CN108194022B - 一种双驱动钻孔机 - Google Patents

Abstract

一种双驱动钻孔机，包括含第一减速箱的钻具驱动头，含螺旋钻杆和钻头的内侧钻具，含第二减速箱、具有矩形孔和与之连通的直槽的下圈的连接法兰和具有出土口的固定套筒的套管驱动头，含套管体、定位块和端部刀体的外侧套管及桩架；第一减速箱的中空钻杆轴下端固装螺旋钻杆；中空输出套的下端固装连接法兰，出土口位于套管驱动头正面；内侧钻具在外侧套管内顺时针方向旋转钻掘、搅拌和排土的同时，外侧套管逆时针方向旋转切削和护壁。本发明实现内侧钻具与外侧套管双重组合钻掘，对各种复杂地层进行强力钻削，外侧套管护壁和内侧钻杆连续排土；具有整体刚性强、钻掘破岩能力大、搅拌均匀、施工精度高、施工参数监控和作业效率高等特点。

Description

一种双驱动钻孔机

技术领域

本发明涉及一种钻孔机，特别是涉及一种适用于钻孔灌注桩施工的双驱动钻孔机。

背景技术

近年来，我国基础设施建设、城镇化建设发展迅速，高层建筑、铁路、公路和桥梁等建设工程中,对建筑基础要求也越来越高，桩基础运用也日益广泛。与预制桩相比，灌注桩不受地层变化限制，不需要接桩和截桩，适应能力强，受力状况相对较稳，既抗压又抗拔，施工时振动小、噪声低，无挤土负面效应，可以穿越各种硬夹层、嵌岩和进入各类硬持力层，桩几何尺寸和单桩承载力调整空间大。因此，钻孔灌注桩使用范围大，尤其在高重建筑物基础施工上更为适用。

现有技术中，这些桩孔往往都在卵石、砾石层施工，甚至会遇上大漂石，因此应用入岩桩和防治地质灾害的抗滑桩的施工越来越多，目前市场上旋挖钻机、长螺旋钻机等钻孔灌注工程钻机，都难以应对特别坚硬的岩石地层。因此，大直径桩基础“入岩”的技术难题和桩孔护壁用泥浆对环境的严重污染等问题亟待研究和解决。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有钻机存在的缺点，提供一种能在卵石层、漂石层及坚硬岩层等复杂地质条件下实现内侧钻具与外侧套管双重组合钻掘，施工过程中无需泥浆护壁且成桩质量好的双驱动钻孔机，有效提高施工作业效率，符合低碳排放和节能环保的现代桩基施工的要求。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种双驱动钻孔机，包括钻具驱动头、内侧钻具、套管驱动头、外侧套管、桩架以及操纵系统，其中：

钻具驱动头包括第一提升滑轮架、第一机架、具有中空钻杆轴、顶驱电机和行星减速机的第一减速箱、第一机架背面安装的导向板、位于第一减速箱输出端的连接盘和第一倾斜传感器；

内侧钻具包括若干长度不等的螺旋钻杆和螺旋钻头；

套管驱动头包括第二提升滑轮架、第二机架、具有中空输出套、顶驱动电机和行星减速机的第二减速箱、机架背面安装的导向块、位于第二减速箱输出端的连接法兰、第二倾斜传感器和具有出土口的固定套筒；所述连接法兰包括法兰圈、具有矩形孔和与矩形孔连通的直槽的下圈；

外侧套管包括套管体、位于套管体底部的端部刀体和位于套管体上端部的定位块；

桩架包括设置于其立柱正面的导轨、位于立柱最上部的顶部滑轮架和位于桩架底盘的若干卷扬机；

其特征在于：

所述钻具驱动头通过导向板的槽口置于桩架的导轨上，所述桩架位于底盘的卷扬机上引出的钢丝绳穿过所述桩架位于顶部滑轮架和绕过钻具驱动头的第一提升滑轮架，以使钻具驱动头驱动内侧驱动头时能借助导轨进行下钻和提钻作业；所述第一倾斜传感器安装于第一机架的侧面，通过信号数据线连接到操纵系统；所述第一减速箱的动力源由二组左右对称布置的顶驱电机和行星减速机提供，通过第一减速箱内左右二对分别啮合的齿轮副将扭矩传递给所述中空钻杆轴，该中空钻杆轴垂直穿过第一减速箱的箱体几何中心；所述中空钻杆轴上端安装回转接头后与后台注气/供浆系统连接，它的下端安装连接盘后固装钻杆；

所述内侧钻具由若干长度不等的螺旋钻杆对接后在该螺旋钻杆最下端固装螺旋钻头而成，所述螺旋钻杆上具有的螺旋叶片和螺旋钻头上具有的切削翼片均按顺时针旋向设置；

所述套管驱动头通过导向块的槽口置于桩架的导轨上，所述第二提升滑轮架位于第二机架的左右二侧，所述桩架底盘的卷扬机上引出的钢丝绳穿过所述桩架的顶部滑轮架和二个第二提升滑轮架，以使套管驱动头驱动钻杆在导轨上进行下行和上移操作；所述套管驱动头的第二减速箱的动力源由二组左右对称布置的顶驱电机和行星减速机构成，通过第二减速箱内左右二对分别啮合的齿轮副将扭矩传递给所述中空输出套，该中空输出套垂直穿过第二减速箱的箱体几何中心；所述套管驱动头的固定套筒固装于第二减速箱的箱体上端面中心位置、且位于所述中空输出套的上方，其下端固装连接法兰；所述出土口设置于固定套筒的中间位置，其出口位于套管驱动头的正面位置；

所述外侧套管通过套管体套装于套管驱动头的连接法兰孔内；所述定位块对称设置于套管体的上端部的外壁上，它们在外侧套管插入所述连接法兰时对准其下圈下端部的直槽向上移动至矩形孔，随后将外侧套管转动一个角度以使它们分别与连接法兰的矩形孔相对锁定而定位；所述外侧套管的端部刀体固装于套管体底部，并按逆时针旋向方向斜向布置；

所述内侧钻具在由套管驱动头的固定套筒、第二减速箱的中空输出套和外侧套管连接而形成的孔内随钻具驱动头顺时针方向旋转，其螺旋钻头和螺旋钻杆进行钻掘、搅拌和排土作业的同时，所述外侧套管随套管驱动头逆时针方向旋转，其端部刀体和套管体分别进行切削和护壁作业；

所述操纵系统对钻具驱动头、套管驱动头以及后台注气/供浆系统的运行参数、技术参数和相关参数进行显示和控制，并实现相关施工参数的储存和打印输出。

本发明可以是，所述外侧套管的套管体内壁设有呈螺旋上升状的若干内导向条，其旋向与内侧钻具的螺旋钻杆和螺旋钻头的旋向一致，便于在外壁上将钻掘破碎的岩石、砂土等往上输送顺利地排出泥土后形成桩孔。

本发明还可以是，所述外侧套管底部的端部刀体与外侧套管底边形成的夹角β=15～25°。

本发明还可以是，所述钻杆的螺旋钻杆的螺旋叶片和螺旋钻头的切削翼的自由端圆弧面分别设置耐磨层。

本发明还可以是，所述内侧钻具的螺旋钻头的刀体和外侧套管的端部刀体采用钨钴硬质合金块制成，具有较强的岩石穿透破碎能力。

附图说明

图1是本发明双驱动钻孔机的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图2中A-A向剖视图；

图5是图2中B-B向剖视图；

图6是图2中C-C向剖视图；

图7为图2中C部局部放大图；

图8为图7的仰视图；

图9为图2中去除内侧钻具的后D部局部放大图；

图10为图9的左视图；

图11为图9的D-D向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图所述实施例对本发明双驱动钻孔机作进一步的说明。

一种双驱动钻孔机，包括钻具驱动头1、内侧钻具2、套管驱动头3、外侧套管4、桩架5以及操纵系统；钻具驱动头1包括第一提升滑轮架11、第一机架12、具有中空钻杆轴131、顶驱电机和行星减速机的第一减速箱13、第一机架背面安装的导向板14、位于第一减速箱输出端的连接盘15和第一倾斜传感器16；内侧钻具2包括若干长度不等的螺旋钻杆21和螺旋钻头22；套管驱动头3包括第二提升滑轮架31、第二机架32、具有中空输出套331、顶驱动电机和行星减速机的第二减速箱33、机架背面安装的导向块34、位于第二减速箱输出端的连接法兰35、第二倾斜传感器36和具有出土口371的固定套筒37；所述连接法兰35包括法兰圈352、具有矩形孔3511和与矩形孔3511连通的直槽3512的下圈351；外侧套管4包括套管体41、位于套管体底部的端部刀体42和位于套管体上端部的定位块43；桩架5包括设置于其立柱正面的导轨51、位于立柱最上部的顶部滑轮架和位于桩架底盘的若干卷扬机；其中：

所述钻具驱动头1通过导向板14的槽口置于桩架5的导轨51上，所述桩架5位于底盘的卷扬机上引出的钢丝绳穿过所述桩架5位于顶部滑轮架和绕过钻具驱动头1的第一提升滑轮架11，即按箭头A方向通过钢丝绳绕过桩架5的顶部滑轮架将钻具驱动头1与桩架5底盘上的卷扬机连接，以使钻具驱动头1驱动内侧钻具2时能借助导轨51进行下钻和提钻作业；所述第一倾斜传感器16安装于第一机架12的侧面，通过信号数据线连接到操纵系统；所述第一减速箱13的动力源由二组左右对称布置的顶驱电机和行星减速机构成，并通过第一减速箱13内左右二对分别啮合的齿轮副将扭矩传递给所述中空钻杆轴131，该中空钻杆轴131垂直穿过第一减速箱13的箱体几何中心；所述中空钻杆轴131上端安装回转接头后与后台注气/供浆系统连接，它的下端安装连接盘15后固装内侧钻具2。

所述内侧钻具2由若干长度不等的螺旋钻杆21对接后在该螺旋钻杆最下端固装螺旋钻头22而成，所述螺旋钻杆21上具有的螺旋叶片和螺旋钻头2具有的的切削翼片均按顺时针方向旋向设置；所述内侧钻具2的螺旋钻杆21的螺旋叶片和螺旋钻头22的切削翼的自由端圆弧面分别设置耐磨层。

所述套管驱动头3通过导向块34的槽口置于桩架5的导轨51上，所述第二提升滑轮架31位于第二机架32的左右二侧，所述桩架5底盘的卷扬机上引出的钢丝绳穿过所述桩架5的顶部滑轮架和二个第二提升滑轮架31，即按箭头B方向通过钢丝绳绕过桩架5的顶部滑轮架将将套管驱动头3与桩架5底盘上的卷扬机连接，以使套管驱动头3驱动内侧钻具2在导轨51上进行下行和上移操作；所述套管驱动头3的第二减速箱33的动力源由二组左右对称布置的顶驱电机和行星减速机构成，并通过第二减速箱33内左右二对分别啮合的齿轮副将扭矩传递给所述中空输出套331，该中空输出套331垂直穿过第二减速箱33的箱体几何中心；所述套管驱动头3的固定套筒37固装于第二减速箱33的箱体上端面中心位置、且位于所述中空输出套331的上方，其下端固装连接法兰35；所述出土口371设置于固定套筒37的中间位置，其出口位于套管驱动头3的正面位置。

所述外侧套管4通过套管体41套装于套管驱动头3的连接法兰35孔内；所述定位块43对称设置于的套管体41的上端部的外壁上，它们在外侧套管4插入所述连接法兰35时对准其下圈351下端部的直槽3512向上移动至矩形孔3511，随后将外侧套管4转动一个角度以使它们分别与连接法兰35的矩形孔3511相对锁定而定位；所述外侧套管4的端部刀体42固装于套管体41底部，并按逆时针旋向方向斜向布置；所述外侧套管4的套管体41内壁设有呈螺旋上升状的若干内导向条44，其旋向与内侧钻具2的螺旋钻杆21和螺旋钻头22的旋向一致，便于将钻掘破碎的岩石、砂土等往上输送顺利地排出泥土后形成桩孔；所述外侧套管4底部的端部刀体42与外侧套管4底边形成的夹角β=15～25°；所述内侧钻具2的螺旋钻头22的刀体和外侧套管4的端部刀体42采用钨钴硬质合金块制成，具有较强的岩石穿透破碎能力。

所述内侧钻具2在由套管驱动头3的固定套筒37、第二减速箱33的中空输出套331和外侧套管4连接而形成的孔内随钻具驱动头1顺时针方向旋转，其螺旋钻头22和螺旋钻杆21进行钻掘、搅拌和排土作业的同时，所述外侧套管4随套管驱动头3逆时针方向旋转，其端部刀体42和套管体41分别进行切削和护壁作业；由于内侧钻具2顺时针方向旋转钻掘、搅拌，外侧套管4的端部刀体42和套管体41逆时针方向旋转进行切削和护壁作业，这样，外侧套管4的内壁设置的与内侧钻具2旋向（即顺时针旋向）一致的若干内导向条44能促使内侧钻具2钻掘、破岩和搅拌产生的碎石、砂土等在外侧套管4内壁向上运行，并从套管驱动头3的固定套筒37的出土口371向外排土，最终形成桩孔。

所述操纵系统对钻具驱动头1、套管驱动头3以及后台注气/供浆系统的运行参数、技术参数和相关参数进行显示和控制，并实现相关施工参数的储存和打印输出。该操纵系统采用PLC核心技术通过操纵台显示双驱动钻孔机实际施工数据，以及后台注气/供浆运行情况，做好施工数据的记录、保存，打印数据表格和图形曲线，提供用户作为整个施工过程的分析依据。该系统主要显示的工作参数包括：钻具驱动电机转速、工作温度和旋转方向，内侧钻具转速、转向和转矩，套管驱动电机转速、工作温度和旋转方向，外侧套管转速、转向和转矩，注入压缩气体压力，瞬时水泥浆量，总浆量，注浆泵压力，实际总浆量，总注水量，内侧钻具的贯入/上拔速度，外侧套管的贯入/上拔速度，内侧钻具位置，钻掘成孔深度，成桩标高，桩架倾角，及桩架拉拔力等。

本发明双驱动钻孔机能在卵石层、漂石层及坚硬岩层等复杂地质条件下进行高效率钻掘、破岩，实现螺旋钻具与外侧套管双重组合钻掘、外侧套管护壁和内侧钻具的螺旋钻杆连续排土，具有整体刚性强、钻掘能力大、搅拌均匀、施工精度高和施工参数监控等特点，有效提高施工作业效率，低碳排放和节能环保，符合现代桩基施工的要求。

Claims (5)

1.一种双驱动钻孔机，包括钻具驱动头（1）、内侧钻具（2）、套管驱动头（3）、外侧套管（4）、桩架（5）以及操纵系统，其中：

钻具驱动头（1）包括第一提升滑轮架（11）、第一机架（12）、具有中空钻杆轴（131）、顶驱电机和行星减速机的第一减速箱（13）、第一机架背面安装的导向板（14）、位于第一减速箱输出端的连接盘（15）和第一倾斜传感器（16）；

内侧钻具（2）包括若干长度不等的螺旋钻杆（21）和螺旋钻头（22）；

套管驱动头（3）包括第二提升滑轮架（31）、第二机架（32）、具有中空输出套（331）、顶驱动电机和行星减速机的第二减速箱（33）、机架背面安装的导向块（34）、位于第二减速箱输出端的连接法兰（35）、第二倾斜传感器（36）和具有出土口（371）的固定套筒（37）；所述连接法兰（35）包括法兰圈（352）、具有矩形孔（3511）和与矩形孔（3511）连通的直槽（3512）的下圈（351）；

外侧套管（4）包括套管体（41）、位于套管体底部的端部刀体（42）和位于套管体上端部的定位块（43）；

桩架（5）包括设置于其立柱正面的导轨（51）、位于立柱最上部的顶部滑轮架和位于桩架底盘的若干卷扬机；

其特征在于：

所述钻具驱动头（1）通过导向板（14）的槽口置于桩架（5）的导轨（51）上，所述桩架（5）位于底盘的卷扬机上引出的钢丝绳穿过所述桩架（5）位于顶部滑轮架和绕过钻具驱动头（1）的第一提升滑轮架（11），以使钻具驱动头（1）驱动内侧钻具（2）时能借助导轨（51）进行下钻和提钻作业；所述第一倾斜传感器（16）安装于第一机架（12）的侧面，通过信号数据线连接到操纵系统；所述第一减速箱（13）的动力源由二组左右对称布置的顶驱电机和行星减速机构成，并通过第一减速箱（13）内左右二对分别啮合的齿轮副将扭矩传递给所述中空钻杆轴（131），该中空钻杆轴（131）垂直穿过第一减速箱（13）的箱体几何中心；所述中空钻杆轴（131）上端安装回转接头后与后台注气/供浆系统连接，它的下端安装连接盘（15）后固装内侧钻具（2）；

所述内侧钻具（2）由若干长度不等的螺旋钻杆（21）对接后在该螺旋钻杆最下端固装螺旋钻头（22）而成，所述螺旋钻杆（21）上具有的螺旋叶片和螺旋钻头（22）上具有的切削翼片均按顺时针旋向设置；

所述套管驱动头（3）通过导向块（34）的槽口置于桩架（5）的导轨（51）上，所述第二提升滑轮架（31）位于第二机架（32）的左右二侧，所述桩架（5）底盘的卷扬机上引出的钢丝绳穿过所述桩架（5）的顶部滑轮架和二个第二提升滑轮架（31），以使套管驱动头（3）驱动内侧钻具（2）在导轨（51）上进行下行和上移操作；所述套管驱动头（3）的第二减速箱（33）的动力源由二组左右对称布置的顶驱电机和行星减速机构成，并通过第二减速箱（33）内左右二对分别啮合的齿轮副将扭矩传递给所述中空输出套（331），该中空输出套（331）垂直穿过第二减速箱（33）的箱体几何中心；所述套管驱动头（3）的固定套筒（37）固装于第二减速箱（33）的箱体上端面中心位置、且位于所述中空输出套（331）的上方，其下端固装连接法兰（35）；所述出土口（371）设置于固定套筒（37）的中间位置，其出口位于套管驱动头（3）的正面位置；

所述外侧套管（4）通过套管体（41）套装于套管驱动头（3）的连接法兰（35）孔内；所述定位块（43）对称设置于的套管体（41）的上端部的外壁上，它们在外侧套管（4）插入所述连接法兰（35）时对准其下圈（351）下端部的直槽（3512）向上移动至矩形孔（3511），随后将外侧套管（4）转动一个角度以使它们分别与连接法兰（35）的矩形孔（3511）相对锁定而定位；所述外侧套管（4）的端部刀体（42）固装于套管体（41）底部，并按逆时针旋向方向斜向布置；

所述内侧钻具（2）在由套管驱动头（3）的固定套筒（37）、第二减速箱（33）的中空输出套（331）和外侧套管（4）连接后形成的孔内随钻具驱动头（1）顺时针方向旋转，其螺旋钻头（22）和螺旋钻杆（21）进行钻掘、搅拌和排土作业的同时，所述外侧套管（4）随套管驱动头（3）逆时针方向旋转，其端部刀体（42）和套管体（41）分别进行切削和护壁作业；

所述操纵系统对钻具驱动头（1）、套管驱动头（3）以及后台注气/供浆系统的运行参数、技术参数和相关参数进行显示和控制，并实现相关施工参数的储存和打印输出。

2.根据权利要求1所述的双驱动钻孔机，其特征在于所述外侧套管（4）的套管体（41）内壁设有呈螺旋上升状的若干内导向条（44），其旋向与内侧钻具（2）的螺旋钻杆（21）和螺旋钻头（22）的旋向一致，便于将钻掘破碎的岩石、砂土等往上输送顺利地排出泥土后形成桩孔。

3.根据权利要求1所述的双驱动钻孔机，其特征在于所述外侧套管（4）底部的端部刀体（42）与外侧套管（4）底边形成的夹角β=15～25°。

4.根据权利要求1所述的双驱动钻孔机，其特征在于所述内侧钻具（2）的螺旋钻杆（21）的螺旋叶片和螺旋钻头（22）的切削翼的自由端圆弧面分别设置耐磨层。

5.根据权利要求1所述的双驱动钻孔机，其特征在于所述内侧钻具（2）的螺旋钻头（22）的刀体和外侧套管（4）的端部刀体（42）采用钨钴硬质合金块制成，具有较强的岩石穿透破碎能力。