CN112593845A - 一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于桩基冲击钻领域，尤其涉及一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，它包括冲击钻机构、限摆机构，其中冲击钻机构吊挂在冲击钻探机的钢丝绳A上，冲击钻机构在钢丝绳A的往复牵引下对岩层进行往复冲击破碎，进而在岩层上形成冲击钻孔；整个冲击钻孔过程无需向溶洞内投放大量片石，从而避免因片石准备量不足而导致的钻孔内用来保护孔壁和排渣的泥浆大量流失，同时避免因片石投放经验不足导致的片石投放位置不合理而导致的在溶洞底部冲击钻孔产生偏斜，有效提高岩溶地质的冲击钻孔效率。

Description

一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备

技术领域

本发明属于桩基冲击钻领域，尤其涉及一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备。

背景技术

在桩基建设过程中，通常使用冲击钻在地面上冲击形成一定深度的冲击钻孔。冲击钻具有很好的钻孔性能，对较硬的地层都可以有效的进行钻孔作业，且效率十分的高。适用于硬度较高的岩层、风化的岩层以及各种硬脆的地质环境中。

冲击钻是一种以垂直往复运动依靠冲击力进行钻孔的工程钻孔设备，其工作原理类似于凿岩的锤子，都是靠冲击力进行钻孔作业，一般主要指重力冲击钻。冲击钻利用冲击器在自重作用下产生的动能将岩石打碎，再利用泥浆将岩石碎屑排出，达到钻孔效果。

在使用冲击钻进行岩溶地质桩基施工过程中，在钻孔前会对钻孔部位的地下溶洞分布情况进行探测了解，在钻孔过程中同样会对钻头位置进行实时探测。如果钻头遇到必经的溶洞时，冲击钻的继续冲击钻孔势必会因其在溶洞底部斜坡作用下发生摆动而导致钻头在溶洞底部冲击形成的钻孔发生偏斜。

传统的处理方式是向溶洞内投放大量的片石将溶洞进行填充，然后利用冲击钻进行小幅度的往复冲击，直至在溶洞底部形成无偏斜的冲击钻孔位置，但是向溶洞内添加片石的处理方式存在如下问题：

首先，片石准备量不足时，容易导致钻孔内用来保护孔壁和排渣的泥浆因溶洞的渗漏而大量流失。

其次，片石投放位置不合理时，不能很好地发挥其相应作用，最终依然会导致在溶洞底部的钻孔发生偏斜。

最后，投放片石带来的直接后果就是大大延长钻孔施工时间，工作效率较低。

所以，设计一种无需投放片石就可以在溶洞底部冲击出无偏斜钻孔的冲击钻很有必要，以提高钻孔效率。

本发明设计一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，它是采用以下技术方案来实现的。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，它包括冲击钻机构、限摆机构，其中冲击钻机构吊挂在冲击钻探机的钢丝绳A上，冲击钻机构在钢丝绳A的往复牵引下对岩层进行往复冲击破碎，进而在岩层上形成冲击钻孔；当冲击钻机构遇到并到达溶洞底部的陡峭斜坡时，通过钢丝绳A往复牵引冲击钻机构，冲击钻机构自带的撞击块在冲击钻机构绕其与溶洞底部斜坡的接触点由倾斜状态向竖直状态回摆过程中对冲击钻机构形成撞击，冲击钻机构在撞击块的往复撞击作用下对其与溶洞底部斜坡的接触处进行冲击并最终在溶洞底部斜坡上形成一个允许冲击钻机构进行直上直下冲击钻孔作业的平台；

冲击钻机构配套有与钻孔孔壁配合的限摆机构，与冲击钻机构配合的限摆机构阻止到达溶洞底部平缓斜坡的冲击钻机构产生摆动并辅助冲击钻机构对溶洞底部平缓斜坡进行竖直冲击钻孔。

上述冲击钻机构包括冲击锥、转套、滑杆、弹簧A、圆板、触发杆、摆杆、弧形滑套、撞击块，其中五爪状冲击锥的顶端具有圆柱台，圆柱台顶端球铰有与钢丝绳A连接的摆杆，摆杆与限摆机构配合；冲击锥内中部竖直滑动有滑杆，滑杆上嵌套有对其复位的弹簧A；滑杆顶端安装的圆板与摆杆末端安装的触发杆接触配合；弧形滑套内绕其圆心轴线滑动有相互撞击配合的转套和撞击块，转套嵌套并旋转于圆柱台上；转套和弧形滑套上具有将转套在弧形滑套中部位置和在弧形滑套内一端极限位置进行锁定且被滑杆驱动的结构，此结构在圆柱台由竖直状态发生摆动时对转套在弧形滑套内中部的位置进行解锁并在圆柱台由倾斜状态向竖直状态发生摆动时对转套在弧形滑套内一端的极限位置进行锁定；弧形滑套上具有将距离转套最远的撞击块锁定在弧形滑套内的结构，此结构在圆柱台由竖直状态发生摆动时对相距转套最远的撞击块位置进行锁定并在圆柱台由倾斜状态向竖直状态发生摆动时对相距转套最远的撞击块位置进行解锁。

作为本技术的进一步改进，上述滑杆滑动于圆柱台内的滑槽A中，圆板运动于滑槽A顶部的圆槽A内；滑杆上对称安装有两个导向块A，两个导向块A分别滑动于滑槽A内壁上的两个导向槽A内。导向块A与导向槽A的配合对滑杆在滑槽A中的竖直滑动发挥定位导向作用。弹簧A位于滑槽A内壁上的环槽A内；弹簧A一端与环槽A内壁连接，另一端与安装在滑杆上的拉簧环A连接；圆柱台上嵌套安装有圆环A，圆环A旋转于转套内壁上的环槽C内；滑槽A内竖直滑动有滑块，滑块上端安装的齿条B与安装在滑槽A内的直齿轮B啮合，直齿轮B通过轴套与同轴的直齿轮A连接，直齿轮A与安装在滑杆下端的齿条A啮合；圆柱台外侧开设有环槽B，环槽B内旋转配合有环套A；环套A通过周向均匀分布的四个连接块与滑块固连，四个连接块分别竖直滑动于滑槽A内壁上与环槽B相通的四个滑槽B内；转套上对称安装有两个导向块B，两个导向块B分别滑动于弧形环套内壁上的两个导向槽B内。导向块B与导向槽B的配合对环套在弧形滑套内绕弧形滑套的圆心轴线的滑动发挥定位导向作用。转套内壁上对称开设有两个与其外侧相通的滑槽C，每个滑槽C中均滑动有与环套A上的环槽E配合的外套，环槽E内壁上具有便于外套沿圆柱台中心轴线滑出环槽E的过渡斜面；每个外套上均嵌套有对其复位的弹簧B；每个外套内均滑动有与弧形滑套相应侧内壁上限位槽A和限位槽B配合的限位块A；每个外套内均安装有对相应限位块A复位的弹簧C；撞击块上对称安装有两个导向块E，两个导向块E分别滑动于弧形滑套内壁上的两个导向槽B内。导向块E与导向槽B的配合对撞击块在弧形滑套内绕弧形滑套圆心轴线的滑动发挥定位导向作用。撞击块与弧形滑套内壁末端附近对称分布的两个滑槽D内滑动的两个限位块B配合；每个限位槽A内均滑动有与相应侧限位块A配合的触发块A，每个限位槽B内均滑动有与相应侧限位块A配合的触发块B；同侧的触发块A、触发块B和限位块B安装同一连接杆上，连接杆滑动于弧形滑套内与同侧限位槽A、限位槽B和滑槽D相通的滑槽E中；滑槽E中对称安装有两个对相应连接杆复位的弹簧D；弹簧D一端与连接杆连接，另一端与滑槽E内壁连接。

作为本技术的进一步改进，上述弹簧B位于相应滑槽C内壁上的环槽D内；弹簧B一端与相应环槽D的内壁连接，另一端与相应外套上安装的拉簧环B连接；限位块A上对称安装有两个导向块C，两个导向块C分别滑动于相应外套内壁上的两个导向槽C内。导向块C与导向槽C的配合对限位块A在相应外套内的滑动发挥定位导向作用，同时保证弹簧C始终处于压缩储能状态。弹簧C一端与相应外套的内壁连接，另一端与相应限位块A端面连接。

作为本技术的进一步改进，上述冲击锥底部均匀密布有冲击齿；限位槽A位于弧形滑套相应侧内壁的中部，限位槽B与滑槽D分别位于弧形滑套相应侧内壁的两端附近；限位槽B沿转套相对于弧形滑套滑动的方向的弧度大于限位槽A的弧度。

作为本技术的进一步改进，上述限摆机构包括环套B、轴A、锥齿轮A、锥齿轮B、环套C、内螺纹套、弧板、环套D、缠绕轮、钢丝绳B，其中环套B侧壁上周向均匀开设的若干圆槽B内分别旋转配合有径向轴A；每个轴A上均安装有锥齿轮A，相邻两个锥齿轮A同时与安装在环套B内壁上的锥齿轮B啮合；每个轴A上均螺纹配合有内螺纹套，内螺纹套径向滑动于相应圆槽B处安装的环套C内；内螺纹套末端安装有与钻孔内壁配合的弧板；一个轴A上安装有缠绕轮，缠绕轮位于相应圆槽B内壁上的容纳槽内；缠绕轮上缠绕有若干圈钢丝绳B，钢丝绳B的两端与安装在冲击钻探机上的电动模块连接，电动模块通过钢丝绳B驱动缠绕轮旋转；环套B内通过周先均匀分布的若干固定杆安装有同中心轴线的环套D；环套D与冲击钻机构中的摆杆配合。

作为本技术的进一步改进，上述内螺纹套上对称安装有两个导向块D，两个导向块D分别滑动于环套C内壁上的两个导向槽D内。导向块D与导向槽D的配合对内螺纹套在相应环套C内的轴向滑动发挥定位导向作用。环套B内壁上安装有将锥齿轮A和锥齿轮B与泥浆隔离的护罩。

相对于传统的桩基冲击钻，本发明通过冲击钻机构在钢丝绳A的往复牵引下对岩层进行冲击钻孔作业，当冲击钻机构遇到溶洞并到达溶洞底部陡峭的斜坡时，通过钢丝绳A小幅度往复拉动冲击钻机构绕其与溶洞底部斜坡的接触点进行摆动，使得冲击钻机构中自带的撞击块在冲击钻机构由倾斜状态向竖直状态摆动过程中对冲击锥形成猛烈撞击，使得冲击锥对其与溶洞底部斜坡的接触点处进行横向水平冲击并最终形成便于冲击钻机构对溶洞底部进行竖直冲击钻孔的平台，冲击钻机构在此平台上继续进行竖直冲击钻孔作业。整个冲击钻孔过程无需向溶洞内投放大量片石，从而避免因片石准备量不足而导致的钻孔内用来保护孔壁和排渣的泥浆大量流失，同时避免因片石投放经验不足导致的片石投放位置不合理而导致的在溶洞底部冲击钻孔产生偏斜，有效提高岩溶地质的冲击钻孔效率。另外，当冲击钻机构遇到平缓的溶洞底部斜坡时，与冲击钻机构配合的限摆机构就会对冲击锥绕其与溶洞底部斜坡的接触点的摆动进行限制，使得冲击钻机构在自重作用下竖直地对平缓的溶洞底部斜坡进行小幅度往复冲击并最终在溶洞底部平缓斜坡上形成竖直状态的钻孔，有效减少冲击钻机构受到撞击块的撞击，减少设备损耗，延长设备使用寿命。本发明结构简单，具有较好的使用效果。

附图说明

图1是冲击钻机构和限摆机构与钻孔和溶洞底部斜坡配合剖面示意图。

图2是限摆机构与钻孔配合剖面示意图。

图3是冲击钻机构及其剖面示意图。

图4是圆柱台、滑块、连接块、环套A、外套、限位块A、触发块A、连接杆、弧形滑套与转套配合剖面示意图。

图5是弧形滑套、连接杆、触发块A、触发块、限位块A、转套、撞击块与限位块B配合剖面示意图。

图6是撞击块、限位块B、连接杆、弹簧D与弧形滑套配合剖面示意图。

图7是冲击锥及其剖面示意图。

图8是弧形滑套及其两个视角的剖面示意图。

图9是转套及其剖面示意图。

图10是环套A剖面示意图。

图11是滑杆、齿条A、直齿轮A、轴套、直齿轮B、齿条B与滑块配合及其剖面示意图。

图12是限摆机构示意图。

图13是限摆机构俯视剖面示意图。

图14是限摆机构局部剖面示意图。

图15是环套B及其剖面示意图。

图中标号名称：1、钻孔；2、溶洞；3、斜坡；4、冲击钻机构；5、冲击锥；6、冲击齿；7、圆柱台；8、圆槽A；9、滑槽A；10、环槽A；11、导向槽A；12、环槽B；13、滑槽B；14、转套；15、环槽C；16、滑槽C；17、环槽D；18、圆环A；19、滑杆；20、导向块A；21、弹簧A；22、拉簧环A；23、圆板；24、触发杆；25、摆杆；26、齿条A；27、直齿轮A；28、轴套；29、直齿轮B；30、齿条B；31、滑块；32、连接块；33、环套A；34、环槽E；35、过渡斜面；36、外套；37、导向槽C；38、弹簧B；39、拉簧环B；40、限位块A；41、导向块C；42、弹簧C；43、导向块B；44、弧形滑套；45、导向槽B；46、限位槽A；47、限位槽B；48、滑槽D；49、滑槽E；50、连接杆；51、弹簧D；52、触发块A；53、触发块B；54、限位块B；55、撞击块；56、导向块E；57、钢丝绳A；58、限摆机构；59、环套B；60、圆槽B；61、容纳槽；62、轴A；63、锥齿轮A；64、锥齿轮B；65、环套C；66、导向槽D；67、内螺纹套；68、导向块D；69、弧板；70、环套D；71、固定杆；72、缠绕轮；73、钢丝绳B；74、护罩。

具体实施方式

附图均为本发明实施的示意图，以便于理解结构运行原理。具体产品结构及比例尺寸根据使用环境结合常规技术确定即可。

如图1、2所示，它包括冲击钻机构4、限摆机构58，其中如图1所示，冲击钻机构4吊挂在冲击钻探机的钢丝绳A57上，冲击钻机构4在钢丝绳A57的往复牵引下对岩层进行往复冲击破碎，进而在岩层上形成冲击钻孔1；如图1、2、3所示，当冲击钻机构4遇到并到达溶洞2底部的陡峭斜坡3时，通过钢丝绳A57往复牵引冲击钻机构4，冲击钻机构4自带的撞击块55在冲击钻机构4绕其与溶洞2底部斜坡3的接触点由倾斜状态向竖直状态回摆过程中对冲击钻机构4形成撞击，冲击钻机构4在撞击块55的往复撞击作用下对其与溶洞2底部斜坡3的接触处进行冲击并最终在溶洞2底部斜坡3上形成一个允许冲击钻机构4进行直上直下冲击钻孔1作业的平台；

如图1、2所示，冲击钻机构4配套有与钻孔1孔壁配合的限摆机构58，与冲击钻机构4配合的限摆机构58阻止到达溶洞2底部平缓斜坡3的冲击钻机构4产生摆动并辅助冲击钻机构4对溶洞2底部平缓斜坡3进行竖直冲击钻孔1。

如图3、4所示，上述冲击钻机构4包括冲击锥5、转套14、滑杆19、弹簧A21、圆板23、触发杆24、摆杆25、弧形滑套44、撞击块55，其中如图2、3、7所示，五爪状冲击锥5的顶端具有圆柱台7，圆柱台7顶端球铰有与钢丝绳A57连接的摆杆25，摆杆25与限摆机构58配合；如图3、4所示，冲击锥5内中部竖直滑动有滑杆19，滑杆19上嵌套有对其复位的弹簧A21；滑杆19顶端安装的圆板23与摆杆25末端安装的触发杆24接触配合；弧形滑套44内绕其圆心轴线滑动有相互撞击配合的转套14和撞击块55，转套14嵌套并旋转于圆柱台7上；如图4、5、6所示，转套14和弧形滑套44上具有将转套14在弧形滑套44中部位置和在弧形滑套44内一端极限位置进行锁定且被滑杆19驱动的结构，此结构在圆柱台7由竖直状态发生摆动时对转套14在弧形滑套44内中部的位置进行解锁并在圆柱台7由倾斜状态向竖直状态发生摆动时对转套14在弧形滑套44内一端的极限位置进行锁定；弧形滑套44上具有将距离转套14最远的撞击块55锁定在弧形滑套44内的结构，此结构在圆柱台7由竖直状态发生摆动时对相距转套14最远的撞击块55位置进行锁定并在圆柱台7由倾斜状态向竖直状态发生摆动时对相距转套14最远的撞击块55位置进行解锁。

如图3、4、7所示，上述滑杆19滑动于圆柱台7内的滑槽A9中，圆板23运动于滑槽A9顶部的圆槽A8内；滑杆19上对称安装有两个导向块A20，两个导向块A20分别滑动于滑槽A9内壁上的两个导向槽A11内。导向块A20与导向槽A11的配合对滑杆19在滑槽A9中的竖直滑动发挥定位导向作用。弹簧A21位于滑槽A9内壁上的环槽A10内；弹簧A21一端与环槽A10内壁连接，另一端与安装在滑杆19上的拉簧环A22连接；圆柱台7上嵌套安装有圆环A18，圆环A18旋转于转套14内壁上的环槽C15内；如图3、4、11所示，滑槽A9内竖直滑动有滑块31，滑块31上端安装的齿条B30与安装在滑槽A9内的直齿轮B29啮合，直齿轮B29通过轴套28与同轴的直齿轮A27连接，直齿轮A27与安装在滑杆19下端的齿条A26啮合；如图4、7、10所示，圆柱台7外侧开设有环槽B12，环槽B12内旋转配合有环套A33；环套A33通过周向均匀分布的四个连接块32与滑块31固连，四个连接块32分别竖直滑动于滑槽A9内壁上与环槽B12相通的四个滑槽B13内；如图3、4、8所示，转套14上对称安装有两个导向块B43，两个导向块B43分别滑动于弧形环套内壁上的两个导向槽B45内。导向块B43与导向槽B45的配合对环套在弧形滑套44内绕弧形滑套44的圆心轴线的滑动发挥定位导向作用。如图4、9、10所示，转套14内壁上对称开设有两个与其外侧相通的滑槽C16，每个滑槽C16中均滑动有与环套A33上的环槽E34配合的外套36，环槽E34内壁上具有便于外套36沿圆柱台7中心轴线滑出环槽E34的过渡斜面35；每个外套36上均嵌套有对其复位的弹簧B38；每个外套36内均滑动有与弧形滑套44相应侧内壁上限位槽A46和限位槽B47配合的限位块A40；每个外套36内均安装有对相应限位块A40复位的弹簧C42；如图3、6、8所示，撞击块55上对称安装有两个导向块E56，两个导向块E56分别滑动于弧形滑套44内壁上的两个导向槽B45内。导向块E56与导向槽B45的配合对撞击块55在弧形滑套44内绕弧形滑套44圆心轴线的滑动发挥定位导向作用。如图5、6、8所示，撞击块55与弧形滑套44内壁末端附近对称分布的两个滑槽D48内滑动的两个限位块B54配合；每个限位槽A46内均滑动有与相应侧限位块A40配合的触发块A52，每个限位槽B47内均滑动有与相应侧限位块A40配合的触发块B53；同侧的触发块A52、触发块B53和限位块B54安装同一连接杆50上，连接杆50滑动于弧形滑套44内与同侧限位槽A46、限位槽B47和滑槽D48相通的滑槽E49中；滑槽E49中对称安装有两个对相应连接杆50复位的弹簧D51；弹簧D51一端与连接杆50连接，另一端与滑槽E49内壁连接。

如图4、9所示，上述弹簧B38位于相应滑槽C16内壁上的环槽D17内；弹簧B38一端与相应环槽D17的内壁连接，另一端与相应外套36上安装的拉簧环B39连接；限位块A40上对称安装有两个导向块C41，两个导向块C41分别滑动于相应外套36内壁上的两个导向槽C37内。导向块C41与导向槽C37的配合对限位块A40在相应外套36内的滑动发挥定位导向作用，同时保证弹簧C42始终处于压缩储能状态。弹簧C42一端与相应外套36的内壁连接，另一端与相应限位块A40端面连接。

如图7所示，上述冲击锥5底部均匀密布有冲击齿6；如图5、8所示，限位槽A46位于弧形滑套44相应侧内壁的中部，限位槽B47与滑槽D48分别位于弧形滑套44相应侧内壁的两端附近；限位槽B47沿转套14相对于弧形滑套44滑动的方向的弧度大于限位槽A46的弧度。

如图12、13、14所示，上述限摆机构58包括环套B59、轴A62、锥齿轮A63、锥齿轮B64、环套C65、内螺纹套67、弧板69、环套D70、缠绕轮72、钢丝绳B73，其中如图13、14、15所示，环套B59侧壁上周向均匀开设的若干圆槽B60内分别旋转配合有径向轴A62；每个轴A62上均安装有锥齿轮A63，相邻两个锥齿轮A63同时与安装在环套B59内壁上的锥齿轮B64啮合；每个轴A62上均螺纹配合有内螺纹套67，内螺纹套67径向滑动于相应圆槽B60处安装的环套C65内；如图2、14、15所示，内螺纹套67末端安装有与钻孔1内壁配合的弧板69；一个轴A62上安装有缠绕轮72，缠绕轮72位于相应圆槽B60内壁上的容纳槽61内；缠绕轮72上缠绕有若干圈钢丝绳B73，钢丝绳B73的两端与安装在冲击钻探机上的电动模块连接，电动模块通过钢丝绳B73驱动缠绕轮72旋转；如图2、12、13所示，环套B59内通过周先均匀分布的若干固定杆71安装有同中心轴线的环套D70；环套D70与冲击钻机构4中的摆杆25配合。

如图14所示，上述内螺纹套67上对称安装有两个导向块D68，两个导向块D68分别滑动于环套C65内壁上的两个导向槽D66内。导向块D68与导向槽D66的配合对内螺纹套67在相应环套C65内的轴向滑动发挥定位导向作用。如图12、13、14所示，环套B59内壁上安装有将锥齿轮A63和锥齿轮B64与泥浆隔离的护罩74。

本发明的工作流程：在初始状态，冲击钻机构4被钢丝绳A57吊挂于空中，摆杆25和冲击锥5均处于竖直状态，触发杆24末端与圆板23中心部位相抵。两个限位块A40分别插入弧形滑套44内壁上的两个限位槽A46内并分别与相应的触发块A52相抵，对转套14在弧形滑套44内中部的位置进行锁定。两个外套36的末端与环套A33的外柱面相抵，弹簧A21、弹簧B38、弹簧C42和弹簧D51均处于压缩储能状态，两个限位块B54均收缩于相应的滑槽D48内。撞击块55与转套14紧贴，撞击块55对两个滑槽D48进行遮挡，两个限位块B54同时与撞击块55侧壁相抵。

当钢丝绳A57带动冲击钻机构4竖直向岩层进行冲击钻孔1时，在冲击锥5与岩层相互作用过程中，由于钢丝绳A57的松弛，摆杆25在自重作用下绕球铰点发生摆动，摆杆25带动触发杆24同步摆动，触发杆24末端由圆板23中部向其边缘方向摆动，滑杆19在弹簧A21的作用下带动圆板23竖直向上运动，圆板23始终与触发杆24相抵。滑杆19通过齿条A26、直齿轮A27、轴套28、直齿轮B29、齿条B30、滑块31和连接块32带动环套A33相对于圆柱台7轴向竖直向下快速运动，两个外套36的末端快速向环套A33上的环槽E34运动并在相应弹簧B38的作用下快速地进入环槽E34中。两个外套36分别通过相应的两个导向块C41带动相应的限位块A40脱离相应的限位槽A46并解除对转套14在弧形滑套44内中部的位置锁定，弧形滑套44在自重作用下相对于转套14不产生运动。同时，两个连接杆50分别在相应两个弹簧D51的作用下带动安装于其上的触发块A52、触发块B53和限位块B54运动，两个触发块A52分别在相应连接杆50的带动下欲进一步深入限位槽A46，两个触发块B53分别在相应连接杆50的带动下欲进一步深入限位槽B47，两个限位块B54分别在相应连接杆50带动下欲滑出相应的滑槽D48。由于撞击块55对两个滑槽D48处于遮挡状态，所以两个限位块B54与撞击块55相抵并未滑出滑槽D48，从而导致两个连接杆50不产生运动，每个连接杆50上安装的触发块A52和触发块B53也不产生运动。

随着钢丝绳A57继续绷紧并竖直向上拉动摆杆25时，摆杆25瞬间相对于冲击锥5由倾斜状态摆至竖直状态，摆杆25带动触发杆24由圆板23的边缘位置到达圆板23的中部位置，触发杆24通过圆板23带动滑杆19相对于圆柱台7竖直向下滑动，弹簧A21被进一步压缩储能。滑杆19通过一系列传动带动环套A33相对于圆柱台7竖直向上快速运动，两个外套36末端经环槽E34的过度斜面快速脱离环槽E34并与环套A33的外柱面相抵。两个弹簧B38同时被进一步压缩储能，两个外套36分别通过相应的弹簧C42带动相应的限位块A40快速地插入相应的限位槽A46内并对转套14在弧形滑套44内中部的位置形成锁定。

冲击钻机构4如此往复地通过被钢丝绳A57牵引并对岩层进行竖直方向的冲击钻孔1，当冲击钻机构4与地下的溶洞2相遇并到达溶洞2底部的陡峭斜坡3时，停止钢丝绳A57对冲击锥5的大幅度牵引，而是通过钢丝绳A57对冲击锥5进行小幅度牵引，保证冲击锥5在不脱离溶洞2底部陡峭斜坡3的前提下绕其与溶洞2底部斜坡3的接触点进行往复摆动。

当钢丝绳A57进行小幅度下放时，冲击锥5在自重作用下绕其与溶洞2底部斜坡3的接触点进行摆动，弧形滑套44在撞击块55绕圆柱台7中轴线产生的扭矩作用下带动转套14相对于圆柱台7产生旋转，并最终撞击块55位于倾斜的圆柱台7的下侧。与此同时，摆杆25在钢丝绳A57的牵引下相对于冲击锥5发生摆动。摆杆25带动触发杆24由圆板23的中部到达圆板23的边缘处，滑杆19在弹簧A21的作用下带动圆板23向圆柱台7顶端方向轴向运动，滑杆19通过一系列传动带动环套A33向冲击锥5底部方向轴向快速运动。在相应弹簧B38的作用下，两个外套36的末端分别快速进入环套A33上的环槽E34内，两个外套36分别通过相应两个导向块C41带动相应的限位块A40快速滑出相应限位槽A46收缩入相应的滑槽C16内并解除对转套14在弧形滑套44内中部位置的锁定，撞击块55依然对两个限位块B54进行抵压。弧形滑套44在重力作用下相对于转套14向倾斜的转套14下侧方向滑动，同时撞击块55在重力作用下相对于弧形滑套44向弧形滑套44内的末端极限位置方向快速滑动。

当弧形滑套44相对于转套14滑动至极限时，转套14和撞击块55分别位于弧形滑套44内的两端极限位置处，撞击块55正好越过两个限位块B54并解除对两个限位块B54的抵压，转套14上的两个外套36分别与弧形滑套44内同侧壁上的限位槽B47相对。两个连接杆50分别在相应两个弹簧D51的作用下带动安装于其上的限位块B54瞬间滑出相应滑槽D48并对撞击块55在弧形滑套44内的回滑形成限制，两个触发块A52分别在相应连接杆50的带动下深入相应限位槽A46并对转套14在弧形滑套44内的回滑不形成限制，两个触发块B53分别在相应连接杆50带动下深入相应限位槽B47并对转套14在弧形滑套44内的回滑不形成限制。

当摆杆25在钢丝绳A57牵引下由倾斜状态向竖直状态摆动过程中，摆杆25带动触发杆24由圆板23的边缘位置向圆板23中部位置运动，圆板23在触发杆24的抵压下带动滑杆19在圆柱台7内复位，弹簧A21被进一步压缩储能。滑杆19通过一系列传动带动环套A33相对于圆柱台7进行快速复位，两个外套36分别经环套A33上环槽E34的过度斜面快速与环套A33的外柱面相抵，两个弹簧B38被进一步压缩储能。两个外套36分别通过相应弹簧C42带动相应限位块A40向相应的限位槽B47内插入并与相应的触发块B53相抵。与此同时，随着摆杆25在钢丝绳A57牵引下向竖直方向摆动，冲击锥5绕其与溶洞2底部斜坡3的接触点也向竖直方向回摆，弧形滑套44在自重和撞击块55的重力作用下相对于转套14欲进行复位。由于限位槽B47绕弧形滑套44圆心轴线的弧度大于限位槽A46绕弧形滑套44圆心轴线的弧度，所以在弧形滑套44相对于转套14复位过程中，两个限位块A40不会与相应限位槽B47发生瞬间错位，两个限位块A40在弧形滑套44与转套14产生相对滑动同时依然顺利地插入限位槽B47内并转套14在弧形滑套44内的一端极限位置形成限制，阻止弧形滑套44相对于转套14的复位。

在两个限位块A40分别完全插入相应限位槽A46内时，两个限位块A40分别通过相应的触发块B53带动相应连接杆50在弧形滑套44内复位，两个弹簧D51被进一步压缩储能。两个连接杆50分别带动相应的触发块A52和限位块B54进行复位，两个触发块A52重新收缩于相应限位槽A46内，两个限位块B54分别重新收缩至相应的滑槽D48内并解除对撞击块55在弧形滑套44内一端极限位置的锁定。

撞击块55在自重作用下沿弧形滑套44向转套14方向快速滑动并最终与转套14发生猛烈撞击，受到猛烈撞击的状态通过圆柱台7带动冲击锥5对其与溶洞2底部斜坡3的接触点处进行横向水平冲击并在溶洞2底部斜坡3的接触点处形成凹坑，随着钢丝绳A57数次往复地小幅度牵引冲击钻机构4绕冲击锥5与溶洞2底部斜坡3的接触点进行摆动，撞击块55往复数次地对冲击锥5形成猛烈撞击，冲击锥5连续数次对其与溶洞2底部斜坡3的接触点处进行横向冲击并最终在其与溶洞2底部斜坡3的接触点处冲击形成一个允许冲击锥5竖直冲击钻孔1的平台。待平台形成后，通过钢丝绳A57重新开始大幅度往复牵引冲击钻机构4并对平台底部进行往复冲击并最终在溶洞2底部斜坡3上形成竖直的冲击钻孔1，整个过程无需进行大量片石的投放，节省成本的同时防止片石投放经验不足导致钻孔1内用来保护孔壁和排渣的泥浆大量流失，提高岩溶地质冲击钻孔1的效率。

当冲击钻机构4在冲击钻孔1过程中遇到底部斜坡3较缓的溶洞2时，通过钢丝绳A57将冲击钻机构4竖直拉出钻孔1，将限摆机构58与冲击钻机构4配合，将摆杆25插入限摆机构58上的环套D70内随冲击钻机构4一同被吊入钻孔1内。待冲击锥5重新达到溶洞2底部的平缓斜坡3时，保持限摆机构58位于溶洞2以上位置。启动冲击钻探机上与钢丝绳B73连接的电动模块，电动模块通过钢丝绳B73带动限摆机构58上的缠绕轮72旋转，缠绕轮72带动相应轴A62旋转，安装有缠绕轮72的轴A62通过相应锥齿轮A63和相邻的锥齿轮B64带动若干轴A62同步旋转，每个轴A62均带动与之螺纹配合的内螺纹套67在相应的环套C65内沿环套B59径向相外伸出，安装在内螺纹套67末端的弧板69对钻孔1孔壁形成抵压，从而实现将限摆机构58固定支撑于钻孔1内的目的，进而实现对摆杆25的摆动限制，使摆杆25只产生相对于环套D70的竖直轴向滑动，进而限制冲击锥5在溶洞2底部平缓斜坡3作用下绕其与溶洞2底部斜坡3的接触点进行的摆动。

此时，通过钢丝绳A57牵引冲击钻机构4进行竖直方向小幅度运动，使得小幅度运动的冲击锥5对溶洞2底部的平缓斜坡3进行冲击，并最终在溶洞2底部平缓斜坡3上冲击成孔，有效减少冲击钻机构4在遇到溶洞2时受到撞击块55撞击的频率，减小设备损耗，有效延长设备使用寿命。同时，在限摆机构58的配合下保证冲击钻机构4在不向溶洞2内投放片石情况下对溶洞2底部斜坡3进行有效的冲击钻孔1。当对溶洞2底部冲击钻孔1结束后，通过反向拉动钢丝绳B73将限摆机构58上的弧板69脱离钻孔1孔壁并将限摆机构58吊装出钻孔1拆离即可。

综上所述，本发明的有益效果为：本发明通过冲击钻机构4在钢丝绳A57的往复牵引下对岩层进行冲击钻孔1作业，当冲击钻机构4遇到溶洞2并到达溶洞2底部陡峭的斜坡3时，通过钢丝绳A57小幅度往复拉动冲击钻机构4绕其与溶洞2底部斜坡3的接触点进行摆动，使得冲击钻机构4中自带的撞击块55在冲击钻机构4由倾斜状态向竖直状态摆动过程中对冲击锥5形成猛烈撞击，使得冲击锥5对其与溶洞2底部斜坡3的接触点处进行横向水平冲击并最终形成便于冲击钻机构4对溶洞2底部进行竖直冲击钻孔1的平台，冲击钻机构4在此平台上继续进行竖直冲击钻孔1作业。整个冲击钻孔1过程无需向溶洞2内投放大量片石，从而避免因片石准备量不足而导致的钻孔1内用来保护孔壁和排渣的泥浆大量流失，同时避免因片石投放经验不足导致的片石投放位置不合理而导致的在溶洞2底部冲击钻孔1产生偏斜，有效提高岩溶地质的冲击钻孔1效率。另外，当冲击钻机构4遇到平缓的溶洞2底部斜坡3时，与冲击钻机构4配合的限摆机构58就会对冲击锥5绕其与溶洞2底部斜坡3的接触点的摆动进行限制，使得冲击钻机构4在自重作用下竖直地对平缓的溶洞2底部斜坡3进行小幅度往复冲击并最终在溶洞2底部平缓斜坡3上形成竖直状态的钻孔1，有效减少冲击钻机构4受到撞击块55的撞击，减少设备损耗，延长设备使用寿命。

本发明冲击设备适合溶洞比冲击钻大的情况，不然冲击钻无法摆动工作。

Claims (6)

1.一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，其特征在于：它包括冲击钻机构、限摆机构，其中冲击钻机构吊挂在冲击钻探机的钢丝绳A上，冲击钻机构在钢丝绳A的往复牵引下对岩层进行往复冲击破碎，进而在岩层上形成冲击钻孔；当冲击钻机构遇到并到达溶洞底部的陡峭斜坡时，通过钢丝绳A往复牵引冲击钻机构，冲击钻机构自带的撞击块在冲击钻机构绕其与溶洞底部斜坡的接触点由倾斜状态向竖直状态回摆过程中对冲击钻机构形成撞击，冲击钻机构在撞击块的往复撞击作用下对其与溶洞底部斜坡的接触处进行冲击并最终在溶洞底部斜坡上形成一个允许冲击钻机构进行直上直下冲击钻孔作业的平台；

冲击钻机构配套有与钻孔孔壁配合的限摆机构，与冲击钻机构配合的限摆机构阻止到达溶洞底部平缓斜坡的冲击钻机构产生摆动并辅助冲击钻机构对溶洞底部平缓斜坡进行竖直冲击钻孔；

上述冲击钻机构包括冲击锥、转套、滑杆、弹簧A、圆板、触发杆、摆杆、弧形滑套、撞击块，其中五爪状冲击锥的顶端具有圆柱台，圆柱台顶端球铰有与钢丝绳A连接的摆杆，摆杆与限摆机构配合；冲击锥内中部竖直滑动有滑杆，滑杆上嵌套有对其复位的弹簧A；滑杆顶端安装的圆板与摆杆末端安装的触发杆接触配合；弧形滑套内绕其圆心轴线滑动有相互撞击配合的转套和撞击块，转套嵌套并旋转于圆柱台上；转套和弧形滑套上具有将转套在弧形滑套中部位置和在弧形滑套内一端极限位置进行锁定且被滑杆驱动的结构，此结构在圆柱台由竖直状态发生摆动时对转套在弧形滑套内中部的位置进行解锁并在圆柱台由倾斜状态向竖直状态发生摆动时对转套在弧形滑套内一端的极限位置进行锁定；弧形滑套上具有将距离转套最远的撞击块锁定在弧形滑套内的结构，此结构在圆柱台由竖直状态发生摆动时对相距转套最远的撞击块位置进行锁定并在圆柱台由倾斜状态向竖直状态发生摆动时对相距转套最远的撞击块位置进行解锁。

2.根据权利要求1所述的一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，其特征在于：上述滑杆滑动于圆柱台内的滑槽A中，圆板运动于滑槽A顶部的圆槽A内；滑杆上对称安装有两个导向块A，两个导向块A分别滑动于滑槽A内壁上的两个导向槽A内；弹簧A位于滑槽A内壁上的环槽A内；弹簧A一端与环槽A内壁连接，另一端与安装在滑杆上的拉簧环A连接；圆柱台上嵌套安装有圆环A，圆环A旋转于转套内壁上的环槽C内；滑槽A内竖直滑动有滑块，滑块上端安装的齿条B与安装在滑槽A内的直齿轮B啮合，直齿轮B通过轴套与同轴的直齿轮A连接，直齿轮A与安装在滑杆下端的齿条A啮合；圆柱台外侧开设有环槽B，环槽B内旋转配合有环套A；环套A通过周向均匀分布的四个连接块与滑块固连，四个连接块分别竖直滑动于滑槽A内壁上与环槽B相通的四个滑槽B内；转套上对称安装有两个导向块B，两个导向块B分别滑动于弧形环套内壁上的两个导向槽B内；转套内壁上对称开设有两个与其外侧相通的滑槽C，每个滑槽C中均滑动有与环套A上的环槽E配合的外套，环槽E内壁上具有便于外套沿圆柱台中心轴线滑出环槽E的过渡斜面；每个外套上均嵌套有对其复位的弹簧B；每个外套内均滑动有与弧形滑套相应侧内壁上限位槽A和限位槽B配合的限位块A；每个外套内均安装有对相应限位块A复位的弹簧C；撞击块上对称安装有两个导向块E，两个导向块E分别滑动于弧形滑套内壁上的两个导向槽B内；撞击块与弧形滑套内壁末端附近对称分布的两个滑槽D内滑动的两个限位块B配合；每个限位槽A内均滑动有与相应侧限位块A配合的触发块A，每个限位槽B内均滑动有与相应侧限位块A配合的触发块B；同侧的触发块A、触发块B和限位块B安装同一连接杆上，连接杆滑动于弧形滑套内与同侧限位槽A、限位槽B和滑槽D相通的滑槽E中；滑槽E中对称安装有两个对相应连接杆复位的弹簧D；弹簧D一端与连接杆连接，另一端与滑槽E内壁连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，其特征在于：上述弹簧B位于相应滑槽C内壁上的环槽D内；弹簧B一端与相应环槽D的内壁连接，另一端与相应外套上安装的拉簧环B连接；限位块A上对称安装有两个导向块C，两个导向块C分别滑动于相应外套内壁上的两个导向槽C内；弹簧C一端与相应外套的内壁连接，另一端与相应限位块A端面连接。

4.根据权利要求2所述的一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，其特征在于：上述冲击锥底部均匀密布有冲击齿；限位槽A位于弧形滑套相应侧内壁的中部，限位槽B与滑槽D分别位于弧形滑套相应侧内壁的两端附近；限位槽B沿转套相对于弧形滑套滑动的方向的弧度大于限位槽A的弧度。

5.根据权利要求1所述的一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，其特征在于：上述限摆机构包括环套B、轴A、锥齿轮A、锥齿轮B、环套C、内螺纹套、导向块D、弧板、环套D、缠绕轮、钢丝绳B、护罩，其中环套B侧壁上周向均匀开设的若干圆槽B内分别旋转配合有径向轴A；每个轴A上均安装有锥齿轮A，相邻两个锥齿轮A同时与安装在环套B内壁上的锥齿轮B啮合；每个轴A上均螺纹配合有内螺纹套，内螺纹套径向滑动于相应圆槽B处安装的环套C内；内螺纹套末端安装有与钻孔内壁配合的弧板；一个轴A上安装有缠绕轮，缠绕轮位于相应圆槽B内壁上的容纳槽内；缠绕轮上缠绕有若干圈钢丝绳B，钢丝绳B的两端与安装在冲击钻探机上的电动模块连接，电动模块通过钢丝绳B驱动缠绕轮旋转；环套B内通过周先均匀分布的若干固定杆安装有同中心轴线的环套D；环套D与冲击钻机构中的摆杆配合。

6.根据权利要求5所述的一种用于岩溶地质桩基防偏钻孔设备，其特征在于：上述内螺纹套上对称安装有两个导向块D，两个导向块D分别滑动于环套C内壁上的两个导向槽D内；环套B内壁上安装有将锥齿轮A和锥齿轮B与泥浆隔离的护罩。

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