CN103726802B - 排渣装置和旋挖钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排渣装置和旋挖钻机。该排渣装置包括：内管，第一外管，上排渣管，下排渣管、进气管、排气管和供气装置供气机构；第一外管套设于内管外；上排渣管的一端通过第一外管的外排渣孔延伸入第一外管内；进气管的一端通过内管的上进气孔延伸入第一外管内，另一端与供气装置供气机构相连；内管设置有与外排渣孔相对设置的上排渣孔，下排渣管的一端通过内管下排渣孔延伸入内管内；下排渣管的另一端用于与旋挖钻机的钻具相连；排气管的一端设置于内管和第一外管之间并与内管同轴联动，另一端与下排渣管相通或与钻具相连。该排渣装置既能降低对钻渣二次破碎的概率，还能防止钻渣糊齿，由此提高了对原生岩层或土层的破碎率，保护钻头钻齿。

Description

排渣装置和旋挖钻机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种排渣装置和旋挖钻机。

背景技术

旋挖钻机是一种取土成孔灌注桩施工机械，具有动力传动平稳以及效率高等优点，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基等基础施工中得到广泛应用。旋挖钻机主要由底盘和工作装置两部分组成，其中底盘包括行走机构、底架和上车回转系统。工作装置通常包括变幅机构、桅杆总成、主卷扬、副卷扬、动力头、钻杆和钻具等。

旋挖钻机钻进成孔的工艺过程大致为：通过钻机的行走机构和桅杆变幅机构使钻具（如回转斗）到达桩位，利用桅杆导向下放钻杆，此过程将设置于钻杆底部的钻具放置到孔位，通过动力头为钻杆提供扭矩，并由加压装置通过加压动力头的方式将压力传递给钻杆和钻具，使钻具破碎岩土并直接将其装入钻具内，然后再由提升装置和伸缩式钻杆将回转斗提出孔外卸土，如此循环反复，不断的取土、卸土，直至钻至设计深度。

现有的旋挖钻机的缺陷在于：在钻进过程中，原生岩层或土层被钻头破碎成钻渣，部分砖渣会不可避免的滞留在钻头附近，一方面，这样会造成钻具的对钻渣的二次破碎，影响对原生岩层或土层的钻进效率，加速耗齿；另一方面，钻渣还易堆积在钻头表面，形成钻渣糊齿，这又进一步降低对原生岩层或土层的破碎效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种排渣装置，以降低旋挖钻机对钻渣的二次破碎，避免钻渣糊齿。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

另一方面，本发明还提供一种排渣装置，用于旋挖钻机，包括：内管，第一外管，上排渣管，下排渣管、进气管、排气管和供气装置供气机构，其中，所述第一外管套设于所述内管外，所述内管由所述旋挖钻机的钻杆驱动转动；所述第一外管设置有可供所述上排渣管穿设的外排渣孔，以及可供所述进气管穿设的上进气孔，所述上进气孔位于所述外排渣孔的下部；所述上排渣管的一端通过所述外排渣孔延伸入所述第一外管内；所述进气管的一端通过所述上进气孔延伸入所述第一外管内，另一端与所述供气装置供气机构相连；所述内管设置有与所述外排渣孔相对设置的上排渣孔，以及可供所述下排渣管穿设的下排渣孔，所述下排渣管的一端通过所述下排渣孔延伸入所述内管内；所述下排渣管的另一端用于与所述旋挖钻机的钻具相连；所述排气管的一端设置于所述内管和第一外管之间并与所述内管同轴联动，另一端与所述下排渣管相通，或与所述钻具相连。

进一步地，还包括上回转支承，所述上回转支承的内圈与所述内管的上端相连，所述上回转支承的外圈与所述第一外管的上端相连；所述内圈或内管与所述钻杆键连接。

进一步地，还包括安装于所述内管和第一外管之间的第一旋转密封件组件，所述第一旋转密封件组件包括位于所述上排渣孔上方的上旋转密封件，以及位于所述上排渣孔下方的下旋转密封件。

进一步地，还包括设置于所述内管和第一外管之间的转动环和第二旋转密封件；所述转动环的内壁与所述内管的外壁相连并与所述内管同轴转动，所述第二旋转密封件设置于所述转动环的外壁和所述第一外管的内壁之间；所述转动环上设置有可供所述排气管穿设的下进气孔，所述排气管的一端穿设所述下进气孔。

进一步地，还包括下连接机构，下回转支承，第二外管和支撑翼；其中，所述内管的下端通过所述下连接机构与所述钻具相连；所述下连接机构与所述内管同轴联动，且沿所述内管的轴向可以移动；所述下回转支承的内圈与所述下连接机构相连，所述下回转支承的外圈与所述第二外管相连；所述支撑翼的铰接端分别与所述第一外管和第二外管铰接。

进一步地，所述下连接机构包括第一连接部，所述第一连接部和所述内管键连接，且所述键连接的键槽和键条沿所述内管的轴向布置。

进一步地，所述内管的外壁设置有键条，所述第一连接部套设于所述内管下部的外围，所述第一连接部内壁设置有与所述键条相适配的键槽。

进一步地，所述下连接机构还包括连接板，所述连接板与所述下回转支承的内圈相连；所述连接板上设置有可供所述下排渣管穿设的通孔，所述下排渣管的另一端通过所述通孔延伸入所述钻具内。

进一步地，所述支撑翼包括：支撑板，上铰接杆和下铰接杆；所述上铰接杆的铰接端与所述内管铰接，另一端与所述支撑板相连；下铰接杆的铰接端与所述第二外管铰接，另一端与所述支撑板相连。

本发明还提供一种旋挖钻机，其设置有上述任意一项所述的排渣装置。

本发明提供一种排渣装置，该排渣装置在供气机构的作用下，进气管、内管和第一外管间隙以及排气管形成高压气体输送通道，由此使得上排渣管、第一外管与内管的间隙、内管内部、以及下排渣管形成负压排渣通道，钻具底部的钻渣和泥浆在负压的作用下通过排渣通道排出桩孔，既能降低了对钻渣二次破碎的概率，还能防止钻渣糊齿，由此提高了对原生岩层或土层的破碎率，保护钻头钻齿；由于大部分钻渣均可通过该排渣装置排出桩孔，因此能够降低旋挖钻机施工过程中提钻渣的次数，提高钻进效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的排渣装置的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的排渣装置的部分立体结构示意图。

附图标记说明：

1内管101上排渣孔

2第一外管3上排渣管

4下排渣管51上旋转密封件

52下旋转密封件6下连接机构

61第一连接部62连接板

63第二连接部71上回转支承

72下回转支承8第二外管

9支撑翼91支撑板

92上铰接杆93下铰接杆

11钻杆12钻具

13进气管14排气管

15转动环16第二旋转密封件

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：

请参见图1，该图示出了本发明实施例提供的排渣装置的结构，为了更清楚的表明部件的连接关系以及工作原理，该图还示出钻杆11和钻具12。本实施例提供的排渣装置用于旋挖钻机，包括：内管1，第一外管2，上排渣管3，下排渣管4、进气管13、排气管14和供气机构（图中未示出），其中，

第一外管2套设于内管1外，内管1由旋挖钻机的钻杆11驱动转动（第一外管2不转动）；

第一外管2设置有可供上排渣管3穿设的外排渣孔，以及可供进气管13穿设的上进气孔，上进气孔位于外排渣孔的下部；上排渣管3的一端通过外排渣孔延伸入第一外管2内；进气管13的一端通过上进气孔延伸入第一外管2内，另一端与供气机构相连；

内管1设置有与外排渣孔相对设置的上排渣孔101，以及可供下排渣管4穿设的下排渣孔，下排渣管4的一端通过下排渣孔延伸入内管1内；下排渣管4的另一端用于与旋挖钻机的钻具12相连；

排气管14的一端设置于内管1和第一外管2之间并与内管1同轴联动，另一端与下排渣管4相通，或与钻具12相连。

本实施例提供的排渣装置利用反循环法将钻具钻齿附近的钻渣吸出，由此减少二次破碎以及钻渣糊齿的概率。为此，本实施例提供的排渣装置设置有供气机构，用于通过高压气体输送通道对钻具底部输送高压空气，高压空气通过排渣通道排出的同时使排渣通道内产生负压，钻具12底部的钻渣连同泥浆在负压作用下被吸入排渣管后排出桩孔。

即上述供气机构作为高压气体源，是进行反循环吸渣的动力源，其具体可以采用空气压缩机等。上述高压气体输送通道由进气管13、内管1和第一外管2间隙以及排气管14组。上述排渣通道由下排渣管4、内管1内部、内管1和第一外管2间隙以及上排渣管3组成。上述高压气体输送通道与下排渣管4相通或钻具12相连，即高压气体输送通道与排渣通道相通。上述下排渣管4具体可以与钻具12的内腔或钻具底板相连。

本领域技术人员可以理解，上排渣管3的一端应是位于第一外管2内且位于内管1外的，即位于第一外管2的内壁和内管1的外壁之间。类似的，进气管13的一端也应是位于第一外管2内且位于内管1外的。且进气管13位上排渣管3下部（上进气孔位于外查孔孔下部），以避免高压气体影响钻渣和泥浆的排出。

本实施例提供的排渣装置中，内管1与钻杆11和钻具12同轴联动；当旋挖钻机工作时，钻杆11将扭矩传递给内管1，内管1又将扭矩传递给钻具12，同时下排渣管4和排气管14也随内管1一同转动，即上述五个部件一同转动。在转动的过程中，开启供气机构，供气机构通过上述高压气体输送高压气体，此时上述排渣通道是与外界大气相通的，其压力小于高压气体输送通道排气口的压力，由此气流会沿着排渣通道急速运动，排渣通道内形成负压环境，钻渣连同泥浆会在该负压的作用下进入排渣通道，并最终排出桩孔。

上述排渣装置中的内管1的作用在于：随钻具12一同转动，通过排管14和下排渣管4将钻具附近的钻渣利用负压吸出；并通过管内通道向外输送。设置第一外管2的作用在于：防止排渣的过程中排渣管以及气管发生卷绕，具体而言：供气机构如空气压缩机在工作时通常是不发生转动的，由此相应的要求进气管13的位置固定；同时，排出的钻渣和泥浆通常也是需要输送至固定位置如泥浆池的，由此也相应的也要求上排渣管3的位置相对固定；综上，即要求第一外管2不发生转动。为此，本实施提供的排渣装置一方面，通过在第一外管2上设置上排渣管3，第一外管2和内管1之间设置可随内管1一同转动的排气管14，实现进气管13可固定输入气，排气管14可随钻具12转动排气，进而防止气管发生卷绕；另一方面，还通过在第一外管2上设置上排渣管3，以及在内管1上设置与上排渣管3相对的上排渣孔101，以实现下排渣管4和排气管14可随钻具12转动吸渣，上排渣管3固定排渣，进而防止排渣管发生卷绕。

进一步的，为了防止从内管1的上排渣孔101排出的钻渣通过内管1和第一外管2的间隙外漏，本实施例提供的排渣装置还包括有安装于内管1和第一外管2之间的第一旋转密封件组件，该第一旋转密封件组件包括位于上排渣孔101上方的上旋转密封件51，以及位于上排渣孔101下方的下旋转密封件52。由此即可保证内管1和第一外管2的相对转动，又能有效防止钻渣外漏。为了防止钻渣通过排渣孔（外排孔和下排渣孔）外漏，还可以在上排渣管3与上排渣孔101之间设置第一密封垫圈；在下排渣管4与下排渣孔之间设置第二密封垫圈。此外，为了提高单位时间内的吸渣率，内管1的上排渣孔101的个数优选为多个，且沿内管1的周向均匀设置。

在此基础上，为了防止进气管13输送的高压气体通过内管1和第一外管2的间隙外漏，本实施例提供的排渣装置还包括有设置于内管1和第一外管2之间的转动环15和第二旋转密封件16；其中，转动环15的内壁与内管1的外壁相连并与内管1同轴转动，第二旋转密封件16设置于转动环15的外壁和第一外管2的内壁之间；转动环15上设置有可供排气管14穿设的下进气孔，排气管14的一端穿设该下进气孔。由此，通过转动环15可实现排气管14与内管1的同轴转动，通过下旋转密封件52和第二旋转密封件16的密封作用，防止高压气体外漏。上述转动环15可以与内管1焊接、粘结或卡接。

对于内管1和第一外管2的固定方式，本实施例可以通过采用上回转支承的方式实现。具体而言，该排渣装置还包括有上回转支承71，该上回转支承71的内圈与内管1的上端相连，外圈与第一外管2的上端相连；上回转支承71的内圈与钻杆11键连接，由此钻杆11的扭矩通过上回转支承71的内圈能够传递给内管1；也可以内管1与钻杆11键连接，由此钻杆11将扭矩直接传递给内管1。更具体而言，钻杆11底部的连接方可以设置有键条，上回转支承71的内圈或内管1设置有与该键条相适配的键槽，或者设置有相应的键套。

此外，为了在钻进过程中防止桩孔塌陷本实施例提供的排渣装置还优选包括下连接机构6，下回转支承72，第二外管8和支撑翼9；其中，

内管1的下端通过下连接机构6与钻具12相连；下连接机构6与内管1同轴联动，且沿内管1的轴向可以移动；

下回转支承72的内圈与下连接机构6相连，外圈与第二外管8相连；

支撑翼9的铰接端分别与第一外管2和第二外管8铰接。

设置支承翼9的作用在于：其打开后撑于桩孔内壁，有效防止桩孔坍塌；其在钻进作业结束后其可收回，以保障提钻的顺利进行。该支撑翼9的铰接端分别铰接于第一外管2和第二外管8，当第一外管2和第二外管8的相对距离减少时，该支撑翼9打开，其支撑板与桩孔抵压接触；当第一外管2和第二外管8的相对增大减少时，该支撑翼9收回，其支撑板与桩孔相分离。

支撑翼9具体可以包括（请参见图2）：支撑板91，上铰接杆92和下铰接杆93；上铰接杆92的铰接端与内管1铰接，另一端与所述支撑板91相连；下铰接杆93的铰接端与第二外管8铰接，另一端也与所述支撑板91相连；上述上铰接杆92和下铰接杆93优选与支撑板91铰接。上述上铰接杆92和下铰接杆93的个数可以为一个或多个。此外，上述支撑翼9的个数也可以为一个或多个，优选的，支撑翼9的个数不少于三个。

支撑翼9的打开与收回是通过第一外管2、第二外管8相对位置的改变实现的，而第一外管2和第二外管8之间相对位置的改变是通过内管1与下连接机构6的相对移动实现的，具体而言：当进行钻进作业时，钻杆11连同内管1在旋挖钻机加压装置的作用下向下移动，直至其与下连接机构6抵压接触，此时第一外管2也向下移动，第一外管2与第二外管8之间的相对距离减小，带动支撑翼9的上支撑杆与92和下支撑杆93与竖直面的夹角变大，相应的将支撑翼9的支撑板91撑起于桩孔内壁；当钻进结束，提钻过程中，下连接机构6和钻具12的重力作用下，内管1与下连接机构6之间的距离变大，此时第一外管2与第二外管8之间的相对距离也变大，上支撑杆与92和下支撑杆93与竖直面的夹角变小，相应的将支撑翼9的支撑板91撑收回。

下连接机构6的作用在于：通过与内管1的相对运动，实现第一外管2和第二外管8的相对运动，进而实现支撑翼9的开合；此外还有将内管1的扭矩传递给钻具12的作用。设置下回转支承72的作用在于：在保证上述功能的同时，第二外管8能不随下连接机构6转动。

具体而言，为了保证传扭功能，下连接机构6可以与内管1键连接，具体而言：下连接机构6可以包括第一连接部61，该第一连接部61和内管1键连接，同时为了保证内管1与下连接机构6沿轴向的相对运动，上述键连接的键槽和键条沿内管1的轴向方向布置。更具体而言，键连接的具体方式可以采用如下方式中的任意一种：

内管1的外壁设置有键条，第一连接部61套设于内管1下部的外围，第一连接部61内壁设置有与该键条相适配的键槽。

内管1的外壁设置有键槽，第一连接部61套设于内管1下部的外围，第一连接部61内壁设置有与该键槽相适配的键条。

此外，为了不影响下排渣管4与钻具12连接，该下连接机构6还可以包括连接板62，该连接板62与下回转支承72的内圈相连；连接板62上设置有可供下排渣管4穿设的第一通孔，下排渣管4的另一端通过该第一通孔延伸入钻具12内。对于排气管14与钻具12相连的情况，该连接板62还应设置有可供排气管14穿设的第二通孔，排气管14的另一端通过该第二通孔延伸入钻具12内。此外，该下连接机构6还可以包括有第二连接部63，该第二连接部63用于与钻具12相连，具体其可以与钻具12的连接方键连接或螺栓连接。

本实施例提供的排渣装置的工作过程如下：

使用前，将上回转支承71与钻杆11相连，将下连接机构6与钻具12相连，安装完毕；

旋挖钻机钻进过程中，开启供气机构，高压气体依次通过进气管13、内管1和第一外管2的间隙、排气管14到达下排渣管4或钻具12底部，该高压气体又依次通过下排渣管4、内管1内部、内管1和第一外管2的间隙以及上排渣管3排出，并且由于上述高压气体输送通道内的气压高于排渣通道，因此排渣通道内产生负压，钻渣连同泥浆会在该负压的作用下依次进入下排渣管4、内管1内部、内管1和第一外管2间隙以及上排渣管3并最终排出桩孔。请参见图1，该图中空心箭头为高压气体走向，实心箭头为钻渣和泥浆走向。

同时，在旋挖钻机加压装置的作用下，内管1向下运动直至与下连接机构6抵压接触，同时带动第一外管2与第二外管8之间的相对距离减小，支撑翼9打开。

旋挖钻机钻进结束后，关闭供气机构，提钻过程中，在下连接机构6和钻具12的重力作用下，内管1相对于下连接机构6向上运动，同时带动第一外管2与第二外管8之间的相对距离增大，支撑翼9收回。

由上述内容可知，本发明实施例提供的排渣装置具有如下优点：

在供气机构的作用下，进气管13、内管1和第一外管2间隙以及排气管14形成高压气体输送通道，由此使得上排渣管3、第一外管2与内管1的间隙、内管1内部、以及下排渣管4形成负压排渣通道，钻具12底部的钻渣和泥浆在负压的作用下通过排渣通道排出桩孔，既能降低了对钻渣二次破碎的概率，还能防止钻渣糊齿，由此提高了对原生岩层或土层的破碎率，保护钻头钻齿；

由于大部分钻渣均可通过该排渣装置排出桩孔，因此能够降低旋挖钻机施工过程中提钻渣的次数，提高钻进效率。

本发明实施例还提供了一种旋挖钻机，该旋挖钻机设有上述任一种排渣装置。具体而言，排渣装置中的上回转支承71与钻杆11驱动连接（如键连接），内管1底部（未设置下连接机构6的情况）或下连接机构6与钻具12相连；下排渣管4与钻具12的钻筒内部相通或与钻具12底面相通，本领技术人员可以根据钻具的具体类型选择排渣管4具体与钻具12哪一部位相通。对于排气管14与钻具12相连的情况，本领技术人员也可以根据钻具的具体类型选择排渣管4具体与钻具12的钻筒内部或钻具12底面相通。

由于上述任一种排渣装置具有上述技术效果，因此，设有该排渣装置的工旋挖钻机也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种排渣装置，用于旋挖钻机，其特征在于，包括：

内管(1)，第一外管(2)，上排渣管(3)，下排渣管(4)、进气管(13)、排气管(14)和供气机构，其中，

所述第一外管(2)套设于所述内管(1)外，所述内管(1)由所述旋挖钻机的钻杆(11)驱动转动；

所述第一外管(2)设置有可供所述上排渣管(3)穿设的外排渣孔，以及可供所述进气管(13)穿设的上进气孔，所述上进气孔位于所述外排渣孔的下部；所述上排渣管(3)的一端通过所述外排渣孔延伸入所述第一外管(2)内；所述进气管(13)的一端通过所述上进气孔延伸入所述第一外管(2)内，另一端与所述供气机构相连；

所述内管(1)设置有与所述外排渣孔相对设置的上排渣孔(101)，以及可供所述下排渣管(4)穿设的下排渣孔，所述下排渣管(4)的一端通过所述下排渣孔延伸入所述内管(1)内；所述下排渣管(4)的另一端用于与所述旋挖钻机的钻具(12)相连；

所述排气管(14)的一端设置于所述内管(1)和第一外管(2)之间并与所述内管(1)同轴联动，另一端与所述下排渣管(4)相通，或与所述钻具(12)相连。

2.根据权利要求1所述的排渣装置，其特征在于，还包括上回转支承(71)，所述上回转支承(71)的内圈与所述内管(1)的上端相连，所述上回转支承(71)的外圈与所述第一外管(2)的上端相连；所述内圈或内管与所述钻杆(11)键连接。

3.根据权利要求1所述的排渣装置，其特征在于，还包括安装于所述内管(1)和第一外管(2)之间的第一旋转密封件组件，所述第一旋转密封件组件包括位于所述上排渣孔(101)上方的上旋转密封件(51)，以及位于所述上排渣孔(101)下方的下旋转密封件(52)。

4.根据权利要求3所述的排渣装置，其特征在于，还包括设置于所述内管(1)和第一外管(2)之间的转动环(15)和第二旋转密封件(16)；所述转动环(15)的内壁与所述内管(1)的外壁相连并与所述内管(1)同轴转动，所述第二旋转密封件(16)设置于所述转动环(15)的外壁和所述第一外管(2)的内壁之间；所述转动环(15)上设置有可供所述排气管(14)穿设的下进气孔，所述排气管(14)的一端穿设所述下进气孔。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的排渣装置，其特征在于，还包括下连接机构(6)，下回转支承(72)，第二外管(8)和支撑翼(9)；其中，

所述内管(1)的下端通过所述下连接机构(6)与所述钻具(12)相连；所述下连接机构(6)与所述内管(1)同轴联动，且沿所述内管(1)的轴向可以移动；

所述下回转支承(72)的内圈与所述下连接机构(6)相连，所述下回转支承(72)的外圈与所述第二外管(8)相连；

所述支撑翼(9)的铰接端分别与所述第一外管(2)和第二外管(8)铰接；

所述支撑翼(9)包括：支撑板(91)，上铰接杆(92)和下铰接杆(93)；所述上铰接杆(92)的铰接端与所述内管(1)铰接，另一端与所述支撑板(91)相连；下铰接杆(93)的铰接端与所述第二外管(8)铰接，另一端与所述支撑板(91)相连。

6.所述权利要求5所述的排渣装置，其特征在于，所述下连接机构(6)包括第一连接部(61)，所述第一连接部(61)和所述内管(1)键连接，且所述键连接的键槽和键条沿所述内管(1)的轴向布置。

7.根据权利要求6所述的排渣装置，其特征在于，所述内管(1)的外壁设置有键条，所述第一连接部(61)套设于所述内管(1)下部的外围，所述第一连接部(61)内壁设置有与所述键条相适配的键槽。

8.根据权利要求6所述的排渣装置，其特征在于，所述下连接机构(6)还包括连接板(62)，所述连接板(62)与所述下回转支承(72)的内圈相连；所述连接板(62)上设置有可供所述下排渣管(4)穿设的通孔，所述下排渣管(4)的另一端通过所述通孔延伸入所述钻具(12)内。

9.一种旋挖钻机，其特征在于，设置有权利要求1至8任意一项所述的排渣装置。