CN102373883B - 一种潜水入岩钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜水入岩钻机，包括钻机主体，所述钻机主体包括封闭的钻机壳体，所述钻机壳体的顶端设有用于与地面升降动力装置连接的连接件，所述钻机壳体内设有相连接的潜水电机和减速机，所述钻机壳体的下方设有切削盘，所述切削盘与所述减速机连接，所述潜水电机带动所述减速机转动，从而带动切削盘旋转。本发明的有益效果是：本发明钻头更换简单，减少劳动强度；既可完成大孔径切削工作，又可高速旋转完成入岩切削钻进工作。

Description

一种潜水入岩钻机

技术领域

本发明涉及一种潜水入岩钻机。

背景技术

现在桩基础工程，一般均要求一定的入岩深度。同时，地质结构也越来越复杂。现有钻孔设备主要有：冲击钻机、潜水钻机、气举反循环钻机、石油钻机、旋挖钻机，现有的钻孔机械对于粘土层工作效率还是可以的，但对于岩石地层就存在着很多缺陷。

例如冲击钻机通过自由落体原理，虽可用于各种地层，但遇到200兆帕抗压强度的岩石地层时，每小时只能钻进3-4cm，工作效率十分低下；石油钻机虽然钻机速度很快，但是钻孔直径最大也只有800mm，无法完成大口径工作；旋挖钻机能够完成800mm-3000mm的钻孔直径的基础桩，旋挖钻机是采用大扭矩力、低转速、挤压破碎岩石的原理工作，但当地层硬度在45兆帕抗压强度时，受钻杆扭矩转速制约，则无法完成钻进工作；气举反循环钻机受钻机钻杆转速制约，每天只能钻进1米，无法高效完成钻进工作。

现有的小功率潜水钻机只适用于松软的粘土地层，不能高速旋转，没有大扭矩，同时受加压方式等制约，无法完成入岩切削钻进工作。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而提供一种潜水入岩钻机。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种潜水入岩钻机，包括钻机主体，所述钻机主体包括封闭的钻机壳体，所述钻机壳体的顶端设有连接件，所述钻机壳体内设有相连接的潜水电机和减速机，所述钻机壳体的下方设有切削盘，所述切削盘与所述减速机连接，所述潜水电机带动所述减速机转动，从而带动切削盘旋转，所述切削盘上设置有切削钻头，所述切削钻头包括主切削钻头和沿着主切削钻头的周向设置在主切削钻头四周的副切削钻头；

所述钻机主体还包括用于提供所述切削盘冷却水的冷却水系统，所述冷却水系统包括水泵、高压水室和水分配室，所述水泵设置在所述潜水电机与所述减速机之间，水泵在所述潜水电机的带动下为所述高压水室供水，所述高压水室与所述减速机连接，所述水分配室安装在所述切削盘上，且与所述高压水室相连通；

所述水泵上连接有进水管道和第一出水管道，所述进水管道一端与所述水泵连接，另一端穿过所述钻机壳体的顶端设置在所述钻机壳体的外部，

所述钻机壳体的底端设有开口，所述开口处固定连接有轴承座，所述高压水室一端与所述减速机连接，另一端通过所述轴承座上的轴承与所述水分配室连接，所述高压水室的两侧壁上设有进水口，所述高压水室的底端设有出水口，所述出水口与轴承中心相对应，所述轴承中心与所述水分配室的进水口相连通，所述轴承与所述轴承座之间，以及所述轴承座与所述钻机壳体之间均设有密封圈，

所述水分配室设置在所述切削盘上，所述水分配室设有第二出水管道，所述第二出水管道的喷头的位置与所述切削盘的位置相对应，所述主切削钻头和所述副切削钻头的位置均与喷头的位置相对应。

进一步的，所述进水管道的进水口位于所述钻机主体的上方，且所述进水口与所述钻机壳体顶端之间的距离大于6m。

进一步的，还包括连接在钻机壳体顶端的液压传动系统，所述液压传动系统包括外壳，以及设置在外壳内的液压泵、支撑液压缸、升降液压缸和升降液压缸滑动轨道，所述支撑液压缸在所述液压泵的控制下，可伸出所述箱体并固定在钻孔孔壁上，所述升降液压缸在所述液压泵的控制下沿着升降液压缸滑动轨道移动，带动所述钻机壳体上下移动，所述升降液压缸滑动轨道上设有用于使升降液压缸停止运动的电磁阀开关。

进一步的，所述切削盘上设有主轴，所述主切削钻头与所述副切削钻头均连接在所述主轴上，所述主切削钻头和副切削钻头均采用金刚石复合片钻头，所述主切削钻头与所述副切削钻头均顺时针旋转；

或者，

所述切削盘上设有固定盘和主轴，所述固定盘与所述钻机壳体连接，所述主轴设置在所述固定盘上，且与所述水分配室连接，所述主切削钻头与所述主轴连接，所述副切削钻头固定在所述固定盘上，且所述主切削钻头和所述副切削钻头上均设有齿轮，所述主切削钻头通过齿轮啮合带动所述副切削钻头转动，所述主切削钻头和副切削钻头均采用牙轮钻头，所述主切削钻头顺时针旋转，所述副切削钻头逆时针旋转。

进一步的，所述钻机壳体外部设有校正钻具钻孔位置的扶正装置，所述扶正装置为固定连接在所述钻机壳体外壁上的金属块。

进一步的，所述减速机与外部的用于控制所述减速机转速的调频控制器连接。

进一步的，所述连接件为与所述卷扬机相匹配的吊环，或与旋挖钻机钻杆相匹配的连接箱体。

本发明的有益效果是：本发明可根据钻孔不同的孔径，更换不同大小的钻头，减少劳动强度，完成大孔径切削工作；又可高速旋转完成入岩切削钻进工作。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例2中液压传动系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：如图1所示，一种潜水入岩钻机，包括钻机主体，所述钻机主体包括封闭的钻机壳体1，所述钻机壳体1的顶端设有用于与卷扬机相连接的连接件2，本实施例中的连接件2为与卷扬机相匹配的吊环，所述钻机壳体1内设有相连接的潜水电机3（潜水电机为各种类型的潜水泵配套,与泵构成一体,长期潜入各种水质的污水中运行.恶劣的工作环境,决定了其密封结构与常规电机具有较大的不同.）和减速机4，所述减速机4固定连接在所述钻机壳体1内的连接座14上，所述钻机壳体1的下方设有切削盘5，所述切削盘5与所述减速机4连接，所述潜水电机3带动所述减速机4转动，从而带动切削盘5旋转。

所述钻机主体还包括用于提供所述切削盘5冷却水的冷却水系统，所述冷却水系统包括水泵6、高压水室7和水分配室8，所述水泵6设置在所述潜水电机3与减速机4之间，水泵6在所述潜水电机3的带动下为所述高压水室7供水，所述高压水室7与所述减速机4连接，所述水分配室8安装在所述切削盘5上，且与所述高压水室7相连通。

所述水泵6上连接有进水管道61和第一出水管道62，所述进水管道61一端与所述水泵6连接，另一端穿过所述钻机壳体1的顶端设置在所述钻机壳体1的外部，所述进水管道的进水口位于所述钻机主体的上方，且所述进水口与所述钻机壳体顶端之间的距离大于6m。

所述钻机壳体1的底端设有开口，所述开口处固定连接有轴承座11，所述高压水室7一端与所述减速机4连接，另一端通过所述轴承座11上的中空轴承12与所述水分配室8连接，所述高压水室7的两侧壁上设有进水口71，所述高压水室7的底端设有出水口，所述出水口与所述轴承12中心相对应，所述轴承12中心与所述水分配室8的进水口相连通，所述轴承与所述轴承座之间，以及所述轴承座与所述钻机壳体之间均设有密封圈。

所述水分配室8设置在所述切削盘5上，所述水分配室8设有第二出水管道，所述第二出水管道上设有喷头，所述喷头的位置与所述切削盘5的位置相对应。

所述钻机壳体顶端还连接有液压传动系统，所述液压传动系统包括外壳，以及设置在外壳内的液压泵91、支撑液压缸92、升降液压缸93和升降液压缸滑动轨道94，液压泵91在电机96的带动下工作，所述支撑液压缸95在所述液压泵91的控制下，可伸出所述外壳并固定在钻孔孔壁上，所述升降液压缸93在所述液压泵91的控制下沿着升降液压缸93滑动轨道移动，从而带动与升降液压缸93连接的钻机壳体上下移动，所述升降液压缸滑动轨道94上设有用于使升降液压缸停止运动的电磁阀开关95；

所述切削盘上设置有切削钻头，所述切削钻头包括主切削钻头51和沿着主切削钻头51的周向设置在主切削钻头51四周的副切削钻头52，所述主切削钻头51和所述副切削钻头52的位置均与所述喷头的位置相对应。

当钻孔孔径为80cm-120cm的小孔径时，所述切削盘上设有主轴，所述主切削钻头51与所述副切削钻头52均连接在所述主轴上，所述主切削钻头51和副切削钻头52均采用金刚石复合片钻头，所述主切削钻头51与所述副切削钻头52均顺时针旋转；

当钻孔孔径为150cm-300cm的大孔径时，所述切削盘上设有固定盘和主轴，所述固定盘与所述钻机壳体连接，所述主轴设置在所述固定盘上，且与所述水分配室8连接，所述主切削钻头51与所述主轴连接，所述副切削钻头52固定在所述固定盘上，且所述主切削钻头51和所述副切削钻头52上均设有齿轮，所述主切削钻头51通过齿轮啮合带动所述副切削钻头52转动，所述主切削钻头51和副切削钻头52均采用牙轮钻头，所述主切削钻头51顺时针旋转，所述副切削钻头52逆时针旋转，解决切削过程中的共振，以避免钻孔内泥浆形成漩涡。

所述钻机壳体1外部设有校正钻具钻孔位置的扶正装置。

所述扶正装置为固定连接在所述钻机壳体外壁上的金属块13。

所述减速机4与外部的用于控制所述减速机转速的调频控制器连接。

所述主切削钻头51和副切削钻头52采用牙轮钻头或金刚石复合片钻头。

使用时，卷扬机或吊车连接在钻机主体的吊环处，将钻机主体放入孔中，放置过程中钻机主体需处于停机状态，至与岩石接触面接触后，支撑液压缸伸出箱体并挤压在孔壁上，将钻机主体稳固在孔中，潜水电机旋转，升降液压缸开始工作，钻头作用力向下进行切削，待升降液压缸移动到电磁阀开关关闭潜水电机，支撑液压缸随之收回，升降液压缸回到原来位置，钻机主体在卷扬机的控制下向下移动，支撑液压缸找到新的支撑点后，完成一次往复工作过程。

切削过程中，潜水电机3带动水泵6工作，将钻孔内的水通过进水管道61吸入高压水室7（进水管道的进水口的位于钻机壳体顶端上方6m以上的位置，这样的设置使得进入进水管道的水沉渣比较少），高压水室7的水通过第一出水管道进入钻机壳体1，并经由高压水室的进水口进入高压水室，水泵6带动减速机4转动，从而带动高压水室7转动，随着高压水室7的旋转，高压水流入水分配室8，进入第二出水管道，经由喷头喷出，为切削钻头提供冷却水，且起到清洗切削钻头的作用。

钻机壳体1为全金属密封结构，通过吊环使得钻机主体和天车卷扬机相配合，采用支撑液压缸支撑在孔壁上，抑制钻机主体自转，箱体小于直径，以便排渣，系统工作压力与水下压力相适应，外观形状为圆形、多边形，带扶正装置，所述主切削钻头51与所述副切削钻头52均为150cm-300cm的大孔径钻头时，所述主切削钻头51顺时针旋转，所述副切削钻头52逆时针旋转，从而得到直径为700mm-3000mm的钻孔的切削,依据型号不同，潜水电机功率为15kw—1500kw。减速机输出转速为40—500转/分钟。控制部分在地面上，电机调频器通过控制减速机的转速从而控制钻头的转速，依据对潜水电机负载电流情况计算，控制钻进速度、水压及流量调整等参数，负载电流增大时，减小钻机主体的钻进速度，减小高压水室输出水的的水压，所述电源与潜水电机之间的电缆上设有浮漂，起到了对电缆抗拉保护作用，浮漂可捆绑在电缆上，减轻电缆自重对电缆的破坏。本专利钻机工作效率方面是旋挖钻机工作效率的几十倍，是冲击钻机的几十倍，是气举反循环钻机的十几倍。

本钻机可以根据孔径更换钻头，在使用大孔径的钻头时，主切削钻头为顺时针旋转，副切削钻头设为逆时针旋转，形成了中间正转，边缘反转（顺时针为正，逆时针为反），起到了减少共振及平衡作用，达到大孔径切削的目的。

实施例2：如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：连接件为与旋挖钻机钻杆相对应的连接箱体，钻杆带动钻机主体上下移动的方式代替了由液压系统带动钻机主体上下移动的方式，所述旋挖钻机的钻杆的方头与所述钻机壳体顶端的所述箱体相对应，所述旋挖钻机的钻杆的方头穿过所述箱体顶端的通孔设置在所述箱体内，钻机主体的切削位的固定由旋挖钻机控制，且由旋挖钻机钻杆相连接，起到抑制钻机主体自转的作用。

使用时，将本发明钻机与旋挖钻机钻杆的方头相连接，缓慢将钻机主体放入钻孔口处，下孔过程中主切削钻头与副切削钻头需保持旋转状态，与岩层接触面碰触后，利用自身自重进行岩石面的切削工作，通过钻杆控制钻机主体的上下移动，同时潜水电机3带动减速机4转动，减速机4带动高压水室7转动，高压水室7通过轴承带动水分配室8转动，从而带动切屑盘5的主轴转动，潜水电机3带动减速机4转动的同时，带动水泵6转动，水泵6吸入的水由第一出水管62道进入钻机壳体1内，水随着高压水室7的旋转加压，并进入水分配室8，进而通过喷头喷向切削钻头，清洗切削钻头并使得切削钻头降温冷却，切削下来的石沫由排出管道排出，达到所需孔深后停止作业即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。

Claims (7)

1.一种潜水入岩钻机，其特征在于：包括钻机主体，所述钻机主体包括封闭的钻机壳体，所述钻机壳体的顶端设有连接件，所述钻机壳体内设有相连接的潜水电机和减速机，所述钻机壳体的下方设有切削盘，所述切削盘与所述减速机连接，所述潜水电机带动所述减速机转动，从而带动切削盘旋转，所述切削盘上设置有切削钻头，所述切削钻头包括主切削钻头和沿着主切削钻头的周向设置在主切削钻头四周的副切削钻头；

所述钻机主体还包括用于提供所述切削盘冷却水的冷却水系统，所述冷却水系统包括水泵、高压水室和水分配室，所述水泵设置在所述潜水电机与所述减速机之间，水泵在所述潜水电机的带动下为所述高压水室供水，所述高压水室与所述减速机连接，所述水分配室安装在所述切削盘上，且与所述高压水室相连通；

所述水泵上连接有进水管道和第一出水管道，所述进水管道一端与所述水泵连接，另一端穿过所述钻机壳体的顶端设置在所述钻机壳体的外部，

所述钻机壳体的底端设有开口，所述开口处固定连接有轴承座，所述高压水室一端与所述减速机连接，另一端通过所述轴承座上的轴承与所述水分配室连接，所述高压水室的两侧壁上设有进水口，所述高压水室的底端设有出水口，所述出水口与轴承中心相对应，所述轴承中心与所述水分配室的进水口相连通，所述轴承与所述轴承座之间，以及所述轴承座与所述钻机壳体之间均设有密封圈，

所述水分配室设置在所述切削盘上，所述水分配室设有第二出水管道，所述第二出水管道的喷头的位置与所述切削盘的位置相对应，所述主切削钻头和所述副切削钻头的位置均与喷头的位置相对应。

2.根据权利要求1所述的一种潜水入岩钻机，其特征在于：所述进水管道的进水口位于所述钻机主体的上方，且所述进水口与所述钻机壳体顶端之间的距离大于6m。

3.根据权利要求1所述的一种潜水入岩钻机，其特征在于：还包括连接在所述钻机壳体顶端的液压传动系统，所述液压传动系统包括外壳，以及设置在外壳内的液压泵、支撑液压缸、升降液压缸和升降液压缸滑动轨道，所述支撑液压缸在所述液压泵的控制下，可伸出所述外壳并固定在钻孔孔壁上，所述升降液压缸在所述液压泵的控制下沿着升降液压缸滑动轨道移动，带动所述钻机主体上下移动，所述升降液压缸滑动轨道上设有用于使升降液压缸停止运动的电磁阀开关。

4.根据权利要求1所述的一种潜水入岩钻机，其特征在于：所述切削盘上设有主轴，所述主切削钻头与所述副切削钻头均连接在所述主轴上，所述主切削钻头和副切削钻头均采用金刚石复合片钻头，所述主切削钻头与所述副切削钻头均顺时针旋转；

或者，

所述切削盘上设有固定盘和主轴，所述固定盘与所述钻机壳体连接，所述主轴设置在所述固定盘上，且与所述水分配室连接，所述主切削钻头与所述主轴连接，所述副切削钻头固定在所述固定盘上，且所述主切削钻头和所述副切削钻头上均设有齿轮，所述主切削钻头通过齿轮啮合带动所述副切削钻头转动，所述主切削钻头和副切削钻头均采用牙轮钻头，所述主切削钻头顺时针旋转，所述副切削钻头逆时针旋转。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种潜水入岩钻机，其特征在于：所述钻机壳体外部设有校正钻具钻孔位置的扶正装置，所述扶正装置为固定连接在钻机壳体外壁上的金属块。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种潜水入岩钻机，其特征在于：所述减速机与外部的用于控制所述减速机转速的调频控制器连接。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种潜水入岩钻机，其特征在于：所述连接件为与卷扬机相匹配的吊环，或与旋挖钻机钻杆相匹配的连接箱体。

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