力量大、体积小、重量轻、可回收等特点。
4.本发明的技术方案是：一种深孔重负载牵引装置，该装置至少包括孔锚内撑机构、滑轮牵引机构、脱扣机构、爬行运动机构、电气控制板、牵引丝绳收放机构和被牵引电缆机构；所述的孔锚内撑机构通过脱扣机构与爬行运动机构连接，滑轮牵引机构设置在孔锚内撑机构的内撑基座上，电气控制板设置在爬行运动机构的壳体内；脱扣机构和爬行运动机构均与电气控制板的控制器电气连接；所述的滑轮牵引机构包括导向滑轮和牵引丝绳，导向滑轮固定在孔锚内撑机构的内撑基座上；牵引丝绳一端与深孔外的牵引丝绳收放机构连接，另一端绕过导向滑轮与深孔外的被牵引电缆机构连接。
5.进一步，所述的孔锚内撑机构由至少3个伸缩臂、伸缩臂调整器、内撑基座和内撑驱动齿轮组成，伸缩臂通过伸缩臂调整器固定在内撑基座上；内撑基座通过脱扣机构设置在爬行运动机构前端；伸缩臂调整器通过内撑驱动齿轮与爬行运动机构的第一离合器的从
动法兰转动连接。
6.进一步，所述的伸缩臂为三个伸缩臂，以动力驱动轴为中心匀布在伸缩臂调整器端面上；伸缩臂在与伸缩臂调整器的接触面上沿径向设置有多条齿段和导向台/槽，伸缩臂调整器与伸缩臂的接触面上沿径向对应分布有多个蜗状齿和槽/导向台，它们之间相互啮合。
7.进一步，所述的导向滑轮为3个，分别为两个第一导向滑轮和一个第二导向滑轮，两个第一导向滑轮对称设置在内撑基座外侧，第二导向滑轮设置在内撑基座的凹槽内；牵引丝绳一端与深孔外的牵引丝绳收放机构连接，另一端依次绕过一个第一导向滑轮、第二导向滑轮和另一个第一导向滑轮与深孔外的被牵引电缆机构连接。
8.进一步，所述的脱扣机构为电控螺纹丝杆，电控螺纹丝杆为一个或多个，电控螺纹丝杆一端固定在爬行运动机构的壳体上，另一端伸入孔锚内撑机构的内撑基座内。
9.进一步，所述的内撑基座内侧设置有喇叭形导向螺纹孔，电控螺纹丝杆对应的设置在喇叭形导向螺纹孔内；喇叭形导向螺纹孔的个数与电控螺纹丝杆数量相同。
10.进一步，所述的爬行运动机构包括壳体，以及依次设置在壳体内的支架、第一离合器、第二离合器、动力驱动轴、蜗杆、多个蜗轮、联轴器和驱动马达；驱动马达通过联轴器与动力驱动轴连接，蜗杆套接在动力驱动轴上；所述的第一离合器和第二离合器均设置在孔锚内撑机构与蜗杆之间的动力驱动轴上，第一离合器和第二离合器结构相同，包括从动法兰、离合控制模组和伸缩销钉，伸缩销钉设置在离合控制模组中，并受离合控制模组控制伸出或缩进；离合控制模组与动力驱动轴紧固连接，从动法兰通过轴承或轴套与动力驱动轴转动连接；第一离合器的从动法兰通过内撑驱动齿轮与伸缩臂调整器连接；第二离合器的从动法兰与蜗杆固定连接；所述的蜗杆与多个蜗轮同时啮合；每个蜗轮均通过一个连接杆连接有后爬行轮，蜗轮和后爬行轮上均设置有与其为一体结构的同步带轮，蜗轮与后爬行轮通过设置在同步带轮上的传动带实现同步转动；多个后爬行轮沿轴向均布在壳体外，后爬行轮轴连接有自适应调整器，自适应调整器的另一端固定在驱动马达的固定基座上。
11.进一步，所述的爬行运动机构还包括前爬行轮，前爬行轮至少为3个，均布在支架上，并伸出壳体外。
12.进一步，所述的动力驱动轴前端或孔锚内撑机构外侧设置有前端传感器，壳体后端设置有后端传感器，前端传感器和后端传感器均电气控制板的控制器电气连接；电气控制板的控制器通过爬行信号电缆机构连接有监控设备，爬行信号电缆机构和监控设备均设置在深孔外。
13.一种深孔重负载牵引装置的实现方法，包括如下工作过程：深孔重负载牵引装置在拖动电缆前，先把牵引绳索一端穿过滑轮牵引机构，并把此端固定在深孔外，爬行运动机构接收电气控制板的控制器指令，通过第二离合器,使动力驱动轴把驱动马达动力驱动蜗杆，从而使爬行运动机构爬行，牵引丝绳收放机构释放丝绳，使装置前行，装置爬到指定位置后，第二离合器断开，停止爬行，切换到第一离合器，打开孔锚内撑机构的伸缩臂，将装置固定牢固后，断开第一离合器，控制器控制脱扣机构，使爬行运动机构与孔锚内撑机构分离，爬行运动机构反向退出深孔外，最后把牵引丝绳一端固定到深孔外的被牵引电缆，牵引绳索收放机构收紧绳索，通过固定在孔锚内撑机构上的滑轮牵引机构拉动被牵引电缆向深
孔中牵引，直至到位。
14.本发明的有益效果是：1）本发明的装置结构简单，可实现较大牵引力；2）本发明的装置推送距离远，可把电缆牵引深孔内达500米以上；3）本发明的装置能转弯爬行，可用于有分支的孔洞牵引；4）本发明的装置智能化，可安装摄像、传感器等检测装置，与外界进行双向通讯数据传输；5）本发明的装置可扩展附加设备实现更多功能；6）本发明的装置可用于其他的管道、深孔检测领域。
15.下面将结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
16.图1是本发明的结构示意图。
17.附图标记说明：图中：1、孔锚内撑机构；1.1、伸缩臂；1.2、伸缩调整器；1.3、内撑基座；1.4、内撑驱动齿轮；2、滑轮牵引机构；2.1、第一导向滑轮； 2.2、第二导向滑轮；2.3、牵引丝绳；3、脱扣机构；3.1、电控螺纹丝杆；4、爬行运动机构；4.1、第一离合器；4.1a、从动法兰；4.1b、离合控制模组；4.1c 伸缩销钉；4.2、第二离合器；4.3、 动力驱动轴；4.4、蜗杆；4.5；蜗轮；4.6、传动带；4.7、后爬行轮； 4.8、自适应调整器；4.9 、驱动马达；4.10、 联轴器；4.11 前爬行轮；5、电气控制板； 6. 前端传感器；7. 后端传感器；8、深孔；9、牵引丝绳收放机构；10、爬行器信号电缆机构；11、被牵引电缆机构；12、监控设备；13、壳体；14、支架。
具体实施方式
18.实施例1如图1所示，1. 一种深孔重负载牵引装置，至少包括孔锚内撑机构1、滑轮牵引机构2、脱扣机构3、爬行运动机构4、电气控制板5、牵引丝绳收放机构9和被牵引电缆机构11；所述的孔锚内撑机构1通过脱扣机构3与爬行运动机构4连接，滑轮牵引机构2设置在孔锚内撑机构1的内撑基座1.3上，电气控制板5设置在爬行运动机构4的壳体13内；脱扣机构3和爬行运动机构4均与电气控制板5的控制器电气连接；所述的滑轮牵引机构2包括导向滑轮和牵引丝绳2.3，导向滑轮固定在孔锚内撑机构1的内撑基座1.3上；牵引丝绳2.3一端与深孔8外的牵引丝绳收放机构9连接，另一端绕过导向滑轮与深孔8外的被牵引电缆机构11连接。
19.孔锚内撑机构1、滑轮牵引机构2、脱扣机构3、爬行运动机构4、电气控制板5、牵引丝绳收放机构9和被牵引电缆机构11；本发明的爬行运动机构4接收电气控制板5的控制器指令，进行爬行，牵引丝绳收放机构释放丝绳，使整个装置前行，装置爬到指定位置后，停止爬行；打开孔锚内撑机构1的伸缩臂，将装置固定牢固后，控制器控制脱扣机构3，使爬行运动机构4与孔锚内撑机构1分离，爬行运动机构4反向退出深孔外，最后把牵引丝绳一端固定到深孔外的被牵引电缆，牵引绳索收放机构收紧绳索，通过固定在孔锚内撑机构1上的滑轮牵引机构2拉动被牵引电缆
向深孔中牵引，直至到位。
20.所述的牵引丝绳收放机构9和被牵引电缆机构11均为现有技术，属于本领域技术人员的公知技术，这里就不做详细说明。上述实施例中的控制器可以是单片机或plc或其它可以进行控制处理器。
21.实施例2在实施例1的基础上，进一步，如图1所示，所述的孔锚内撑机构1由至少3个伸缩臂1.1、伸缩臂调整器1.2、内撑基座1.3和内撑驱动齿轮1.4组成，伸缩臂1.1通过伸缩臂调整器1.2固定在内撑基座1.3上；内撑基座1.3通过脱扣机构3设置在爬行运动机构4前端；伸缩臂调整器1.2通过内撑驱动齿轮1.4与爬行运动机构4的第一离合器4.1的从动法兰4.1a转动连接。
22.优选地，所述的伸缩臂1.1为三个伸缩臂1.1，以动力驱动轴4.3为中心匀布在伸缩臂调整器1.2端面上；进一步，伸缩臂1.1与伸缩臂调整器1.2的接触面上沿径向设置有多条齿段和导向台/槽，伸缩臂调整器1.2与伸缩臂1.1的接触面上沿径向对应分布有多个蜗状齿和槽/导向台，它们之间相互啮合。
23.进一步，所述的导向滑轮为3个，分别为两个第一导向滑轮2.1和一个第二导向滑轮2.2，两个第一导向滑轮2.1对称设置在内撑基座1.3外侧，第二导向滑轮2.2设置在内撑基座1.3的凹槽内；牵引丝绳2.3一端与深孔8外的牵引丝绳收放机构9连接，另一端依次绕过一个第一导向滑轮2.1、第二导向滑轮2.2和另一个第一导向滑轮2.1与深孔8外的被牵引电缆机构11连接。
24.优选地，第二导向滑轮的底座同心固定在内撑基座的凹槽内，两侧第一导向滑轮位于内撑基座的直径两端，第一导向滑轮中心轴与内撑基座面平行；每个导向滑轮均设置为：导向滑轮的中心轴与该导向滑轮两侧进出的牵引丝绳所在平面垂直，以确保牵引丝绳不会滑出导向滑轮。
25.进一步，所述的内撑驱动齿轮1.4为两组；一组有大小两个齿轮组成，小齿轮与大齿轮上下啮合，且设置在伸缩臂调整器1.2另一面的凹槽中，其中大齿轮固定连接在凹槽中；另一组为两个上下啮合齿轮，一个齿轮通过连接轴与上述的小齿轮固定连接，另一个齿轮与第一离合器4.1的从动法兰4.1a固定连接。从动法兰4.1a带动内撑驱动齿轮1.4旋转，使伸缩臂调整器1.2通过内撑驱动齿轮1.4旋转驱动调整伸缩臂的伸缩，达到孔锚内撑机构1与孔壁之间的顶紧或释放。此结构可避开内撑器底座上中部的导向滑轮位置。
26.进一步，所述的脱扣机构3为电控螺纹丝杆3.1，电控螺纹丝杆3.1为一个或多个，电控螺纹丝杆3.1一端固定在爬行运动机构4的壳体13上，另一端伸入孔锚内撑机构1的内撑基座1.3内。
27.进一步，所述的内撑基座1.3内侧设置有喇叭形导向螺纹孔，电控螺纹丝杆3.1对应的设置在喇叭形导向螺纹孔内；喇叭形导向螺纹孔的个数与电控螺纹丝杆3.1数量相同。
28.进一步，所述的爬行运动机构4包括壳体13，以及依次设置在壳体13内的支架14、第一离合器4.1、第二离合器4.2、动力驱动轴4.3、蜗杆4.4、多个蜗轮4.5、联轴器4.10和驱动马达4.9；驱动马达4.9通过联轴器4.10与动力驱动轴4.3连接，蜗杆4.4套接在动力驱动轴4.3上；
所述的第一离合器4.1和第二离合器4.2均设置在孔锚内撑机构1与蜗杆4.4之间的动力驱动轴4.3上，第一离合器4.1和第二离合器4.2结构相同，包括从动法兰4.1a、离合控制模组4.1b和伸缩销钉4.1c，伸缩销钉4.4c设置在离合控制模组4.4b中，并受离合控制模组4.4b控制伸出或缩进；离合控制模组4.4b与动力驱动轴4.3紧固连接，从动法兰4.4a通过轴承或轴套与动力驱动轴4.3转动连接；第二离合器4.2的从动法兰4.1a与蜗杆4.4固定连接；所述的蜗杆4.4与多个蜗轮4.5同时啮合；每个蜗轮4.5均通过一个连接杆连接有后爬行轮4.7，蜗轮4.5和后爬行轮4.7上均设置有与其为一体结构的同步带轮，蜗轮4.5与后爬行轮4.7通过设置在同步带轮上的传动带4.6实现同步转动；多个后爬行轮4.7沿轴向均布在壳体13外，后爬行轮4.7轴连接有自适应调整器4.8，自适应调整器4.8的另一端固定在驱动马达4.9的固定基座上。
29.优选地，蜗轮4.5为4个，沿蜗杆轴向均匀分布。
30.进一步，所述的爬行运动机构4还包括前爬行轮4.11，前爬行轮4.11至少为3个，均布在支架14上，并伸出壳体13外。
31.进一步，所述的自适应调整器4.8为两端铰链带压缩弹簧的伸缩杆。其长度根据空间自动调整，以适应行驶过程中孔洞大小的变化，保证爬行轮与孔洞内壁有足够的压力和运动过程中的摩擦动力。
32.一种深孔重负载牵引装置的实现方法，包括如下工作过程：深孔重负载牵引装置在拖动电缆前，先把牵引绳索一端穿过滑轮牵引机构，并把此端固定在深孔外，爬行运动机构接收电气控制板的控制器指令，通过第二离合器,使动力驱动轴把驱动马达动力驱动蜗杆，从而使爬行运动机构爬行，牵引丝绳收放机构释放丝绳，使装置前行，装置爬到指定位置后，第二离合器断开，停止爬行，切换到第一离合器，打开孔锚内撑机构的伸缩臂，将装置固定牢固后，断开第一离合器，控制器控制脱扣机构，使爬行运动机构与孔锚内撑机构分离，爬行运动机构反向退出深孔外，最后把牵引丝绳一端固定到深孔外的被牵引电缆，牵引绳索收放机构收紧绳索，通过固定在孔锚内撑机构上的滑轮牵引机构拉动被牵引电缆向深孔中牵引，直至到位。
33.该装置通过孔锚内撑机构提供较大牵引力所需的深孔内固定支点；通过孔锚内撑机构上的滑轮牵引机构由深孔向内的牵引力变成了深孔向外的牵引力。
34.实施例3在实施例2的基础上，所述的动力驱动轴4.3前端或孔锚内撑机构1外侧设置有前端传感器6，壳体13后端设置有后端传感器7，前端传感器6和后端传感器7均电气控制板5的控制器电气连接；电气控制板5的控制器通过爬行信号电缆机构10连接有监控设备12，爬行信号电缆机构10和监控设备12均设置在深孔8外。
35.进一步，动力驱动轴4.3顶端和壳体13后端也可以设置上摄像头及照明灯，以观察装置运动时周围的影像数据；电气控制板5上还设置有其它设备控制接口，可外扩附加控制设备。
36.一种深孔重负载牵引装置的实现方法是：深孔重负载牵引装置牵引电缆前，孔锚内撑机构1、滑轮牵引机构2通过脱扣机构3与爬行运动机构4连接在一起，先把牵引丝绳2.3一端穿过导向滑轮，并把此端与深孔8外的被牵引电缆机构11的电缆端部连接，并固定被牵
引电缆机构11使其不旋转；装置工作前，电气控制板5控制器接收监控设备12指令，通过打开第一离合器4.1，驱动马达4.9使孔锚内撑机构1收回伸缩臂1.1；断开第一离合器4.1，打开第二离合器4.2，驱动马达4.9驱动动力驱动轴4.3，使蜗杆4.4旋转，驱动相连的多个蜗轮带动后爬行轮运动，牵引丝绳收放机构9释放牵引丝绳2.3，爬行信号电缆机构10同时也释放深孔外与深孔内爬行机构连接的信号电缆，装置前行；装置爬到指定位置后，装置断开第二离合器4.2，停止爬行，打开第一离合器4.1，使孔锚内撑机构1伸出伸缩臂固定；固定装置牢固后，断开第一离合器4.1，控制脱扣机构3的电控螺纹丝杆3.1，使爬行运动机构4与孔锚内撑机构1分离，然后反向控制爬行运动机构使其退出爬行到洞外，松开被牵引电缆机构旋转固定，牵引丝绳收放机构9收紧牵引丝绳2.3，通过固定在孔锚内撑机构1上的滑轮牵引机构2拉动被牵引电缆向深孔中牵引，直至到位；在爬行过程中深孔直径变化时，自适应调整器4.8自动调整长度，使爬行轮与孔壁保持足够的接触压力和爬行驱动力。
37.实施例4与实施例2或实施例3不同之处是：所述的第一离合器4.1的从动法兰4.1a为齿轮从动法兰，即：沿从动法兰的圆周设置有齿轮。所述的内撑驱动齿轮1.4为3个齿轮，其中有两个大小齿轮组成一组，大小齿轮上下啮合，且设置在伸缩臂调整器1.2另一面的凹槽中，其中大齿轮固定连接在凹槽中；小齿轮通过连接轴与另外一个单独的齿轮固定连接；单独的齿轮与第一离合器4.1的齿轮从动法兰啮合。此结构可避开内撑器底座上中部的导向滑轮位置。
38.实施例5与实施例2或实施例3不同之处是：将第一离合器4.1的从动法兰4.1a加长延伸至伸缩臂调整器内进行固定连接，从而直接进行调整伸缩臂，该方法简单，但此方法需要将中心的导向滑轮内孔做大些，或避开中心位置，这样才可以省去内撑驱动齿轮1.4。
39.以上实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知部件和常用结构或常用手段，此处不再一一详细说明。
40.以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。