CN108999575B - 带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，包括位于钻杆下部且呈首尾连接的环形链条，所述的环形链条能由驱动机构驱动进行周向转动且该驱动结构位于钻杆下部，所述的环形链条的表面具有凸起结构；所述的环形链条有两条，两条环形链条不在同一平面上，在两条环形链条端部处设有能沿着周向转动的辅助切割组件。

Description

带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头

本申请为针对本申请人于2018年01月22日提交的主题名称为“便于安装下置动力装置的桩机链式钻头”，申请号为“2018100603026”的专利申请提出的分案申请，本申请的技术方案均记载在母案中。

技术领域

本发明属于建筑技术领域，涉及一种带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头。

背景技术

水泥土搅拌桩是利用深层搅拌桩专用钻机，将水泥注入地基深入作为固化剂，就地将软土和固化剂强制拌合，利用固化剂与软土发生一系列物理、化学反应，使其凝结成为具有整体性、水稳性好和较高强度的水泥加固体，与天然地基形成具有一定承载力的优质复合地基。具有成桩速度快、效率高、成本低、无振动、噪音、无污染等优点。按其使用加固材料的状态，分为浆液搅拌法湿法和粉体搅拌法干法两种施工类型，湿法以水泥浆为主，相对于干法搅拌均匀，易于复捣。

在水泥土搅拌桩的强度主要依靠浆料与周围泥土的结合程度决定，如浆料与泥土混合不均匀，水泥土搅拌桩的强度会受到极大影响，也即强度会降低。桩身均匀性是水泥土搅拌桩成桩质量的一个关键指标，但是在湿法施工时依然存在搅拌混合均匀的问题。因此如何在钻孔过程中实现浆料与泥土混合均匀的效果成为目前研究的关键。

现有技术中公开了一种水泥土搅拌桩打桩机的活动式钻杆，该活动式钻杆包括具有内腔的驱动箱体，驱动箱体上设有至少一个轴向贯穿整个驱动箱体的通孔，通孔内设有能周向转动且呈筒状的导向套，导向套内穿设有贯穿整个驱动箱体的钻杆，且钻杆与导向套之间设有轴向导向结构，导向套连接有能带动导向套周向转动的周向转动机构，钻杆连接有能驱动钻杆轴向往复滑动的轴向驱动机构。该方案的钻杆体可以轴向伸缩且可以在周向转动的同时进行轴向滑动，不易遇到无法钻动的现象，增大了施工后的水泥土搅拌桩横截面的周长，提高了水泥土搅拌桩的抗拔能力。

该方案的不足之处在于：轴向伸缩虽然提高了钻杆对坚硬岩土的切割能力，但钻杆本身的性质决定了其对岩土的切割细度和搅拌均匀度不高；由于切割细度不够，泥土很容易堆积相邻钻杆之间的间隙中，甚至粘连在钻杆端部，不仅会使钻杆动力空耗，而且也难以对相邻钻杆之间间隙中的泥土进行切割。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种切割细度和搅拌均匀度得到提高、环形链条端部不会粘连泥土的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，包括位于钻杆下部且呈首尾连接的环形链条，所述的环形链条能由驱动机构驱动进行周向转动且该驱动结构位于钻杆下部，所述的环形链条的表面具有凸起结构；所述的环形链条有两条，两条环形链条不在同一平面上，在两条环形链条端部处设有能沿着周向转动的辅助切割组件。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

本发明的环形链条可以直接与钻杆形成连接，便于更换，环形链条的转动方向为竖直方向的转动，配合凸起结构或切割齿以后形成一种纵向切割的效果，也即环形链条的转动方向与需要制作的桩体的轴向平行，制桩速度得到明显提高，在切割齿对泥土的切割过程中，泥土沿环形链条的周向被搅动，也即完成下到上，再从上到下的循环搅拌，搅拌非常均匀，有利于制作高强度的混合均匀的水泥土搅拌桩。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1另一个方向的示意图；

图3是辅助切割组件的结构示意图；

图4是本发明另一种结构示意图；

图5是图4另一个方向的示意图；

图6是本发明另一种结构示意图；

图7是图6另一个方向的示意图；

图8是本发明另一种结构示意图；

图9是图8另一个方向的结构示意图；

图10是本发明另一种结构示意图；

图11是本发明另一种结构示意图；

图12是本发明的另一种结构示意图；

图13是图12另一个方向的结构示意图；

图14是本发明的另一种结构示意图；

图15是环形链条的结构示意图；

图16是另一种环形链条的结构示意图；

图17是切割载体分布的结构示意图；

图18是图17竖直方向投影图；

图19是切割载体分布的另一种结构示意图；

图20是图19竖直方向投影图；

图21是切割载体分布的另一种结构示意图；

图22是图21竖直方向投影图；

图23是切割载体分布的另一种结构示意图；

图24是图23竖直方向投影图；

图25是切割载体分布的另一种结构示意图；

图26是图25竖直方向投影图；

图27是切割载体分布的另一种结构示意图；

图28是图27竖直方向投影图；

图29是图15竖直方向投影图；

图30是图15竖直方向的另一种投影图；

图31是环形链条的结构示意图；

图32是图31的A处放大图；

图33是环形链条的另一种结构示意图。

图中：环形链条1、链机架1a、主动链轮1b、从动链轮1c、链板1d、凸起结构2、切割齿3、辅助切割组件4、输料管组件5、链式切割组件6、输浆管7、输气管8、辅助链条9、辅助齿10、驱动机构11、传动组件11a、保护罩11b、钻杆100、切割载体 101。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，包括位于钻杆下部能沿着周向转动呈首尾连接的切割载体 101，所述的切割载体的表面具有凸起结构2，所述的切割载体包括连接有动力机构的环形链条1，环形链条1的动力机构设于钻杆下部从而形成动力下置，所述的环形链条1的表面具有凸起结构2。优选地，当环形链条与钻杆100连接时，环形链条1呈纵向设置，也即环形链条1在转动时，是往土层的纵深转动从而将泥土搅松。凸起结构2可以是刀片或者刀齿，可以是与环形链条 1一体成型，也可以是可拆卸的固定在环形链条1上。

本领域技术人员应当理解，切割载体101用于承载凸起结构 2，凸起结构2用于切割泥土，切割载体101可以是链条、皮带轮等链式载体。

环形链条1可以连接钻杆100，钻杆100是现有技术，可以是伸缩钻杆或加长节钻杆或单独的一根杆子等等。当钻杆100连接环形链条1后，由于环形链条1的转动，凸起结构2对周边的泥土形成切割和搅拌作用，将泥土充分搅碎，如果在环形链条1 对泥土切割及搅拌过程中加入水泥浆或混凝土浆，则可将水泥浆与泥土充分搅拌均匀，可以制作高强度的水泥土搅拌桩。

动力下置彻底解决了动力头设置在架子顶端部所带来安全隐患，特别是钻头扭力对架子强度和钻杆抗弯强度的要求，例如桩长50米、直径1米，其桩架子高度要求达到20层楼房的高度，若钻杆直径扩大2米，该桩只能用于200层高楼。

使用动力下置可以减少钻杆的直径，这样可以钻出小孔径的桩。动力头下置的钻杆直径最小为0.2米，最小可以用于2层楼房，也即满足建房打桩的最小要求。

现有技术的双轮铣沟槽机只能用于含水率高达70％以上的围护排桩，深度也不能大于30米。在建筑中，若工程桩含水率如此高，其质量难以保证，也不符合节能、环保的标准要求。

双轮铣的两个轮子中间必然有很大一部分无法把土体挖平，应该有50％的桩端无法进入水泥混凝土，那么桩端承载力直接减少50％，更可怕的是会造成桩端部的稳定性，所以无法用于承载抗压桩，只能用于围护。

采用动力下置钻头能更有效的传递扭矩，减少动力损失。

使用动力下置可以配合使用伸缩钻杆，这样可以不用接钻杆，大大提高钻孔效率。

动力下置配合链式切割可以有效的把土体切碎，使得水泥与土体能更充分的混合在一体，提高搅拌桩的性能。

采用链式搅拌能减少钻头进入土体的有效面积，可以减少原土体的置换率，有效减少置换泥浆所带来的污染。

为达到上述目的经过反复试验改进采用能入水及密封性能好的马达，优先选用液压马达，例如双轮铣用的马达，但是此种马达直接带动刀具进行工作在进入土体后其内部的密封件容易磨损，维修费用高，时间长，因此使用价格昂贵。而一般的链式钻头由于其动力源在地平面上，链式结构复杂对于钻深孔又要接链条非常不方便，一旦发生停电或是电路故障时间一长链条就要卡死导致整机被埋，本发明是为了解决一种能使马达长时间工作不容易磨损又对土体搅拌更均匀的方法。

所述的环形链条1连接有驱动机构11且该驱动结构11位于钻杆下部，该驱动机构11能驱动环形链条1周向转动。驱动机构 11可以是电机或液压马达。

对于钻杆100与环形链条1的连接，可以使用连接座、法兰、连接框等等。在本实施例中，如图1所示，钻杆100通过法兰连接驱动机构11，驱动机构11通过传动组件11a连接环形链条1，从而实现钻杆100与环形链条1的连接。驱动机构11可以是电机或液压马达，传动组件11a可以是齿轮传动件或者皮带轮传动件。

环形链条1上设有链机架1a，链机架1a上设有主动链轮1b 和从动链轮1c，主动链轮1b连接驱动机构11。链机架1a、主动链轮1b和从动链轮1c均是链条转动所需要的辅助结构，为现有技术，此处不再赘述。

本领域技术人员应当理解，在环形链条1的表面的凸起结构 2，可以是凹陷于环形链条1，也可以是突出于环形链条1，该凸起结构2可以是与环形链条1固定连接，也可以是可拆卸的连接。

在本实施例中，作为优选的方案，凸起结构2包括固定在环形链条1上的切割齿3且切割齿3突出于环形链条1的表面。切割齿3等间隔设置在环形链条1上，切割齿3的宽度可以大于环形链条1的宽度，也可以小于环形链条1的宽度，或者是等于环形链条1的宽度。当然，作为优选的方案，切割齿3的两端延伸出环形链条1的侧部2-5cm为宜。

凸起结构2也可以是将环形链条1的外表面设计成高低不平的凹凸状，也即组成链条的链节的高度不同，从而使环形链条1 外表面自然形成凹凸状。

一条环形链条1在转动时，可以对泥土形成切割和搅拌，但是切割齿3之间容易黏住泥土，导致切割能力下降，作为优选的方案，在本实施例中，环形链条1有两条且两条环形链条1所处的平面位于同一平面上，所述的两条环形链条1形成一个链式切割组件6，两条环形链条1上的切割齿3相互交错，当两条环形链条1转动时，其中一个环形链条1上的切割齿3插入到另一个环形链条1的两个切割齿3中间，将切割齿3中间的泥土刮除或移出，始终保持两个切割齿3中间不被泥土填满，从而保证切割齿对泥土的切割效果。

显然地，由于一个链式切割组件6中两条环形链条1上的切割齿3是相互交错的，因此相互交错的切割齿3必须是向同一个方向运行的，这就要求两条环形链条2的周向旋转方向相反；因此这两条环形链条2应当是通过独立的传动组件11a由各自的驱动机构11驱动的，即对于同属一个链式切割组件6的两条环形链条2，驱动机构不是共用的。

上述的链式切割组件6能形成平面切割效果，切割范围较大。更优选地方案，链式切割组件6有两组且两组链式切割组件6相互平行，两组链式切割组件6形成立体切割效果，切割及搅拌速度明显提高。虽然，本实施例示出了两组链式切割组件6的方案，但并不表示只能用两组链式切割组件6，显然，在该方案的教导下，本领域技术人员可以设计出三组、四组或更多的链式切割组件6结合的方案。

在两组链式切割组件6之间的间隙中设有能输送浆料和/或压缩空气的输料管组件5。输料管组件5包括输浆管7和输气管8，所述的输浆管7和输气管8的管口延伸至环形链条1的中部。在本实施例中，输浆管7和输气管8的管口延伸至环形链条1的中部是指，输浆管7和输气管8的管口不延伸出环形链条1外部，且环形链条1切割过程中，输浆管7输入水泥浆或者混凝土料，输气管8输入压缩空气，实现切割、搅拌的同时进行，能大幅提高制作水泥土搅拌桩的速度和效率。

结合图2和图3所示，链式切割组件6有两组，在两组链式切割组件6中间且靠近链式切割组件6的端部处设有能沿着周向转动的辅助切割组件4。当链式切割组件6有两组时，中间会存在空隙，空隙处容易进入泥土，尤其是当链式切割组件6的端部被泥土粘连后，转动需要的功率会大幅提高，而且两组辅链式切割组件6间隙处无法对泥土形成切割，这时，辅助切割组件4转动，对间隙处的泥土形成切割并消除链式切割组件6之间的泥土粘连。

辅助切割组件4可以是位于两组链式切割组件6中间的链轮，链轮与链式切割组件6上的主动链轮1b或从动链轮1c连接，随主动链轮1b或从动链轮1c同步转动，本实施例中，结合图3所示，辅助切割组件4包括辅助链条9及固定在辅助链条9上的辅助齿10，所述的辅助齿10突出于辅助链条9的表面。

辅助链条9上也设有链机架1a、主动链轮1b、从动链轮1c。当钻杆100与链机架1a连接时，即可实现与环形链条1的连接，当然，不同的环形链条1上的链机架1a之间也可以相互连接。

显然地，如图1所示，辅助切割组件4的两个链轮分别与两条环形链条2的从动链轮1c通过传动轴连接，但由于这两条环形链条2上的从动链轮1c的转向是相反的，因此辅助切割组件4 的两个链轮不可能均与各自相连的从动链轮1c同步转动。其中一个链轮与环形链条2的从动链轮1c同步转动，该链轮与相应的传动轴是固定连接的，两者不会发生周向转动；而另一个链轮与相应的传动轴是滑动配合的，从而从动链轮1c不会带动该链轮转动，该链轮仅会随辅助切割组件4上另一个链轮(即上述由环形链条2的从动链轮1c带动的链轮)同步转动。

实施例2

本实施例与实施例1的结构及工作原理基本相同，不同之处在于，结合图4和图5所示，环形链条1有两条且相互平行，两条环形链条1不在同一平面上，也即两条环形链条1之间有间隙，在两条环形链条1端部处设有能沿着周向转动的辅助切割组件4。本实施例的辅助切割组件4与实施例1的基本相同，辅助链条9 呈横向设置，与环形链条1的宽度配适。

本实施例中，环形链条1呈矩形，在每个角上均设有一个链轮，其中一个或两个是主动链轮1b，另外的是从动链轮1c，当主动链轮1b有两个时，应当使用差速器，使两个主动链轮1b的转速相同。

本领域技术人员应当理解，当驱动机构11连接主动链轮1b 后，可以通过齿轮或链轮或皮带轮等常用的传动结构，结合图5 所示，本实施例的两条环形链条1中间设有能输送浆料和/或压缩空气的输料管组件5。本实施例中，输料管组件5包括输浆管7 和输气管8，输浆管7和输气管8位于两条环形链条1中间的空隙处，其中输浆管7分成若干分叉后管口延伸至环形链条1的底部和侧壁。

在本实施例中，驱动机构11外部套设有保护罩11b，对驱动机构11起到保护作用。本实施例，可以对环形链条1的宽度得到加宽。

实施例3

本实施例与实施例2的结构和工作过程基本相同，不同之处在于，如图6和图7所示，本实施例中的驱动机构11设置在两条环形链条1之间的空隙处，驱动机构的输出端直接连接环形连体上的主动链轮1b。钻杆100直接连接驱动机构11。

实施例4

本实施例与实施例1的结构和工作过程基本相同，不同之处在于，如图8和图9所示，所述的环形链条1至少有两条，且至少有两条环形链条1的轴心线相互垂直。

具体的说，本实施例中，其中两条环形链条1相互平行，形成一个链式切割组件6，另外两条环形链条1相互平行，形成另一个链式切割组件6，两个链式切割组件6相互垂直，形成T字型结构。

本实施例的环形链条1的结构与实施例1相同，且在链式切割组件6中也可以设置输料管组件5。

本实施例呈T型的结构，可以直接用来制作T型搅拌桩，而无需多钻头相互连接从而形成T型结构，用本实施例的钻头制作 T形桩时，效果好，且搅拌效果进一步提高。

实施例5

本实施例与实施例4的结构和工作过程基本相同，不同之处在于，如图10所示，本实施例有两个环形链条1，其中一个环形链条1的结构同实施例1，另一个环形链条1的结构同实施例2，两个环形链条1相互垂直，形成十字形结构。

实施例6

本实施例与实施例4的结构和工作过程基本相同，不同之处在于，如图11所示，本实施例有两个环形链条1，两个环形链条1的结构同实施例1，两个环形链条1相互垂直，形成十字形结构。

实施例7

结合图12-14所示，所述的切割载体101有若干条且每两条相邻的切割载体在竖直方向上的投影的端部重合，且每两条相邻的切割载体在竖直方向上的投影的端部的中心线能连成三角形。

每两条相邻的切割载体101形成三角形切割和搅拌的效果，切割效果即搅拌效果明显优于其他形式的切割载体的组合方式。

本实施例中的切割载体101及其余的结构与上述的实施例相同。

实施例8

本实施例与实施例基本相同，不同之处在于环形链条1和切割齿3的结构。

结合图15所示，环形链条上的切割齿的高度不相同，切割齿 3本身形成锯状结构，且所述的切割齿3表面具有切割小齿(图中未示出)。在本实施例中，凸起结构2包括固定在环形链条1 上的切割齿3且切割齿3突出于环形链条1的表面。切割齿3等间隔设置在环形链条1上，切割齿上设置有类似于锯条的切割小齿。

再结合图29和图30所示，环形链条1上的部分切割齿3所处的平面与该环形链条所处的平面具有夹角。

环形链条至少有两条，结合图31和图32所示，至少有一条环形链条上的部分切割齿与该环形链条形成不同角度的夹角从而使该环形链条上的切割齿在该环形链条周向转动时形成扇形的切割面。

结合图29和图30所示，环形链条上的切割齿向不同的方向倾斜从而使该环形链条上的切割齿在竖直方向上的投影形成一个扇形。

在相邻的两条环形链条的间隙中设有能输送浆料和/或压缩空气的输料管组件5。

实施例9

本实施例其余部分与上述的实施例相同，不同之处在于，结合图17-28所示，所述的切割载体101有若干个，其在竖直方向上的投影有一排或一排以上，每排有一个或一个以上切割载体。

实施例10

如图16所示，在本实施例中，凸起结构2包括固定在环形链条1上的切割齿3且切割齿3突出于环形链条1的表面。切割齿 3等间隔设置在环形链条1上，切割齿在其中一条环形链条1表面依次向另一条环形链条1方向倾斜,结合图31-32所示，两条相邻的环形链条1上的切割齿相互交错，优选为等角度倾斜至45 度，切割齿等角度倾斜的分布可在一条环形链条上重复分布。通过这种方式的切割齿设置，可使本实施例中的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头除了能切割泥土外，还可以切割岩石，进一步扩大了钻头的应用场合。

切割齿3还可以直接形成在环形链条1的表面。

实施例11

本实施例与其他实施例的结构基本相同，不同之处在于，如图33所示，环形链条1表面的凸起结构2包括固定在环形链条1 上的链板1d，以及固定在链板1d上的切割齿3。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了环形链条1、链机架1a、主动链轮1b、从动链轮1c、链板1d、凸起结构2、切割齿3、辅助切割组件4、输料管组件5、链式切割组件6、输浆管7、输气管8、辅助链条 9、辅助齿10、驱动机构11、传动组件11a、保护罩11b、钻杆 100等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，包括位于钻杆下部且呈首尾连接的环形链条(1)，所述的环形链条(1)能由驱动机构(11)驱动进行周向转动且该驱动- 机构 (11)位于钻杆下部，所述的环形链条(1)的表面具有凸起结构(2)；所述的环形链条(1)有两条，两条环形链条(1)不在同一平面上，在两条环形链条(1)端部处设有能沿着周向转动的辅助切割组件(4)，所述的辅助切割组件(4)包括辅助链条(9)及固定在辅助链条(9)上的辅助齿(10)，辅助链条(9)呈横向设置，辅助链条(9)的长度与环形链条(1)的宽度适配，所述的凸起结构(2)包括固定在环形链条(1)上的切割齿(3)，至少有一条环形链条(1)上的部分切割齿(3)与该环形链条(1)形成不同角度的夹角。

2.根据权利要求1所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，两条所述环形链条(1)相互平行。

3.根据权利要求1或2所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，所述的辅助齿(10)突出于辅助链条(9)的表面。

4.根据权利要求3所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，所述辅助链条(9)呈环状。

5.根据权利要求4所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，所述环形链条(1)上连接有链机架(1a)，链机架(1a)上设有主动链轮(1b)和从动链轮(1c)，主动链轮(1b)连接驱动机构(11)；辅助切割组件(4)是位于两条环形链条(1)中间的链轮，链轮与环形链条(1)上的主动链轮(1b)或从动链轮(1c)连接，随主动链轮(1b)或从动链轮(1c)同步转动。

6.根据权利要求1或2所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，所述环形链条(1)呈矩形，在每个角上均设有一个链轮，其中一个或两个是主动链轮(1b)，其余为从动链轮(1c)。

7.根据权利要求6所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，主动链轮(1b)为两个，两个主动链轮(1b)之间设置差速器。

8.根据权利要求1或2所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，驱动机构(11)设置在两条环形链条(1)之间的空隙处，驱动机构(11)的输出端直接连接环形链条(1)上的主动链轮(1b)；钻杆(100)直接连接驱动机构(11)。

9.根据权利要求1或2所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，两条环形链条(1)中间设有能输送浆料和/或压缩空气的输料管组件(5)；所述的输料管组件(5)包括输浆管(7)和/或输气管(8)，所述的输浆管(7)和/或输气管(8)的管口延伸至环形链条(1)的中部。

10.根据权利要求1或2所述的带辅助切割组件的土体充分搅拌型链式钻头，其特征在于，切割齿(3)突出于环形链条(1)的表面。

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