CN102587829A - 一种钻具及桩工机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻具，包括：悬吊索、配重体、回转机构、钻头和支撑机构；所述悬吊索的一端与所述配重体固定连接，另一端缠绕在卷扬机构上；所述支撑机构可开、合地安装在所述钻具上，所述支撑机构与所述配重体连接，并可在所述配重体的作用下张开并将所述钻具支撑在钻孔壁上；所述回转机构安装在所述钻具内，并可驱动所述钻头旋转；所述配重体可通过所述支撑机构给所述钻头施加压力。本发明还提供一种带该钻具的桩工机械。通过本发明所提供技术方案，钻具安装便利、结构简单、可靠，能够适应更大钻深和更坚硬地层，提高钻具的钻进效率与钻进质量，并节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械设备，具体而言，涉及一种钻具，尤其涉及无钻杆的悬吊式钻具，以及包含该钻具的桩工机械。
背景技术
随着我国高速公路、高速铁路等基础设施的大力建设，包括钻机在内的工程机械得到了快速发展和广泛的应用。但是常规钻机钻进方式都是靠刚性的钻杆传递扭矩和提供压力，由于钻杆的长度有限，导致钻深较大的时候钻杆的长度无法达到要求，且碰到大钻深地层超硬的情况下，钻机进尺缓慢，长期处于震动状态，对机器的整机损耗大。
因此，需要一种新的钻具，能够适应更大钻深和更坚硬地层，提高钻具的钻进效率与钻进质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的钻具，能够适应更大钻深和更坚硬地层，提高钻具的钻进效率与钻进质量。
有鉴于此，本发明提供了一种钻具，包括：悬吊索、配重体、回转机构、钻头和支撑机构；所述悬吊索的一端与所述配重体固定连接，另一端缠绕在卷扬机构上；所述支撑机构可开、合地安装在所述钻具上，所述支撑机构与所述配重体连接，并在所述配重体的作用下张开将所述钻具支撑在钻孔壁上；所述回转机构安装在所述钻具内，并可驱动所述钻头旋转；所述配重体可通过所述支撑机构给所述钻头施加压力。
在该技术方案中，利用所述悬吊索将所述钻具吊入所要钻的孔，解决了现有技术中钻杆长度不足而无法适应更大钻深的困难，使所述钻具能适用于更大的钻深；由于采用了柔性连接，而非刚性的钻杆，从而减小了所述钻头工作时带给所述钻具其它部件的振动，尤其是在面对超硬岩层的时候，有效地减少了所述振动给所述钻具带来的损害，延长了所述钻具的使用寿命，降低了成本；而且所述钻具安装便利，结构简单，安全可靠，经济实用；其中，所述悬吊索可以为钢丝绳，所述钻头可以为取芯钻筒，所述取芯钻筒包括筒体和钻齿。
优选地，所述回转机构包括马达，所述马达安装在马达护筒内，所述马达通过导管与驱动源相连接，所述马达的输出轴能够驱动所述钻头旋转。在该技术方案中，将所述马达装在所述马达护筒内，可以保护所述马达不受损坏；其中，所述马达可以为液压马达、气动马达或者电动机中的任一种。
优选地，所述马达护筒可滑动地安装在所述配重体的中心孔内。进一步提高对马达的保护。
优选地，在所述马达护筒的外壁面上设置有马达护筒卡盘，在所述中心孔内壁面的下端径向设置有配重卡盘，所述马达护筒卡盘和所述配重卡盘可相互卡合。
在该技术方案中，设置所述配重卡盘和所述马达护筒卡盘，使两个卡盘之间能够相互卡合，且马达护筒可在配重体的中心孔中滑动，该结构设计巧妙，可以充分利用配重体的重量来给钻头加压，同时在提升所述钻具时方便取出，使所述马达护筒不会脱出所述中心孔，提高了所述钻具的安全性和可靠性。
优选地，所述支撑机构包括第一连杆、第二连杆和支撑板；所述第一连杆一端铰接在所述配重体上，另一端与所述支撑板相铰接；所述第二连杆一端铰接在所述马达护筒上，另一端与所述支撑板相铰接。
在该技术方案中，采用铰接的连接方式，使所述支撑机构可以打开和合上，当所述钻头抵达孔底时，所述配重体可继续向下滑动，从而打开所述支撑机构，所述支撑板可撑住所钻孔的孔壁，从而防止所述配重体和所述回转机构随着所述钻头旋转；当所述钻具工作完成之后，提钻时，所述配重体先向上移动，然后带动所述支撑机构合上，直至所述马达护筒卡盘和所述配重卡盘相互卡合，然后带动整个所述钻具向上移动。
优选地，所述支撑板的外表面为设置有多个凸起的粗糙表面。在该技术方案中，在所述支撑板的外表面为设置多个凸起的粗糙表面，可以增大所述支撑板与所述孔壁的摩擦力，从而对所述支撑机构的位置进行更可靠的固定。
优选地，所述回转机构，还包括减速机，所述减速机安装在所述马达和所述钻头之间。在该技术方案中，采用了所述减速机对所述钻头进行驱动，可以将所述马达的转速减至所述钻头工作需要的转速。
综上，通过本发明的技术方案，利用悬吊将钻具吊入所要钻的孔，解决了现有技术中钻杆长度不足而无法适应更大钻深的困难，使钻具能适用于更大的钻深；由于采用了柔性连接，而非刚性的钻杆，从而减小了钻头工作时带给钻具其它部件的振动，尤其是在面对超硬岩层的时候，有效地减少了振动给钻具带来的损害，延长了钻具的使用寿命，降低了成本，实现了适应更大钻深和更坚硬地层，提高了钻具的钻进效率与钻进质量。而且钻具安装便利，结构简单，安全可靠，经济实用。
本发明还提供了一种桩工机械，包括卷扬机构、连续墙机架、行走底盘和钻具，所示钻具为上述任一技术方案所述的钻具，所述卷扬机构安装在连续墙机架上；所述连续墙机架安装在行走底盘上；所述钻具与所述卷扬机构连接。在该技术方案中，能够有效的利用所述连续墙机架的双卷扬或多卷扬同步技术，实现所述钻具的悬吊索和导管的同步下放、可加大钻深，同时利用连续墙的柔性连接，减少钻进过程中的振动给机器带来的伤害。
附图说明
图1是根据本发明所述钻具一实施例的主视结构示意图；
图2是图1所示钻具的剖视结构示意图；
图3是本发明所述桩工机械一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
图1是根据本发明所述钻具一实施例的结构示意图；图2是图1所示钻具的剖视结构示意图。
如图1至图2所示，本发明提供了一种钻具10，包括：悬吊索1、配重体2、回转机构3、钻头4和支撑机构5；所述悬吊索1的一端与所述配重体2固定连接，另一端缠绕在卷扬机构7上；所述支撑机构5可开、合地安装在所述钻具10上，所述支撑机构5与所述配重体2连接，并可在所述配重体2的作用下张开将所述钻具10支撑在钻孔壁上；所述回转机构3安装在所述钻具10内，并可驱动所述钻头4旋转；所述配重体2可通过所述支撑机构5给所述钻头4施加压力。
在该技术方案中，利用所述悬吊索1将所述钻具10吊入所要钻的孔中，解决了现有技术中钻杆长度不足而无法适应更大钻深的困难，使所述钻具10能适用于更大的钻深；由于采用了柔性连接，而非刚性的钻杆，从而减小了所述钻头4工作时带给与所述钻具10连接的其它部件的振动，尤其是在面对超硬岩层的时候，有效地减少了所述振动给设备带来的损害，延长了所述钻具10的使用寿命，降低了成本；而且所述钻具安装便利，结构简单，安全可靠，经济实用。
其中，所述悬吊索1可以是钢丝绳，也可以是其它材料的吊索，只要是柔性结构，而且具有足够的强度即可，在这里，钢丝绳的强度一般足够本发明所提供的所述钻具10的使用需要，而且钢丝绳非常常用、成本不高，所以是一种较优的选择。
所述配重体2的作用是为所述钻具10的工作提供压力，所以所述配重体2的长短、直径、形状等并无需限制，包括所述配重体2的重量在内，均可根据实际需要进行选择。
所述钻头可以为取芯钻筒，所述取芯钻筒包括筒体41和钻齿42。所述筒体41的直径也可以根据实际需要做相应的调整。
优选地，所述回转机构包括马达31，所述马达31安装在马达护筒311内，所述马达31通过导管312与驱动源相连接，所述马达31的输出轴驱动所述钻头4旋转。在该技术方案中，将所述马达31装在所述马达护筒311内，可以保护所述马达31不受损坏。
其中，所述马达31为液压马达、气动马达或者电动机中的任一种，所述驱动源即为与所述马达31相对应的驱动源，而所述导管312则根据所选择的马达类型，可以是油管、气管或电缆等。
优选地，所述马达护筒311可滑动地安装在所述配重体2的中心孔21内，即所述马达护筒311的外壁面可与所述中心孔21的内壁面相滑动，在所述马达护筒311的外壁面上设置有马达护筒卡盘313，在所述中心孔21内壁的下端径向设置有配重卡盘22，所述马达护筒卡盘313和所述配重卡盘22可相互卡合。
在该技术方案中，设置所述配重卡盘22和所述马达护筒卡盘313，使两个卡盘之间能够相互卡合，且马达护筒311可在配重体2的中心孔21中滑动，该结构设计巧妙，可以充分利用配重体2的重量来给钻头4加压，同时在提升所述钻具10时方便取出，并可使所述马达护筒311不会脱出所述中心孔21，提高了所述钻具10的安全性和可靠性。
优选地，所述支撑机构5包括第一连杆51、第二连杆52和支撑板53；所述第一连杆51一端铰接在所述配重体2上，本实施例中是铰接在配重体2的下端面上，另一端与所述支撑板53相铰接；所述第二连杆52一端铰接在所述马达护筒311上，本实施例中是铰接在马达护筒311的下部，另一端与所述支撑板53相铰接。
在该技术方案中，采用铰接的连接方式，使所述支撑机构5可以打开和合上，当所述钻头4抵达孔底时，所述配重体2可继续向下滑动，从而打开所述支撑机构，所述支撑板53可撑住所钻孔的孔壁，从而防止所述配重体2和所述回转机构3随着所述钻头4旋转；当所述钻具10工作完成之后，提钻时，所述配重体2先向上移动，然后带动所述支撑机构5合上，直至所述马达护筒卡盘313和所述配重卡盘22相互卡合，然后带动整个所述钻具10向上移动。
其中，所述第一连杆51、所述第二连杆52和所述支撑板53的形状均无需限制，只要能符合该技术方案中的使用需要即可。例如，所述第一连杆51和所述第二连杆52可以是长方体，也可以是圆柱体等，所述支撑板53的支撑面同样可以是矩形、圆形，等。
优选地，所述支撑板53的外表面为设置有多个凸起的粗糙表面。在该技术方案中，在所述支撑板53的外表面上为设置多个凸起的粗糙表面，可以增大所述支撑板53与所述孔壁的摩擦力，从而对所述支撑机构5的位置进行更可靠的固定。
优选地，所述回转机构3，还包括减速机32，所述减速机安装在所述马达31和所述钻头4之间。在该技术方案中，采用了所述减速机32对所述钻头4进行驱动，可以将所述马达31的转速减至所述钻头4工作需要的转速。
其中，所述减速机32和所述马达31的个数并非必须是一个，以及所述减速机32和所述马达31的大小、所述减速机32和所述马达31的配合方式等，均可根据实际需要进行选择。
图3是本发明所述桩工机械一实施例的结构示意图。
将上述实施例所述的钻具应用于桩工机械上即得到本发明所述的桩工机械，如图3所示，本发明所提供的桩工机械的一实施例，包括卷扬机构7、连续墙机架8、行走底盘9和钻具，所示钻具为上述任一实施例所述的钻具，所述卷扬机构7安装在连续墙机架8上；所述连续墙机架8安装在行走底盘9上；所述钻具与所述卷扬机构7连接。在该技术方案中，能够有效的利用所述连续墙机架8的双卷扬或多卷扬同步技术，实现所述钻具的悬吊索和导管的同步下放、可加大钻深，同时利用连续墙的柔性连接，减少钻进过程中的振动给机器带来的伤害。
根据以上技术方案，如图1至图3所示，本发明所提供的钻具10及桩工机械的工作过程简介如下：
下钻过程：利用连续墙机架8的多卷扬结构7同步下放钻具10，悬吊索1和导管312同步下放，悬吊索1可以是钢丝绳，导管312包括油管和气管等。其中悬吊索1与配重体2相连接，下放的过程中，马达护筒卡盘313和配重卡盘22处于卡合状态，此时配重卡盘22拖着马达护筒卡盘313带动整个钻具10一起下放，而且支撑机构5处于收缩状态。
下钻触底过程：当钻头4接触到孔底的时候，钻具10会在孔底支撑作用下停止下降，而配重体2则会继续下降，此时配重卡盘22与马达护筒卡盘313脱离开而产生间隙11，且越来越大。由于配重体2重量可达数吨(配重重量可根据需要调节)，而配重体2又与支撑机构5相连接，此时支撑机构5在配重体2的重力作用下会向外张开，直到支撑机构5撑住孔壁，配重体2无法继续下放为止。
孔底工作过程：当支撑机构5撑住孔壁，配重体2不在下降的时候，配重体2的压力已经通过支撑机构5加在了钻头4上，此时通过控制导管312，马达31和减速机32，减速机32则会驱动钻头4的筒体41转动，从而钻齿42对岩面进行正常的切削工作。工作过程中，马达31驱动减速机32，减速机32则会驱动筒体41及钻齿42转动对岩面进行切削。此时由于支撑机构5与配重体2和马达护筒311连接在一起，而孔壁与支撑机构间的摩擦力将会固定住配重体2与马达护筒311本身不转动，所以马达31、马达护筒311、配重体2、选吊索1和导管312等均不转动。
提钻过程：当钻具10钻进一定深度，拧断岩心成功取芯之后提钻的时候，悬吊索1会作用在配重体2上，先将配重体2提起，在配重体2向上运动的过正中，支撑机构5会渐渐收缩，直到马达护筒卡盘313和配重卡盘22卡合在一起，此时配重卡盘22会带动马达护筒卡盘313，从而带动整个钻具10向上运动，直至提出孔外。
综上，通过本发明提供的技术方案，利用悬吊索将钻具吊入所要钻的孔，解决了现有技术中钻杆长度不足而无法适应更大钻深的困难，使钻具能适用于更大的钻深；由于采用了柔性连接，而非刚性的钻杆，从而减小了钻头工作时带给钻具其它部件的振动，尤其是在面对超硬岩层的时候，有效地减少了振动给钻具机器带来的损害，延长了钻具和机器的使用寿命，降低了成本，实现了本发明提供的上述技术方案，不仅可以适应更大钻深和更坚硬地层钻孔的需要，提高了钻具的钻进效率与钻进质量，而且本发明的钻具安装便利，结构简单，安全可靠，经济实用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种钻具，其特征在于，包括：
悬吊索(1)、配重体(2)、回转机构(3)、钻头(4)和支撑机构(5)；
所述悬吊索(1)的一端与所述配重体(2)固定连接，另一端缠绕在卷扬机构(7)上；
所述支撑机构(5)可开、合地安装在所述钻具上，所述支撑机构(5)与所述配重体(2)连接，并可在所述配重体(2)的作用下张开将所述钻具支撑在钻孔壁上；
所述回转机构(3)安装在所述钻具内，并可驱动所述钻头(4)旋转；
所述配重体(2)可通过所述支撑机构(5)给所述钻头(4)施加压力。
2.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，
所述回转机构包括马达(31)，所述马达(31)安装在马达护筒(311)内，所述马达(31)通过导管(312)与驱动源相连接，所述马达(31)的输出轴能够驱动所述钻头(4)旋转。
3.根据权利要求2所述的钻具，其特征在于，
所述马达护筒(311)可滑动地安装在所述配重体(2)的中心孔(21)内。
4.根据权利要求3所述的钻具，其特征在于，
在所述马达护筒(311)的外壁面上设置有马达护筒卡盘(313)，在所述中心孔(21)内壁面的下端径向设置有配重卡盘(22)，所述马达护筒卡盘(313)和所述配重卡盘(22)可相互卡合。
5.根据权利要求4所述的钻具，其特征在于，
所述支撑机构(5)包括第一连杆(51)、第二连杆(52)和支撑板(53)；
所述第一连杆(51)一端铰接在所述配重体(2)上，另一端与所述支撑板(53)相铰接；
所述第二连杆(52)一端铰接在所述马达护筒(311)上，另一端与所述支撑板(53)相铰接。
6.根据权利要求5所述的钻具，其特征在于，
所述支撑板(53)的外表面为设置有多个凸起的粗糙表面。
7.根据权利要求2所述的钻具，其特征在于，
所述回转机构(3)还包括减速机(32)，所述减速机安装在所述马达(31)和所述钻头(4)之间。
8.根据权利要求2至7任一所述的钻具，其特征在于，
所述马达(31)为液压马达、气动马达或者电动机中的任一种。
9.根据权利要求1至7任一所述的钻具，其特征在于，
所述悬吊索(1)为钢丝绳，所述钻头(4)为取芯钻筒，所述取芯钻筒包括筒体(41)和钻齿(42)。
10.一种桩工机械，包括卷扬机构(7)、机架(8)、行走底盘(9)和钻具，其特征在于，
所述钻具采用如权利要求1至9任一项所述的钻具；
所述卷扬机构(7)安装在所述机架(8)上；
所述机架(8)安装在所述行走底盘(9)上；
所述钻具与所述卷扬机构(7)连接。
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