CN106761416B - 一种扩孔钻机 - Google Patents

Abstract

一种扩孔钻机，包括扩孔钻具、扩大切削翼、第二切削翼、护架、导向架、空心光钻杆、多组搅拌叶片以及耐磨板；所述第二切削翼为双头形式，以放射状围绕中空管体的方式布置在其外壁上，并在其径向方向形成一定角度的夹角；耐磨板分别固装于搅拌叶片、扩大切削翼和第二切削翼与中空管体同轴心的自由端圆弧面；第二翼片在钻具管体的径向方向形成一定角度的夹角；护架和导向架分别套装于左右二个扩孔钻具和空心光钻杆；扩大刀体和第二切削刀体采用硬质合金块制成。本发明具有扩孔简便、切削刀体强度高、螺旋片耐磨性高、钻掘能力大和搅拌充分等特点，有效提高钻掘效率和施工质量。

Description

一种扩孔钻机

技术领域

本发明涉及一种钻机，特别涉及一种用于地基施工的扩孔钻机。

背景技术

随着高层建筑、大型桥梁和城市地铁基础建设工程发展需要，由于搅拌桩施工具有设备简单、无振动、无噪音、对周围土体无侧向挤压、施工周期短和工程造价低廉等优点，使长螺旋等径桩钻机得到比较广泛的运用，而等径桩因承载能力差受到限制外，基础工程施工中还大量采用各种扩底桩和葫芦桩等新型承载桩。目前扩孔钻机一般采用机械式扩孔和液压式扩孔两种，机械式扩孔钻工作是扩孔翼随钻杆下钻时借助自重力打开，而在提升时借助杠杆原理自行收拢，该种扩孔钻存在扩孔尺寸无法保证的问题；而液压扩孔钻利用液压扩展油缸进行扩孔和收拢，其采用的扩展油缸一般布置于钻杆外壁或者钻杆内腔，在扩孔过程中扩展油缸时处于压缩空气、泥浆等物质的侵蚀之中，对扩展油缸的加工精度和密封性要求很高，而且制造和装配难度大，使用过程中因密封件失效容易造成液压系统故障，在钻具下钻过程中需要及时打开扩展臂进行扩孔作业的关键时候往往不能按要求操作。

在高层建筑、大型桥梁和城市地铁基础建设工程施工中经常遇到地层软硬不均匀、砂土和砂砾石夹杂等情况，扩孔钻机钻进掘削、上下提升和反复搅拌过程中，最下端的扩孔钻具承受了更大的钻掘和搅拌阻力，造成钻具切削刀头刃口磨损严重、叶片磨损严重和搅拌不均匀等质量问题，大大降低作业效率，严重影响改良加固体的整体强度。因此，需要一种与之工法相适应的钻孔、扩孔的扩孔钻机，这种扩孔钻机不仅可以完成桩端及桩身断面的扩大作业，而且具有扩孔简便、切削刀体强度高、螺旋片耐磨性高和钻掘能力大的特点，有效减少叶片和刀头磨损情况，大大延长设备的使用寿命，提高施工效率和大幅度降低使用和维护成本。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术中存在的不足，提供一种扩孔简便、切削刀体强度高、螺旋片耐磨性高、钻掘能力大、搅拌充分，确保提高施工效率和大幅度降低使用和维护成本的扩孔钻机。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种扩孔钻机，包括：

左右二根空心光钻杆，每根空心光钻杆包括：光杆体、导向槽以及分别位于光杆体下端和上端的雌接头和雄接头；

左右二个扩孔钻具，每个扩孔钻具包括：中空管体、设置于中空管体内腔的注浆管、位于中空管体下端的注浆阀和位于中空管体上端的、与空心光钻杆的雌接头配合的外接头，中空管体外壁具有支承槽；

扩大切削翼，包括扩大臂、安装在扩大臂上的多个扩孔刀体、焊接于中空管体外壁的架座、销轴和缓冲挡块，这些部件被定义为扩大切削翼的一组；

第二切削翼，包括第二切削刀体和第二翼片；

护架，包括第一半圆环、两端均设有第二半圆环的中间架和耐磨衬套；

导向架，包括第三半圆环、设有第四半圆环的框架体、位于框架体后部的导向板和耐磨衬套；

多组搅拌叶片以及耐磨板；

其特征在于：

所述左右二个扩孔钻具中每一个扩孔钻具的中空管体上端的外接头连接到每根杆中每一根空心光钻杆的光杆体下端的雌接头内，而空心光钻杆的光杆体上端的雄接头连接到另一根空心光钻杆的光杆体下端的雌接头内，以此类推，以适应不同钻孔深度要求；

所述多组搅拌叶片上下间隔设置在位于扩大切削翼的上方的扩孔钻具的中空管体外壁上，并且相对两组搅拌叶片在中空管体的径向方向十字交叉形成90°夹角；

所述扩大切削翼为二组，位于多组搅拌叶片的下方，并沿中空管体径向方向呈几何对称或等角度间隔形式布置；每组扩大切削翼的每个扩大臂均通过销轴枢轴安装于每个架座的销座上，所述每个扩大臂的下边上各安装多个扩孔刀体，除每个扩大臂自由端上的扩孔刀体以外，一个扩大臂的下边上的扩孔刀体的位置与另一个扩大臂的下边上的扩孔刀体的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；所述缓冲挡块固装于中空管体的外壁，并确保每个扩大臂的扩孔刀体在中空管体正向旋转的同时绕销轴转动而缩回进每个架座内时其外端正好到达缓冲挡块的内侧；

所述第二切削翼为双头形式，以前后不同间距位于扩大切削翼下方的中空管体上，它们的第二翼片分别以放射状围绕中空管体的方式布置在其外周面上；此外，所述第二切削翼的双头中，每一头第二翼片的第二下边上各安装一排第二切削刀体，除每一头第二翼片在第二下边自由端上的切削刀体等距离布置外，在其它位置上，一头第二翼片的第二下边上的第二切削刀体的位置与另一头第二翼片的第二下边上的第二切削刀体的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；

所述耐磨板分别固装于搅拌叶片、扩大切削翼、第一切削翼和第二切削翼与中空管体同轴心的自由端圆弧面；

所述护架的二个第一半圆环为二个，中间架是由设置于一连接杆的两端的二个第二半圆环构成，分别通过螺钉与二个第一半圆环对接后形成两个支承环，在此支承环内分别安装二个耐磨半圆衬套后套装于相邻的二个扩孔钻具的中空管体的支承槽内；

所述导向架的第三半圆环是一个，框架体是由设置于连接杆的两端的二个第四半圆环、设置在连接杆一侧的四边形架和在远离连接杆的四边形架自由面上所设的两个导向环构成，在此导向环内分别安装二个半圆衬套后套装于左右二个空心光钻杆的光杆体的导向槽内； 所述框架体的二个导向板具有相对设置的凹槽，导向架通过导向板凹槽置于与扩孔钻机配套的桩架立柱的导轨内，保证钻杆下钻掘削、搅拌和扩孔的稳定可靠。

本发明可以是，所述中空管体正向旋转时扩大切削翼的每个扩大臂缩回到每个架座的空隙内，此时，扩大臂和架座最外端回转直径应小于或等于搅拌叶片的自由端回转直径。

本发明还可以是，所述多组搅拌叶片的叶面朝同一方向倾斜的，与中空管体的轴向中心线之间的夹角α=8～38°。

本发明还可以是，所述第一切削翼的每一头第一翼片的第一翼面和第二切削翼的每一头第二翼片的第二翼面（522）各自朝同一方向倾斜的，其中第一翼面与中空管体的轴向中心线之间的夹角β1=45～85°，第二翼面与中空管体的轴向中心线之间的夹角β2=25～55°。

本发明还可以是，所述扩大切削翼上的扩孔刀体、第一切削翼的第一切削刀体和第二切削翼的第二切削刀体均采用硬质合金块制成。

本发明还可以是，所述耐磨衬套由两个对称的半圆形内衬套组成，采用耐磨、耐腐蚀、韧性好和尺寸稳定性的球墨铸铁材质制造。

附图说明

图1是本发明扩孔钻机的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图2的仰视图；

图4是图1中A部放大图；

图5是本发明扩孔钻具中扩大切削翼缩回进架座时的结构示意图；

图6是图1中E-E向剖视图；

图7是图1中F-F向剖视图。

具体实施方式

如图1-7所示，一种扩孔钻机，包括：左右二根空心光钻杆，每根空心光钻杆9包括：光杆体90、导向槽92以及分别位于光杆体下端和上端的雌接头93和雄接头94；左右二个扩孔钻具，每个扩孔钻具1包括：包括中空管体10、设置于中空管体内腔的注浆管11、位于中空管体下端的注浆阀13和位于中空管体上端的、与空心光钻杆的雌接头93配合的外接头14，中空管体外壁具有支承槽12；扩大切削翼3，包括扩大臂31、安装在扩大臂上的多个扩孔刀体32、焊接于中空管体10外壁的架座33、销轴34和缓冲挡块35，这些部件被定义为扩大切削翼的一组；第一切削翼4，包括第一切削刀体41和第一翼片；第二切削翼5，包括第二切削刀体51和第二翼片；护架7，包括第一半圆环71、设有第二半圆环721的中间架72和耐磨衬套99；导向架8，包括第三半圆环81、伸出部设有第四半圆环822的框架体82、位于框架体后部的导向板84和耐磨衬套99；空心光钻杆9，包括光杆体90、导向槽92、雌接头93和雄接头94；多组搅拌叶片2以及耐磨板6；其中：

所述左右二个扩孔钻具中每一个扩孔钻具1的中空管体10上端的外接头14连接到每根杆中每一根空心光钻杆9的光杆体90下端的雌接头93内，而空心光钻杆9的光杆体90上端的雄接头94连接到另一根空心光钻杆9的光杆体90下端的雌接头93内，以此类推，以适应不同钻孔深度要求；而最上面的二根空心光钻杆9则分别通过其光杆体90上端的雄接头94则连接到扩孔钻机的动力头下端输出轴端部法兰内；

所述多组搅拌叶片2上下间隔设置在位于扩大切削翼3的上方的扩孔钻具1的中空管体10外壁上，并且相对两组搅拌叶片在中空管体10的径向方向十字交叉形成90°夹角；所述多组搅拌叶片2的叶面21朝同一方向倾斜的，与中空管体10的轴向中心线之间的夹角α=8～38°；

所说扩孔钻具1上部的外接头14置于空心光钻杆9下部的雌接头93之中；

所述扩大切削翼3为二组，位于多组搅拌叶片2的下方，并沿中空管体10径向方向呈几何对称或等角度间隔形式布置；每组扩大切削翼3的每个扩大臂31，31’均通过销轴34枢轴安装于每个架座33，33’的销座上，所述每个扩大臂31，31’的下边311、311’上各安装多个扩孔刀体32，除每个扩大臂31，31’自由端上的扩孔刀体32以外，一个扩大臂31的下边311上的扩孔刀体32的位置与另一个扩大臂31’的下边311’上的扩孔刀体32的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；所述缓冲挡块35固装于中空管体10的外壁，并确保每个扩大臂31，31’的扩孔刀体32在中空管体10正向旋转的同时绕销轴34转动而缩回进每个架座33，33’内时其外端正好到达缓冲挡块35的内侧；所述中空管体10正向旋转时扩大切削翼3的每个扩大臂31，31’缩回到每个架座33，33’的空隙内，此时，扩大臂和架座最外端回转直径应小于或等于搅拌叶片2的自由端回转直径；

所述第二切削翼5为双头形式，以前后不同间距位于扩大切削翼3下方的中空管体10上，它们的第二翼片分别以放射状围绕中空管体10的方式布置在其外周面上；此外，所述第二切削翼5的双头中，每一头第二翼片52、52’的第二下边521、521’上各安装一排第二切削刀体51，除每一头第二翼片52、52’在第二下边自由端上的切削刀体51等距离布置外，在其它位置上，一头第二翼片52的第二下边521上的第二切削刀体51的位置与另一头第二翼片52’的第二下边521’上的第二切削刀体51的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；所述第二切削翼5的每一头第二翼片（52、52’的第二翼面522各自朝同一方向倾斜的，其中第二翼面522与中空管体10的轴向中心线之间的夹角β2=25～55°；所述扩大切削翼3上的扩孔刀体32和第二切削翼5的第二切削刀体51均采用硬质合金块制成；所述耐磨板6分别固装于搅拌叶片2、扩大切削翼3、第一切削翼4和第二切削翼5与中空管体10同轴心的自由端圆弧面；

所述护架7是由中间架72和二个第一半圆环71连接而成的部件，其中，中间架72是由设置于一连接杆两端的二个第二半圆环721构成，并其第二半圆环721分别通过螺钉与二个第一半圆环71对接后形成两个支承环73，在所述支承环73内分别安装二个半圆的耐磨衬套99后套装于相邻的二个扩孔钻具1的中空管体10的支承槽12内；所述耐磨衬套99由两个对称的半圆形内衬套组成，采用耐磨、耐腐蚀、韧性好和尺寸稳定性的球墨铸铁材质制造。

所述导向架8是由框架体82和二个第三半圆环81连接而成的部件，其中，框架体82是由设置于连接杆821的两端的二个第四半圆环822、设置在连接杆一侧的四边形架和在远离连接杆的四边形架自由面上所设的两个导向板84构成，所述框架体82的第四半圆环822分别通过螺钉与二个第三半圆环81对接后形成二个导向环83，它们在分别安装二个半圆衬套99后套装于左右二个空心光钻杆9的光杆体90的导向槽92内；所述耐磨衬套99由两个对称的半圆形内衬套组成，采用耐磨、耐腐蚀、韧性好和尺寸稳定性的球墨铸铁材质制造；所述框架体82的二个导向板84具有相对设置的凹槽，导向架8通过导向板84的凹槽而置于与扩孔钻机配套的桩架立柱的导轨内，以保证钻杆下钻掘削、搅拌和扩孔的稳定可靠。

本发明扩孔钻机使用时，依次在扩孔钻机的动力头下端输出轴端部法兰接空心光钻杆，将空心光钻杆的雄接头插入动力头输出轴法兰内，用插销予以锁紧，根据不同的钻扩孔深度接上不同长度的空心光钻杆，而扩孔钻具的外接头光插入空心光钻杆下端的母接头中，用插销予以锁紧；空心光钻杆之间用导向架的框架体和二个第三半圆环连接而成的组件予以导向和支承，而导向架通过其后部的导向板安装进入配套桩架的立柱导轨内；扩孔钻具之间用护架的中间架和二个第一半圆环连接而成的部件予以导向和支承，完成钻杆链接。启动搅拌钻机使钻杆旋转，扩孔钻具随钻杆正向旋转（扩大臂31，31’缩回和处在每个架座33,33’的空隙内）并向下钻掘、搅拌，到达要求的钻孔深度时，切断钻机的电源停止钻掘，然后切换钻杆旋转方向至反向旋转，这时，每个扩孔钻具的扩大切削翼的每个扩大臂分别打开扩大，即扩大臂31，31’ 从每个架座33,33’的空隙内伸出架座外，每个扩大臂下边的扩孔刀体进行扩孔钻掘，达到设计要求的扩孔直径后，切换钻杆至反向旋转，扩大切削翼的每个扩大臂分别收缩回到架座的空隙之中，提起所有钻杆从而完成左右二个桩位的同时扩孔作业，大幅度提高作业效率。

本发明扩孔钻机除满足扩孔需要以外，由于在每个扩孔钻具的中空管体外壁上均设置了径向方向十字交叉成90°夹角、上下间隔的多组搅拌叶片，有效提高了扩孔钻机的搅拌均匀性，又通过在中空管体下部设置二层互成一定角度的第一切削翼和第二切削翼，具有切削刀体强度高、螺旋片耐磨性高、扩孔简便、钻掘能力大和搅拌充分等特点，本扩孔钻机又可以作为大直径搅拌钻机使用，与搅拌钻机相比，当扩孔钻机向下钻掘搅拌时，可通过反向旋转伸出扩大臂进行扩孔切削，使得每根搅拌钻具的钻掘和搅拌截面积增加一倍，使得扩孔钻机对原地土搅拌充分彻底，大大提高钻掘和搅拌施工效率，有效提高施工单位的经济效率和保证搅拌桩的施工质量。

本发明扩孔钻机的空心光钻杆和扩孔钻具可以在其径向方向排列成三角形或矩形布置方式，每根空心光钻杆和扩孔钻具可以设置同方向或者反方向旋转，只是对每个空心光钻杆上的搅拌叶片、每个搅拌钻具上的扩大切削翼、第一切削翼和第二切削翼的倾斜方向作向相应的调整，保证旋转时不发生相互干涉。

在不偏离本发明总体构思的情况下，还可以对本发明的保护内容做各种变化和变换，但是只要与本发明构成相同或等同的话，同样属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.一种扩孔钻机，包括：

左右二根空心光钻杆，每根空心光钻杆（9）包括：光杆体（90）、导向槽（92）以及分别位于光杆体下端和上端的雌接头（93）和雄接头（94）；

左右二个扩孔钻具，每个扩孔钻具（1）连接在每根空心光钻杆（9）之下端，每个扩孔钻具（1）包括：中空管体（10）、设置于中空管体内腔的注浆管（11）、位于中空管体下端的注浆阀（13）和位于中空管体上端的、与空心光钻杆的雌接头（93）配合的外接头（14），中空管体外壁具有支承槽（12）；

扩大切削翼（3），包括扩大臂（31）、安装在扩大臂上的多个扩孔刀体（32）、焊接于中空管体（10）外壁的架座（33）、销轴（34）和缓冲挡块（35），这些部件被定义为扩大切削翼的一组；

第二切削翼（5），包括第二切削刀体（51）和第二翼片；

护架（7），包括第一半圆环（71）、设有第二半圆环（721）的中间架（72）和耐磨衬套（99）；

导向架（8），包括第三半圆环（81）、伸出部设有第四半圆环（822）的框架体（82）、位于框架体后部的导向板（84）和耐磨衬套（99）；

多组搅拌叶片（2）以及耐磨板（6）；

其特征在于：

所述左右二个扩孔钻具中每一个扩孔钻具（1）的中空管体（10）上端的外接头（14）连接到每根杆中每一根空心光钻杆（9）的光杆体（90）下端的雌接头（93）内，而空心光钻杆（9）的光杆体（90）上端的雄接头（94）连接到另一根空心光钻杆（9）的光杆体（90）下端的雌接头（93）内，以此类推，以适应不同钻孔深度要求；

所述多组搅拌叶片（2）上下间隔设置在位于扩大切削翼（3）的上方的扩孔钻具（1）的中空管体（10）外壁上，并且相对两组搅拌叶片在每个中空管体（10）的径向方向十字交叉形成90°夹角；

所述扩大切削翼（3）为二组，位于多组搅拌叶片（2）的下方，并沿每个中空管体（10）径向方向呈几何对称或等角度间隔形式布置；每组扩大切削翼（3）的每个扩大臂（31，31’）均通过销轴（34）枢轴安装于每个架座（33，33’）的销座上，所述每个扩大臂（31，31’）的下边（311、311’）上各安装多个扩孔刀体（32），除每个扩大臂（31，31’）自由端上的扩孔刀体（32）以外，一个扩大臂（31）的下边（311）上的扩孔刀体（32）的位置与另一个扩大臂（31’）的下边（311’）上的扩孔刀体（32）的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；所述缓冲挡块（35）固装于每个中空管体（10）的外壁，并确保每个扩大臂（31，31’）的扩孔刀体（32）在中空管体（10）正向旋转的同时绕销轴（34）转动而缩回进每个架座（33，33’）内时其外端正好到达缓冲挡块（35）的内侧；

所述第二切削翼（5）为双头形式，以前后不同间距位于扩大切削翼（3）下方的中空管体（10）上，它们的第二翼片分别以放射状围绕中空管体（10）的方式布置在其外周面上；此外，所述第二切削翼（5）的双头中，每一头第二翼片（52、52’）的第二下边（521、521’）上各安装一排第二切削刀体（51），除每一头第二翼片（52、52’）在第二下边自由端上的切削刀体（51）等距离布置外，在其它位置上，一头第二翼片（52）的第二下边（521）上的第二切削刀体（51）的位置与另一头第二翼片（52’）的第二下边（521’）上的第二切削刀体（51）的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；

所述耐磨板（6）分别固装于搅拌叶片（2）、扩大切削翼（3）和第二切削翼（5）与中空管体（10）同轴心的自由端圆弧面；

所述护架（7）的第一半圆环（71）为二个，中间架（72）是由设置于一连接杆的两端的二个第二半圆环（721）构成，并其第二半圆环（721）分别通过螺钉与二个第一半圆环（71）对接后形成两个支承环（73），在此支承环内分别安装二个耐磨衬套（99）后套装于左右二个扩孔钻具（1）的中空管体（10）的支承槽（12）内；

所述导向架（8）的第三半圆环（81）是二个，框架体（82）是由设置于连接杆（821）的两端的二个第四半圆环（822）、设置在连接杆一侧的四边形架和在远离连接杆的四边形架自由面上所设的两个导向板（84）构成，所述框架体的第四半圆环（822）分别通过螺钉与二个第三半圆环（81）对接后形成二个导向环（83）， 在此导向环（83）内分别安装二个半圆衬套（99）后套装于左右二个空心光钻杆（9）的光杆体（90）的导向槽（92）内； 所述框架体的二个导向板（84）具有相对设置的凹槽，导向架（8）通过导向板凹槽置于配套桩架的立柱导轨内，从而保证扩孔钻机在下钻掘削、搅拌和扩孔切削的稳定可靠。

2.根据权利要求1所述的扩孔钻机，其特征在于所述中空管体（10）正向旋转时扩大切削翼（3）的每个扩大臂（31，31’）缩回到每个架座（33，33’）的空隙内，此时，扩大臂和架座最外端回转直径应小于或等于搅拌叶片（2）的自由端回转直径。

3.根据权利要求1所述的扩孔钻机，其特征在于所述多组搅拌叶片（2）的叶面（21）朝同一方向倾斜的，与中空管体（10）的轴向中心线之间的夹角α=8～38°。

4.根据权利要求1所述的扩孔钻机，其特征在于所述第二切削翼（5）的每一头第二翼片（52、52’）的第二翼面（522）各自朝同一方向倾斜的，第二翼面（522）与中空管体（10）的轴向中心线之间的夹角β2=25～55°。

5.根据权利要求1所述的扩孔钻机，其特征在于所述扩大切削翼（3）上的扩孔刀体（32）和第二切削翼（5）的第二切削刀体（51）均采用硬质合金块制成。

6.根据权利要求1所述的扩孔钻机，其特征在于所述耐磨衬套（99）由两个对称的半圆形内衬套组成，采用耐磨、耐腐蚀、韧性好和尺寸稳定性的球墨铸铁材质制造。