CN113338940A - 一种适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘 - Google Patents

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肖建成
卢景景
张凌云
尚伟
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Abstract

本发明涉及方桩施工技术领域，具体涉及一种适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，包括三牙轮钻头、排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件，且排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件均与安装板相连，且三牙轮钻头与所述安装板相连。本发明具有的有益效果是：利用高压气泵来作用于第一气动装置/第二气动装置/第三气动装置，带动第一截齿/第二截齿/第三截齿对圆形截面以后的岩体进行破碎处理，由于第三截齿创造的自由面，使剩余岩体的峰值力显著降低，从而可以快速便捷的形成矩形断面，相比于现有技术而言，对于矩形断面的形成更加快速可靠，无需进行多次铣削处理，其具有广泛的推广应用价值。

Description

一种适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘
技术领域
本发明涉及方桩施工技术领域，具体涉及一种适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘。
背景技术
方桩是一种一般用于楼房建筑的基础结构，以预制桩为主。近些年来方桩在桥梁施工中也被广泛应用，方桩以其刚度大，承载力高以及施工难度小等优势越来越多的被应用于大型的建筑构筑物中。方桩的施工工艺与地下连续墙施工工艺类似，首先施工导墙，并根据方桩的厚度采用施工装备将岩土体取出，之后置入钢筋笼而后采用浇筑水下砼工艺成桩。
目前对于方桩的施工一般均是通过钻头的多次铣削来得以形成一个大概的方形孔洞，其最终形成的整体形状参差不齐，大部分均是不规则的方形状，无法满足实际的施工需求。
发明内容
针对问题，本发明提供了一种适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，包括三牙轮钻头、排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件，且排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件均与安装板相连，三牙轮钻头位于排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件的中间处，且三牙轮钻头与所述安装板相连；所述排齿破碎组件包括多个第一气动装置，所述第一气动装置底端连接有第一刀架，第一刀架上四边处安装有一排第一截齿，第一截齿呈长方形布置在第一刀架上。
作为本发明的再进一步技术方案是：所述块状破碎组件包括多个第二气动装置，所述第二气动装置底端连接有第二刀架，第二刀架上安装有第二截齿，第二截齿呈块状布置在第二刀架上。
作为本发明的再进一步技术方案是：所述单截齿破碎组件包括多个第三气动装置，第三气动装置共设置有四个，所述第三气动装置的底端连接有第三刀架，第三刀架上均固定连接有单个第三截齿。
作为本发明的再进一步技术方案是：所述第一截齿和第二截齿的尺寸相同；所述第三截齿的尺寸大于第一截齿或第二截齿的尺寸。
作为本发明的再进一步技术方案是：所述第三截齿的最前端超过第二截齿和第一截齿的最前端。
作为本发明的再进一步技术方案是：所述第一气动装置、第二气动装置和第三气动装置的结构相同；所述第一气动装置/第二气动装置/第三气动装置包括外壳体，外壳体内部开设有空腔，所述空腔内设置有滑块，滑块上设置有连接杆，连接杆一端向下延伸至空腔外部，所述连接杆与所述第一支架/第二支架/第三支架相连接，还包括第一输气支管和第二输气支管，第一输气支管与第二输气支管均连通有输气管道，且所述第一输气支管与所述滑块上方的空腔内部相连通，第二输气支管与所述滑块下方的空腔内部相连通，且第一输气支管和第二输气支管上均设置有电磁阀。
作为本发明的再进一步技术方案是：所述外壳体下部设置有过渡套筒部，连接杆穿过过渡套筒部设置；所述连接杆直径等于过渡套筒部内径。
作为本发明的再进一步技术方案是：所述三牙轮钻头包括安装主板，所述安装主板上设置有三个竖直设置的安装支架，所述安装支架上均转动连接有钻头，钻头上均匀布置有若干破碎齿。
作为本发明的再进一步技术方案是：在所述钻头的表面设置有多圈破碎齿。
作为本发明的再进一步技术方案是：所述钻头的轴线为倾斜设置，所述钻头的轴线与竖直方向的夹角为60度；三个所述钻头的轴线相交于一点。
本发明具有的有益效果是：
1、单截齿破碎组件是圆柱形钻头破碎后对岩体进行破碎的，其主要是作用于矩形断面的四角处，使矩形断面能够初步成型；
2、在进行工作时，第三截齿是第一个与岩体相接触的，第三截齿向下运动，对四角处进行破碎，形成一个初步的矩形断面；随后第一截齿和第二截齿下降对其余的地方进行冲击粉碎处理；
3、利用高压气泵来作用于第一气动装置/第二气动装置/第三气动装置，带动第一截齿/第二截齿/第三截齿对圆形截面以后的岩体进行破碎处理，由于第三截齿创造的自由面，使剩余岩体的峰值力显著降低，从而可以快速便捷的形成矩形断面，相比于现有技术而言，对于矩形断面的形成更加快速可靠，无需进行多次铣削处理，其具有广泛的推广应用价值；
4、当电机在带动三牙轮钻头转动时，三牙轮钻头上的钻头会不断自转，在破岩时，三牙轮钻头既存在冲击、剪切，也存在压缩破坏，因此钻头可以对周围岩石进行破碎处理，使岩体形成一个圆柱面，对岩体进行粉碎处理，其破碎效果更佳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其它的附图。
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明图1的正视图；
图3为本发明排齿破碎组件的结构示意图；
图4为本发明单截齿破碎组件的结构示意图；
图5为本发明图1的仰视图；
图6为本发明第一气动装置/第二气动装置第三气动装置的结构示意图；
图7为本发明三牙轮钻头的结构示意图；
图8为本发明钻头的立体结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1-图8，一种适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，包括三牙轮钻头3、排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件，且排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件均与安装板相连，三牙轮钻头3位于排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件的中间处，且三牙轮钻头3与所述安装板相连；所述排齿破碎组件包括多个第一气动装置211，所述第一气动装置211底端连接有第一刀架212，第一刀架212上四边处安装有一排第一截齿213，第一截齿213呈长方形布置在第一刀架212上。
在本实施例工作时，第一气动装置211通过第一刀架212来带动第一截齿213对岩体产生冲击力，从而第一截齿213可以将岩体破碎以达到掘进的要求。
所述块状破碎组件包括多个第二气动装置，所述第二气动装置底端连接有第二刀架222，第二刀架222上安装有第二截齿223，第二截齿223呈块状布置在第二刀架222上。
同理，块状破碎组件在工作时也通过第二气动装置带动第二截齿223对岩体产生冲击力，对岩体进行破碎。
所述单截齿破碎组件包括多个第三气动装置231，第三气动装置231共设置有四个，所述第三气动装置231的底端连接有第三刀架232，第三刀架232上均固定连接有单个第三截齿233。
在本实施例中，单截齿破碎组件是圆柱形钻头破碎后对岩体进行破碎的，其主要是作用于矩形断面的四角处，使矩形断面能够初步成型。
所述第一截齿213和第二截齿223的尺寸相同，所述第三截齿233的尺寸大于第一截齿213或第二截齿223的尺寸。
第三截齿233的最前端超过第二截齿223和第一截齿213的最前端。
在进行工作时，第三截齿233是第一个与岩体相接触的，第三截齿233向下运动，对四角处进行破碎，形成一个初步的矩形断面；随后第一截齿213和第二截齿223下降对其余的地方进行冲击粉碎处理。
在竖井开挖到所需深度之后，由于第三截齿233、第二截齿223和第一截齿213的高度不同，其最终肯定会形成深浅不一的断面，其在底部也影响不大；当然，也可以采取下种操作方式：
当圆形断面形成之后，整个装置停止下降，此时利用第一气动装置211/第二气动装置/第三气动装置231带动第一截齿213、第二截齿223和第三截齿233下降，对其圆形断面的周围处进行破碎处理，以使得最终的竖井底面保持齐平的状态。
此外，第一截齿213和第二截齿223的数量可以根据工作岩层的状况进行调节，当岩层较硬时，第一截齿213和第二截齿223应当更加密集；当岩层较脆时，第一截齿213和第二截齿223的间距可适当扩大。
所述第一气动装置211、第二气动装置和第三气动装置231的结构相同。
所述第一气动装置211/第二气动装置/第三气动装置231包括外壳体2111，外壳体2111内部开设有空腔2112，所述空腔2112内设置有滑块2113，滑块2113上设置有连接杆2115，连接杆2115一端向下延伸至空腔2112外部，所述连接杆2115与所述第一支架212/第二支架222/第三支架232相连接，还包括第一输气支管2116和第二输气支管2117，第一输气支管2116与第二输气支管2117均连通有输气管道，且输气管道连接有高压气泵，且所述第一输气支管2116与所述滑块2113上方的空腔2112内部相连通，第二输气支管2117与所述滑块2113下方的空腔2112内部相连通，且第一输气支管2116和第二输气支管2117上均设置有电磁阀(图中未示出)。
在本发明的实施例中，高压气泵通过输气管道向空腔内输入高压气体，此时打开第一输气支管2116上的电磁阀，关闭第二输气支管2117上的电磁阀，使高压气体进入到滑块2113上方的空腔2112内，高压气体对滑块2113施力使滑块2113向下运动，继而滑块2113会带动第一支架212/第二支架222/第三支架232向下运动，从而使第一截齿213/第二截齿223/第三截齿233作用到岩石上，对岩石进行破碎处理；当不需要时，打开第二输气支管2117上的电磁阀，随后关闭第一输气支管2117上的电磁阀，在可以实现滑块2113的向上运动恢复原位。
在本实施例中，利用高压气泵来作用于第一气动装置211/第二气动装置/第三气动装置231，带动第一截齿213/第二截齿223/第三截齿233对圆形截面以后的岩体进行破碎处理，由于第三截齿233创造的自由面，使剩余岩体的峰值力显著降低，从而可以快速便捷的形成矩形断面，相比于现有技术而言，对于矩形断面的形成更加快速可靠，无需进行多次铣削处理，其具有广泛的推广应用价值。
多个气动装置可以由多个高压气泵相连，也可以设置有一个高压气泵，通过将输气管道分别与三个气动装置相连，并设置有电控阀门来进行单独的控制。
所述外壳体2111下部设置有过渡套筒部2114，连接杆2115穿过过渡套筒部2114设置，且连接杆2115直径等于过渡套筒部2114内径，连接杆2115在此处主要是起到连接滑块2113与第一支架212/第二支架222/第三支架232的作用，且连接杆2115与过渡套筒部2114的连接处需要设置有密封橡胶圈，防止高压气体的泄露；同理，滑块2113与空腔2112内侧壁之间的连接处也需要设置有密封橡胶圈。
本发明可以配合圆柱钻头进行一同掘进，普通的钻头用于掘进圆柱形断面，而本发明可以用于对圆柱周围的岩体进行破碎，以便于进行矩形断面的形成。
请参阅图7和图8，所述三牙轮钻头3包括安装主板31，所述安装主板31上设置有三个竖直设置的安装支架32，所述安装支架32上均转动连接有钻头33，钻头33上均匀布置有若干破碎齿34。
在本发明的一个实施例中，在实际应用时，安装主板31的上端连接有转轴，并通过转轴连接有电机，当电机在带动三牙轮钻头转动时，三牙轮钻头上的钻头33会不断自转，在破岩时，三牙轮钻头既存在冲击、剪切，也存在压缩破坏，因此钻头33可以对周围岩石进行破碎处理，使岩体形成一个圆柱面，对岩体进行粉碎处理，其破碎效果更佳。
所述钻头33呈凸起状，在钻头33的表面设置有多圈破碎齿34，钻头33整体结构形状与“包子”的结构形状比较类似，如此结构设置，可以更好的突出设置在其上面的破碎齿34，使破碎齿34能够与岩体进行更好的接触，以便于能够对岩体进行高效破碎处理，使开挖的效率更佳。
所述钻头33的轴线为倾斜设置，所述钻头33的轴线与竖直方向的夹角为60度，且三个钻头33均朝向中间处，三个所述钻头33的轴线相交于一点，所述破碎齿34呈三棱柱状，在本实施例中，三个所述钻头33均为倾斜设置，相互具备一定的倾斜角，对岩体的破碎效果更好。
所述破碎齿34共设置有三圈，其上设置的破碎齿34均匀布置。
所述钻头33与所述安装支架32之间通过轴承转动连接，所述安装主板31呈圆饼状。
本实施例的工作原理是：安装主板31的上端连接有转轴，并通过转轴连接有电机，当电机在带动三牙轮钻头3转动时，三牙轮钻头3上的钻头33会不断自转，在破岩时，三牙轮钻头3既存在冲击、剪切，也存在压缩破坏，因此钻头33可以对周围岩石进行破碎处理，使岩体形成一个圆柱面，对岩体进行粉碎处理，其破碎效果更佳。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，包括三牙轮钻头、排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件，且排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件均与安装板相连，三牙轮钻头位于排齿破碎组件、单截齿破碎组件和块状破碎组件的中间处，且三牙轮钻头与所述安装板相连；所述排齿破碎组件包括多个第一气动装置，所述第一气动装置底端连接有第一刀架，第一刀架上四边处安装有一排第一截齿，第一截齿呈长方形布置在第一刀架上。
2.根据权利要求1所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述块状破碎组件包括多个第二气动装置，所述第二气动装置底端连接有第二刀架，第二刀架上安装有第二截齿，第二截齿呈块状布置在第二刀架上。
3.根据权利要求2所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述单截齿破碎组件包括多个第三气动装置，第三气动装置共设置有四个，所述第三气动装置的底端连接有第三刀架，第三刀架上均固定连接有单个第三截齿。
4.根据权利要求3所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述第一截齿和第二截齿的尺寸相同；所述第三截齿的尺寸大于第一截齿或第二截齿的尺寸。
5.根据权利要求4所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述第三截齿的最前端超过第二截齿和第一截齿的最前端。
6.根据权利要求3所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述第一气动装置、第二气动装置和第三气动装置的结构相同；所述第一气动装置/第二气动装置/第三气动装置包括外壳体，外壳体内部开设有空腔，所述空腔内设置有滑块，滑块上设置有连接杆，连接杆一端向下延伸至空腔外部，所述连接杆与所述第一支架/第二支架/第三支架相连接，还包括第一输气支管和第二输气支管，第一输气支管与第二输气支管均连通有输气管道，且所述第一输气支管与所述滑块上方的空腔内部相连通，第二输气支管与所述滑块下方的空腔内部相连通，且第一输气支管和第二输气支管上均设置有电磁阀。
7.根据权利要求6所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述外壳体下部设置有过渡套筒部，连接杆穿过过渡套筒部设置；所述连接杆直径等于过渡套筒部内径。
8.根据权利要求1所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述三牙轮钻头包括安装主板，所述安装主板上设置有三个竖直设置的安装支架，所述安装支架上均转动连接有钻头，钻头上均匀布置有若干破碎齿。
9.根据权利要求8所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，在所述钻头的表面设置有多圈破碎齿。
10.根据权利要求8所述的适用于硬岩的小口径矩形断面竖井掘进机刀盘，其特征在于，所述钻头的轴线为倾斜设置，所述钻头的轴线与竖直方向的夹角为60度；三个所述钻头的轴线相交于一点。
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