CN1185400C - 一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具 - Google Patents

Abstract

一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具，由钻架、动力轴、齿轮组、钻杆和钻头组成，钻架由上支架圈、下支架圈和他们之间的斜支杆焊接而成，中心齿轮用键固定在动力轴上，3个行星齿轮均匀分布在中心齿轮的周围，行星齿轮和中心齿轮、齿轮圈上段的内齿同时啮合，齿轮圈内圆周的下段，与托盘的外圆周动配合，托盘上有3个行星孔，行星孔内为齿圈，每一个行星齿轮的下部用轴承均匀固定着1～10个钻杆，钻杆的下端安有钻头。本发明的优点是：1、适用于超大直径施工，可进行1米～5米或更大直径的成孔施工；2、通过变换不同的钻头、钻杆的形式，可适应各种复杂的地质情况。

Description

一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具

技术领域：

本发明涉及建筑中桩基础工程成孔设备，即在地基中进行大直径钻孔的钻具。

背景技术：

在工程建设中，一般先要打桩基础，目前2米以下直径桩基础成孔施工，广泛使用冲击锤和旋转钻，在小直径桩基础施工中一般比较顺利，但在超大直径，即2米以上直径的桩基础施工中，存在以下问题：1、设备笨重，成本高，劳动强度大，进度慢，2、风险性高，容易发生塌孔，采取沉井排水开挖方法施工时，容易发生沉井偏位、滞留和井口沉陷等问题。3、孔底沉渣残留，不能彻底清除。

发明内容：

为了克服目前大直径桩基础成孔的困难，本发明提供一种钻头成星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具。

本发明的技术方案是：这种钻具由钻架、动力轴、齿轮组、钻杆、钻头组成，其特征在于钻架由上支架圈、下支架圈和它们之间的斜支杆组成，动力轴是中空的圆杆，位于上、下支架圈的中心轴线上，与上支架圈用轴承连接，在下支架圈内，有齿轮组，齿轮组由一个中心齿轮、三个行星齿轮、齿轮圈和托盘组成，中心齿轮用键固定在动力轴上，大小相同的3个行星齿轮均匀分布在中心齿轮周围，行星齿轮和中心齿轮、齿轮圈上段的内齿同时啮合，齿轮圈与下支架圈固定在一起，齿轮圈内圆周的下段为光滑的圆柱面，与托盘外圆周动配合，托盘为一侧面光滑的圆盘，其上有3个与行星齿轮相对应的3个行星孔，行星孔内为齿轮圈，每一个行星轮的下部用轴承均匀固定着1～10个钻杆，钻杆的下端安装有钻头，钻杆的中部用键固定有转动齿轮，此转动齿轮与托盘上的行星孔的内齿相啮合，齿轮圈上部和下部都有内沿，上部内沿的下表面和行星齿轮上表面接触，下部内沿的上表面和托盘的下表面接触。

在三个行星轮下面的钻杆的长度可以是相同的，也可以是不同的。根据钻杆型式的不同，常用的有垂直短钻杆型、冲击锤型和万向长钻杆型三种，可根据不同的地质条件而定。

本发明的优点是：1、适用于超大直径施工，可进行1米～5米或更大直径的成孔施工；2、通过变换不同的钻头、钻杆的形式，可适应各种复杂的地质情况，既可在坚硬的基岩上施工，也适用于有护壁沉井不排水施工，如在厚软土质复盖层的条件下，无护壁施工，可进行快成孔、快浇筑方法施工，避免孔壁变形；3、相对配套功率小，能耗低，钻孔成本低，可适配其他通用设备。4、通过压缩空气在排渣管中造泡，实现泥浆反循环高效排渣。5、既可设计为地面驱动，也可采用潜水变速电机一体化设计或液压马达驱动。6、施工清孔快速彻底。7、采取水泥混凝土封底和回填，可适应突破流砂层和流限土等特殊地质层施工。8、通过观察排渣，可实时掌握地质变化情况。9、目前的应用除适用于开发桩基钻具外，另外还可应用于对引进德国技术生产的“顶管掘进机”的进一步改造和完善。

附图说明：

下面举3个实施例并结合附图对本发明作进一步说明：

图1是第1个实施例的剖面图

图2是第2个实施例的剖面图

图3是第3个实施例的剖面图

图4是图1的A-A剖面图

图5是图2的B-B剖面图

图6是图3的C-C剖面图

图7是图3的D-D剖面图

1、上支架圈，2、下支架圈，3、斜支杆，4、动力轴，5、中心齿轮，6、行星齿轮，7、齿轮圈，8、托盘，9、行星孔，10、钻杆，11、钻头，12、转动齿轮，13、上平板，14、支架杆，15、主动齿轮，16、被动齿轮，17、十字形传动结，18、万向结，19间歇锤，20、压缩空气口，21、排碴口，22、歇动凸块，23、约束套筒。

具体实施方式：

在图1第1个实施例中，钻架由上支架圈1、下支架圈2和他们之间的斜支杆3焊接而成，动力轴4为中空圆杆，与上支架圈1用轴承固定，在下支架圈2内，中心齿轮5用键固定在动力轴4上，3个行星齿轮6均匀分布在中心齿轮5的周围，行星齿轮6和中心齿轮5、齿轮圈7上段的内齿同时啮合，齿轮圈7与下支架圈2用螺钉连接在一起，齿轮圈7内圆周的下段为光滑的圆柱面，与托盘8的外圆周动配合，托盘8为一侧面光滑的圆盘，其上有与行星齿轮6相对应的3个行星孔9，行星孔9内为齿圈，每一个行星齿轮6的下部用轴承均匀固定着3个钻杆10，钻杆10的下端安有钻头11，钻杆10的中部用键固定着转动齿轮12，转动齿轮12与行星孔9的内齿相啮合，齿轮圈7的上部和下部都有内沿，上部内沿的下表面和行星齿轮6的上表面接触，下部内沿的上表面和托盘8的下表面接触，齿轮圈7把行星齿轮6和托盘8装配在一起。

当动力轴4转动时，带动中心齿轮5转动，在齿轮圈7的共同作用下，使行星齿轮6自转和公转，行星齿轮6通过钻杆10、转动齿轮12、行星孔9，使托盘8得以转动，并与行星齿轮6的公转同步，由于行星齿轮6在行星孔9中的转动，通过转动齿轮12带动钻杆10、钻头11转动，并切削岩石，由于行星齿轮6的公转，使钻杆10、钻头11在孔底作规则的曲线运动，形成周边圆形的细密网状下弯曲面，连续平顺和不停的改变切削点，可以更有效的切削岩石。

在图2的第2个实施例中，是在实施例1的基础上，钻杆10的上端套有重锤19，重锤19的内孔分上下两段，上段为圆柱形，表面有展开为直角三角形的螺旋槽，钻杆10上端的表面有与重锤19孔内螺旋槽相配合的歇动凸块22，下段截面为正六边形，钻杆10和重锤19之间有约束套筒23，套筒23的外截面为正六边形，内截面为圆形，固定在行星齿轮6上，当钻杆10转动时，由于钻杆10表面的凸块与重锤19内孔上的螺旋槽的作用，重锤19沿着套筒23上升，当上升到最高点时，突然跌下，钻杆10不停的转动，使重锤19不断地冲击着钻杆10。

在图3的第3个实施例中，是在实施例1的基础上，在钻架内加一内支架，内支架由上平板13和支架杆14组成，上平板13用轴承水平固定在动力轴4上，支架杆14连接着上平板13边缘和下支架圈2，上平板13上面有一个主动齿轮15和3个均匀分布的被动齿轮16，主动齿轮15用键与动力轴4相连，被动齿轮16用轴承固定在上平板13上，并与主动齿轮15啮合，被动齿轮16的中心轴下端有十字形传动结17，十字传动结17连接着钻杆10的上端，钻杆10通过行星齿轮6上的万向结18伸出钻架外，钻杆10的下端安有钻头11，钻杆10是多节式的，各节之间用螺纹连接。钻杆10的长度可因节数的多少来调节。

当动力轴4转动时，带动主动齿轮15和被动齿轮16转动，通过十字形传动节18使钻杆10转动，行星齿轮6通过万向结18使钻杆10不断地变换切削点，从而对岩石进行有效的破碎和开挖。

20为压缩空气进口，降低动轴4中泥浆的比重，使孔内泥浆不断地从排碴口21上升，夹带被破碎或松动的土石直至排出地表。

在上述3个实施例中，中心齿轮5和行星齿轮6可以布置在一个水平面上，也可以呈锥形布置，即3个行星齿轮6与水平面有一夹角。

在实施例3中，长钻杆可用射流管代替，高压泥浆流从射流管中喷出，切削岩上，以适应不均匀的地质条件。

在下支架圈上可以安装超声波探头，利用超声波成像技术，在地面实时观察井底的情况。

Claims (6)

1、一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具，由钻架、动力轴(4)、齿轮组、钻杆(10)、钻头(11)组成，其特征在于钻架由上支架圈(1)、下支架圈(2)和它们之间的斜支杆(3)组成，动力轴(4)是中空的圆杆，位于上、下支架圈(1)、(2)的中心轴线上，与上支架圈(1)用轴承连接，在下支架圈(2)内，有齿轮组，齿轮组由一个中心齿轮(5)、三个行星齿轮(6)、齿轮圈(7)和托盘(8)组成，中心齿轮(5)用键固定在动力轴(4)上，大小相同的3个行星齿轮(9)均匀分布在中心齿轮(5)周围，行星齿轮(6)和中心齿轮(5)、齿轮圈(7)上段的内齿同时啮合，齿轮圈(7)与下支架圈(2)固定在一起，齿轮圈(7)内圆周的下段为光滑的圆柱面，与托盘(8)外圆周动配合，托盘(8)为一侧面光滑的圆盘，其上有3个与行星齿轮(6)相对应的3个行星孔(9)，行星孔(9)内为齿轮圈(7)，每一个行星轮(9)的下部用轴承均匀固定着1～10个钻杆(10)，钻杆(10)的下端安装有钻头(11)，钻杆(10)的中部用键固定有转动齿轮(12)，此转动齿轮(12)与托盘(8)上的行星孔(9)的内齿相啮合，齿轮圈(7)上部和下部都有内沿，上部内沿的下表面和行星齿轮(6)上表面接触，下部内沿的上表面和托盘(8)的下表面接触。

2、根据权利要求1所述的一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具，其特征在于：钻杆(10)的上端套有重锤(19)，重锤(19)的内孔分上下两段，上段为圆柱形，表面有展开为直角三角形的螺旋槽，钻杆(10)上端的表面有与重锤(19)孔内螺旋槽相配合的歇动凸块(22)，下段截面为正六边形，钻杆(10)和重锤(19)之间有约束套筒(23)，套筒(23)的外截面为正六边形，内截面为圆形，固定在行星齿轮(6)上。

3、根据权利要求1所述的一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具，其特征在于：在钻架内加一内支架，内支架由上平板(13)和支架杆(14)组成，上平板(13)用轴承水平固定在动力轴(4)上，支架杆(14)连接着上平板(13)边缘和下支架圈(2)，上平板(13)上面有一个主动齿轮(15)和3个均匀分布的被动齿轮(16)，主动齿轮(15)用键与动力轴(4)相连，被动齿轮(16)用轴承固定在上平板(13)上，并与主动齿轮(15)啮合，被动齿轮(16)的中心轴下端有十字形传动结(17)，十字传动结(17)连接着钻杆(10)的上端，钻杆(10)通过行星齿轮(6)上的万向结(18)伸出钻架外，钻杆(10)的下端安有钻头(11)，钻杆(10)是多节式的，各节之间用螺纹连接。

4、根据权利要求1、2或3所述的一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具，其特征在于：中心齿轮(5)和行星齿轮(6)呈锥形布置，即3个行星齿轮(6)与水平面有一夹角。

5、根据权利要求1、2或3所述的一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具，其特征在于下支架圈(2)上安装有超声波探头。

6、根据权利要求3所述的一种星形运动的大直径桩基础工程成孔钻具，其特征在于长钻杆(10)为射流管。

Images