CN105484663A - 一种智能四岔挤扩钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能四岔挤扩钻机，它涉及建筑工程机械领域。它包括钻机本体、由智能控制系统调节的四岔挤扩装置和顶部敞开的清渣斗，清渣斗设置在四岔挤扩装置下部，所述四岔挤扩装置的上连接头与钻机本体的钻杆下端相连，其下连接头与清渣斗上部的连接头相连；四岔挤扩装置的四组挤扩臂成对称布置，使得挤扩时各组挤扩臂的径向力及轴向力能相互抵消；所述智能控制系统通过四岔挤扩装置反馈回来的压力、扭矩信息，按预设程序可自动调节挤扩臂往外伸张的进给量。本发明能够将挤扩、清孔能一次性完成，且能适应各种地质条件，实时监控、调节设备工作状态，可防止油管爆裂导致的环境污染，大大提高了设备功效，节约了经济成本。

Description

一种智能四岔挤扩钻机

技术领域

本发明涉及建筑工程机械领域，具体涉及一种智能四岔挤扩钻机。

背景技术

近年来，用于桩工技术的钻机多种多样，现有的多节挤扩灌注桩技术，在建筑领域地基处理中应用广泛，因该技术可大幅度提高单桩的承载力，故取得了良好的社会经济效益。但这些技术尚存在局限。

现有的挤扩灌注桩的施工工艺是：钻孔一挤扩一清孔。用此法施工通常采用旋挖钻机加三岔进行挤扩孔施工，然后更换旋挖斗来清理孔底沉渣。此法施工不仅使得施工工序增加，加大单桩施工的时间和成本，而且无法适时监控挤扩臂在运行中张开的实际状态，也无法对挤扩切削的进给量进行精确控制，从而使得设备不能适应多变的土层结构，导致在沙土层在孔内成腔时，对腔体周围土扰动大，易形成孔底沉渣且挤扩出的腔体不够规则；而在遇到岩石层或硬风花层时，因挤扩臂伸张速度过快，挤扩臂受力过大，导致挤扩臂变形，甚至断裂，造成事故和经济上的重大损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种挤扩、清孔能一次性完成，且能适应各种地质条件，实时监控、调节设备工作状态的智能四岔挤扩钻机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种智能四岔挤扩钻机，包括钻机本体、由智能控制系统调节的四岔挤扩装置和顶部敞开的清渣斗，清渣斗设置在四岔挤扩装置下部，所述四岔挤扩装置的上连接头与钻机本体的钻杆下端相连，其下连接头与清渣斗上部的连接头相连；四岔挤扩装置的四组挤扩臂成对称布置，使得挤扩时各组挤扩臂的径向力及轴向力能相互抵消；所述智能控制系统通过四岔挤扩装置反馈回来的压力、扭矩信息，按预设程序可自动调节挤扩臂往外伸张的进给量。

通过上述技术方案，四岔挤扩装置旋扩、切削产生的渣土能直接落入顶部敞开的清渣斗中，可达到一次清理孔底沉渣的效果；同时四岔挤扩装置采用对称设计，其所受的径向力及轴向力能相互抵消，在工作中四岔挤扩装置径向跳动小，挤扩出来的腔型好；而且其配备的智能控制系统，可适时监控挤扩臂在运行中张开的实际状态，对挤扩切削的进给量进行精确控制，从而使得设备能够适应多变的土层结构。

进一步地，所述四岔挤扩装置包括可伸张的挤扩臂、挤扩油缸，挤扩臂分别与上连接头和下连接头通过销轴铰接，所述挤扩油缸位于四岔挤扩装置的中心位置，挤扩油缸底座与上连接头固定连接，挤扩油缸的活塞杆通过销轴与焊接在下连接头上的凸耳连接。

通过上述技术方案，内设的挤扩油缸充当动力来源，使得铰接连接的挤扩臂能够自由往外伸张，进行切削、挤扩作业。

进一步地，所述挤扩臂上通过螺栓固定安装有切削齿和挤扩刀片，切削齿数量和挤扩刀片的种类组合可通过人工的方式来调节，非常方便。

通过上述技术方案，切削齿和挤扩刀片有助于挤扩臂更好地进行切削、挤扩作业，调节切削齿的数量和挤扩刀片种类组合，可适应不同的地质条件的土层。

进一步地，所述挤扩臂由上挤扩臂和下挤扩臂组成，上挤扩臂与下挤扩臂之间通过销轴铰接，上挤扩臂的另一端与上连接头通过销轴铰接，下挤扩臂的另一端与下连接头通过销轴铰接。

通过上述技术方案，销轴连接的上、下挤扩臂设计，保证了挤扩臂往外的自由伸张。

进一步地，所述清渣斗包括连接头、筒体、筋板、挖齿、底板和放渣机构，筒体一旁设置有放渣机构，放渣机构与连接头相连，连接头与筒体之间通过若干根筋板固定连接，底板通过一侧设置的底板销轴活动连接在筒体底部，底板上设有两排挖齿。

通过上述技术方案，筋板可起到稳定、加固设备的作用，放渣机构用于将筒体内的渣土自动卸载，减轻工人的劳动强度，挖齿可进一步挖掘清理孔内沉渣。

进一步地，所述放渣机构由放渣杆、弹簧、连杆、锁扣及挂钩组成，套设有弹簧的放渣杆与筒体内的连杆连接，连杆与其下部的锁扣连接，锁扣与安装在筒体上的挂钩相配合连接。

通过上述技术方案，当清渣斗提出需要放渣时，由旋挖钻的动力头，按下放渣杆，则锁扣与挂钩解开，底板在重力作用下，绕底板销轴转动打开，渣土在重力的作用下倒出；放渣杆在弹簧的作用下自动回位，把底板合上时，锁扣自动锁死挂钩。

进一步地，所述智能控制系统可实时监控系统油压，当系统突然失压或压力突然变小时，通过预先植入的油管防爆控制装置，可直接关闭油路。

通过上述技术方案，可避免油管由于在桩孔内，无法进行监控，经常出现缠绕、磨损，导致油管破裂，致使系统的液压油大量泄漏，造成的环境污染和事故损失。

进一步地，所述油管防爆控制装置是在液压系统中增设两个压力传感器，一个用于监控设备主系统压力，另一个用于监控四岔挤扩装置油压，两者所监测的数据反馈至智能控制系统。

通过上述技术方案，两个压力传感器将数据反馈到智能控制系统，智能控制系统把这两个压力进行比较，当四岔挤扩装置油压低于预设值时，四岔挤扩装置油压系统失压，则可判定四岔挤扩装置系统油路有泄漏，需要对管路及液压元器件进行检查，此时系统弹出故障报警，并自动切断对四岔挤扩装置的供油。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明独立用一台设备不用拆装就能同时完成挤扩-清孔施工，大幅提高了设备利用率及施工工效。

(2)采用了四岔挤扩装置，其四组挤扩臂成对称布置，挤扩时的各组挤扩臂的径向力能相互抵消，径向跳动小，挤扩出来的腔型好，四组挤扩臂同时进行滚压挤扩或切削，工作效率大幅提高。

(3)采用智能控制系统，通过反馈回来的压力、扭矩信息，自动调节四岔挤扩臂往外伸张的进给量，精确控制挤扩臂的张开量，同时根据不同的地质情况，按预设程序进行操作，手动、自动可随时转换，操作简单、直观，大大提高了设备适应范围，质量更可靠。

(4)采用顶部敞开的清渣斗，工作时四岔挤扩装置旋扩及切削产生的渣土能直接落入清渣斗中，可达到一次清理孔底沉渣的效果。

(5)采用油管防爆控制装置，在油管破裂时，能自动切断油路，避免污染环境、减少事故损失。

附图说明

图1是本实施例的结构示意图；

图2是本实施例中四岔挤扩装置的结构示意图；

图3是图2中B部位的放大图；

图4是图2中A-A方向的剖视图；

图5是四岔挤扩装置对称布置的一对挤扩臂的受力分析图；

图6是本实施例中清渣斗的结构示意图；

图7是图6中C-C方向的剖视图；

图8是本实施例中四岔挤扩装置的自动控制原理方框图。

图中编号说明：

1-钻机本体；2-智能控制系统；3-钻杆；4-四岔挤扩装置；5-清渣斗；401-下连接头；402-下挤扩臂；403-凸耳；404-销轴1；405-挤扩油缸；406-上挤扩臂；407-销轴2；408-上连接头；409-切削齿；409B-固定螺母；410-挤扩刀片；410A-固定螺栓；411-销轴3;501-底托；502-清渣齿；503-底板销轴；504-活动底板；505-固定底板；506-筒体；507-筋板；508-连接头；509-放渣杆；510-弹簧；511-连杆；512-锁扣；513-挂钩。

具体实施方式

本发明具体实施方式采用以下技术方案：

参看附图1和图2：

一种智能四岔挤扩钻机，包括钻机本体1、由智能控制系统2调节的四岔挤扩装置4和顶部敞开的清渣斗5，清渣斗5设置在四岔挤扩装置4下部，四岔挤扩装置4的上连接头408与钻机本体1的钻杆3下端相连，其下连接头401与清渣斗5上部的连接头508相连；

四岔挤扩装置4的四组挤扩臂成对称布置，挤扩时各组挤扩臂的径向力及轴向力能相互抵消，径向跳动小，挤扩出来的腔型好。图5是四岔挤扩装置对称布置的一对挤扩臂的受力分析图，把作用在挤扩臂上的力F1~F4进行分解，在图中可得出，向左两个径向力f2、f7可与向右的两个径向力f3、f6抵消；向上的两个轴向力f5、f8可与向下的两个轴向力f1、f4抵消。故四岔挤扩装置4的四组挤扩臂成对称布置，在挤扩工作中其所受的外来，将转变成内应力，以减小四岔挤扩装置的径向跳动，保证挤扩出来的腔型质量，特别是，在30-60米深度作业时，效果尤为明显。

智能控制系统2采用工作状态屏显设计，通过四岔挤扩装置4反馈回来的压力、扭矩信息，按预设程序可自动调节挤扩臂往外伸张的进给量。

智能控制系统2中的油管防爆控制装置是在液压系统中增设两个压力传感器，一个监控设备主系统压力，一个监控四岔挤扩装置4油压，智能控制系统2把这两个压力进行比较，当四岔挤扩装置4油压低于预设值时，四岔挤扩装置4油压系统失压，则可判定四岔挤扩装置4系统油路有泄漏，需要对管路及液压元器件进行检查，此时系统弹出故障报警，并自动切断对四岔挤扩装置4的供油。这样可避免油管由于在桩孔内，无法进行有效监控，出现的缠绕、磨损，导致油管破裂，致使系统的液压油大量泄漏，造成的环境污染和事故损失。

参看附图2~图8：

四岔挤扩装置4包括可伸张的挤扩臂、挤扩油缸405、切削齿409和挤扩刀片410，挤扩臂由上挤扩臂406和下挤扩臂402组成，上挤扩臂406与下扩臂402之间通过销轴404铰接，挤扩臂分别与上连接头408和下连接头401通过销轴2407铰接，挤扩臂上通过螺母409B固定安装有切削齿409和挤扩刀片410，可根据不同地质条件的土层来调节切削齿409和挤扩刀片410的数量和组合；挤扩油缸405位于四岔挤扩装置4的中心位置，其底座与上连接头408固定连接，其油缸伸缩杆通过销轴3411与焊接在下连接头401上的凸耳403连接。

清渣斗5包括连接头508、筒体506、筋板507、挖齿502、底板（504、505）以及放渣机构组成。连接头508与筒体506之间通过若干根筋板507固定连接，筋板507的结构如图7所示，上小、下大，呈三角形布置，即充分保证清渣斗的受力，又使清渣斗上部完全敞开，确保工作中的渣土能直接落入清渣斗中；底板504设有两排清渣齿502，使该清渣斗还具备清理孔底沉渣功能；筒体506的一旁设置有放渣机构，放渣机构由放渣杆509、弹簧510、连杆511、锁扣512及挂钩513组成。当清渣斗提出需要放渣时，由旋挖钻的动力头，按下放渣杆509，则锁扣512与挂钩513解开，底板（504、505）在重力作用下，绕底板销轴503转动打开，渣土在重力的作用下倒出；放渣杆509，在弹簧510的作用下自动回位，把底板合上时，锁扣512自动锁死挂钩513。

本发明挤扩时，四岔挤扩装置4及清渣斗5通过钻机本体1的钻杆3带动，沿着钻好的直孔往下运动，到达预定扩孔深度时，通过智能控制系统2的控制，设备按预设程序进行工作，四岔挤扩臂由挤扩油缸405作为动力源，带动其往外扩张，四岔挤扩装置4在钻机本体1中钻杆动3的带动下，通过挤扩臂上设置的切削齿409和挤扩刀片410来进行旋转滚压、切削挤扩作业；四岔挤扩装置4在挤扩、切削时所产生的渣土，会直接落入顶部敞开的清渣斗5中，可一次清理孔底沉渣；工作完成后，挤扩油缸405带动挤扩臂收缩复位，便可完成作业。

参看附图8：

在整个作业期间，智能控制系统2可适时监控挤扩臂在运行中张开的实际状态，通过四岔挤扩装置4反馈回来的液压系统实时压力、扭矩信息，结合实际设定值，综合比较分析，若数据高于设定值，则按照预先调节值，通过电控节流阀调整进给速度，调小数值；若数据低于设定值，则按照预先调节值，通过电控节流阀调整进给速度，调大数值；从而判别、调节四岔挤扩臂往外伸张的进给量，对挤扩切削的程度进行数据化精确控制，使得设备能够适应多变的土层结构。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能四岔挤扩钻机，包括钻机本体，其特征在于，还包括由智能控制系统调节的四岔挤扩装置和顶部敞开的清渣斗，清渣斗设置在四岔挤扩装置下部，所述四岔挤扩装置的上连接头与钻机本体的钻杆下端相连，其下连接头与清渣斗上部的连接头相连；四岔挤扩装置的四组挤扩臂成对称布置，使得挤扩时各组挤扩臂的径向力及轴向力能相互抵消；所述智能控制系统通过四岔挤扩装置反馈回来的压力、扭矩信息，按预设程序可自动调节挤扩臂往外伸张的进给量。

2.根据权利要求1所述的智能四岔挤扩钻机，其特征在于，所述四岔挤扩装置包括可伸张的挤扩臂、挤扩油缸，挤扩臂分别与上连接头和下连接头通过销轴铰接，所述挤扩油缸位于四岔挤扩装置的中心位置，挤扩油缸底座与上连接头固定连接，挤扩油缸的活塞杆通过销轴与焊接在下连接头上的凸耳连接。

3.根据权利要求2所述的智能四岔挤扩钻机，其特征在于，所述挤扩臂上通过螺栓固定安装有切削齿和挤扩刀片，切削齿和挤扩刀片的数量和组合可根据地质土层实际情况灵活调整。

4.根据权利要求2或3所述的智能四岔挤扩钻机，其特征在于，所述挤扩臂由上挤扩臂和下挤扩臂组成，上挤扩臂与下挤扩臂之间通过销轴铰接，上挤扩臂的另一端与上连接头通过销轴铰接，下挤扩臂的另一端与下连接头通过销轴铰接。

5.根据权利要求1所述的智能四岔挤扩钻机，其特征在于，所述清渣斗包括连接头、筒体、筋板、挖齿、底板和放渣机构，筒体一旁设置有放渣机构，放渣机构与连接头相连，连接头与筒体之间通过若干根筋板固定连接，底板通过一侧设置的底板销轴活动连接在筒体底部，底板上设有两排挖齿。

6.根据权利要求5所述的智能四岔挤扩钻机，其特征在于，所述放渣机构由放渣杆、弹簧、连杆、锁扣及挂钩组成，套设有弹簧的放渣杆与筒体内的连杆连接，连杆与其下部的锁扣连接，锁扣与安装在筒体上的挂钩相配合连接。

7.根据权利要求1~3中任一项所述的智能四岔挤扩钻机，其特征在于，所述智能控制系统可实时监控系统油压，当系统突然失压或压力突然变小时，通过预先植入的油管防爆控制装置，可直接关闭油路。

8.根据权利要求7所述的智能四岔挤扩钻机，其特征在于，所述油管防爆控制装置是在液压系统中增设两个压力传感器，一个用于监控设备主系统压力，另一个用于监控四岔挤扩装置油压，两者所监测的数据反馈至智能控制系统。