CN114352185B - 用于地下空间开发领域的变速钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻头的技术领域，公开了用于地下空间开发领域的变速钻头，包括钻杆以及筒钻，顶板中设有齿轮孔，顶板上设有减速齿轮箱；筒钻中穿设有中心轴，中心轴分别设有减速齿轮及等速齿轮；筒钻的侧边设有移动杆，移动杆连接有连杆结构，中心轴与顶板之间设有筒复位弹簧；中心轴与顶板之间具有限位结构，减速齿轮与减速齿轮箱啮合时，移动杆朝下移动后，连杆结构驱动筒钻朝下移动并转动设定角度，等速齿轮与齿轮孔啮合，限位结构限制筒钻相对于中心轴的高度；当等速齿轮与齿轮孔啮合时，移动杆朝下移动后，连杆结构驱动筒钻朝下移动并转动设定角度，筒钻朝上移动，直至减速齿轮与减速齿轮箱啮合，限位结构限制筒钻相对于中心轴的高度。

Description

用于地下空间开发领域的变速钻头

技术领域

本发明专利涉及钻头的技术领域，具体而言，涉及用于地下空间开发领域的变速钻头。

背景技术

旋挖钻机是基桩成孔作业的一种常用机械设备，其原理是依靠动力头驱动钻杆向下钻进，实现筒钻回转切削岩土地层，最后提升钻杆，使筒钻提升至孔外卸岩土，如此往复、周期回转作业直至成孔。

旋挖钻机中最关键的部件之一就是位于钻杆底部的筒形钻头，即筒钻。传统的筒钻就是一个开口向下的筒体，筒体的顶板上设有用于固定钻杆的连接头，筒体的底部设有切削斗齿。筒钻回转下钻挤满岩土体后，需要上提至桩孔的外部外卸岩土体，即将筒钻迅速升降、抖动或快速正反转切换，利用惯性和离心力将筒钻内的岩土体甩出，然后筒钻继续进入桩孔内钻进，直至桩孔的深度达到设定要求。

现有技术中，钻杆与筒钻内的中心轴等速传输，中心轴带动筒钻等速转动，这样，筒钻只能与钻杆等速转动，但是，筒钻在钻进的过程中，由于各层土体的物理力学性质不同，有些是松散的砂土，有些是软塑、硬塑性黏土，也有强度较高的风化岩体，甚至是软硬地层交错等，这样，要求筒钻在钻进过程中，可以根据不同地层的性质，调节转速，从而达到筒钻的力矩可调、经济、高效基桩钻进成孔的效果，目前的旋挖钻机无法满足这一需求。

发明内容

本发明的目的在于提供用于地下空间开发领域的变速钻头，旨在解决现有技术中，筒钻的转速不可变的问题。

本发明是这样实现的，用于地下空间开发领域的变速钻头，包括由动力头驱动转动的钻杆以及筒钻，所述筒钻内设有容纳土体的容纳空间，所述筒钻的底部设有钻齿，所述筒钻的顶部具有顶板，所述顶板中设有齿轮孔，所述顶板上设有减速齿轮箱；

所述筒钻中穿设有中心轴，所述中心轴活动穿过减速齿轮箱以及齿轮孔；所述中心轴的上端与钻杆同轴固定连接，所述中心轴的下部分别设有与减速齿轮箱啮合的减速齿轮以及与齿轮孔啮合的等速齿轮；

所述筒钻的侧边设有上下移动的移动杆，所述移动杆的上端延伸至筒钻的上方，形成抵压段，所述移动杆上设有驱动移动杆朝上复位的杆复位弹簧，所述移动杆与筒钻之间连接有连杆结构，当所述移动杆朝下移动时，所述连杆结构带动筒钻朝下移动并转动设定角度；所述中心轴的下端穿过顶板，具有延伸至筒钻内部的内延段，所述内延段与顶板之间设有处于压缩状态且驱动筒钻朝上复位的筒复位弹簧；

所述中心轴与顶板之间具有限定筒钻与中心轴相对位置的限位结构，所述限位结构与中心轴转动连接，随着筒钻相对中心轴间隔转动设定角度，所述限位结构将筒钻交替限制在两个不同的高度；

当所述减速齿轮与减速齿轮箱啮合时，所述移动杆朝下移动后，所述连杆结构驱动筒钻朝下移动并转动设定角度，所述减速齿轮与减速齿轮箱脱离啮合，所述等速齿轮与齿轮孔啮合，所述限位结构限制筒钻相对于中心轴的高度；

当所述等速齿轮与齿轮孔啮合时，所述移动杆朝下移动后，所述连杆结构驱动筒钻朝下移动并转动设定角度，所述等速齿轮与齿轮孔脱离啮合，所述筒复位弹簧驱动筒钻朝上移动，直至所述减速齿轮与减速齿轮箱啮合，所述限位结构限制筒钻相对于中心轴的高度。

进一步的，所述减速齿轮箱内设有行星齿轮结构，所述行星齿轮结构包括齿轮圈，所述齿轮圈内设有多个行星轮，所述行星轮分别与齿轮圈啮合，多个所述行星轮之间形成有供减速齿轮穿入的啮合间隔；当所述减速齿轮穿入在啮合间隔中后，所述减速齿轮分别与多个行星轮啮合。

进一步的，所述减速齿轮为下小上大的锥形轮。

进一步的，所述用于地下空间开发领域的变速钻头包括机架，所述动力头设置在机架上，所述机架上设有水平布置的抵压板；当所述钻杆带着筒钻沿着机架朝上移动至设定高度后，所述移动杆的顶部抵压着抵压板并朝下移动，当所述移动杆脱离与抵压板的抵压后，所述杆复位弹簧驱动移动杆朝上移动复位。

进一步的，所述移动杆与筒钻的中轴线呈倾斜布置，所述连杆结构的一端与移动杆的中部铰接，所述连杆结构的另一端与筒钻的外侧壁铰接。

进一步的，所述内延段的底部设有水平环板，所述筒复位弹簧套设在内延段的外周，所述筒复位弹簧的底部抵接在水平环板上，所述筒复位弹簧的顶部抵接在顶板的内侧壁上，所述筒复位弹簧处于压缩状态。

进一步的，所述水平环板的直径大于齿轮孔的直径。

进一步的，所述限位结构包括设置在上轴承筒以及下轴承筒，所述上轴承筒以及下轴承筒分别套设有中心轴上，与中心轴转动连接；所述上轴承筒的底部设有多个浅孔槽以及多个深孔槽，多个所述浅孔槽以及多个深孔槽分别沿着上轴承筒的周向间隔布置，所述浅孔槽与深孔槽依序交替布置，所述浅孔槽的深度小于深孔槽的深度；

所述下轴承筒的顶部凸设有多个嵌入齿，多个所述嵌入齿沿着下轴承筒的周向间隔布置，所述嵌入齿的长度大于所述浅孔槽的深度；当所述嵌入齿嵌入在浅孔槽中，所述等速齿轮与齿轮孔啮合，当所述嵌入齿嵌入在深孔槽中，所述减速齿轮与减速齿轮箱啮合。

进一步的，所述下轴承筒的底部固定在减速齿轮箱上。

进一步的，所述钻杆与中心轴之间通过连接筒连接，所述上轴承筒的顶部固定连接在连接筒上。

与现有技术相比，本发明提供的用于地下空间开发领域的变速钻头，通过抵压移动杆朝下移动，连杆结构带动筒钻朝下移动并转动设定角度，通过限位结构与筒复位弹簧的联动配合，当等速齿轮与齿轮孔啮合时，减速齿轮与减速齿轮箱脱离啮合，当减速齿轮与减速齿轮箱啮合时，等速齿轮与齿轮孔脱离啮合，这样，则可以实现筒钻与钻杆之间等速转动或减速转动，实现筒钻转速可变的效果，根据筒钻钻进的土层的性质，可以改变筒钻的转速，以满足不同的需求。

附图说明

图1是本发明提供的用于地下空间开发领域的变速钻头的主视示意图；

图2是图1中的A处放大示意图；

图3是本发明提供的减速齿轮箱内部的主视示意图；

图4是本发明提供的中心轴的主视示意图；

图5是本发明提供的筒钻与中心轴之间配合的剖切示意图；

图6是图5中的B处放大示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-6所示，为本发明提供的较佳实施例。

用于地下空间开发领域的变速钻头，包括由动力头101驱动转动的钻杆102以及筒钻300，筒钻300内设有容纳土体的容纳空间，筒钻300的底部设有钻齿，筒钻300的顶部具有顶板303，顶板303中设有齿轮孔，顶板303上设有减速齿轮箱200；动力头101驱动钻杆102转动，进而带动筒钻300转动，利用筒钻300底部的钻齿切割土体，将钻取的土体置于容纳空间中。

筒钻300中穿设有中心轴400，中心轴400活动穿过减速齿轮箱200以及齿轮孔；中心轴400的上端与钻杆102同轴固定连接，中心轴400的下部分别设有与减速齿轮箱200啮合的减速齿轮407以及与齿轮孔啮合的等速齿轮406；钻杆102带动着中心轴400等速转动，当减速齿轮407与减速齿轮箱200啮合时，等速齿轮406与齿轮孔脱离啮合，筒钻300相对于钻杆102减速转动，当等速齿轮406与齿轮孔啮合时，减速齿轮407与减速齿轮箱200脱离啮合，筒钻300相对于钻杆102等速转动。

筒钻300的侧边设有上下移动的移动杆301，移动杆301的上端延伸至筒钻300的上方，形成抵压段，当抵压段被抵压时，移动杆301朝下移动。移动杆301上设有驱动移动杆301朝上复位的杆复位弹簧302，移动杆301与筒钻300之间连接有连杆结构。

当移动杆301朝下移动时，连杆结构带动筒钻300朝下移动并转动设定角度；中心轴400的下端穿过顶板303，具有延伸至筒钻300内部的内延段，内延段与顶板303之间设有处于压缩状态且驱动筒钻300朝上复位的筒复位弹簧410。

中心轴400与顶板303之间具有限定筒钻300与中心轴400相对位置的限位结构，限位结构与中心轴400转动连接，随着筒钻300相对中心轴400间隔转动设定角度，限位结构将筒钻300交替限制在两个不同的高度；

当减速齿轮407与减速齿轮箱200啮合时，移动杆301朝下移动后，连杆结构驱动筒钻300朝下移动并转动设定角度，减速齿轮407与减速齿轮箱200脱离啮合，等速齿轮406与齿轮孔啮合，限位结构限制筒钻300相对于中心轴400的高度；

当等速齿轮406与齿轮孔啮合时，移动杆301朝下移动后，连杆结构驱动筒钻300朝下移动并转动设定角度，等速齿轮406与齿轮孔脱离啮合，筒复位弹簧410驱动筒钻300朝上移动，直至减速齿轮407与减速齿轮箱200啮合，限位结构限制筒钻300相对于中心轴400的高度。

上述提供的用于地下空间开发领域的变速钻头，通过抵压移动杆301朝下移动，连杆结构带动筒钻300朝下移动并转动设定角度，通过限位结构与筒复位弹簧410的联动配合，当等速齿轮406与齿轮孔啮合时，减速齿轮407与减速齿轮箱200脱离啮合，当减速齿轮407与减速齿轮箱200啮合时，等速齿轮406与齿轮孔脱离啮合，这样，则可以实现筒钻300与钻杆102之间等速转动或减速转动，实现筒钻300转速可变的效果，根据筒钻300钻进的土层的性质，可以改变筒钻300的转速，以满足不同的需求。

减速齿轮箱200内设有行星齿轮结构，行星齿轮结构包括齿轮圈201，齿轮圈201内设有多个行星轮202，行星轮202分别与齿轮圈201啮合，多个行星轮202之间形成有供减速齿轮407穿入的啮合间隔203；当减速齿轮407穿入在啮合间隔203中后，减速齿轮407分别与多个行星轮202啮合。通过多个行星轮202与减速齿轮407之间的配合，实现减速齿轮407到齿轮圈201之间减速，从而实现筒钻300的减速转动。

减速齿轮407为下小上大的锥形轮，这样，当减速齿轮407需要与减速齿轮箱200进行配合时，减速齿轮407的底部自上而下插入在啮合间隔203中，减速齿轮407为下小上大的锥形轮，则便于减速齿轮407进入啮合间隔203中，进而整个减速齿轮407与多个行星轮202分别啮合。

用于地下空间开发领域的变速钻头包括机架100，动力头101设置在机架100上，所述机架100上设有水平布置的抵压板；当所述钻杆102带着筒钻300沿着机架100朝上移动至设定高度后，所述移动杆301的顶部抵压着抵压板并朝下移动，当所述移动杆301脱离与抵压板的抵压后，所述杆复位弹簧302驱动移动杆301朝上移动复位。

移动杆301与筒钻300的中轴线呈倾斜布置，连杆结构的一端与移动杆301的中部铰接，连杆结构的另一端与筒钻300的外侧壁铰接。当移动杆301朝下移动后，所述移动杆301的朝下移动，带动连杆结构朝下倾斜移动，进而实现推动筒钻300朝下移动以及转动设定角度的效果。

或者，作为其他实施例，移动杆301也可以与筒钻300的中轴线平行布置，连杆结构为多杆依序铰接的结构，例如三杆结构或者四杆结构等等，利用连杆结构直接的多个连杆的联动配合，实现推动筒钻300朝下移动并转动设定角度的需求。

内延段的底部设有水平环板408，筒复位弹簧410套设在内延段的外周，筒复位弹簧410的底部抵接在水平环板408上，筒复位弹簧410的顶部抵接在顶板303的内侧壁上，筒复位弹簧410处于压缩状态。这样，筒复位弹簧410始终对筒钻300施加朝上的恢复力，但是在限位结构的限制下，筒钻300只能在限位结构的两个限制高度之间变换，而筒复位弹簧410则确保限位结构的稳固。

本实施例中，水平环板408的直径大于齿轮孔的直径，便于筒复位弹簧410的设置。在内延段的外周套设有胶套409，胶套409环绕在筒复位弹簧410的外周布置，且封闭通复位弹簧的外周，胶套409的顶部抵接在顶板303的内侧壁上，胶套409的底部抵接在水平环板408上，这样，利用胶套409对套环的外部起到封闭作用，避免岩土体等进入筒复位弹簧410的内部，从而影响筒复位弹簧410的弹性变形性能，其次，胶套409也处于被压缩状态，从而可以配合筒复位弹簧410，进一步给筒钻300施加朝上的恢复力。

作为优选的实施例，胶套409的内侧壁抵接在筒复位弹簧410的外侧壁上，从而可以给筒复位弹簧410的弹性变形起到导向的作用，避免筒复位弹簧410倾斜或者偏斜变形。

作为优先的实施例，水平环板408上设有开口朝上布置的导向环槽412，胶套409的底部嵌入在导向环槽412中，且抵压在导向环槽412的底部，导向环槽412的宽度大于胶套409的底部的宽度，这样，当胶套409被进一步抵压时，胶套409的底部可以沿着导向环槽412的宽度挤压变形。胶套409具有朝外布置的外侧壁，且沿着胶套409自上而下的方向，胶套409的外侧壁朝外倾斜布置，也就是说，胶套409呈上小下大状布置，这样，进一步提高胶套409的被挤压变形能力。

限位结构包括设置在上轴承筒401以及下轴承筒404，上轴承筒401以及下轴承筒404分别套设有中心轴400上，与中心轴400转动连接；上轴承筒401的底部设有多个浅孔槽402以及多个深孔槽403，多个浅孔槽402以及多个深孔槽403分别沿着上轴承筒401的周向间隔布置，浅孔槽402与深孔槽403依序交替布置，浅孔槽402的深度小于深孔槽403的深度；

下轴承筒404的顶部凸设有多个嵌入齿405，多个嵌入齿405沿着下轴承筒404的周向间隔布置，嵌入齿405的长度大于所述浅孔槽402的深度；当嵌入齿405嵌入在浅孔槽402中，此时，筒钻300相对于中心轴400朝下移动了设定距离，减速齿轮407与减速齿轮箱200脱离啮合，等速齿轮406与齿轮孔啮合，当嵌入齿405嵌入在深孔槽403中，此时，筒钻300相对于中心轴400朝上移动了设定距离，等速齿轮406与齿轮孔脱离啮合，减速齿轮407与减速齿轮箱200啮合。

本实施例中，中心轴400分别与上轴承筒401的内部以及下轴承筒404的内部转动连接，将上轴承筒401的外部固定布置，不会影响中心轴400与上轴承筒401之间的转动连接；下轴承筒404的底部固定在减速齿轮箱200上，便于下轴承筒404的布置，同样的道理，下轴承筒404的内部与中心轴400转动连接，下轴承筒404的外部与减速齿轮箱200固定连接，不会影响中心轴400与下轴承筒404之间的转动连接。

本实施例中，钻杆102与中心轴400之间通过连接筒103连接，上轴承筒401的顶部固定连接在连接筒103上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，包括由动力头驱动转动的钻杆以及筒钻，所述筒钻内设有容纳土体的容纳空间，所述筒钻的底部设有钻齿，所述筒钻的顶部具有顶板，所述顶板中设有齿轮孔，所述顶板上设有减速齿轮箱；

所述筒钻中穿设有中心轴，所述中心轴活动穿过减速齿轮箱以及齿轮孔；所述中心轴的上端与钻杆同轴固定连接，所述中心轴的下部分别设有与减速齿轮箱啮合的减速齿轮以及与齿轮孔啮合的等速齿轮；

所述筒钻的侧边设有上下移动的移动杆，所述移动杆的上端延伸至筒钻的上方，形成抵压段，所述移动杆上设有驱动移动杆朝上复位的杆复位弹簧，所述移动杆与筒钻之间连接有连杆结构，当所述移动杆朝下移动时，所述连杆结构带动筒钻朝下移动并转动设定角度；所述中心轴的下端穿过顶板，具有延伸至筒钻内部的内延段，所述内延段与顶板之间设有处于压缩状态且驱动筒钻朝上复位的筒复位弹簧；

所述中心轴与顶板之间具有限定筒钻与中心轴相对位置的限位结构，所述限位结构与中心轴转动连接，随着筒钻相对中心轴间隔转动设定角度，所述限位结构将筒钻交替限制在两个不同的高度；

当所述减速齿轮与减速齿轮箱啮合时，所述移动杆朝下移动后，所述连杆结构驱动筒钻朝下移动并转动设定角度，所述减速齿轮与减速齿轮箱脱离啮合，所述等速齿轮与齿轮孔啮合，所述限位结构限制筒钻相对于中心轴的高度；

当所述等速齿轮与齿轮孔啮合时，所述移动杆朝下移动后，所述连杆结构驱动筒钻朝下移动并转动设定角度，所述等速齿轮与齿轮孔脱离啮合，所述筒复位弹簧驱动筒钻朝上移动，直至所述减速齿轮与减速齿轮箱啮合，所述限位结构限制筒钻相对于中心轴的高度；

所述限位结构包括设置在上轴承筒以及下轴承筒，所述上轴承筒以及下轴承筒分别套设有中心轴上，与中心轴转动连接；所述上轴承筒的底部设有多个浅孔槽以及多个深孔槽，多个所述浅孔槽以及多个深孔槽分别沿着上轴承筒的周向间隔布置，所述浅孔槽与深孔槽依序交替布置，所述浅孔槽的深度小于深孔槽的深度；

所述下轴承筒的顶部凸设有多个嵌入齿，多个所述嵌入齿沿着下轴承筒的周向间隔布置，所述嵌入齿的长度大于所述浅孔槽的深度；当所述嵌入齿嵌入在浅孔槽中，所述等速齿轮与齿轮孔啮合，当所述嵌入齿嵌入在深孔槽中，所述减速齿轮与减速齿轮箱啮合。

2.如权利要求1所述的用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，所述减速齿轮箱内设有行星齿轮结构，所述行星齿轮结构包括齿轮圈，所述齿轮圈内设有多个行星轮，所述行星轮分别与齿轮圈啮合，多个所述行星轮之间形成有供减速齿轮穿入的啮合间隔；当所述减速齿轮穿入在啮合间隔中后，所述减速齿轮分别与多个行星轮啮合。

3.如权利要求2所述的用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，所述减速齿轮为下小上大的锥形轮。

4.如权利要求1至3任一项所述的用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，所述用于地下空间开发领域的变速钻头包括机架，所述动力头设置在机架上，所述机架上设有水平布置的抵压板；当所述钻杆带着筒钻沿着机架朝上移动至设定高度后，所述移动杆的顶部抵压着抵压板并朝下移动，当所述移动杆脱离与抵压板的抵压后，所述杆复位弹簧驱动移动杆朝上移动复位。

5.如权利要求1至3任一项所述的用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，所述移动杆与筒钻的中轴线呈倾斜布置，所述连杆结构的一端与移动杆的中部铰接，所述连杆结构的另一端与筒钻的外侧壁铰接。

6.如权利要求1至3任一项所述的用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，所述内延段的底部设有水平环板，所述筒复位弹簧套设在内延段的外周，所述筒复位弹簧的底部抵接在水平环板上，所述筒复位弹簧的顶部抵接在顶板的内侧壁上，所述筒复位弹簧处于压缩状态。

7.如权利要求6所述的用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，所述水平环板的直径大于齿轮孔的直径。

8.如权利要求1至3任一项所述的用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，所述下轴承筒的底部固定在减速齿轮箱上。

9.如权利要求1至3任一项所述的用于地下空间开发领域的变速钻头，其特征在于，所述钻杆与中心轴之间通过连接筒连接，所述上轴承筒的顶部固定连接在连接筒上。