CN112442986A - 一种高压灌浆钻喷一体机及其使用方法 - Google Patents

一种高压灌浆钻喷一体机及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种高压灌浆钻喷一体机，包括：动力头，所述动力头通过缆绳穿过连接臂与卷扬机连接，使所述卷扬机能够驱动所述动力头沿连接臂的长度方向移动；其中，所述动力头包括与缆绳连接的横板、震动件，以及动力头总成，所述横板通过滑杆与所述震动件连接，所述动力头总成设置在所述震动件远离横板的一端；所述震动件上固定有震动电机，所述震动电机的输出轴与所述震动件的输入轴传动连接；钻杆，所述钻杆与所述动力头总成可拆卸连接。在一定力的情况下钻杆无法向上运行时，通过启动震动电机，使得驱动震动件沿竖直方向振动，能够使得钻杆在竖直方向进行小范围移动，便于钻杆提起，实现了防止钻杆卡住的效果。

Description

一种高压灌浆钻喷一体机及其使用方法
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种高压灌浆钻喷一体机及其使用方法。
背景技术
高压旋喷灌浆工程在水利水电工程、河道治理工程和水环境治理工程中的防渗、止水工程；船坞、码头的防渗、止水工程，地铁、隧道以及铁路、高铁、高速公路等工程中的地基加固和防渗工程；深基坑开挖的边坡防护等等工程都有广泛运用。从国内高压旋喷施工工艺、设备来看，基本上还停留在岩心钻机造孔、高喷台车喷浆的传统施工工艺上，其钻进造孔、护壁、移位、就位等环节过多，工序作业时间长，由于施工对象为软弱地基，时常出现护壁难、成孔难，再定位、就位时存在偏差等现象，从而造成施工工期延长、施工质量不稳定等。再者，传统工艺施工更多的是依靠操作人员主观经验意识，各工序控制随意性较大，技术参数难于准备把握，人工成本也相对较高等。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是
本发明提供一种高压灌浆钻喷一体机，包括：动力头，所述动力头通过缆绳穿过连接臂与卷扬机连接，使所述卷扬机能够驱动所述动力头沿连接臂的长度方向移动；其中，所述动力头包括与缆绳连接的横板、震动件，以及动力头总成，所述横板通过滑杆与所述震动件连接，所述动力头总成设置在所述震动件远离横板的一端；所述震动件上固定有震动电机，所述震动电机的输出轴与所述震动件的输入轴传动连接；钻杆，所述钻杆与所述动力头总成可拆卸连接。
在本发明的一些实施方式中，所述滑杆上套设有减震弹簧，所述减震弹簧的一端与所述横板抵接，另一端与所述震动件抵接。
在本发明的一些实施方式中，所述动力头总成包括摆针齿轮电机和齿轮箱总成，所述摆针齿轮电机的输出轴伸入所述齿轮箱总成中，通过钻杆联结与所述钻杆传动连接。
在本发明的一些实施方式中，所述摆针齿轮电机设置有两个。
在本发明的一些实施方式中，所述动力头还包括接头总成，所述接头总成设置在震动件上，其中，所述接头总成包括浆管接头以及水管接头。
在本发明的一些实施方式中，所述钻杆包括钻杆本体、接头、钻头以及喷嘴：所述钻杆本体的一端通过接头与所述钻杆联结可拆卸连接，所述钻杆本体的另一端与所述钻头连接；喷嘴设置在所述钻杆本体的外壁。
在本发明的一些实施方式中，所述钻头与所述钻杆本体为可拆卸连接。
在本发明的一些实施方式中，所述钻杆还包括水路单向阀，所述水路单向阀设置在钻杆本体与所述钻头之间；且所述水路单向阀中的水路流向为沿所述钻杆本体至所述钻头方向。
本发明还提供一种高压灌浆钻喷一体机的使用方法，包括：步骤一、立塔
用比例阀来代替原有的手动换向阀，在操控室里直接控制塔的起升，立塔采用手动操作，在遇到突然停电的时候，能够在原位不动，从而确保安全；
步骤二、造孔打桩
设置一个操作界面，施工前对界面进行预设，如果在过程中发现设计的参数与地质条件不符合时，操作人员可以停止钻进，重新变更设计参数，参数设计是以孔为单位；造孔打桩过程：首先进行设备初始化把打桩地层按照深度分成设置的层数，设置每层主动力头最大扭矩和每层的深度以及打桩压力；A、按下启动按钮，动力头运行往下打桩，由拉力传感器检测打桩压力，当拉力传感器压力变小的时候，采用PLC来调节拉力传感器的压力；B、当动力头运行扭矩超过设定最大扭矩时，自动减小打桩压力，动力头往上运行；C、当遇到突发性极限扭矩时，主动力停止，自动减小打桩压力，动力头往上运行，如果在一定力的情况下无法向上运行时，自动启动振动装置，直至动力头被往上提起；D、在往上运行过程中，主动力头的扭矩会下降，当主动力头扭矩下降到设置的最大扭矩范围内时，自动在原位回转一分钟并通过现场操作人员进行重新设定，接着继续恢复打桩压力执行动力头往下运行；E、要求对下桩的压力进行恒定，根据拉力传感器反馈的压力与初始化时设置的压力进行对比，内部经过PID调节输出相应的卷扬速度；F、当突然停电，立刻把动力头提升至原位；
步骤三、喷浆成柱
在动力头的法兰盘上装上一个传感器，在法兰盘下面装上两个铁片，当铁片经过传感器时，降低动力头转速，进行喷浆，当铁片过了传感器时，停止喷浆，转速提升。
本发明提供的一种高压灌浆钻喷一体机及其使用方法，具有以下有益效果：
1、在一定力的情况下钻杆无法向上运行时，通过启动震动电机，使得驱动震动件沿竖直方向振动，能够使得钻杆在竖直方向进行小范围移动，便于钻杆提起，实现了防止钻杆卡住的效果。
2、能够在钻进工程完成后，直接进行灌浆操作，无需更换其他设备，从而加快了工程进度，而且，采用扭矩传感器实时检测动力头的扭矩，在动力头的运行扭矩超过设定的最大扭矩或遇到突发性极限扭矩时，通过PLC自动减小打桩压力，从而解决了钻杆容易发生损坏的问题。
附图说明
图1为本发明一实施方式的一种高压灌浆钻喷一体机的装配示意图；
图2为本发明一实施方式的一种高压灌浆钻喷一体机的连接臂结构图；
图3为本发明一实施方式的一种高压灌浆钻喷一体机的钻头结构图；
图4为本发明一实施方式的一种高压灌浆钻喷一体机的钻杆结构图；
图5为本发明一实施方式的一种高压灌浆钻喷一体机的控制结构框图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
11、连接臂；12、卷扬机；20、动力头；21、动力头总成；2101、摆针齿轮电机；22、震动件；2201、震动电机；23、横板；2401、浆管接头；2402、水管接头；25、滑杆；2501、减震弹簧；30、钻杆；31、钻杆本体；32、接头；33、水路单向阀；34、钻头；35、喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1-图4，本发明提供一种高压灌浆钻喷一体机，包括：动力头20，动力头20通过缆绳穿过连接臂11与卷扬机12连接，使卷扬机12能够驱动动力头20沿连接臂11的长度方向移动；其中，动力头20包括与缆绳连接的横板23、震动件22，以及动力头总成21，横板23通过滑杆25与震动件22连接，动力头总成21设置在震动件22远离横板23的一端；震动件20上固定有震动电机21，震动电机21的输出轴与震动件20的输入轴传动连接；钻杆30，钻杆30与动力头总成21可拆卸连接。
应用本实施例的技术方案，在操控室里直接控制变幅机构的起升，调整连接臂11的放置角度，卷扬机12通过缆绳缆机通过缆绳与横板30连接，能够将动力头总成10以及震动件20进行吊装，并通过卷扬机驱动动力头20沿连接臂11长度方向移动，而且动力头总成10与钻杆传动连接，使得在动力头总成10工作时，能够驱动钻杆同步转动，从而实现打桩钻孔的目的，在一定力的情况下钻杆无法向上运行时，通过启动震动电机21，使得驱动震动件20沿竖直方向振动，能够使得钻杆30在竖直方向进行小范围移动，便于钻杆提起，实现了防止钻杆卡住的效果。
在一些可选的实施例中，滑杆25上套设有减震弹簧2501，减震弹簧2501的一端与横板23抵接，另一端与震动件22抵接。这样，通过减震弹簧2501能够在钻进过程实现对动力总成10进行缓冲减震的效果。
请参阅图3，动力头总成21包括摆针齿轮电机2101和齿轮箱总成2102，摆针齿轮电机2101的输出轴伸入齿轮箱总成2102中，通过钻杆联结与钻杆30传动连接。
该种结构设计，通过摆针齿轮电机2101的输出轴伸入齿轮箱总成2102中与钻杆联结啮合连接，钻杆联结通过螺栓与钻杆可拆卸连接，使得在摆针齿轮电机2101工作时，能够驱动钻杆30同步转动。
具体地，摆针齿轮电机11设置有两个。
进一步参阅图3，动力头20还包括接头总成，接头总成设置在震动件20上，其中，接头总成包括浆管接头2401以及水管接头2402。这样，浆管接头41用于外接浆管，将水泥将送至钻杆内部，实现钻杆能够灌浆的目的，水管接头42用于外接水管，将水送至钻杆内部，用于排渣。
请参阅图4，钻杆30包括钻杆本体31、接头32、钻头34以及喷嘴35：钻杆本体31的一端通过接头32与钻杆联结可拆卸连接，钻杆本体31的另一端与钻头34连接；喷嘴35设置在钻杆本体31的外壁。
该种结构设计，能够实现钻喷一体式，将钻进造孔和喷射灌浆融为一体，钻杆30即喷杆，水龙头无需更换，钻进造孔结束即可进行灌浆施工，减少了护壁、移位、就位等多个程序，工期相应缩短，质量更易得到保证。
在一些可选的实施例中，钻头34与钻杆本体31为可拆卸连接。通过钻头34与钻杆本体31可拆卸连接，使得在钻进不同土层时，更换不同的钻头34，从而能够进一步提高钻孔效果，例如：在泥沙层(含小砾)采用三翼钻头，钻进压力5-10kpa。在沙砾层(砾径小于20mm)采用牙轮钻头，钻进压力5-15kpa。在沙砾层(砾径大于20mm)采用牙轮钻头，钻进压力8-20kpa。
进一步参阅图4，钻杆30还包括水路单向阀33，水路单向阀33设置在钻杆本体31与钻头34之间；且水路单向阀33中的水路流向为沿钻杆本体31至钻头34方向。这样，通过设置水路单向阀33能够避免污水倒灌至钻杆30中。
请参阅图5，其示出了本发明的高压灌浆钻喷一体机的控制系统的结构框图。
如图5所示，控制系统包括用于检测动力头20压力的拉力传感器以及用于调节动力头20的压力补偿器，其中，拉力传感器与压力补偿器与PLCProgrammable LogicController，可编程逻辑控制器电连接；在旋喷提升状态，控制系统还包括控制喷浆的光电传感器，其中，光电传感器与PLC电连接；其中，控制系统还包括用于检测动力头20运行扭矩的扭矩传感器，扭矩传感器与PLC电连接。
通过操控动力头在钻进状态以及旋喷提升状态切换，能够在钻进工程完成后，直接进行灌浆操作，无需更换其他设备，从而加快了工程进度，拉力传感器实时检测动力头20的压力，在压力过大或过小时，通过PLC控制压力补偿器对压力进行补偿，从而使得动力头20达到压力恒定的效果，而且，采用扭矩传感器实时检测动力头的扭矩，在动力头的运行扭矩超过设定的最大扭矩或遇到突发性极限扭矩时，通过PLC自动减小打桩压力，从而解决了钻杆容易发生损坏的问题。
在一些可选的实施例中，控制系统还包括用于编辑钻喷参数的触摸显示屏，触摸显示屏与PLC电连接。这样，使得工作人员能够在触摸显示屏上对施工参数进行预设，而且在施工过程中发现设计的参数与地质条件不符时，通过实时操作触摸显示屏进行变更参数。
具体地，控制系统还包括用于检测动力头20实际深度的距离传感器，距离传感器与PLC电连接。这样，能够直观的判断当前的施工进度。
进一步地，控制系统还包括用于对各个传感器数据进行存储的数据存储器，数据存储器与PLC电连接。
上述各个电气元器件的型号如下：
PLC-H2U-3232MR；
拉力传感器-TD-CLFL4；
距离传感器-GP2Y0A02YK0F；
光电传感器-EN33-D1T100NA；
扭矩传感器-HRMt5；
压力补偿器-APB8300；
触摸显示屏-IT6070T；
数据存储器-AT24C128C-SSHM-T。
在一个具体的实施例中，本申请的高压灌浆钻喷一体机的使用方法，包括：
步骤一、立塔
用比例阀来代替原有的手动换向阀，在操控室里直接控制塔的起升，立塔采用手动操作，在遇到突然停电的时候，能够在原位不动，从而确保安全；
步骤二、造孔打桩
设置一个操作界面，施工前对界面进行预设，如果在过程中发现设计的参数与地质条件不符合时，操作人员可以停止钻进，重新变更设计参数，参数设计是以孔为单位；
造孔打桩过程：首先进行设备初始化把打桩地层按照深度分成设置的层数，设置每层主动力头最大扭矩和每层的深度以及打桩压力；
A、按下启动按钮，动力头20运行往下打桩，由拉力传感器检测打桩压力，当拉力传感器压力变小的时候，采用PLC来调节拉力传感器的压力；
B、当动力头20运行扭矩超过设定最大扭矩时，自动减小打桩压力，动力头往上运行；
C、当遇到突发性极限扭矩时，主动力停止，自动减小打桩压力，动力头20往上运行，如果在一定力的情况下无法向上运行时，自动启动振动装置，直至动力头20被往上提起；
D、在往上运行过程中，主动力头的扭矩会下降，当主动力头扭矩下降到设置的最大扭矩范围内时，自动在原位回转一分钟并通过现场操作人员进行重新设定，接着继续恢复打桩压力执行动力头20往下运行；
E、要求对下桩的压力进行恒定，根据拉力传感器反馈的压力与初始化时设置的压力进行对比，内部经过PID调节输出相应的卷扬速度；
F、当突然停电，立刻把动力头20提升至原位；
步骤三、喷浆成柱
在动力头20的法兰盘上装上一个传感器，在法兰盘下面装上两个铁片，当铁片经过传感器时，降低动力头转速，进行喷浆，当铁片过了传感器时，停止喷浆，转速提升。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高压灌浆钻喷一体机，其特征在于，包括：
动力头(20)，所述动力头(20)通过缆绳穿过连接臂(11)与卷扬机(12)连接，使所述卷扬机(12)能够驱动所述动力头(20)沿连接臂(11)的长度方向移动；
其中，所述动力头(20)包括与缆绳连接的横板(23)、震动件(22)，以及动力头总成(21)，所述横板(23)通过滑杆(25)与所述震动件(22)连接，所述动力头总成(21)设置在所述震动件(22)远离横板(23)的一端；
所述震动件(20)上固定有震动电机(21)，所述震动电机(21)的输出轴与所述震动件(20)的输入轴传动连接；
钻杆(30)，所述钻杆(30)与所述动力头总成(21)可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压灌浆钻喷一体机，其特征在于，所述滑杆(25)上套设有减震弹簧(2501)，所述减震弹簧(2501)的一端与所述横板(23)抵接，另一端与所述震动件(22)抵接。
3.根据权利要求1所述的一种高压灌浆钻喷一体机，其特征在于，所述动力头总成(21)包括摆针齿轮电机(2101)和齿轮箱总成(2102)，所述摆针齿轮电机(2101)的输出轴伸入所述齿轮箱总成(2102)中，通过钻杆联结与所述钻杆(30)传动连接。
4.根据权利要求3所述的一种高压灌浆钻喷一体机，其特征在于，所述摆针齿轮电机(11)设置有两个。
5.根据权利要求1所述的一种高压灌浆钻喷一体机，其特征在于，所述动力头(20)还包括接头总成，所述接头总成设置在震动件(20)上，其中，所述接头总成包括浆管接头(2401)以及水管接头(2402)。
6.根据权利要求1所述的一种高压灌浆钻喷一体机，其特征在于，所述钻杆(30)包括钻杆本体(31)、接头(32)、钻头(34)以及喷嘴(35)：
所述钻杆本体(31)的一端通过接头(32)与所述钻杆联结可拆卸连接，所述钻杆本体(31)的另一端与所述钻头(34)连接；
喷嘴(35)设置在所述钻杆本体(31)的外壁。
7.根据权利要求6所述的一种高压灌浆钻喷一体机，其特征在于，所述钻头(34)与所述钻杆本体(31)为可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的一种高压灌浆钻喷一体机，其特征在于，所述钻杆(30)还包括水路单向阀(33)，所述水路单向阀(33)设置在钻杆本体(31)与所述钻头(34)之间；
且所述水路单向阀(33)中的水路流向为沿所述钻杆本体(31)至所述钻头(34)方向。
9.根据权利要求1所述的一种高压灌浆钻喷一体机的使用方法，其特征在于，包括：
步骤一、立塔
在操控室里控制塔的起升，立塔采用手动操作；
步骤二、造孔打桩
设置一个操作界面，施工前对界面进行预设，如果在过程中发现设计的参数与地质条件不符合时，操作人员停止钻进，重新变更设计参数，参数设计是以孔为单位；
造孔打桩过程：首先进行设备初始化把打桩地层按照深度分成设置的层数，设置每层主动力头最大扭矩和每层的深度以及打桩压力；
A、按下启动按钮，动力头(20)运行往下打桩，由拉力传感器检测打桩压力，当拉力传感器压力变小的时候，采用PLC来调节拉力传感器的压力；
B、当动力头(20)运行扭矩超过设定最大扭矩时，自动减小打桩压力，动力头往上运行；
C、当遇到突发性极限扭矩时，主动力停止，自动减小打桩压力，动力头(20)往上运行，如果在一定力的情况下无法向上运行时，自动启动振动装置，直至动力头(20)被往上提起；
D、在往上运行过程中，主动力头的扭矩会下降，当主动力头扭矩下降到设置的最大扭矩范围内时，自动在原位回转一分钟并通过现场操作人员进行重新设定，接着继续恢复打桩压力执行动力头(20)往下运行；
E、要求对下桩的压力进行恒定，根据拉力传感器反馈的压力与初始化时设置的压力进行对比，内部经过PID调节输出相应的卷扬速度；
F、当突然停电，立刻把动力头(20)提升至原位；
步骤三、喷浆成柱
在动力头(20)的法兰盘上装上一个传感器，在法兰盘下面装上两个铁片，当铁片经过传感器时，降低动力头转速，进行喷浆，当铁片过了传感器时，停止喷浆，转速提升。
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