CN1525037A - 可伸缩的钻杆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可伸缩钻杆装置，该装置具有至少两个可互换的凯氏杆，该凯氏杆装配有将一轴向力向相邻凯氏杆传送的装置。至少一个凯氏杆由至少两个由不同材料制成的杆件构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种可伸缩的钻杆装置，该装置具有至少两个可互换的凯氏杆，而该凯氏杆则具有用于将转矩向相邻凯氏杆传送的装置。
背景技术
这种可伸缩的钻杆装置为所谓的凯氏(Kelly)钻孔法所要求，这是用于例如建筑物地基桩生产的适应性最强的方法之一。钻具的转矩由一可在支座上上下移动的转动齿轮传递给钻杆装置，也就是所谓的凯氏杆装置。凯氏杆装置包括多个可伸缩的管状凯氏杆，其最深处的杆被悬吊于钻具的一钢索上并可因此而上下移动，从而引起凯氏杆装置的伸缩运动。钻具安装于最深处凯氏杆的底部。通过各独立凯氏杆外侧上或多或少的垂直嵌条以及相邻凯氏杆上相应的垂直推进槽，与轴-环连接或接合方式一致，转矩以及由此而产生的旋转运动由一个凯氏杆传递给另一个。这样，旋转运动便由一转动齿轮传递给了钻孔内的钻具。
伸缩过程按如下方式进行。起初，当凯氏杆装置完全位于钻孔之外时，所有凯氏杆上的下部挡块均位于底部凯氏杆上，也就是公知的内部凯氏杆。完全缩进的凯氏杆装置继而借助于内部凯氏杆被悬置于凯氏钢索上。之后，如果凯氏杆装置被放入钻孔内，凯氏杆的一上部挡块则在一特定的时间碰到转动齿轮的凯氏驱动器并停在那里。在进一步下降的过程中，其余凯氏杆向下移动直至下一个内部凯氏杆的上部挡块“戳到”最上面的凯氏杆下端。可继续进行这一过程直至凯氏杆装置已完全伸出。这种凯氏杆装置例如由EP376239A或者US3517760 A得知。
转矩可在凯氏杆的任意伸出状态下进行传送。要么是凯氏杆的下部挡块靠在下一个内部凯氏杆上，要么是其上部挡块靠在下一个外部凯氏杆上。对于所有凯氏杆而言，转矩是在上端或者下端进行传递的。只有在一单个凯氏杆的情况下，即那些靠在最深处杆上的最上面杆，下一外部杆的凯氏杆驱动器在凯氏嵌条的上端和下端之间接合并在那里传送转矩。
在所谓可锁定凯氏杆装置的情况中，除了旋转运动被传送外，还有一竖向力由滑道经凯氏杆装置被传给钻具，以便产生清除泥土所必需的接触压力，而在滑道上，转动齿轮于杆上上下移动。为此，所有的凯氏杆均按特定的间距装配有锁槽。
EP335059A公开了一种具有锯齿状传动嵌条的凯氏杆装置，该装置允许一轴向力在多个与凸轮系统的间距相对应的方位传送或传递。
凯氏杆装置所用的材料为适当合金形式的钢，以确保操作过程中所必需的强度。待传送的转矩决定了凯氏杆的直径和厚度。尤其在钻孔深度较大的情况下，凯氏杆装置必须为此而相应加长，凯氏杆装置的重量可能会较大。这不仅对必需的绞盘和驱动器的设计起着决定性的作用，而且对钻杆装置悬置于其上的杆柱的的静力学也起着决定性的作用。因此，设计的最终结果便是，钻轴必须位于钻具履带的上游，同时，重的凯氏杆装置意味着钻具具有较高的倾覆力矩。为了足够稳定，填重必须是相应较大，而填重又需要一更大更稳定的履带车。这导致在钻具的运输和安置过程中，成本更高，而且约束更多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可伸缩的钻杆装置，该装置使得钻孔作业效率高并且费用低。
上述目的通过一种具有如权利要求1所述特征的可伸缩钻杆装置得以实现。本发明的优选实施方式由从属权利要求给出。
本发明的特征在于，至少一个凯氏杆由至少两个由不同材料制成的杆件构成。本发明的基本思想是基于以下发现，即在一个凯氏杆上各处的作用和荷载均不相同。根据本发明，荷载及接触压力高的部位可由强度较高的材料制成，而荷载及接触压力低的部位可由较普通的材料制成。这样使得凯氏杆装置可根据特定功能及要求进行制作，而对于强度高并因而昂贵的材料而言，这种作法可较为经济。
特别是在为了更深的钻孔深度而使用更长的钻杆装置的情况下，由于杆件材料为轻质建材，尤其是碳纤维加强塑料这一事实，本发明使得重量大为减轻。同时也可使用其他轻质建材，如轻金属。在由管状或杆状构件装配而成的装置中，碳纤维加强塑料可传递足够大的轴向力和转矩。
在接触压力大的部位，例如发生转矩和力由一个凯氏杆向相邻杆传送的地方，可使用强度较高较重的材料，如相应合金的钢。
根据本发明，用于传送力或转矩的装置是在由钢材制成的杆件上构成的。优选地，凯氏杆的上端和/或下端在由钢材制成的杆件构成。由于力或转矩在一个或多个中间段内进行传送，所以可设置更多的传动装置。位于各钢材杆件之间的其他杆件可由轻质建材制成。
由于作用的不同，各凯氏杆为管状构造，而内部凯氏杆也可为实心杆。各凯氏杆可为任意截面。然而，本发明所得到的重量与抗扭刚度之间的比值特别有利，其中杆件以一环形截面的管状形式构成。更为特别的是，因为轻质杆件由碳纤维加强塑料制成，所以环形截面使得抗扭刚度特别大。
除了可传送转矩之外，本发明的钻杆装置还按如下方式被进一步改进，即杆件设有将一轴向力向相邻杆件传送的装置。优选地，用于轴向力传送的装置与用于转矩传送的装置一起构成，例如为所谓的锁槽形式。
本发明可得到一特别坚固的钻杆装置，其中，转矩传送装置和/或轴向力传送装置具有互锁构件。
优选地，互锁构件包括嵌条或楞条、锁槽和/或推进槽。从而，在各凯氏杆之间发生转矩和力的传送方式就象公知的轴-环连接所发生的一样。
在杆件由轻质建材制成的情况下，没有直接的力和转矩由相邻的凯氏杆传送而来，因为这会产生特别大的接触压力。因此，这些杆件的外侧可被制成普通管形式的光滑表面。然而，为了获得可靠的伸缩性，本发明在轻质建材杆件上设有轴向直导轨。由于这些导轨并非用于传送直接力，所以该导轨随后可由适当的连接装置固定至杆件上。
根据本发明的进一步改进方案，外部凯氏杆完全由金属制成。优选地，外部凯氏杆设有多个位于不同高度处的转矩和/或轴向力传送装置。在外部凯氏杆的整个表面上都可容许转矩传送。这样，对于其他凯氏杆而言，可能限于设置两个轴向力和力矩传送装置。那么凯氏杆装置的下降过程中，最上面的凯氏杆必须一开始就被锁定于与转动驱动器相应的高度上。这可通过一卡钩型装置被动进行，或通过由转动驱动器发出的装置主动进行。然后凯氏杆装置以所有其他凯氏杆或者完全伸出或者未伸出的方式被再次放下。此外，通过外部凯氏杆完全伸出，也是一种对缩进钻杆装置的极好的被动保护。
附图说明
下面将针对一优选实施方式以及附图对本发明作更为详细的描述，其中：
图1为本发明的一内部凯氏杆的透视图。
图2为由图1中的凯氏杆构成的一独创性钻杆装置的部分截面透视图。
具体实施方式
图1和2中所示本发明的实施方式为一简单的可伸缩钻杆装置10，该装置具有一第一、即内部凯氏杆20和一第二、即外部凯氏杆40。内部凯氏杆20由三个管状构件构成，即一上部构件22、一下部构件24和一居中的中央部件26。在上部构件22和下部构件24二者中设有多个沿圆周方向分布的轴向力和转矩传送装置27。为此，下部构件24设有轴向直楞条28，各楞条在其两端处的一侧面上粘有轴向挡块30a、30b。通过楞条28及两个相互隔开的相邻轴向挡块30a、30b形成一锁槽32，其中可容纳相邻凯氏杆的驱动器。两个轴向挡块30a、30b以明确的方式沿圆周方向与下一楞条28隔开设置，从而形成用于驱动器轴向通道的凹槽31。
在上部构件22上相应构造一力和转矩传送装置27，但仅在楞条28的下端设有一单个轴向挡块30c。其上设置楞条28，并且轴向挡块30的上部构件22和下部构件24均由具有必需强度的钢材制成，这一点对于在各凯氏杆20、40之间传力过程中的楞条28和轴向挡块30而言尤为重要。
为了减轻重量，中央部件26由特别是一种碳纤维加强塑料的轻质建材制成。管状中央部件26的两自由段由合适的连接装置被稳固连接于上部构件22或下部构件24上。轴向直导轨34可安装于中央部件26外侧，但是这些导轨是用于引导伸缩而非传送转矩。
为此，外部凯氏杆40的内侧相应设置定位轴向导向元件42，其中设有导向槽，并且导向槽中接合有导轨34。此外，外部凯氏杆40的内侧上至少设有一用于传送转矩的驱动器44。通过借助于未示出的凯氏钢索来放下和提升内部凯氏杆20，驱动器44穿过凹槽31进入到内部凯氏杆20下部构件24上的锁槽22内。通过与楞条28或下部轴向挡块30a或上部轴向挡块30b的止挡面相接触，转矩或轴向力便可在两个相邻凯氏杆20、40之间进行传递。在内部凯氏杆20上设有未示出的刀架或插座。该独创性凯氏杆装置不仅适用于容纳钻具和切割工具，而且还适用于其他土工工具，如钳子。
Claims (11)
1.具有至少两个可互换凯氏杆的可伸缩钻杆装置，所述凯氏杆装配有将一转矩向相邻凯氏杆传送的装置，其特征在于，至少一个所述凯氏杆由至少两个由不同材料制成的杆件构成。
2.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，所述杆件的材料为轻质建材，特别是碳纤维加强塑料。
3.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，转矩传送装置在一由钢材制成的杆件上构成。
4.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，一杆件上的所述凯氏杆的上端和/或下端由钢材制成。
5.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，所述杆件以具有一环形截面的管状形式构成。
6.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，所述杆件具有将一轴向力传向相邻凯氏杆传送的装置。
7.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，所述转矩传送装置和/或轴向力传送递装置均设有互锁构件。
8.如权利要求7所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，互锁构件包括楞条、锁槽和/或推进槽。
9.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，轻质建材杆件上设有轴向直导轨。
1O.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，外部凯氏杆完全由金属制成。
11.如权利要求1所述的可伸缩钻杆装置，其特征在于，外部凯氏杆具有多个位于不同高度上的转矩和/或轴向力传送装置。
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