CN117307041A - 一种复合旋转翼式扩径钻头及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合旋转翼式扩径钻头及其使用方法，包括：由芯杆、接头、介质注入通道、喷嘴和螺旋叶片构成的钻杆，固设在钻杆端部的中心座，由第一刀座和第一刀头构成的旋转翼甲，中心刀头和侧刀头；旋转翼甲借助第一销轴可旋转地安装在中心座，旋转翼甲设有可调节的第一限位装置甲，中心座设有可调节的止动装置甲，旋转翼甲还设有随动耳座，由第二刀座和第二刀头构成的旋转翼乙借助第二销轴可旋转地安装在随动耳座上，随动耳座设置了可调节的止动装置乙，旋转翼乙设置了可调节的限位装置乙；旋转翼乙可以随旋转翼甲同步转动，旋转翼乙还可以相对旋转翼甲单独转动。结构简单、无需特定外力驱动、扩径比大、作业可靠、制造成本低、适用范围广。

Description

一种复合旋转翼式扩径钻头及其使用方法

技术领域

本发明涉及在建筑工程中用于桩基础施工的设备及使用方法技术领域，更具体地说，涉及一种复合旋转翼式扩径钻头及其使用方法。

背景技术

桩基础施工一般是由钻机的动力头驱动钻杆和钻头向地下钻孔，然后根据施工设计要求或向孔内浇灌混凝土成桩，或植入预制桩，等等；在桩基础施工钻孔过程中钻头是关键部件之一，钻头的结构及功能直接影响施工的效率与质量，特别是对一些高技术含量桩基础施工，如：扩底桩、中掘引孔植入桩等，需要钻头在原有钻孔直径基础上能够自动扩大钻孔直径，这种扩径钻头的结构及功能直接影响施工的成败。

目前，本技术领域有一种扩径钻头的技术方案(如专利200520077017.3)：利用安装于固定叶片上的可转动的扩径叶片实现扩大钻孔直径目的，这种技术方案的优点是无需特定外力驱动系统靠自身正反向旋转即可完成扩径钻头的展开及闭合动作；但此技术方案存在问题及不足是：扩径比D/d值比较小，一般D/d≤1.5；式中：D为扩径旋转翼通过转动完全展开后的钻孔最大直径尺寸，d为扩径旋转翼通过转动完全闭合后的钻孔最小直径尺寸；扩径钻头的扩径比D/d与固定叶片直径及钻杆端部结构尺寸等相关，当固定叶片直径较小时，扩径比D/d的值也比较小；因此在实际施工中需要扩径比D/d＞1.5～2.0时(如小直径扩底桩、中掘引孔植入预制桩施工等)此技术方案不适用。

目前，本技术领域还有一类由液压油缸驱动扩径翼展开的扩径钻头的技术方案，其可实现较大的扩径比，但存在两个问题：①液压油输送至钻杆端部的驱动系统结构复杂、制造难度大及成本高，②液压油缸驱动扩径翼的结构占用空间大，不适应小直径桩孔扩径。

综上所述，如何解决上述技术问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、无需特定外力驱动系统、扩径比大、作业可靠、制造容易成本低、适用于各种大小孔径的复合旋转翼式扩径钻头及其使用方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合旋转翼式扩径钻头，包括：由芯杆、接头、介质注入通道、喷嘴和螺旋叶片构成的钻杆，固定设置在所述钻杆端部的中心座，由第一刀座和第一刀头构成的旋转翼甲，中心刀头和侧刀头；所述旋转翼甲借助第一销轴可旋转地安装在所述中心座上，所述旋转翼甲上设置了可调节的第一限位装置甲，所述中心座上设置了可调节的止动装置甲，所述止动装置甲用于与所述第一限位装置甲配合限位；其特征在于，所述旋转翼甲上还设置有随动耳座，由第二刀座和第二刀头构成的旋转翼乙借助第二销轴可旋转地安装在所述随动耳座上，所述随动耳座上设置了可调节的止动装置乙，所述旋转翼乙上设置了可调节的限位装置乙，所述限位装置乙用于与所述止动装置乙配合限位；所述旋转翼乙可以随所述旋转翼甲同步转动，所述旋转翼乙还可以相对所述旋转翼甲单独转动。

可选地，所述随动耳座上设置了可调节的第二限位装置甲，所述第二限位装置甲用于与所述止动装置甲配合限位。

一种复合旋转翼式扩径钻头的使用方法，应用于上述任意一种复合旋转翼式扩径钻头，所述使用方法包括闭合方法和展开方法；

其中，所述复合旋转翼式扩径钻头的闭合方法包括：

利用与所述接头连接的钻机动力头经所述钻杆驱动所述复合旋转翼式扩径钻头按K向顺时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使所述旋转翼甲和所述旋转翼乙均自动按N向逆时针转动至闭合状态，此时所述复合旋转翼式扩径钻头的直径为最小；

所述复合旋转翼式扩径钻头的展开方法包括：

利用与所述接头连接的钻机动力头经所述钻杆驱动所述复合旋转翼式扩径钻头按P向逆时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使所述旋转翼甲和所述随动耳座一同以所述第一销轴为轴心按S向顺时针转动，当所述旋转翼甲上的所述第一限位装置甲与所述中心座上的所述止动装置甲接触后所述旋转翼甲和所述随动耳座的S向顺时针转动停止，所述旋转翼甲完成展开；

继续驱动所述复合旋转翼式扩径钻头按P向逆时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使所述旋转翼乙以所述第二销轴为轴心相对所述旋转翼甲继续按S向顺时针转动，当所述旋转翼乙上的限位装置乙与所述随动耳座上的所述止动装置乙接触后所述旋转翼乙的S向顺时针转动停止，所述旋转翼乙完成展开；至此所述旋转翼甲和所述旋转翼乙均已呈完全展开状态，所述复合旋转翼式扩径钻头处于最大直径的扩径状态。

本发明提供的复合旋转翼式扩径钻头及其使用方法有如下积极效果及优点：

1、按照本发明，由于扩径钻头由旋转翼甲和旋转翼乙的复合旋转翼构成，因此扩径比大，能达到D/d≥2.0。

2、按照本发明，复合旋转翼式扩径钻头的开闭动作由复合旋转翼式扩径钻头的正反旋转实现，无需特定外力驱动系统，结构简单，作业可靠，制造容易，成本低。

3、按照本发明，由于是复合旋转翼的结构特征，不仅大直径孔而且小直径孔也可以实现大扩径比的扩径作业，有广泛的适用性。

4、按照本发明，复合旋转翼式扩径钻头的使用操作方法简单便捷，施工作业效率高。

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，还可以根据提供的附图获得其它的附图。

图1是本发明具体实施例所提供的一种复合旋转翼式扩径钻头完全展开的正视图；

图2是图1所示复合旋转翼式扩径钻头完全展开的侧向视图；

图3是图1所示复合旋转翼式扩径钻头全闭合的正视图；

图4是图3所示复合旋转翼式扩径钻头全闭合状态的侧向视图；

图5是图1所示复合旋转翼式扩径钻头的完全展开状态的A-A剖面图；

图6是图3所示复合旋转翼式扩径钻头全闭合状态的C-C剖面图；

图7是图1所示复合旋转翼式扩径钻头的完全展开状态的B-B剖视图；

图8是图3所示复合旋转翼式扩径钻头全闭合状态的D-D剖视图。

图1至图8中的附图标记如下：

1a为芯杆、1b为接头、1c为介质注入通道、1d为喷嘴、1e为螺旋叶片、1为钻杆、2为中心座、3a为第一刀座、3b为第一刀头、3为旋转翼甲、4为中心刀头、5为侧刀头、6为第一销轴、7为第一限位装置甲、10为随动耳座、11a为第二刀座、11b为第二刀头、11为旋转翼乙、12为第二销轴、13为止动装置甲、14为第二限位装置甲、15为止动装置乙、16为限位装置乙。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种复合旋转翼式扩径钻头。

请参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8。

一种复合旋转翼式扩径钻头，包括：由芯杆1a、接头1b、介质注入通道1c、喷嘴1d和螺旋叶片1e构成的钻杆1，固定设置在钻杆1端部的中心座2，由刀座3a和刀头3b构成的旋转翼甲3，中心刀头4和侧刀头5；旋转翼甲3借助第一销轴6可旋转地安装在中心座2上，旋转翼甲3上设置了可调节的限位装置甲7；中心座2上设置了可调节的止动装置甲13，止动装置甲13用于与第一限位装置甲7配合限位。

更为重要的是，该复合旋转翼式扩径钻头还包括由刀座11a和刀头11b构成的旋转翼乙11，旋转翼甲3上还设置有随动耳座10，旋转翼乙11借助第二销轴12可旋转地安装在随动耳座10上；旋转翼乙11可以随旋转翼甲3同步转动，旋转翼乙11还可以相对旋转翼甲3单独转动；随动耳座10上设置了可调节的止动装置乙15，旋转翼乙11上设置了可调节的限位装置乙16，限位装置乙16用于与止动装置乙15配合限位。

可以看出，由于本实施例所提供的复合旋转翼式扩径钻头由旋转翼甲和旋转翼乙的复合旋转翼构成，因此扩径比大，能达到D/d≥2.0，可满足小直径扩底桩、中掘引孔植入预制桩施工等对扩径比要求比较大的施工需求。

进一步地，由旋转翼甲和旋转翼乙形成的复合旋转翼的结构特征，不仅大直径孔而且小直径孔也可以实现大扩径比的扩径作业，有广泛的适用性。

另外，本实施例中复合旋转翼式扩径钻头的结构决定了复合旋转翼式扩径钻头的开闭动作可由复合旋转翼式扩径钻头的正反旋转实现，无需特定外力驱动系统，相比于由液压油缸驱动扩径翼展开的扩径钻头来说，本实施例的复合旋转翼式扩径钻头结构简单，作业可靠，制造容易，成本低。而且，复合旋转翼式扩径钻头的使用操作方法简单便捷，施工作业效率高。

实施例2：一种复合旋转翼式扩径钻头。

在实施例1的基础上，随动耳座10上设置了可调节的第二限位装置甲14，第二限位装置甲14用于与止动装置甲13配合限位。

可以看出，通过增设第二限位装置甲14，利用止动装置甲13对第二限位装置甲14止挡限位，可以确保随动耳座10限位的稳定性。

实施例3：一种复合旋转翼式扩径钻头的使用方法。

请参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8。

该复合旋转翼式扩径钻头的使用方法如下：

1、复合旋转翼式扩径钻头的闭合方法：

利用与接头1b连接的钻机动力头经钻杆1驱动复合旋转翼式扩径钻头按K向顺时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使旋转翼甲3和旋转翼乙11均自动按N向逆时针转动至闭合状态，此时复合旋转翼式扩径钻头的直径为最小(如图3、图4、图6和图8所示)。

2、复合旋转翼式扩径钻头的展开方法：

利用与接头1b连接的钻机动力头经钻杆1驱动复合旋转翼式扩径钻头按P向逆时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使旋转翼甲3和随动耳座10一同以第一销轴6为轴心按S向顺时针转动，当旋转翼甲3上的第一限位装置甲7与中心座2上的止动装置甲13接触后旋转翼甲3和随动耳座10的S向顺时针转动停止，旋转翼甲3完成展开；

继续驱动复合旋转翼式扩径钻头按P向逆时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使旋转翼乙11以第二销轴12为轴心相对旋转翼甲3继续按S向顺时针转动，当旋转翼乙11上的限位装置乙16与随动耳座10上的止动装置乙15接触后旋转翼乙11的S向顺时针转动停止，旋转翼乙11完成展开；至此旋转翼甲3和旋转翼乙11均已呈完全展开状态，复合旋转翼式扩径钻头处于最大直径的扩径状态(如图1、图2、图5和图7所示)。

需要说明的是，在本实施例中，K向为复合旋转翼式扩径钻头顺时针转动的方向，P向为复合旋转翼式扩径钻头逆时针转动的方向；S向为旋转翼甲3和旋转翼乙11顺时针转动的方向，N向为旋转翼甲3和旋转翼乙11逆时针转动的方向；M向为复合旋转翼式扩径钻头向地下钻进的方向。

可以看出，复合旋转翼式扩径钻头的闭合和展开动作均由复合旋转翼式扩径钻头的正反旋转实现，无需特定外力驱动系统，操作方法简单便捷，施工作业效率高。而且，旋转翼甲和旋转翼乙均展开时，使复合旋转翼式扩径钻头的最大直径较大，具有较大的扩径比能达到D/d≥2.0，可满足小直径扩底桩、中掘引孔植入预制桩施工等对扩径比要求比较大的施工需求；不仅大直径孔而且小直径孔也可以实现大扩径比的扩径作业，有广泛的适用性。

结合上述实施例，对本发明进行了说明，但通过对复合旋转翼式扩径钻头的部件结构和组合方式及使用方法步骤作一些适当的改变调整，就可以在本发明的范围内，派生出不同的扩径钻头类型，可以广泛应用于各类工程的桩基础施工。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的复合旋转翼式扩径钻头及其使用方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种复合旋转翼式扩径钻头，包括：由芯杆(1a)、接头(1b)、介质注入通道(1c)、喷嘴(1d)和螺旋叶片(1e)构成的钻杆(1)，固定设置在所述钻杆(1)端部的中心座(2)，由第一刀座(3a)和第一刀头(3b)构成的旋转翼甲(3)，中心刀头(4)和侧刀头(5)；所述旋转翼甲(3)借助第一销轴(6)可旋转地安装在所述中心座(2)上，所述旋转翼甲(3)上设置了可调节的第一限位装置甲(7)，所述中心座(2)上设置了可调节的止动装置甲(13)，所述止动装置甲(13)用于与所述第一限位装置甲(7)配合限位；其特征在于，所述旋转翼甲(3)上还设置有随动耳座(10)，由第二刀座(11a)和第二刀头(11b)构成的旋转翼乙(11)借助第二销轴(12)可旋转地安装在所述随动耳座(10)上，所述随动耳座(10)上设置了可调节的止动装置乙(15)，所述旋转翼乙(11)上设置了可调节的限位装置乙(16)，所述限位装置乙(16)用于与所述止动装置乙(15)配合限位；所述旋转翼乙(11)可以随所述旋转翼甲(3)同步转动，所述旋转翼乙(11)还可以相对所述旋转翼甲(3)单独转动。

2.根据权利要求1所述的复合旋转翼式扩径钻头，其特征在于，所述随动耳座(10)上设置了可调节的第二限位装置甲(14)，所述第二限位装置甲(14)用于与所述止动装置甲(13)配合限位。

3.一种复合旋转翼式扩径钻头的使用方法，其特征在于，应用于权利要求1或2所述的复合旋转翼式扩径钻头，所述使用方法包括闭合方法和展开方法；

其中，所述复合旋转翼式扩径钻头的闭合方法包括：

利用与所述接头(1b)连接的钻机动力头经所述钻杆(1)驱动所述复合旋转翼式扩径钻头按K向顺时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使所述旋转翼甲(3)和所述旋转翼乙(11)均自动按N向逆时针转动至闭合状态，此时所述复合旋转翼式扩径钻头的直径为最小；

所述复合旋转翼式扩径钻头的展开方法包括：

利用与所述接头(1b)连接的钻机动力头经所述钻杆(1)驱动所述复合旋转翼式扩径钻头按P向逆时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使所述旋转翼甲(3)和所述随动耳座(10)一同以所述第一销轴(6)为轴心按S向顺时针转动，当所述旋转翼甲(3)上的所述第一限位装置甲(7)与所述中心座(2)上的所述止动装置甲(13)接触后所述旋转翼甲(3)和所述随动耳座(10)的S向顺时针转动停止，所述旋转翼甲(3)完成展开；

继续驱动所述复合旋转翼式扩径钻头按P向逆时针转动、并沿M向钻进预设量，在土压阻力作用下使所述旋转翼乙(11)以所述第二销轴(12)为轴心相对所述旋转翼甲(3)继续按S向顺时针转动，当所述旋转翼乙(11)上的限位装置乙(16)与所述随动耳座(10)上的所述止动装置乙(15)接触后所述旋转翼乙(11)的S向顺时针转动停止，所述旋转翼乙(11)完成展开；至此所述旋转翼甲(3)和所述旋转翼乙(11)均已呈完全展开状态，所述复合旋转翼式扩径钻头处于最大直径的扩径状态。