CN101343983B - 筒式钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种筒式钻具，包括由上至下依次设置的连接部件、筒体和切削工具；还包括扶正部件，所述扶正部件固定设置在筒体上端部外侧，且其回转外径与桩孔的孔径一致；所述扶正部件包括扶正套筒、若干个连接件和若干个导向条；所述扶正套筒套装在所述筒体上端部的外侧；所述若干个连接件分别固定设置在所述扶正套筒与筒体之间；所述若干个导向条分别沿轴向固定设置在所述扶正套筒的外周表面。本发明在筒体上端部设置的扶正部件与桩孔内壁相抵以保证筒钻的导正，筒钻直径可以设计为较小尺寸。在分级钻进施工的小孔钻进过程中，可减小钻进阻力，提高成孔效率；并能弥补加压力不足和扭矩不足的缺陷。

Description

筒式钻具

技术领域

本发明涉及成孔作业用钻具，具体涉及一种筒式钻具。

背景技术

钻孔桩施工中，经常遇到漂石、块石及大粒径卵石、碎石等地下障碍物，这样成桩工期就会数倍地延长。因此，对于成孔作业的桩工机械来说，钻具是最关键的部件之一。

目前，在成孔施工钻机跳动严重或明显感到扭矩不足的工况，钻进施工工艺通常采用分级钻进方式，具体步骤为：首先使用与桩孔等径的钻具钻出引导孔，然后使用小筒径的钻具在桩孔中央钻出一个小孔，最后再使用与桩孔等径的钻具完孔。相比于一次成孔工艺，分级钻进工艺一方面可以化解钻机能力不足，另一方面有利于二级钻进中障碍物的位移及互相撞击，提高成孔速度。

现有技术中，为保证钻进时钻具不会发生较大的倾斜现象，小孔钻进施工所使用的筒钻直径与桩孔直径之差较小，以使得小孔钻进过程中钻具与导向孔同轴，从而确保后续成孔工艺的顺利进行。但是，由于该筒钻的直径较大，因此，在小孔钻进过程中还存在着钻进阻力比较大的问题，不能获得较高的成孔效率。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种用于分级钻进工艺的筒式钻具，在小孔钻进过程中产生较小的阻力，以获得较高的成孔效率。

本发明提供的筒式钻具，包括由上至下依次设置的连接部件、筒体和切削工具；还包括扶正部件，所述扶正部件固定设置在筒体上端部外侧，且其回转外径与桩孔的孔径一致。

优选地，所述扶正部件包括扶正套筒和若干个连接件；所述扶正套筒套装在所述筒体上端部的外侧；所述若干个连接件分别固定设置在所述扶正套筒与筒体之间。

优选地，所述扶正部件还包括若干个导向条，分别沿轴向固定设置在所述扶正套筒的外周表面。

所述若干导向条的上、下端面分别与所述扶正套筒的上、下端面齐平。

优选地，沿所述筒体的外圆柱表面呈螺旋上升状设置有若干个外导向条。

所述若干个外导向条分为两组且沿径向对称设置在所述筒体的两侧，每组外导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置。

优选地，沿所述筒体的内圆柱表面呈螺旋上升状设置有若干个内导向条。

所述若干个内导向条分为两组且沿径向对称设置在所述筒体的两侧，每组内导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置。

优选地，所述两组外导向条与两组内导向条分别沿周向交错设置。

优选地，所述筒体上具有径向贯通的开口，所述开口设置在最上方的外导向条上端部的外周。

本发明提供的筒式钻具与现有技术相比，本发明在筒体上端部设置有扶正部件，该扶正部件的回转外径与桩孔的孔径一致，在分级钻进施工的小孔钻进过程中，扶正部件与桩孔内壁相抵以保证筒钻的导正；这样，相对于桩孔孔径来说，筒钻直径可以设计为较小尺寸；因此，基于一定的驱动力矩，相对应的钻进阻力(包括端承阻力和切向抗扭阻力)将大大减小，而每个钻齿对孔底硬岩的压力和切向切削力却大大提高了，进而提高破碎岩石和成孔的效率；同时，可弥补加压力不足和扭矩不足的缺陷。

另外，由于小孔直径较小，因此在二级钻进过程中，每个切削工具都增大了对孔底地层的旋转切削力和正压力，从而提高二级钻进效率，进一步弥补了钻机在硬地层加压力不足的缺陷。

本发明的优选方案中，所述扶正套筒的外侧表面上设置有若干导向条，工作状态只有导向条与桩孔孔壁接触，减少了孔壁与扶正部件之间的摩擦；在提钻或下钻时，确保液体保护液在导向条之间上下流通，避免扶正套筒上方或下方的液体压力过高。

在本发明的另一优选方案中，所述筒体的内、外筒壁上分别设置有内、外导向条，钻具回转时，内、外导向条可将钻渣导向上方，避免重复钻削；另外，所述内、外导向条均分为两组且沿周向交错设置，使得筒体处于良好的受力状态，提高钻具的使用寿命。另外，在最上方的外导向条上端部外周的筒体上开有径向贯通的开口，当筒体外侧的钻渣随导向条上移至开口处时，可经此开口落入筒体内部；并可保证在提钻或下钻时，液体保护液可以顺利的在筒壁内外流通。

本发明提供的筒式钻具，可用于旋挖钻机或者其它桩工机械，特别是在钻机加压力不足的情况下进行硬质岩层的分级钻进工艺。

附图说明

图1a和图1b是本发明所述筒式钻具的立体图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的侧视图；

图4是本发明的剖视图；

图5是本发明的仰视图

图6是本发明的俯视图。

图1-图6中：

连接部件1、加强筋11、筒体2、外导向条21、开口22、内导向条23、连接板24、切削工具3、扶正部件4、扶正套筒41、连接件42、导向条43。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种筒式钻具，包括由上至下依次设置的连接部件、筒体和切削工具；还包括扶正部件，所述扶正部件固定设置在筒体上端部外侧，且其回转外径与桩孔的孔径一致；钻具回转过程中，扶正部件的外壁与桩孔孔壁相抵起到导正小孔钻进作用，这样，筒体直径可设计成较小的尺寸，进而大大减小钻削阻力，提高成孔效率。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合说明书附图作进一步的详细说明。

请参见图1，该图为本发明的立体图。其中，图1a为基于上方视角得到的立体图，图1b为基于下方视角得到的立体图。

本发明主要包括连接部件1、筒体2、切削工具3和扶正部件4，如图1a所示，所述连接部件1设置在钻具的上方，用于实现筒式钻具与动力驱动装置的可靠连接，所述筒体2和切削工具3依次设置在连接部件1的下方。其中，连接部件1的接口形式及尺寸要根据动力装置的接口形式确定，在此不予赘述。在筒体2上端部的外侧设置有扶正部件4，施工时，所述筒体2回转外径的大小需要根据实际桩孔孔径来确定，因此，本发明所述筒式钻具可根据建筑基础工程中桩孔孔径的标准设计为不同的筒径系列，以适应不同的使用工况。当然，对于旋挖钻机来说，在整车出厂时即可配备不同筒径系列的本发明所述筒式钻具，供用户自行选用。

特别说明的是，所述筒体2的外径需要依据桩孔孔径和钻机的实际加压力及所钻地层的硬度等因素计算得出，总成，确定其外径的基本原则是：相对于桩孔孔径来说，在满足高效钻进的需要的前提下，筒体外径应该设计为最小。

另外，如图1a所示，在连接部件1的外周设置有加强筋11，用于加强连接部件1与筒体2之间的固定连接关系。

如图1b所示，本发明所述切削工具3为圆锥形钻齿，所述若干个钻齿沿所述筒体2的下沿均布设置，对孔底地层做旋转切削和加压钻进。需要说明的是，所述切削工具3不局限于图中所示的圆锥形齿，它也可以是具有切削刃的钻齿，该齿形不是本发明的发明点，故在此不作详细阐述。在所述筒体2的外圆柱表面上设置有若干个外导向条21，每个所述外导向条21呈螺旋上升状设置，钻具回转时，钻渣会随着钻具的回转而沿着外导向条21上移，可防止钻渣积存在孔底，这样，避免了重复钻削而影响成孔效率，同时，桩孔内的保护液可沿所述外导向条21之间形成的空间上下流通，避免局部流体压力过大而影响钻具正常工作。

为减轻筒式钻具的自重，本方案所述扶正部件4采用套筒结构。如图1a和图1b所示，所述扶正部件4包括扶正套筒41和若干个连接件42；所述扶正套筒41套装在所述筒体2上端部的外侧，若干个连接件42置于所述扶正套筒41与筒体2之间形成的环形空间内，用于实现扶正套筒41的可靠固定。所述扶正部件4还包括若干个导向条43，分别沿轴向固定设置在所述扶正套筒41的外周表面。工作状态时，所述导向条43与导向桩孔的孔壁接触，这样，减少了孔壁与扶正部件4之间的摩擦；在提钻或下钻时，确保桩孔内的保护液在导向条43之间上下流通，避免扶正套筒41上方或下方的液体压力过高而影响钻具正常工作。

与现有技术的筒式钻具相比，本方案所提供的筒式钻具在筒体上端部设置有扶正部件，在分级钻进施工的小孔钻进过程中，扶正部件与桩孔内壁相抵以保证筒钻的导正；这样，相对于桩孔孔径来说，筒钻直径可以设计为较小尺寸。因此，基于一定的驱动力矩，相对应的钻进阻力(包括端承阻力和切向抗扭阻力)将大大减小，而每个钻齿对孔底硬岩的压力和切向切削力却大大提高了，进而可提高破碎岩石的效率和成孔效率；同时，可弥补加压力不足和扭矩不足的缺陷。另外，由于小孔直径较小，因此在二级钻进过程中，每个切削工具都增大了对孔底地层的旋转切削力和正压力，从而提高二级钻进效率。

请参见图2，该图是本发明的主视图。

如图2所示，可清楚得出所述外导向条21呈螺旋上升状设置，且若干个外导向条21沿轴向由上至下依次间隔设置。在所述筒体2上具有径向贯通的开口22，所述开口22设置在最上方的外导向条21上端部的外周，当钻渣随最上方的外导向条21上移至其上端部附近时，可经所述开口22落入筒体2的内腔，提钻时，即完成携渣和卸渣的操作。另外，桩孔内的保护液可经开口22流通于筒体2内外，进而保证筒体2内外的液体压力均衡。

请参见图3，该图是本发明的侧视图。

如图3所示，在所述筒体2的外表面上，所述若干个外导向条21分为两组，且沿径向对称设置在所述筒体2的两侧，每组外导向条21均沿轴向由上至下依次间隔设置。实际上，所述外导向条21不局限于图中所示的若干个外导向条21，它可以采用一根螺旋上升的导向条来实现钻渣导向的功能，只要满足使用需要均本专利的保护范围内。

如图2和图3所示，所述若干导向条43的上、下端面分别与所述扶正套筒41的上、下端面分别齐平。

请参见图4，该图是本发明的剖视图。

如图4所示，在所述筒体2的内壁上也设置有导向条，沿所述筒体2的内圆柱表面设置有若干个内导向条23，每个所述内导向条23呈螺旋上升状设置，钻具回转时，所述筒体2内的钻渣会随着钻具的回转而沿着内导向条23上移，同样地，可防止钻渣积存在孔底，进而避免重复钻削影响成孔效率；同样地，桩孔内的保护液可沿所述内导向条23之间形成的空间上下流通，避免局部流体压力过大。其中，所述若干个内导向条23分为两组且沿径向对称设置在所述筒体2的两侧，每组内导向条23均沿轴向由上至下依次间隔设置。

请参见图5，该图是本发明的仰视图。

如图5所示，沿周向，所述两组外导向条21与两组内导向条23分别交错设置。内外交错设置导向条的设计不仅可以使得筒体2在工作状态处于均匀受力状态，而且在钻具回转过程中各方向的转动惯量分布均匀，从而进一步提高钻具的使用寿命。

图中所示，所述若干个连接件42沿周向均布设置在所述筒体2与扶正套筒41之间的环形空间内。所述若干个导向条43沿周向均布设置在所述扶正套筒41的外周表面上。

请参见图6，该图是本发明的俯视图。

如图6所示，在所述筒体2的上端上设置有连接板24，以增加所述连接部件1与筒体2之间的接触面积，进而保证两者之间的可靠连接，提高钻具的抗扭转和抗压能力。

综上，针对分级钻进工艺，本发明提供的筒式钻具通过扶正部件为钻进导正提供了可靠的保证，所述扶正部件固定设置在筒体上端部外侧，且其回转外径与桩孔的孔径一致；这样，筒体直径可设计成较小的尺寸，进而大大减小钻削阻力，提高钻具的钻削性能和成孔效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.筒式钻具，包括由上至下依次设置的连接部件、筒体和切削工具，其特征在于，还包括：

扶正部件，固定设置在筒体上端部外侧，所述扶正部件的回转外径与桩孔的孔径一致；

所述扶正部件包括：

扶正套筒，套装在所述筒体上端部的外侧；

若干个连接件，分别固定设置在所述扶正套筒与筒体之间；和

若干导向条，分别沿轴向固定设置在所述扶正套筒的外周表面；

且，若干个外导向条沿所述筒体的外圆柱表面呈螺旋上升状设置，若干个内导向条沿所述筒体的内圆柱表面呈螺旋上升状设置；所述若干个外导向条分为两组且沿径向对称设置在所述筒体的两侧，每组外导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置，且所述两组外导向条与两组内导向条分别沿周向交错设置。

2.根据权利要求1所述的筒式钻具，其特征在于，所述若干导向条的上、下端面分别与所述扶正套筒的上、下端面齐平。

3.根据权利要求1所述的筒式钻具，其特征在于，所述若干个内导向条分为两组且沿径向对称设置在所述筒体的两侧，每组内导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置。

4.根据权利要求1所述的筒式钻具，其特征在于，所述筒体上具有径向贯通的开口，所述开口设置在最上方的外导向条上端部的外周。

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