一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘的製作方法

2023-12-09 13:41:36

一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，包括大直徑氣動潛孔錘(24)、螺旋輸送管(2)和套管鑽(13)，以上部件同軸布置，所述螺旋輸送管(2)外套位於所述大直徑氣動潛孔錘(24)的外部，以傳遞動力和防止在衝擊過程中使所述螺旋輸送管(2)與所述大直徑氣動潛孔錘(24)相互分離，所述套管鑽(13)位於所述螺旋輸送管(2)的外部。本發明提供的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘由於採用了潛孔錘與套管鑽逆向雙迴轉，再加上潛孔錘的衝擊迴轉作用，該鑽進設備在各種軟硬地層、碎石層、卵石層及飄石巖層等各種複雜地質條件下，具有很高的鑽進效率，且孔壁質量好，垂直精度高及施工迅速等優點。
【專利說明】一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘【技術領域】
[0001]本發明屬於巖土鑽鑿工程與基礎建築樁基【技術領域】，尤其涉及一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘。
【背景技術】
[0002]人類利用衝擊做功的方法從事生產勞動可以追溯到遙遠的古代。古代人類在伐木、製造工具、狩獵等最早的生產勞動中就已學會了利用衝擊方式進行破碎和加工。我國勞動人民在古代就製造了繩鑽鑽鑿水井，到戰國時代又根據衝擊原理髮明了弩機。在火藥發明之後，利用火藥爆炸產生強烈衝擊作用的原理髮明了火箭、火炮等。細看中國古代勞動人民的智慧史，經常可以發現衝擊作用原理的應用。
[0003]雖然人類很早就用到了衝擊來幫助更好的生產與勞動，但這些應用都是一次性(如弓箭)或者不連續的(如斧頭)，而且應用在鑽孔、水井上也較少，真正利用連續衝擊實現鑽進是近一、二百年的事情。1813年英國人理查.特裡維錫科首先發明了以蒸汽為動力的衝擊式鑿巖機，連續的衝擊動作才真正得以成為一種現實。義大利工程師巴特裡特和傑曼?薩梅特又對以往的鑿巖機進行了改進，於1857年8月15日宣布實驗研究成功，這是現代衝擊鑽進技術的開端。
[0004]隨後鑿巖機在不斷的發展，但人們發現對鑽頭頂部施加衝擊力的方式存在能量浪費嚴重，效率低的問題，於是人們考慮如何在鑽頭的底部施加衝擊力。通過不斷的實踐與研究，真正與現代潛孔衝擊器(潛孔鑿巖機)結構相近的潛孔衝擊器，在1951年由比利時工程師安德烈?斯坦 紐伊科設計製造。潛孔衝擊器不僅能夠充分利用設備的衝擊能量，而且可使噪音大為降低，改善作業環境，減輕工人繁重的體力勞動。由於潛孔衝擊器露天鑽孔效率比傳統的綱繩衝擊式鑽機高2-3倍，一時被公認為是鑽鑿堅硬礦石的經濟而有效的鑽孔設備。
[0005]潛孔衝擊鑽孔在日本、韓國也得到廣泛的應用。中國幅員廣闊，各個地區的地質情況差異很大，東南沿海這帶地質情況多以硬巖，卵石漂石為主，地質情況較複雜。對於複雜地質情況，多使潛孔錘用跟管鑽進，潛孔錘跟管撞見雖然可以很有效的對孔進行護壁，但潛孔錘跟管鑽進技術對於這種地質，存在著入巖鑽進施工難度較大且效率低的問題。潛孔錘跟管鑽進也多用於小直徑樁基孔的施工，對於大直徑樁基孔的施工還很少見。
[0006]隨著城市化進程不斷加快，很多大型建設項目面臨著工期緊任務重的難題，如何在有限的工期內安全高效環保地完成既定任務成為巖土鑿巖與基礎建設一大難題。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，通過雙速雙向動力頭分別驅動大直徑氣動潛孔錘與套管鑽實現雙旋轉鑽進，以達到孔徑、孔壁質量良好，垂直精度高及施工迅速的效果。
[0008]為達到以上目的，本發明所採用的解決方案如下:[0009]本發明提供了一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，包括大直徑氣動潛孔錘、螺旋輸送管和套管鑽，以上部件同軸布置，所述螺旋輸送管外套位於所述大直徑氣動潛孔錘的外部，以傳遞動力和防止在衝擊過程中使所述螺旋輸送管與所述大直徑氣動潛孔錘相互分離，所述套管鑽位於所述螺旋輸送管的外部，其間隙有利於上升的壓縮空氣帶走孔底巖屑。
[0010]所述大直徑氣動潛孔錘包括上接頭、外缸、活塞、導向套、卡環、密封圈、哈呋、襯套、墊片、下接頭和鑽頭，以上部件依次同軸布置；所述上接頭和所述下接頭通過螺紋與所述外缸內壁進行固定連接，所述卡環內嵌在所述外缸內壁，並對所述活塞進行軸向限位以防止在裝配鑽頭時所述活塞因自重從缸體內掉下來，所述導向套通過過盈配合固定在所述鑽頭中心孔上，使所述活塞能夠垂直撞擊所述鑽頭，所述哈呋通過所述外缸內壁和所述襯套進行軸向定位，並對所述鑽頭起限位作用，所述密封圈內嵌在所述哈呋外側凹槽中，在所述外缸和所述哈呋之間進行密封，防止壓縮空氣洩漏，所述墊片位於所述外缸和所述下接頭之間，增大所述外缸和所述下接頭的作用面積，防止螺紋連接處在高頻衝擊下受到破壞，所述下接頭通過花鍵配合將動力傳遞給所述鑽頭。
[0011 ] 所述大直徑氣動潛孔錘通過鑽杆與雙動力頭進行連接以傳遞動力。
[0012]所述鑽頭底部嵌齒面的直徑為574mm，頂部與活塞相撞擊面的直徑為228mm，中心通氣孔的直徑為80_，包括外花鍵、4個排氣孔、8個縱向排渣口和4個橫向排渣口 ；所述外花鍵與下接頭矩形內花鍵進行連接以傳遞扭矩，所述排氣孔、所述縱向排渣口和所述橫向排渣口組成孔底排渣系統，所述排氣孔與鑽頭中心通氣孔成30°，對稱布置，使氣體射流能均勻地復蓋整個孔底。
[0013]所述外花鍵的形狀為矩形，鍵寬為36mm。
[0014]所述排氣孔的直徑均為45mm。
[0015]所述縱向排渣口和所述橫向排渣口的直徑均為60mm，具有弧形內陷式結構，對稱布置，能夠在保證鑽頭本體強度的前提下，減小壓力損失，使巖屑能更快的排出孔底。
[0016]所述螺旋輸送管包括螺旋管接頭、螺旋焊片和鋼管，所述螺旋管接頭位於所述鋼管的一端，所述螺旋管接頭和4塊所述螺旋焊片焊接固定位於所述鋼管上。
[0017]所述螺旋輸送管通過螺旋管接頭的內六角結構與上接頭的外六角結構進行過盈配合以傳遞動力。
[0018]所述螺旋焊片的內徑為406mm,外徑為570mm,螺距為440mm。
[0019]所述鋼管的內徑為375mm,外徑為405mm,厚度為15mm,長度為1800mm。
[0020]所述螺旋管接頭具有內六角結構，外徑為405mm,厚度為50mm,內六角形邊長為127mm，能夠與上接頭的外六角結構進行配合，使動力從上接頭傳遞到螺旋輸送管。
[0021]所述套管鑽上部開有通孔，能把隨壓縮空氣上來的石屑和土塊排出，所述套管鑽下端面鑲嵌有鑽齒，能旋轉破碎巖石。
[0022]所述套管鑽與雙動力頭的迴轉裝置進行連接以傳遞動力。
[0023]所述套管鑽的內徑為600mm,厚度為20mm。
[0024]所述鑽齒為片狀鑽齒或球狀鑽齒,根據不同工況合理選擇片狀鑽齒或球狀鑽齒，同時也可以調整套管鑽與大直徑氣動潛孔錘相對位置，來適應不同的地層狀況。
[0025]本發明同現有技術相比，具有以下優點和有益效果:
[0026]本發明提供的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘在各種軟硬地層、碎石層、卵石層及飄石巖層等各種複雜地質條件下高效率的鑽進成孔，同時由於套管鑽的旋轉跟進，達到了孔徑、孔壁質量良好，垂直精度高及施工迅速的效果；克服傳統鑿巖鑽機的噪音、振動、泥漿汙染等問題，是一種環保綠色的鑽機。
[0027]本發明提供的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘由於採用了潛孔錘與套管鑽逆向雙迴轉，再加上潛孔錘的衝擊迴轉作用，該鑽進設備在各種軟硬地層、碎石層、卵石層及飄石巖層等各種複雜地質條件下，具有很高的鑽進效率，且孔壁質量好，垂直精度高及施工迅速等優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是實施例1所示大直徑氣動潛孔錘的結構示意圖。
[0029]圖2是實施例1所示螺旋輸送管的結構示意圖。
[0030]圖3是實施例1所示鑽頭的結構示意圖。
[0031]圖4是實施例1所示整臺鑽機工作原理的示意圖。
[0032]圖5是實施例1所示在普通地質條件下大直徑氣動潛孔錘與套管鑽相對位置的示意圖。
[0033]圖6是實施例1所示在傾斜基巖地質條件下大直徑氣動潛孔錘與套管鑽相對位置的示意圖。
[0034]圖7是實施例1所示套管鑽下端面鑲嵌有鑽齒的一種結構示意圖。
[0035]圖8是實施例1所示套管鑽下端面鑲嵌有鑽齒的另一種結構示意圖。
[0036]其中:1為上接頭,2為螺旋輸送管,3為外缸,4為活塞,5為導向套,6為卡環，7為密封圈，8為哈呋，9為襯套，10為墊片，11為下接頭，12為鑽頭，13為套管鑽，14為螺旋管接頭，15為螺旋焊片，16為鋼管，17為外花鍵，18為排氣孔，19為縱向排渣口，20為橫向排渣口，21為樁架，22為雙動力頭，23為鑽杆，24為大直徑氣動潛孔錘，25為片狀鑽齒，26為球狀鑽齒。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖所示實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0038]實施例1
[0039]如圖1?3所示，圖1是實施例1所示大直徑氣動潛孔錘的結構示意圖；圖2是實施例I所示螺旋輸送管的結構示意圖；圖3是實施例1所示鑽頭的結構示意圖。一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，包括大直徑氣動潛孔錘24、螺旋輸送管2和套管鑽13，以上部件同軸布置，所述螺旋輸送管2外套位於所述大直徑氣動潛孔錘24的外部，以傳遞動力和防止在衝擊過程中使所述螺旋輸送管2與所述大直徑氣動潛孔錘24相互分離，所述套管鑽13位於所述螺旋輸送管2的外部，其間隙有利於上升的壓縮空氣帶走孔底巖屑。
[0040]所述大直徑氣動潛孔錘24包括上接頭1、外缸3、活塞4、導向套5、卡環6、密封圈
7、哈呋8、襯套9、墊片10、下接頭11和鑽頭12，以上部件依次同軸布置；所述上接頭I和所述下接頭11通過螺紋與所述外缸3內壁進行固定連接，所述卡環6內嵌在所述外缸3內壁，並對所述活塞4進行軸向限位以防止在裝配鑽頭12時所述活塞4因自重從缸體內掉下來，所述導向套5通過過盈配合固定在所述鑽頭12中心孔上，使所述活塞4能夠垂直撞擊所述鑽頭12，所述哈呋8通過所述外缸3內壁和所述襯套9進行軸向定位，並對所述鑽頭12起限位作用，所述密封圈7內嵌在所述哈呋8外側凹槽中，在所述外缸3和所述哈呋8之間進行密封，防止壓縮空氣洩漏，所述墊片10位於所述外缸3和所述下接頭11之間，增大所述外缸3和所述下接頭11的作用面積，防止螺紋連接處在高頻衝擊下受到破壞，所述下接頭11通過花鍵配合將動力傳遞給所述鑽頭12。哈呋8由一整體部件線切割成兩半而來，起到裝配方便和對鑽頭的限位作用。
[0041]來自空壓機的壓縮空氣經過鑽杆23中心孔後進入上接頭1，此時壓縮空氣會分成兩部分， 一部分通過活塞4與鑽頭12內部的中心孔，最終排到鑽頭12孔底，這一部分空氣起到了冷卻鑽頭12與更好地讓土屑、石塊排出的作用；另一部分通過大直徑氣動潛孔錘24內部各元件之間的配合，使活塞4按照一定的頻率衝擊鑽頭12，同時鑽頭12和套管鑽13在雙動力頭22的驅動下以不同的速度雙向旋轉，最終達到衝擊旋轉破巖的最佳效果。
[0042]所述大直徑氣動潛孔錘24通過鑽杆23與雙動力頭22進行連接以傳遞動力。
[0043]所述鑽頭12底部嵌齒面的直徑為574mm，頂部與活塞4相撞擊面的直徑為228mm，中心通氣孔的直徑為80_，包括外花鍵17、4個排氣孔18、8個縱向排渣口 19和4個橫向排渣口 20 ;所述外花鍵17與下接頭11矩形內花鍵進行連接以傳遞扭矩，所述排氣孔18、所述縱向排渣口 19和所述橫向排渣口 20組成孔底排渣系統，所述排氣孔18與鑽頭12中心通氣孔成30°，對稱布置，使氣體射流能均勻地復蓋整個孔底。
[0044]所述外花鍵17的形狀為矩形,鍵寬為36mm。
[0045]所述排氣孔18的直徑均為45mm。
[0046]所述縱向排渣口 19和所述橫向排渣口 20的直徑均為60mm，具有弧形內陷式結構，對稱布置，能夠在保證鑽頭12本體強度的前提下，減小壓力損失，使巖屑能更快的排出孔
。
[0047]所述螺旋輸送管2包括螺旋管接頭14、螺旋焊片15和鋼管16，所述螺旋管接頭14位於所述鋼管16的一端，所述螺旋管接頭14和4塊所述螺旋焊片15焊接固定位於所述鋼管16上。
[0048]所述螺旋輸送管2通過螺旋管接頭14的內六角結構與上接頭I的外六角結構進行過盈配合以傳遞動力。與傳統的氣流強吹孔底排渣相比，螺旋輸送管2排渣既減小了空壓機的出風量與出風壓力，同時降低了對工作現場的環境汙染。
[0049]所述螺旋焊片15的內徑為406mm,外徑為570mm,螺距為440mm。
[0050]所述鋼管16的內徑為375mm,外徑為405mm,厚度為15mm,長度為1800mm。
[0051]所述螺旋管接頭14具有內六角結構，外徑為405mm,厚度為50mm,內六角形邊長為127mm，能夠與上接頭I的外六角結構進行配合，使動力從上接頭I傳遞到螺旋輸送管2。
[0052]所述套管鑽13上部開有通孔，能把隨壓縮空氣上來的石屑和土塊排出，所述套管鑽13下端面鑲嵌有鑽齒，能旋轉破碎巖石。
[0053]所述套管鑽13與雙動力頭22的迴轉裝置進行連接以傳遞動力。
[0054]所述套管鑽13的內徑為600mm,厚度為20mm。
[0055]所述鑽齒為片狀鑽齒25或球狀鑽齒26，根據不同工況合理選擇片狀鑽齒25或球狀鑽齒26，同時也可以調整套管鑽13與大直徑氣動潛孔錘24相對位置，來適應不同的地層狀況。[0056]圖4是實施例1所示整臺鑽機工作原理的示意圖。雙動力頭22分別驅動大直徑氣動潛孔錘24與套管鑽13以不同的速度反方向旋轉，樁架21給整個鑽杆23與套管鑽13施加靜壓力，同時壓縮機不斷地給大直徑氣動潛孔錘24供氣使其完成衝擊運動。在多種力作用下，雙動力潛孔錘鑽機可以高效高質量的完成鑽進任務，螺旋輸送管2通過套管鑽13上的孔不斷地將石屑排出鑽機。套管鑽13雖然沒有衝擊作用，但是在靜壓力與旋轉力作用下，通過下端面鑽齒仍然可以不斷鑽進，同時起到護壁的作用。
[0057]如圖5和圖6所示，圖5是實施例1所示在普通地質條件下大直徑氣動潛孔錘與套管鑽相對位置的示意圖；圖6是實施例1所示在傾斜基巖地質條件下大直徑氣動潛孔錘與套管鑽相對位置的示意圖。圖5是在普通地質條件下，大直徑氣動潛孔錘24的工作位置應該在套管鑽13的下面；圖6是在傾斜基巖地質條件下，大直徑氣動潛孔錘24的工作位置應該在套管鑽13的上面，這樣布置有利於提高鑽孔質量和效率。
[0058]如圖7和圖8所示，圖7是實施例1所示套管鑽下端面鑲嵌有鑽齒的一種結構示意圖；圖8是實施例1所示套管鑽下端面鑲嵌有鑽齒的另一種結構示意圖。球狀鑽齒26具有抗衝擊能力大、堅固耐磨的特點，但球狀鑽齒26容易鈍化，鈍化後會影響套管鑽13鑽進速度；片狀鑽齒25鈍化速度比球狀鑽齒26慢得多，但堅固性和抗徑向磨損不如球狀鑽齒26。可以針對不同的工況條件，合理選擇套管鑽13齒形。
[0059]上述的對實施例的描述是為便於該【技術領域】的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:包括大直徑氣動潛孔錘(24)、螺旋輸送管(2)和套管鑽(13)，以上部件同軸布置，所述螺旋輸送管(2)外套位於所述大直徑氣動潛孔錘(24)的外部，以傳遞動力和防止在衝擊過程中使所述螺旋輸送管(2)與所述大直徑氣動潛孔錘(24)相互分離，所述套管鑽(13)位於所述螺旋輸送管(2)的外部。
2.根據權利要求1所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述大直徑氣動潛孔錘(24)包括上接頭(I)、外缸(3)、活塞(4)、導向套(5)、卡環(6)、密封圈(7)、哈呋(8)、襯套(9)、墊片(10)、下接頭(11)和鑽頭(12)，以上部件依次同軸布置；所述上接頭⑴和所述下接頭(11)通過螺紋與所述外缸⑶內壁進行固定連接，所述卡環(6)內嵌在所述外缸(3)內壁，並對所述活塞(4)進行軸向限位以防止在裝配鑽頭(12)時所述活塞(4)因自重從缸體內掉下來，所述導向套(5)通過過盈配合固定在所述鑽頭(12)中心孔上，使所述活塞(4)能夠垂直撞擊 所述鑽頭(12)，所述哈呋(8)通過所述外缸(3)內壁和所述襯套(9)進行軸向定位，並對所述鑽頭(12)起限位作用，所述密封圈(7)內嵌在所述哈呋(8)外側凹槽中，在所述外缸(3)和所述哈呋⑶之間進行密封，所述墊片(10)位於所述外缸(3)和所述下接頭(11)之間，增大所述外缸(3)和所述下接頭(11)的作用面積，所述下接頭(11)通過花鍵配合將動力傳遞給所述鑽頭(12)。
3.根據權利要求1所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述大直徑氣動潛孔錘(24)通過鑽杆(23)與雙動力頭(22)進行連接以傳遞動力。
4.根據權利要求2所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述鑽頭(12)底部嵌齒面的直徑為574_，頂部與活塞(4)相撞擊面的直徑為228_，中心通氣孔的直徑為80mm，包括外花鍵(17)、4個排氣孔(18)、8個縱向排渣口 (19)和4個橫向排渣口 (20)；所述外花鍵(17)與下接頭(11矩形內花鍵進行連接以傳遞扭矩，所述排氣孔(18)、所述縱向排渣口(19)和所述橫向排渣口(20)組成孔底排渣系統，所述排氣孔(18)與鑽頭(12)中心通氣孔成30°，對稱布置，使氣體射流能均勻地復蓋整個孔底。
5.根據權利要求4所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述外花鍵(17)的形狀為矩形，鍵寬為36mm ； 或所述排氣孔(18)的直徑均為45mm ； 或所述縱向排渣口(19)和所述橫向排渣口(20)的直徑均為60_，具有弧形內陷式結構,對稱布置。
6.根據權利要求2所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述螺旋輸送管(2)包括螺旋管接頭(14)、螺旋焊片(15)和鋼管(16)，所述螺旋管接頭(14)位於所述鋼管(16)的一端，所述螺旋管接頭(14)和4塊所述螺旋焊片(15)焊接固定位於所述鋼管(16)上； 或所述螺旋輸送管(2)通過螺旋管接頭(14)的內六角結構與上接頭(I)的外六角結構進行過盈配合以傳遞動力。
7.根據權利要求6所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述螺旋焊片(15)的內徑為406mm,外徑為570mm,螺距為440mm ； 或所述鋼管(16)的內徑為375mm,外徑為405mm,厚度為15mm,長度為1800mm; 或所述螺旋管接頭(14)具有內六角結構，外徑為405mm,厚度為50mm,內六角形邊長為127mm，能夠與上接頭(I)的外六角結構進行配合，使動力從上接頭(I)傳遞到螺旋輸送管⑵。
8.根據權利要求1所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述套管鑽(13)上部開有通孔，所述套管鑽(13)下端面鑲嵌有鑽齒。
9.根據權利要求1所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述套管鑽(13)與雙動力頭(22)的迴轉裝置進行連接以傳遞動力。
10.根據權利要求8所述的帶套管鑽的大直徑氣動潛孔錘，其特徵在於:所述套管鑽(13)的內徑為600mm,厚度為20mm ； 或所述鑽齒為片狀鑽齒(25)或球狀鑽齒(26)。
【文檔編號】E21B4/06GK104033101SQ201410218494
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】誾耀保, 岑斌, 張昌鈞, 郭傳新 申請人:同濟大學