CN116427854B - 一种公路桥桩基旋挖装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种公路桥桩基旋挖装置包括旋挖钻具，旋挖钻具内开设有环形腔室，环形腔室向下贯穿形成进土口，旋挖钻具能够绕其中心周向转动并沿其轴线向下进给，旋挖钻具的中心且位于进土口的下方设置有中心钻具，中心钻具的上端设置有弹性压缩件，弹性压缩件远离中心钻具的一端与环形腔室的顶部弹性接触。本发明设置了旋挖钻具、中心钻具、扇形板、转动盘和弹性蓄能件，在中心钻具和扇形板受到来自沙土层的阻力值增加时，弹性蓄能件通过减小自身弹性势能来驱动转动盘相对旋挖钻具转动，从而驱动扇形板反向转动，使得扇形板的倾斜角度减小，从而扇形板能够具有更大的周向分力来旋切沙土层，保证了扇形板的正常旋切作业。

Description

一种公路桥桩基旋挖装置

技术领域

本发明涉及土层钻进领域，特别是涉及一种公路桥桩基旋挖装置。

背景技术

旋挖钻具是建筑基础工程中桩基成孔作业的一种施工机械，广泛用于公路桥梁、高层建筑等基础工程建设。

现有申请号为CN113356780A的中国发明专利公开了一种钻底结构、旋挖钻斗及旋挖钻机，该发明的技术方案中利用切削结构与缺口配合在钻筒的下端形成进渣口，在切削机构下移时，使得进渣口从平面结构变为立体结构，提高进渣效率；当钻筒上移后，切削机构复位，进渣口关闭，从而将渣料从钻孔内取出。然而在旋挖钻孔的过程中，不同深度的沙土层的硬度也是存在差异的，若沙土层的硬度较大，切削机构为立体机构则不足以提供足够的周向力来切削沙土层。

发明内容

基于此，有必要针对目前的旋挖装置所存在的问题，提供一种公路桥桩基旋挖装置，能够在沙土层硬度大时，减小扇形板的倾斜角度，增加扇形板对沙土层的周向分力，保证旋挖作业的正常运行。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种公路桥桩基旋挖装置包括旋挖钻具，旋挖钻具内开设有环形腔室，环形腔室向下贯穿形成进土口，旋挖钻具能够绕其中心周向转动并沿其轴线向下进给；

旋挖钻具的中心设置有中心钻具，中心钻具的上端设置有弹性压缩件，弹性压缩件远离中心钻具的一端与环形腔室的顶部弹性接触，初始状态下，弹性压缩件使得中心钻具的下端延伸出旋挖钻具，中心钻具的外部套设有环形套壳，环形套壳的上端连接在环形腔室的顶壁，环形套壳的周向设置有多个扇形板，中心钻具的外部还套设有转动盘，转动盘和扇形板之间连接有第二传动组件，第二传动组件位于转动盘的下端；

转动盘和中心钻具之间连接有第一传动组件，当中心钻具相对于旋挖钻具轴线移动时，通过第一传动组件能够驱动转动盘转动；环形套壳和转动盘之间连接有弹性蓄能件，当环形套壳和转动盘相对转动时，弹性蓄能件的弹性势能改变，当转动盘转动时，通过第二传动组件能够驱动扇形板转动，当扇形板的扇形面转动至和环形腔室的下端面平行时，多个扇形板将进土口封堵，当扇形板的扇形面转动至和环形腔室的下端面倾斜时，进土口不再被多个扇形板封堵。

在其中一个实施例中，所述第一传动组件包括螺旋凸起和螺旋槽，螺旋凸起设置在中心钻具上，螺旋槽开设在转动盘的外周面上，螺旋凸起与螺旋槽转动配合。

在其中一个实施例中，所述第二传动组件包括冠状齿环、小齿轮和转杆，冠状齿环设置在转动盘的下端面，转杆固定连接在扇形板具有小弧形面的一端，小齿轮设置在转杆远离扇形板的一端，小齿轮与冠状齿环啮合。

在其中一个实施例中，所述弹性压缩件为压簧或簧片中任一种。

在其中一个实施例中，所述弹性蓄能件为卷簧或螺旋弹条任一种。

在其中一个实施例中，所述环形套壳和环形腔室的顶壁之间通过扭簧连接。

在其中一个实施例中，所述旋挖钻具和扇形板之间设置有转动支撑机构，转动支撑机构包括转动圈和转动销，旋挖钻具的下端面开设有转动槽，转动圈转动连接在转动槽内，转动销设置在扇形板具有大弧形面一端的中心位置，转动圈的周向等间距开设有安装孔，转动销转动连接在安装孔内。

在其中一个实施例中，所述扇形板用于旋切土层的侧面上间隔设置有破土齿。

在其中一个实施例中，所述旋挖钻具的外周面下端周向间隔设置有旋进齿。

本发明的有益效果是：

本发明设置了旋挖钻具、中心钻具、扇形板、转动盘和弹性蓄能件，在中心钻具和扇形板受到来自沙土层的阻力值增加时，弹性蓄能件通过减小自身弹性势能来驱动转动盘相对旋挖钻具转动，从而驱动扇形板反向转动，使得扇形板的倾斜角度减小，从而扇形板能够具有更大的周向分力来旋切沙土层，保证了扇形板的正常旋切作业。

附图说明

图1为本发明一种公路桥桩基旋挖装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种公路桥桩基旋挖装置中旋挖钻具半剖立体图示意图；

图3为本发明一种公路桥桩基旋挖装置的半剖立体图结构示意图；

图4为图3中A处结构放大示意图；

图5为本发明一种公路桥桩基旋挖装置中中心钻具的结构示意图；

图6为本发明一种公路桥桩基旋挖装置中中心钻具的连接结构示意图；

图7为本发明一种公路桥桩基旋挖装置的剖视图结构示意图。

其中：

100、旋挖钻具；110、环形腔室；111、进土口；120、转动槽；130、旋进齿；140、动力连接部；150、中心杆；200、中心钻具；300、扇形板；310、破土齿；320、配合槽；400、转动盘；500、第一传动组件；510、螺旋凸起；520、螺旋槽；600、环形套壳；700、第二传动组件；710、冠状齿环；720、小齿轮；730、转杆；800、转动支撑机构；810、转动圈；811、安装孔；820、转动销；1000、弹性压缩件；2000、弹性蓄能件；3000、扭簧。

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，以下通过实施例，并结合附图，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-图7所示，一种公路桥桩基旋挖装置主要用于对公路桥桩的预设位置进行旋挖，去除沙土形成桥桩基孔，该公路桥桩基旋挖装置包括旋挖钻具100，旋挖钻具100内开设有环形腔室110，环形腔室110向下贯穿形成进土口111，旋挖钻具100的顶部中心设置有动力连接部140，动力连接部140连接有动力机构，如钻机或挖机的动力端，在动力机构的驱动作用下动力连接部140能够带动旋挖钻具100转动并向下进给；旋挖钻具100的中心设置有中心钻具200，中心钻具200包括钻头和钻杆，钻杆设置在钻头的上端，钻杆的上端设置有弹性压缩件1000，弹性压缩件1000远离中心钻具200的一端与环形腔室110的顶部弹性接触，初始状态下，弹性压缩件1000使得钻头处于旋挖钻具100下方，当中心钻具200相对旋挖钻具100向上移动时，弹性压缩件1000的压缩量增加，旋挖钻具100和弹性压缩件1000之间的压力值增加，相应的弹性压缩件1000和旋挖钻具100之间的摩擦力增加，当摩擦力增加至旋挖钻具100传递给中心钻具200的扭力足以克服中心钻具200转动的阻力时，旋挖钻具100开始带动中心钻具200转动；中心钻具200的外周面套设有转动盘400，转动盘400和中心钻具200之间连接有第一传动组件500，当中心钻具200向上移动时，通过第一传动组件500能够驱动转动盘400转动，中心钻具200的外部还套设有环形套壳600，环形套壳600的上端面连接在环形腔室110的顶壁，环形套壳600和转动盘400之间连接有弹性蓄能件2000，当环形套壳600和转动盘400相对转动时，弹性蓄能件2000的弹性势能改变；环形套壳600的周向设置有多个扇形板300，扇形板300能够绕径向方向延伸的中心线转动，转动盘400和扇形板300之间连接有第二传动组件700，第二传动组件700位于转动盘400的下端，当转动盘400转动时，通过第二传动组件700能够驱动扇形板300转动，以使得扇形板300的扇形面与水平面之间的夹角值改变，当扇形板300的扇形面转动至和水平面之间的夹角值为零时，即扇形板300的扇形面转动至和环形腔室110的下端面平行时，此时多个扇形板300将进土口111封堵，当扇形板300的扇形面转动至和水平面之间的夹角值不为零，即扇形板300的扇形面转动至和环形腔室110的下端面倾斜时，此时沙土能够通过进土口111进入到环形腔室110内部。

在使用时，先将中心钻具200的中心调整至预设位置，然后通过动力机构驱动旋挖钻具100下移，在中心钻具200与地面土层抵接后，中心钻具200开始相对于旋挖钻具100向上移动，中心钻具200上移过程中通过第一传动组件500驱动转动盘400转动；转动盘400通过第二传动组件700驱动扇形板300转动，从而扇形板300与土层平面之间的夹角值从零开始逐渐增加，在弹性压缩件1000被压缩至最大压缩量后，扇形板300与沙土层平面之间的夹角值达到最大值，扇形板300处于最大的倾斜状态，同时由于环形套壳600与旋挖钻具100是连接的（具体地在本实施例中，环形套壳600与旋挖钻具100顶壁之间可通过刚性连接杆进行连接），因此转动盘400的转动使得弹性蓄能件2000的弹性势能增加；在弹性压缩件1000达到最大压缩量后，动力机构开始转动并向靠近沙土层的方向进给移动，此时中心钻具200和扇形板300均绕着旋挖钻具100的轴线旋挖转动，由于此时进土口111未被扇形板300封堵，因此被中心钻具200和扇形板300旋挖后的沙土能够通过进土口111进入到环形腔室110内；在中心钻具200旋挖的过程中，中心钻具200和扇形板300的转动均会受到沙土层的阻力，当中心钻具200和扇形板300旋挖进硬度较大的沙土层中时，此时中心钻具200以及扇形板300受到的阻力值大于弹性压缩件1000所能提供的最大扭力，因此中心钻具200的转速开始小于旋挖钻具100的转速，此时中心钻具200相对于环形套壳600反向转动，但由于转动盘400只能沿中心钻具200的轴线转动而不能沿中心钻具200轴线移动，因此中心钻具200相对于环形套壳600转动时，弹性蓄能件2000通过减小自身弹性势能来驱动转动盘400与中心钻具200同步运动，从而转动盘400相对于环形套壳600反向转动，故转动盘400通过第二传动组件700带动扇形板300反向转动，使得扇形板300的倾斜角度值减小，从而沙土层对扇形板300的阻力减小，当扇形板300的阻力值减小至扇形板300和中心钻具200的转动阻力值与弹性压缩件1000所能提供的最大扭力相同时，中心钻具200继续与旋挖钻具100同步转动；可以理解的是，当扇形板300的倾斜角度减小后，扇形板300能够具有更大的周向分力来旋切沙土层，从而保证扇形板300的正常旋切作业。

在环形腔室110内部的沙土量达到预设高度时，此时通过动力机构将旋挖钻具100向上提升，当旋挖钻具100被提升至中心钻具200与沙土层脱离后，在沙土层的重力以及弹性压缩件1000的弹性作用力驱动下，扇形板300反向转动至其扇形面与沙土层的平面之间的夹角值为零，此时多个的扇形板300将进土口111完全封堵，因此旋挖产生的沙土能够被旋挖钻具100带出桥桩基孔外；为了方便将环形腔室110内部的沙土倒出，可在卸土位置处设置一个顶柱，卸土时使得中心钻具200在顶柱的作用下相对于旋挖钻具100向上移动，从而扇形板300受力旋转将进土口111打开，环形腔室110内部的沙土在重力作用下倒出。

在旋挖钻具100内部的沙土倒出后，旋挖钻具100再次伸入桥桩基孔内，初始状态下，扇形板300仍保持最大的倾斜角度，使得扇形板300和中心钻具200旋挖速度最快，进土口111的进土速度保持最大，在中心钻具200和扇形板300受到的阻力值增加后，扇形板300的倾斜角度逐渐减小，降低旋挖速度，提高扇形板300对沙土层的周向分力。因此本装置在使用的时候当旋切到的沙土层硬度增加时，能够自适应的调整扇形板300的倾斜角度，使得扇形板300具有足够的周向分力来旋切沙土层，此外每次将环形腔室110内部的沙土倒出后，扇形板300均处于最大的倾斜角度，在未遇到硬度较大的沙土层时，本装置能够保持较大的旋挖速度，从而提高工作效率。

可以理解的是，被旋切后的沙土能够进入到环形腔室110内部是在旋挖钻具100的向下进给和扇形板300与沙土之间的摩擦力共同实现的，随着环形腔室110内部沙土量的增加，沙土进入到环形腔室110内部的阻力也在增加，相应的进土速度也开始降低，为避免进土速度太低而导致工作效率降低，可在环形腔室110顶壁上设置距离传感器，当沙土层达到预设高度后，距离传感器将电信号传输至动力机构，此时操作工人便可停止向下进给旋挖钻具100，将旋挖钻具100从桥桩基孔内移出。

在进一步的实施例中，如图3和图4所示，第一传动组件500包括螺旋凸起510和螺旋槽520，螺旋凸起510设置在中心钻具200上，螺旋槽520开设在转动盘400的外周面上，螺旋凸起510与螺旋槽520转动配合。当中心钻具200沿其轴线向上移动时，通过螺旋凸起510和螺旋槽520的导向配合能够使得转动盘400受力转动；此外，也可将螺旋槽520设置在中心钻具200上，将螺旋凸起510设置在转动盘400上，同样能够在中心钻具200沿其轴线移动时驱动转动盘400转动。

在进一步的实施例中，如图4和图6所示，第二传动组件700包括冠状齿环710、小齿轮720和转杆730，冠状齿环710设置在转动盘400的下端面，扇形板300具有大弧形面和小弧形面，转杆730固定连接在扇形板300具有小弧形面的一端，小齿轮720设置在转杆730远离扇形板300的一端，小齿轮720与冠状齿环710啮合；当转动盘400转动时，转动盘400带动冠状齿环710转动，冠状齿环710通过齿轮啮合驱动小齿轮720转动，小齿轮720带动转杆730转动，转杆730带动扇形板300转动，从而使得扇形板300的扇形面与沙土层平面之间的角度值改变。

在进一步的实施例中，如图4、图6和图7所示，弹性压缩件1000为压簧或簧片中任一种，当中心钻具200相对于旋挖钻具100向上移动时，压簧或簧片受力压缩，从而使得中心钻具200与环形腔室110顶壁之间的压力值增加，从而使得中心钻具200与环形腔室110顶壁之间的摩擦力增加，从而通过摩擦力来传递扭力，使得旋挖钻具100转动时，中心钻具200能够受力转动。

还要进行补充说明的是，为了使得中心钻具200和弹性压缩件1000之间能够传递更大的扭力，可在弹性压缩件1000远离中心钻具200的一端设置有连接块，使得连接块靠近环形腔室110顶部的表面具有粗糙的摩擦面，从而增加弹性压缩件1000和中心钻具200之间的最大摩擦力。

还要进行补充说明的是，如图2、图5和图7所示，为了连接方便，可在环形腔室110的顶壁中心设置中心杆150，相应的压簧或簧片应设置在中心杆150和中心钻具200之间。

在其中一个实施例中，如图6所示，弹性蓄能件2000为卷簧或螺旋弹条任一种，在环形套壳600和转动盘400相对转动时，卷簧或螺旋弹条能够受力改变其自身的弹性势能。

在其中一个实施例中，如图6所示，环形套壳600和环形腔室110的顶壁之间通过扭簧3000连接，当某一个扇形板300钻进遇到硬度较大的沙土块时，该扇形板300受到的阻力值增加，此时旋挖钻具100和环形套壳600之间相对转动，扭簧3000扭转蓄力，同时扇形板300的倾斜角度也相应的减小，在该扇形板300越过此硬度较大的沙土块后，扇形板300受到的阻力值减小，扭簧3000的弹性势能释放，因此下一个要与此硬度较大的沙土块接触的扇形板300加速撞击在此硬度较大的沙土块上，在环形套壳600的持续转动作用下，多个扇形板300均对该硬度较大的沙土块进行撞击，从而将该硬度较大的沙土块击碎，保证旋挖工作的正常运行。

还要进行补充说明的是，若环形腔室110的顶壁中心安装有中心杆150，则扭簧3000设置在环形套壳600和中心杆150之间。

在其中一个实施例中，如图3、图5和图6所示，为了对扇形板300远离转杆730的一端进行转动支撑，以避免冠状齿环710和小齿轮720之间因接触压力过大而造成齿轮啮合寿命降低，可在旋挖钻具100和扇形板300之间设置有转动支撑机构800，转动支撑机构800包括转动圈810和转动销820，旋挖钻具100的下端面开设有转动槽120，转动圈810转动连接在转动槽120内，转动销820设置在扇形板300具有大弧形面一端的中心位置，转动圈810的周向等间距开设有安装孔811，转动销820转动连接在安装孔811内；在环形套壳600转动时，通过转杆730、扇形板300和转动销820能够带动转动圈810同步转动。

在其中一个实施例中，如图6所示，扇形板300用于旋切土层的侧面上间隔设置有破土齿310，设置破土齿310的目的在于增加扇形板300与沙土块接触时的压强，从而在遇到硬度较大的沙土块时更容易将沙土块击碎。

还要进行补充说明的是，如图6所示，在扇形板300不用于旋切土层的侧面上间隔设置有配合槽320，配合槽320的外形尺寸与开设位置与破土齿310相适配，从而在旋挖钻具100将土壤带出桥桩基孔时，扇形板300相互之间能够搭接配合，整体受力均匀、提高整体的使用寿命。

在其中一个实施例中，如图2所示，旋挖钻具100的外周面下端周向间隔设置有旋进齿130，设置旋进齿130的目的在于使得旋挖钻具100更容易向沙土层内旋进。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种公路桥桩基旋挖装置，其特征在于，包括：

旋挖钻具，旋挖钻具内开设有环形腔室，环形腔室向下贯穿形成进土口，旋挖钻具能够绕其中心周向转动并沿其轴线向下进给；

旋挖钻具的中心设置有中心钻具，中心钻具的上端设置有弹性压缩件，弹性压缩件远离中心钻具的一端与环形腔室的顶部弹性接触，中心钻具包括钻头和转杆，钻杆设置在钻头的上端，钻杆的上端设置有弹性压缩件，环形腔室的顶壁中心安装有中心杆，中心杆与弹性压缩件摩擦接触，初始状态下，弹性压缩件使得中心钻具的下端延伸出旋挖钻具，中心钻具的外部套设有环形套壳，环形套壳的上端连接在环形腔室的顶壁，环形套壳的周向设置有多个扇形板，中心钻具的外部还套设有转动盘，转动盘和扇形板之间连接有第二传动组件，第二传动组件位于转动盘的下端；

转动盘和中心钻具之间连接有第一传动组件，当中心钻具相对于旋挖钻具轴线移动时，通过第一传动组件能够驱动转动盘转动；环形套壳和转动盘之间连接有弹性蓄能件，当环形套壳和转动盘相对转动时，弹性蓄能件的弹性势能改变，当转动盘转动时，通过第二传动组件能够驱动扇形板转动，当扇形板的扇形面转动至和环形腔室的下端面平行时，多个扇形板将进土口封堵，当扇形板的扇形面转动至和环形腔室的下端面倾斜时，进土口不再被多个扇形板封堵；所述扇形板用于旋切土层的侧面上间隔设置有破土齿。

2.根据权利要求1所述的一种公路桥桩基旋挖装置，其特征在于，所述第一传动组件包括螺旋凸起和螺旋槽，螺旋凸起设置在中心钻具上，螺旋槽开设在转动盘的外周面上，螺旋凸起与螺旋槽转动配合。

3.根据权利要求2所述的一种公路桥桩基旋挖装置，其特征在于，所述第二传动组件包括冠状齿环、小齿轮和转杆，冠状齿环设置在转动盘的下端面，转杆固定连接在扇形板具有小弧形面的一端，小齿轮设置在转杆远离扇形板的一端，小齿轮与冠状齿环啮合。

4.根据权利要求1所述的一种公路桥桩基旋挖装置，其特征在于，所述弹性压缩件为压簧或簧片中任一种。

5.根据权利要求1所述的一种公路桥桩基旋挖装置，其特征在于，所述弹性蓄能件为卷簧或螺旋弹条任一种。

6.根据权利要求1所述的一种公路桥桩基旋挖装置，其特征在于，所述环形套壳和环形腔室的顶壁之间通过扭簧连接。

7.根据权利要求1所述的一种公路桥桩基旋挖装置，其特征在于，所述旋挖钻具和扇形板之间设置有转动支撑机构，转动支撑机构包括转动圈和转动销，旋挖钻具的下端面开设有转动槽，转动圈转动连接在转动槽内，转动销设置在扇形板具有大弧形面一端的中心位置，转动圈的周向等间距开设有安装孔，转动销转动连接在安装孔内。

8.根据权利要求1所述的一种公路桥桩基旋挖装置，其特征在于，所述旋挖钻具的外周面下端周向间隔设置有旋进齿。