CN209855713U - 用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，用于解决特定部位的凿岩取石问题。它的筒体是由两个同心设置的内筒和外筒组成的，并具有环形的夹层，在内筒的顶部设置顶盖以形成圆形的石柱成型空间，在石柱成型空间内设置有取石装置，且取石装置的控制端位于筒体的顶部；在夹层内安装有至少三组风镐，且风镐按特定角度布置。本实用新型利用压缩的空气，带动多只风镐，冲击凿岩，将钻孔周围的岩层与孔径之内的岩层进行快速冲击环切，当孔径内的岩石柱达到一定高度后，自行将其折断并取出，完成一个阶段的钻孔，如此，周而复始，由于凿岩的工作量仅仅发生在环形区域内，工作量较小，使得钻进成孔速度接近理想状态。

Description

用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器

技术领域

该实用新型涉及灌注桩基础施工中广泛使用的钻孔机械，尤其是属于旋挖钻机专用配件技术领域，通常与旋挖钻机进行配套使用。

背景技术

目前，随着我国经济的快速发展，在建设高铁、高速公路、铁路、机场、桥梁等重要建筑中，灌注浆基础起到了至关重要的作用，在施工过程中遇到硬度较高的岩层，比如花岗岩、灰岩，白云岩等硬质岩层，就会出现施工困难进度缓慢，导致工期延后、成本增加等问题，施工人员一直在寻找一种能针对硬质岩层进行快速钻进的钻具或方法，但一直没有实质性突破。

对于硬质岩层的旋挖成孔施工工艺，旋挖钻机在硬质岩层钻孔过程中，目前的技术中采用的技术手段为：

A、采用大功率的旋挖钻机，例如徐工的XR360系列旋挖钻机，其各项性能指标，例如钻进速度与比压能够满足施工要求。

B、选用合理的钻头，目前施工中，对于硬质岩层同行采用合金截齿的钻头，合金截齿采用硬质合金材料，该合金截齿的钻头可以通过钻杆的压力，侵入到岩层表面，并配合钻杆的回转、旋转动作，将成孔所在区域的岩层进行磨削、切削、碾碎，并形成石屑、粉状或碎石块等，并最终将石屑、碎石块清理输送至钻孔外的地面处。

施工数据显示，对于硬质岩层中的钻头施工，钻头的磨损速度非常快，且会出现钻头打滑、进尺滑、耗能高、拖延工期，且钻孔的进展也非常缓慢，所以，现有的施工方法和设备距离理想的钻进速度还有一定距离，具有改进的空间。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，用于解决现有技术中针对硬质岩层的钻进过程缓慢的问题，同时应该具有造价简单、安装方便、科学合理、安全可靠、噪音进度快、经济效益高等优点，通过该技术的实施，可使旋挖钻机对硬质岩层的施工效率接近理想状态。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，

包括筒体，其中，筒体是由两个同心设置的内筒和外筒组成的，并具有环形的夹层，在内筒的顶部设置顶盖以形成圆形的石柱成型空间，在所述石柱成型空间内设置有取石装置，且取石装置的控制端位于筒体的顶部；在夹层内安装有至少三组风镐，且风镐按以下规则布置：

第一组，风镐凿头的尖端调整至向内倾斜超过内筒内侧；

第二组，风镐凿头的尖端调整至向外倾斜超过外筒外侧；

第三组，风镐凿头的尖端调整至夹层中线位置。

在所述筒体顶部设置有钻杆连接装置。

所述风镐是通过固定夹耳和调节夹耳以可调节角度的方式固定在夹层内的。

所述顶盖上表面设置有环形的石屑挡墙。

在外筒的上部和下部边沿处设置保护块。

第一组，风镐凿头的尖端调整至向内倾斜超过内筒内侧30mm。

第二组，风镐凿头的尖端调整至向外倾斜超过外筒外侧30mm。

风镐的工作压力为12兆帕。

取石装置包括夹耳、三角卡臂、夹石板、取石拉杆和弹簧，至少两个三角夹臂中部通过夹耳安装在内筒内壁上，三角夹臂的一端连接取石拉杆，另一端连接夹石板；通过拉动取石拉杆，三角夹臂有一个合拢的动作，反之，在弹簧的作用下，三角卡臂有一个打开的动作。本实用新型的有益效果是：

本实用新型利用压缩的空气，带动多只风镐，冲击凿岩，将钻孔周围的岩层与孔径之内的岩层进行快速冲击环切，当孔径内的岩石柱达到一定高度后，自行将其折断并取出，完成一个阶段的钻孔，如此，周而复始，由于凿岩的工作量仅仅发生在环形区域内，相对于传统的钻孔方式，工作量较小，使得钻进成孔速度接近理想状态。

本实用新型是为了旋挖钻机在施工过程中，遇到硬质岩层(包括但不限于花岗岩、白云岩、石灰岩等)而设计开发的，本实用新型具有结构简单、安装方便、科学合理、无污染等特点。实现了快速钻进硬质岩层，既能保证工期，又能提高施工作业队伍的经济效益。

根据申请人现场实践，实施本实用新型后，同样的岩层情况下，钻具的入岩速度是传统的8到10倍，大大提高了工作效率，缩短了施工工期。

附图说明

图1本实用新型的主视图。

图2为取石装置的原理图。

图3为本实用新型的剖视图。

图4为俯视结构图。

图5为风镐尖端的布置方式。

图6为钻杆安装套的主视图。

图7为钻杆安装套的俯视图。

图8为挡墙立板结构图。

图9为加固板结构图。

图10为夹耳的结构图。

图11为夹耳的结构图。

图12为加强板的结构图。

图13为三角卡臂的结构图。

图14为夹石板的结构图。

图15为调整夹耳的结构图。

图16为风镐的结构图。

图17为固定夹耳的结构图。

具体实施方式

本实施例通过对于施工过程、专用器械的结构描述，来理解其实施所带来的优异的效果和性能，但是，本实用新型所涉及的器械和施工效果，由于语言表达的局限性，并不局限在本实施例中。

本实用新型的来源和核心思想：

本实用新型采用高压空气带动风镐，利用风镐快速冲击岩层并进行凿岩，凿岩是基于风镐的布置的，再配合缓缓的转动旋挖机钻杆，将钻孔径内演示与钻孔径外的演示之间凿出一条环形的凹槽，或者称之为环形的缺口。

凿下的石屑、碎石块等附属物被强风气流带走，并通过取石器与孔壁之间的保护层缝隙，被吹起并落在顶盖上的石屑挡墙内侧，待石屑挡墙141所组成的区域堆满之后利用旋挖钻机的动力提升钻杆，将取石器整体提升至地面以上进行清理，然后再进行下一步的钻孔工作，通常需要进行多次提升与清理，才能完成一次石柱的成型。

经过上述的多次凿岩后，在钻孔的钻孔底部形成一个岩石柱，该岩石柱为圆柱状的，且与岩层之间被环形的凹槽隔离，仅仅在岩石柱的根部(底部)与岩层有贯通。随着凹槽的深度越来越深，当孔径内的岩石柱高度达到取出条件后，利用旋挖钻机的动力，配合钻杆的摆动动作将岩石柱自根部折断，使得岩石柱与岩层之间脱离，具体折断过程如下：

利用旋挖钻机上的附卷扬钢丝绳吊住取石拉杆302，转动附卷扬钢丝绳，迫使取石装置的两块夹石板向内倾斜，死死夹住岩石柱，然后，通过摆动钻杆，将岩石柱折断，并最终利用钻杆的提升将被取石装置夹持的岩石柱整体带出孔外，本实用新型以极小的凿岩工作量(环形区域)，达到快速钻进硬质岩层并成孔的效果，本实用新型尤其适用于各种无水、或者含水量较小的硬质岩层进行钻孔桩快速施工。

以下内容，结合说明书附图1至图17，及其中的结构、构造和附图标记进行详细的说明，以期充分理解本实用新型的本质、结构和内容。

本实用新型的技术效果是通过以下技术方案实现的，该凿岩、取石器包括：内筒、外筒、上间隔固定板、下间隔固定板、取石装置、风镐、钻杆安装套、固定夹耳、调整夹耳、高压风管和保护块121。

本实用新型主要采用含锰量较高的碳钢，例如牌号为20Mn的优质碳钢板，钢板裁剪采用气割或者液压剪切机进行下料，采用二氧化碳保护焊工艺焊接加工制作。圆钢材料和后壁钢管材料利用无齿锯下料。

主体的机加工制作过程：首先按照内筒和外筒的尺寸，将钢板材料用气割下料，使用钢板卷圆机对切割形成的钢坯进行卷圆加工，焊接后形成圆筒状部件。

第二步，根据顶盖、加固板、上间隔固定板、下间隔固定板图纸进行下料，并按照以下顺序进行焊接：把上、下间隔固定板分别安装在内筒和外筒之间的夹层中，且分别位于上端和下端，在夹层000的上部和下部进行焊接固定，用于形成内筒和外筒之间的夹层空间。也就是说，通过上下间隔固定板使得内筒和外筒固定连接成为一体，该上下间隔固定板可以为板状结构，也可以为块状结构。然后，将气割形成的顶盖放在内筒顶部，并焊接为一体。然后，将钻杆安装套所需板材下料、焊接形成钻杆安装套，将安装套置于顶盖的中心位置并进行焊接，固定后形成一体。然后，用加固板把钻杆安装套和顶盖进行加固焊接，形成对钻杆安装套的加强肋。其中，钻杆安装套的方槽和轴销孔尺寸、规格与配套使用的旋挖钻机的钻杆方头保持一致，以便进行安装。无特别说明，本实施例中，旋挖钻机及钻杆为市场现有成熟、通用设备和尺寸。尤其是，钻杆的安装头都有相关行业标准，已经标准化，本实施例不再进行进一步的详细的描述。

在夹层000内，安装有若干风镐，本实施例中，夹层内共均匀分布有十五支风镐400，风镐进行采购即可，风镐的具体安装方式：在夹层内，中下部位置，安装有多个风镐，风镐在夹层内，沿着顺时针方向倾斜65度进行安装，安装点在外筒的内壁上，每个风镐通过上下两个夹耳(包括固定夹耳402和调节夹耳404)进行固定安装。具体的，用固定夹耳对风镐的下部进行初步固定，用调节夹耳套住风镐的调节控制轴，宁东调整夹耳的大头丝轴，调整风镐凿头的内外倾斜度，完成对风镐的上部进行固定，且上部的固定是可调节的。

把十五支风镐分组，每组中，通过调整，把风镐凿头的尖端调整至向内倾斜超过内筒内侧30mm，标记为风镐Ⅰ，把风镐凿头的尖端调整至向外倾斜超过外筒外侧30mm，标记为风镐Ⅲ，把风镐凿头调整至内筒外筒夹层中线位置的，标记为风镐Ⅱ，每一组中，风镐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ顺向逆时针方向设置，也就是说，十五支风镐在夹层中，按照逆时针方向，按照风镐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、风镐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、风镐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……布置。这种布置方式的优势在于：在施工过程中，可以对风镐的角度进行适度调整，以满足所在岩层的实际情况。且三种不同角度的凿头设置，可以在一定宽的宽度上形成环形的凹槽。风镐的顶部为高压风管接头用快速接头或者软管与旋挖钻机上的空气压缩机进行气路连接。其中，空气压缩机的排气量达到2500L，排气压力达到12Mpa时，打开总阀门，在地面操作人员的操作下，凿岩、取石器慢慢的沿着顺时针转动，十五支风镐同时从不同角度对岩层进行凿岩，工作，将钻孔直径四周的岩层与孔径处的岩层进行快速的冲击、凿岩，形成一条环状的，具有一定宽度的环形凹槽，凿下的石屑等在高压气流的作用下被吹起，石屑通过保护层间隙和夹层后，向上流动并最终落在顶盖上的，由于顶盖上的石屑挡墙141形成一种闭合的围护，所以石屑会被暂时的存储在挡墙围成的围护区域内。当区域内的石屑累积堆积到一定高度后，利用钻杆提升至地面处及时清理。当孔径内的岩石柱达到一定高度后，将其折断并带出孔径外。

取石装置的制作，该部分包括夹耳、三角卡臂、加强板、夹石板、取石拉杆、支架套管、支架撑管杆、弹簧、轴销垫片和U形吊装环，制作过程如下，首先，将两支夹耳分别相对焊接固定，固定点位于内筒的内壁靠近上端位置，参考图1，为三角夹臂的安装点，其中三角夹臂的数量为两个，对应的，安装点也为两个。当然三角夹臂也可以为三个或者四个，数量越多结构越复杂。然后，再将左右两边的三角卡臂与左右两侧的加固板、夹石板焊接为一体，其中，加固板与夹石板具有一定的弧度，且该弧度与内筒的弧度基本一致，以便贴合在内壁处。两个三角夹臂分别安装在对应的夹耳上，使用销轴进行铰接连接，也就是活接，具有一定的转动幅度。在顶盖上设置有穿孔，拉杆竖向穿过顶盖，拉杆的下端，通过金属圆销，同时连接两个三角夹臂，用于控制三角夹臂的动作，例如，向上拉动取石拉杆，则两个三角夹臂有一个合拢的动作，则位于两个夹板之间的物体(如圆石柱)则会被夹持，拉杆向下运动，则释放。在取石拉杆上固定有一个垫片(例如卡簧垫片)，在拉杆上部段套置一个弹簧，其中，弹簧的上端和下端分别靠在支架套管和垫片上。支架套管则通过支架撑杆支撑，被固定在顶盖上方，例如靠近钻杆安装套的位置，且两者之间不冲突。弹簧正常状态下处于压缩状态，其作用，一是，通过弹簧的推力，使得夹石板始终贴合在内筒的内壁上，两者贴合，其二是，当向上拉动拉杆时，由于器械的自重和石柱的重量，会使得弹簧被压缩，拉杆上移过程中，带动三角卡臂，三角夹臂以夹耳Ⅰ所在在销轴为活动点进行转动，进而带动夹石板动作，两个夹石板同时合拢，夹住石柱，被夹住的石柱会被牢牢加持住，完成加持动作。本实用新型中，为增加夹持效果，可以在夹石板的表面设置防滑的凸起，通常该凸起是刚性的，例如将夹石板的表面做成粗糙的结构。

本实施例中公开的数据，是按照钻孔直径1.5米设计的，钻孔直径的大小由内筒、外筒和风镐共同决定。

下面介绍本凿岩、取石器的制作过程；

本实施例中所使用的材料，选用不同厚度的20Mn优质碳素钢板、优质的不同直径的圆钢、后壁钢管加工制作。制作工艺，钢板板料利用气割或者钢板剪切机进行下料，焊接工艺采用二氧化碳气体保护焊进行焊接加工。圆钢、钢管使用钢锯或者无齿钢锯进行下料，机加工工具为车床、钻孔设备等。具体的下料、焊接、组装工艺路线如下。

首先，将厚度15mm、宽度1500mm的20Mn板材下料，内筒110用料长3611毫米，外筒120用料4521毫米，也就是说外筒120下料尺寸大于内筒下料尺寸，然后使用钢板卷圆机进行卷圆，卷圆形成的内筒110直径为1150毫米，外筒120直径1440毫米。两个圆筒同心设置。再将等厚度等材质的钢板下料，上间隔固定板130规格为宽100毫米，长130毫米，数量为十五块，下间隔固定板131规格为宽50毫米，长130毫米，数量为15块。顶盖140直径与内筒110内径相同。

把上、下间隔固定板焊接固定在内筒和外筒120之间的夹层的上端和下端，位置均分，在内筒和外筒之间形成一个间隔均匀的环状空间。再把顶盖140安放在内筒的上顶面并进行焊接固定，通过焊接形成一体。其中，上间隔板和下间隔板用钢板剪切机下料，顶盖140用气割下料。

钻杆安装套210是与旋挖钻机的钻杆安装在一起的，是连接装置，该钻杆安装套210是由加固盖板211和挡墙立板212组成的。具体地，首先，用厚度20毫米的20Mn板材，用气割下料形成四块挡墙立板212和一块加固盖板211，然后，用四块挡墙立板212焊接组成一个正方形内腔，该正方形内腔与旋挖机钻杆的方头尺寸一致。

再把其中相对的两块挡墙立板上分别用气割开两个用于钻杆安装的轴销安装孔213，用于旋挖钻机钻杆与本发明进行安装连接。然后，把加固盖板211放在四块挡墙立板的上部进行加固焊接，把钻杆安装套210焊接成型后，整体焊接在顶盖140的中心位置，参考图，再将四块加固板220对钻杆连接套210的周围进行四角加固焊接，同时，在两块加固板上各开一个吊装孔221，吊装孔221用于辅助吊装作业。优选的，本实施例中，加固板220选用厚度二十毫米的钢板，气割下料。

取石装置300，是由U形吊环301、取石拉杆302、支架套管303、支架撑杆304、弹簧305、穿轴垫片306、夹耳307、三角卡臂308、加强板309、夹石板310组成的。具体组装工艺如下，首先，将两支夹耳307分别相对焊接固定在内筒内壁的上端，且位于内侧，偏中心位置，夹耳307的穿轴孔距顶盖一百毫米固定，然后再将左右两组三角卡臂308交界处的上方顶盖上用气割开一个穿轴孔。然后，进一步地，用三个支架撑杆304将支架套管303焊接固定在顶盖140穿轴孔的正上方约二百四十毫米处。然后，将取石拉杆302由顶盖上的下面自下而上穿过穿轴孔，其中，在取石拉杆下部的轴部上安装穿轴垫片306，中部安装弹簧305，然后从支架套管303中穿出。其中，取石拉杆的顶部设置U形吊环301，底部通过紧固件与三角卡臂进行铰接连接，通过取石拉杆控制三角卡臂的动作。

最后，通过把U形吊环301安装在取石拉杆的顶部，用于和旋挖钻机的卷扬钢丝绳进行连接，通过卷扬钢丝绳控制取石拉杆的动作，进而控制三角卡臂的动作。

夹石板310、加强板309选用厚度为十五毫米的20Mn钢板材料由钢板切割机下料，用钢板卷圆机轻微碾压形成，具有一定弧度的弧形板，其中钢板的弧度与内筒的内壁弧度一致。夹石板310、加强板309和三角卡臂通过焊接进行连接，焊接方式为二氧化碳保护焊。

三角卡臂、夹耳、支架撑杆选用二十毫米厚的钢板制作，通过气割下料，采用二氧化碳保护焊焊接。

取石拉杆302是由圆钢和厚度二十毫米的钢板材料通过机械加工的方式加工后焊接而成。其中圆钢用有齿钢锯下料，钢板用气割下料，机床打孔，钢板在取石拉杆的底部形成膨大状的封堵头，作用于三角卡臂的动力端。

三角卡臂整体为L形，一端连接取石拉杆，另一端通过加强板连接夹石板，中部的转折部位通过金属销安装在内筒内部的夹耳307上，可绕金属销转动，动力来自钢丝绳卷绕。

支架套管303为厚壁钢管，用无齿锯下料，通过加床加工制作。

穿轴垫片是由钢板机加工制作，焊接在取石拉杆上，使得弹簧处于预压状态，为三角卡臂提供恢复力、

另外，弹簧、U形吊环为成品五金件，采购获得。

风镐400安装在内筒和外筒之间的环形夹层内，靠中下部位置，其中，整体上看，在顺时针方向上，每一个风镐安装角度为倾斜65度。

在安装风镐之前，首先，将外筒壁的上外围用气割把风镐安装孔401依次切开，便于风镐的安装。安装过程中，先将一只风镐的固定夹耳402用高强度螺栓固定在外筒内壁上，在外筒上具有安装螺栓孔。然后将风镐固定夹耳402的控制轴403安装在固定夹耳402的销孔了，然后用另一只调整夹耳404夹住另一个风镐固定夹耳控制轴后，用个螺栓固定在外筒内壁上，也就是说，一只风镐需要通过上下两个安装点来玩成定位和安装，通过两个固定夹耳 402将风镐初步定位安装在夹层的中间位置。

最后，用调整夹耳404调整风镐的角度，具体的调节方式为：把调整夹耳404的内丝钢管414焊接固定在外筒上，拧动大头丝轴424，大头丝头带动调整夹耳进给或者后退，实现调整风镐镐头的角度和方向。

风镐400上具有两个铰接安装孔405和一个高压风管接头406，其中高压风管接头通过耐高压软管与顶盖周围的高压主风管407连接，通过高压主风管向风镐提供高压气。

固定夹耳402是用厚度十五毫米的20Mn钢板制作的，气割下料，机加工打孔。调整夹耳 404、夹板434使用厚度二十毫米的钢板气割下料、通过机加工打孔制作。大头丝轴424利用圆钢通过机加工、有齿锯制作。内丝钢管414是利用厚壁钢管，通过无齿锯下料机床加工成型的。高压主风管307是利用无缝钢管通过钢管折弯机，弯折成环形，环形的外径与顶盖的直径相同，且在环形的高压主风管上307上，沿周向开十五个高压风管接头安装孔，间距均分且与每只风镐相对应，然后把高压风管接头焊接，最后使用螺栓将环形的主风管固定在顶盖上。其中风镐、高压风管、高压风管接头为成品配件。

高压主风管通过高压软管与孔径作业面以外的空气压缩机连接，空气压缩机功率为30 千瓦，排气量为2500L，排气气压为12兆帕。

在顶盖140的上表面上，焊接固定一个环形的钢圈，形成石屑挡墙141，为碎石汇集区域。

外筒的上部和下部边沿处设置保护块121，保护块为钢块。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本实用新型的各种变形和改进，均应扩如本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，

包括筒体，其中，筒体是由两个同心设置的内筒和外筒组成的，并具有环形的夹层，在内筒的顶部设置顶盖以形成圆形的石柱成型空间，在所述石柱成型空间内设置有取石装置，且取石装置的控制端位于筒体的顶部；在夹层内安装有至少三组风镐，且风镐按以下规则布置：

第一组，风镐凿头的尖端调整至向内倾斜并超过内筒内侧；

第二组，风镐凿头的尖端调整至向外倾斜并超过外筒外侧；

第三组，风镐凿头的尖端调整至夹层中线位置。

2.根据权利要求1所述的用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，在所述筒体顶部设置有钻杆连接装置。

3.根据权利要求1所述的用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，所述风镐是通过固定夹耳和调节夹耳以可调节角度的方式固定在夹层内的。

4.根据权利要求1所述的用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，所述顶盖上表面设置有环形的石屑挡墙。

5.根据权利要求1所述的用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，在外筒的上部和下部边沿处设置保护块。

6.根据权利要求1所述的用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，第一组，风镐凿头的尖端调整至向内倾斜超过内筒内侧30mm。

7.根据权利要求1所述的用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，第二组，风镐凿头的尖端调整至向外倾斜超过外筒外侧30mm。

8.根据权利要求1所述的用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，风镐的工作压力为12兆帕。

9.根据权利要求1所述的用于旋挖钻机的专业凿岩、取石器，其特征在于，取石装置包括夹耳、三角卡臂、夹石板、取石拉杆和弹簧，至少两个三角夹臂中部通过夹耳安装在内筒内壁上，三角夹臂的一端连接取石拉杆，另一端连接夹石板；通过拉动取石拉杆，三角夹臂有一个合拢的动作，反之，在弹簧的作用下，三角卡臂有一个打开的动作。