CN102913121A - 柔性吊管振冲器钻孔机 - Google Patents

Abstract

一种全电动遥控操作的柔性吊管振冲器钻孔机。将振冲器与底盘结合成一整体，其整机高度不超过10m，重量不超过10吨，但成孔深度超过200米。在其电控系统中装有钻孔阻力突然增大时自动提钻上下反复冲击直到正常钻进的防夹钻装置，远比人工操作反应灵敏可靠，完全避免了夹钻事故发生。可安装GPS定位接收装置和程序控制执行装置，按输入的既定坐标和作业程序实现无人操作全自动施工。采用多节相连的由矩形钢管包裹保护水管、电缆、气管、钢丝绳的柔性多节吊管，使成孔深度可达数百米。不烧油不冒黑烟，既为用户减少了设备投资和使用成本，提高了施工效率，又节能减排有利于环保。

Description

柔性吊管振冲器钻孔机

技术领域

本发明涉及一种建筑施工机械，具体说是一种使用振冲器向地下钻深孔的钻孔机。

背景技术

采用振冲器钻孔制作碎石桩或砂桩加固软土地基，已有数十年历史。迄今为止，所有的振冲器都是悬挂在履带起重机(履带吊)或汽车吊这类通用设备上施工。这种传统的作业方式存在两大问题：

其一，必须大马拉小车。即必须用大吨位的(一般超过50吨，甚至达百吨级)履带吊或汽车吊来悬挂总重仅有几吨重的振冲器行走施工，做大量无用功造成能源浪费。这看似极不合理却不得不为之的原因是：振冲器施工中常常发生夹钻现象，一旦夹钻所需的拔钻力远远超过振冲器加上后面的吊管总重的十多倍，因此不能使用小吨位吊车。几十吨甚至上百吨的设备行走时所耗能量绝大部分是做无用功。

其二，钻深受起吊高度限制。振冲器钻孔时必须将其连同其后接连的刚性吊管整体悬挂起来，钻多深就必须吊多高。迄今振冲器钻孔深度的记录是35m。履带吊或汽车吊在软土地基工地将振冲器连同吊管高高挂着行走施工时，因地面软经常发生倾翻事故。使用现有设备能用振冲器钻超过百米的深孔吗？不能。没办法吊那么高。但是又确实有将振冲器成孔深度突破极限的工程需要：很多工地需加固的淤泥层或淤泥质土层厚度超过七十米。地源热泵深井的钻深达200m，如采用振冲器成孔可以将钻进速度比正反循环泥浆护壁钻孔提高数十倍。可惜现有技术只能吊多高钻多深。

针对上述现有技术的不足，改进的方向应该是：设计一种轻巧的振冲器钻机，改变巨型大马拉小车造成的能源浪费，彻底根绝夹钻事故和施工时因“长长吊管高高挂”引发的吊车倾翻事故。突破振冲器成孔时现有的深度极限，将钻深增加十倍以上。

要实现此目标必须解决：

一.彻底消除振冲器夹钻现象。不夹钻就不需要用大吨位设备拔钻，几十吨重上百吨的设备就可以减轻到几吨重。二.加长吊管。钻多深吊管必须有多长是肯定的，但吊管多长不一定必须吊多高。如能将吊管长度增加若干倍的同时又不增加其起吊高度，钻机肯定能够小型化。

先看如何才能不夹钻。有经验的操作者都知道：夹钻发生前振冲器电路中电流强度会因阻力突变而突然增大，此时只要立刻提起振冲器再使之下落，上下反复冲击几次直到电流强度正常即可避免夹钻继续钻进。但现有的悬挂振冲器的吊车都是以吊装作业为主的通用设备，通用设备绝不允许具备吊起重物自动上下冲击的功能。这个反复冲击的动作只能依靠操作者人工完成。人有疲劳有疏忽的时候，稍不留神夹钻已经发生。只要我们设计的钻机上具备电流突增至报警的临界值时自动提钻上下冲击的功能，就永远不可能夹钻。

再看如何加长吊管。吊管是连接在振冲器后面的一根长钢管，其作用有三：其一是保护振冲器电缆、高压水管、气管不被沙石损伤。其二是防扭。振冲器电机高速旋转时其外壳有反向转动趋势，导管可避免其内的电缆、水管气管绞成一团受损。其三是依靠其重量增加钻进压力。必须在保证以上功能不变的条件下将刚性吊管改为柔性使之得以加长。

发明内容

我们要解决的技术问题是：设计一台具备自动提钻冲击功能的振冲器钻机，要求其高度不超过10米，钻机自重不超过10吨，其吊管长度不受钻机高度限制能够超过200米，从而使钻机钻孔深度超过200米。

我们解决上述技术问题的方法是：设计一台全电动的柔性吊管振冲器钻孔机，由履带行走系统、支承梁、回转支承、钻机平台、卷扬机、配电控制系统、振冲器及振冲器吊管、立柱、顶部滑轮、前支腿构成，其特征在于：配电控制系统中装有遥控接受装置，读取振冲器电路中电流强度的互感器回路中串联有过电流继电器，其常开节点与卷扬机提升开关接触器相接，当振冲器电路电流强度达到报警临界值时，过电流继电器将卷扬机提升开关接通，使振冲器上提随之下落而反复提、落冲击，直至正常钻进，其振冲器吊管采用两侧面有防扭插板的多节矩形钢管内包裹电缆、水管、气管和钢丝绳的柔性多节吊管。钻机还可应用户要求在其配电控制系统中安装GPS定位接收装置和自控执行装置，输入预定坐标和执行程序实现无人操作全自动作业。

钻机结构通过附图说明

附图说明

图1.本发明钻机立面视图    图2.顶部滑轮结构图

图3.吊管活动拨杆结构      图4.柔性多节吊管横截面结构图

图5.柔性多节吊管外层的矩形钢管节结构图

图中：1.履带行走系统，2.支承梁，3.回转支承，4.钻机平台，5.柔性多节吊管，6.吊管固定支架，7.吊管活动拨杆，8.卷扬机，9.回转减速机，10.配电控制柜，11.立柱，12.主钢丝绳，13.顶部滑轮，14.振冲器，15.前支腿，16.填充物(或橡胶)，17.小钢丝绳，18.水管，19.电缆，20.气管，21.胶管，22.矩形钢管，23.矩形钢管节一端两侧面的防扭插板。

具体实施方式

图1表示钻机在钻孔前的状态。柔性多节吊管5悬挂在钻机平台4后面的吊管固定支架6上。开钻后，随振冲器14钻入土层，柔性多节吊管5随卷扬机主钢丝绳12一同被拉入钻孔中(参看图2)。

从钻孔中拔出振冲器时稍稍麻烦一点：需要用可伸缩的吊管活动拨杆7将由钻孔中拔出顺顶部滑轮13溜下来柔性多节吊管5搭在吊管固定支架6上。吊管固定支架6和活动拨杆7顶端都有圆形滚桶，但固定支架6上的滚桶不能转动而活动拨杆7上的滚桶可以灵活转动。活动拨杆7的长度可以伸缩(见图3)。当需要将柔性多节吊管5搭在固后支架6的后侧时，此活动拨杆伸长其高度超过固定支架，柔性多节吊管被重叠搭上去。

图4是柔性多节吊管横截面结构图。水管18、电缆19、气管20被填充物16和胶管21固定(也可整体用橡胶硫化成带形)连同小钢丝绳17一同穿进矩形钢管节22内。胶管21起保护和固定双重作用。小钢丝绳17左右两根承担柔性多节吊管的重量以防被拉断。矩形钢管节22主要起保护、抗扭作用。其重量也有钻进施压的作用，但施压主要靠加重振冲器部位那一段的重量解决，类似地质钻探时“钻挺”的作用。由图5可知：每节矩形钢管节22一端的侧壁外焊有两块板作为防扭插板23，当柔性多节吊管在钻孔内成垂直的直线形时，每节矩形钢管紧密相接触，其防扭插板插在相邻节钢管外，使整条吊管具有一定的但已足够的抗扭转能力保护其内的电缆、水管、气管。当柔性多节吊管弯曲时，两侧的防扭插板不妨碍其弯曲。选择尺寸合适的矩形冷拔钢管切成段后在一端两侧外壁焊上防扭插板，再一节节穿在已用胶管固定的水管、电缆、气管和小钢丝绳外边即做成整条柔性多节吊管。整条吊管的两端应固定好以保证每节矩形钢管都压在一起紧密相接。

这条柔性吊管有多长，振冲器钻孔就能钻多深。这种能钻数百米深孔的钻机整机重量和高度仅为现在所用履带吊的1/10左右。再也不必强行拔钻，再也不用为重型吊车高悬数十米吊管在软土地基上行走而担心。

综上所述：本发明将振冲器成孔深度一举增加到数百米。采用轻巧的专用底盘取代原大型通用起重机，将振冲器与底盘结合成一整体，整机高度和重量都降低到原大型通用起重机的1/10左右。彻底根除了原振冲器施工时频发的夹钻事故和大型吊车倾翻事故。全电动遥控操作，可按预定坐标和输入的执行程序实行无人操作全自动化施工作业。不烧油不冒黑烟，节能减排有利环保。为用户减少了设备投资和使用成本，大大提高了施工能力和效率。是个显著的技术进步。

Claims (2)

1.一种柔性吊管振冲器钻孔机，由履带行走系统、支承梁、回转支承、钻机平台、卷扬机、配电控制系统、振冲器及振冲器吊管、立柱、顶部滑轮、前支腿构成，其特征在于：配电控制系统中装有遥控接收装置，读取振冲器电路电流强度的互感器回路中串联有过电流继电器，其常开节点与卷扬机提升开关接触器相接，当振冲器电路电流强度达到报警临界值时过电流继电器将卷扬机提升开关接通，使振冲器上提随之下落而反复提落冲击，直至正常钻进，其振冲器吊管采用两侧有防扭插板的多节矩形钢管内包裹电缆、水管、气管和钢丝绳的柔性多节吊管。

2.一种如权利要求1所述的柔性吊管振冲器钻孔机，其特征在于：所说的配电控制系统中装有定位接收装置和按输入的既定坐标与执行程序执行的自动控制执行装置。

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