CN212027669U - 一种入岩钻具 - Google Patents

Abstract

一种入岩钻具，包括芯轴管，具有引导螺旋叶片和主螺旋叶片的螺旋叶，多个位于螺旋叶上的第一截齿和位于芯轴管底部的第二截齿，位于第二截齿之间的排气孔，过渡中空钻杆以及多个止动块；螺旋叶以螺旋放射状布置在芯轴管外壁，第一截齿以间隔和向外渐开方式布置在引导螺旋叶片的外侧自由端；第二截齿以径向间隔设置于芯轴管的底部端盖上；排气孔设置于两个相邻的第二截齿之间，并与芯轴管内孔贯通；多个止动块安装于芯轴管和过渡中空钻杆之间的结合面。本实用新型具有截齿分布均匀、钻掘倾角设置合理、截齿刀头强度高、切削叶片耐磨以及前端截齿冷却充分等特点，提高其耐磨特性和抗冲击能力，保证钻孔技术要求和施工质量，延长钻具的使用寿命。

Description

一种入岩钻具

技术领域

本实用新型属于桩基施工机械领域，特别涉及一种适合长螺旋钻机钻掘作业的入岩钻具。

背景技术

目前，钻孔灌注桩在桥梁、建筑、铁路等建设项目的桩基施工中广泛运用，一般采用长螺旋钻机钻掘、搅拌，通过向钻杆和钻具中心孔灌注水泥浆，以及在预钻孔孔内加入钢筋笼，最后形成灌注桩。由于长螺旋钻机施工方法受地质软硬程度影响较大，通常采用镶嵌普通合金刀头或者截齿的平底钻头，该型式的钻头由于存在切削刀体强度低、构造不合理等原因，在卵砾石层、各类风化岩层等较坚硬地质钻进时，会出现钻头磨损快和钻进效率低等问题，造成钻孔成桩后沉降量大、影响施工质量和工程费用大幅增加。因此，就需要一种长螺旋钻机入岩钻头，具有合理的钻掘倾角、均匀分布的钻掘头、超强的切削性能和耐磨特性，能适应砾石层、各类全风化岩和强风化岩等坚硬地质的破岩钻掘。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有长螺旋钻机中钻具存在的缺点，提供一种钻掘头均匀分布、钻掘倾角合理和前端截齿刀头有效冷却的入岩钻具，改善钻具的破岩钻掘性能，提高其耐磨特性和抗冲击能力，大幅提升改善钻机效率。

为达到以上目的、本实用新型所采用的解决方案是：

一种入岩钻具，包括具有空心管体底部端盖和上部法兰的芯轴管，具有引导螺旋叶片、主螺旋叶片的螺旋叶，多个位于螺旋叶上的第一截齿，多个位于芯轴管的底部端盖上的第二截齿和排气孔，具有上部雄接头和下部钻杆法兰的中空过渡钻杆，以及多个安装于下部钻杆法兰和上部法兰之间的止动块；

其特征在于：

所述螺旋叶以螺旋放射状布置固定在芯轴管的外壁上，其螺旋升角γ=20°-30°；所述螺旋叶的引导螺旋叶片为圆锥形螺旋片布置，其自由端外径随其旋向上升而形成的锥度为17:50～12:25；所述主螺旋叶片为圆柱形螺旋片布置，它位于引导螺旋叶片的上方；

所述多个第一截齿中每一个第一截齿围绕螺旋叶的旋向上升的引导螺旋叶片的外侧自由端的弧面处以间隔和向外渐开方式布置，多个第一截齿最外端的旋转轨迹与螺旋叶的最大旋转轨迹重合；所述第一截齿的轴心线与芯轴管的横截面之间的夹角为β₁，β₁=30°-35°；

所述多个第二截齿以径向间隔设置于芯轴管的底部端盖的外端面上，且安装成面向芯轴管的旋转方向；所述第二截齿与底部端盖倾角为β₂，β₂=40°-50°；

所述多个排气孔设置于芯轴管的底部端盖、且在两个相邻的第二截齿之间的位置，它们与芯轴管的内孔贯通；

所述芯轴管的上部法兰的上端面设有多条径向对称的第一直槽，所述中空过渡钻杆的下部钻杆法兰的端面设有多条径向对称、且与第一直槽相符的第二直槽，所述止动块分别安装于各个第一直槽和第二直槽形成的矩形槽孔内，通过紧固螺钉将中空过渡钻杆和芯轴管连接成一体；所述中空过渡钻杆通过其上部雄接头连接到来自外部的钻杆雌接头。

本实用新型可以是，所述第一截齿和第二截齿的刀体均为球形截齿尖硬质合金，其硬度≥HRC63-70,抗弯强度≥1500N/cm²。

本实用新型还可以是，所述螺旋叶的引导螺旋叶片和主螺旋叶片的外侧自由端弧面上均设有间隔布置的耐磨块，其中布置在引导螺旋叶片的外侧自由端弧面上的耐磨块位于相邻的二个第一截齿之间；所述耐磨块采用硬质合金制成，其硬度≥HRC63-70,抗弯强度≥1500N/cm²。

附图说明

图1是本实用新型入岩钻具的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的仰视图；

图4是图2中A-A向剖视图；

图5是图2中B部局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图所述实施例对本实用新型入岩钻具作进一步的说明。

一种入岩钻具，包括具有空心管体10、底部端盖11和上部法兰12的芯轴管1，具有引导螺旋叶片21、主螺旋叶片22的螺旋叶2，多个位于螺旋叶上的第一截齿3，多个位于芯轴管的底部端盖上的第二截齿4和排气孔5，具有上部雄接头61和下部钻杆法兰62的中空过渡钻杆6，以及多个安装于下部钻杆法兰62和上部法兰12之间的止动块7；其中：

所述螺旋叶2以螺旋放射状布置固定在芯轴管1的外壁上，其螺旋升角γ=20°-30°；所述螺旋叶2的引导螺旋叶片21为圆锥形螺旋片布置，其自由端外径随其旋向上升而形成的锥度为17:50～12:25；所述主螺旋叶片22为圆柱形螺旋片布置，它位于引导螺旋叶片21的上方。在长螺旋钻机钻进作业时，有利于入岩钻具随动力头和钻杆下行时顺利钻掘进给，减少钻掘阻力。

所述螺旋叶2的引导螺旋叶片21和主螺旋叶片22的外侧自由端弧面上均设有间隔布置的耐磨块8，其中布置在引导螺旋叶片21的外侧自由端弧面上的耐磨块8位于相邻的二个第一截齿3之间；所述耐磨块8采用硬质合金制成，其硬度≥HRC63-70,抗弯强度≥1500N/cm²。通过在螺旋叶的外侧自由端弧面设置耐磨块，提高螺旋叶的耐磨性能，减少螺旋叶的磨损，有效提高钻掘效率。

所述多个第一截齿3中每一个第一截齿3围绕螺旋叶2的旋向上升的引导螺旋叶片21的外侧自由端的弧面处以间隔和向外渐开方式布置，多个第一截齿3最外端的旋转轨迹与螺旋叶2的最大旋转轨迹重合；所述第一截齿3的轴心线与芯轴管1的横截面之间的夹角为β1，β1=30°-35°。所述多个第二截齿4以径向间隔设置于芯轴管1的底部端盖11的外端面上，且安装成面向芯轴管1的旋转方向；所述第二截齿4与底部端盖11倾角为β2，β2=40°-50°。通过引导螺旋叶片上和芯轴管底端面处第一截齿和第二截齿与岩石层面之间倾角设置的不同角度，且第二截齿与岩石层面之间的倾角大于第一截齿与岩石层面之间的倾角，有利于提高钻掘推进力度和破岩能力，保证入岩钻具顺利钻掘，延长截齿的使用寿命。所述第一截齿3和第二截齿4的刀体均为球形截齿尖硬质合金，其硬度≥HRC63-70,抗弯强度≥1500N/cm2。由于第一截齿和第二截齿的刀体均采用球形截齿尖硬质合金，有效避免采用锥形截齿尖硬质合金容易出现刀头崩裂损坏情况，适合卵砾石层、各类全风化岩和强风化岩等坚硬地质的破岩钻掘，有效提高长螺旋钻机的作业效率。

所述多个排气孔5设置于芯轴管1的底部端盖11、且在两个相邻的第二截齿4之间的位置，它们与芯轴管1的内孔贯通。这样，通过外部空压机管路连接最上端钻杆，在钻掘过程中不断向长螺旋钻机动力头下方固装的多节外部钻杆、中空过渡钻杆和入岩钻具的芯轴管的内孔持续注入新鲜的压缩空气，对钻具底部的各个第二截齿进行持续吹气冷却，避免第二截齿因破岩钻掘过程中温度过高过快而造成截齿刀头折裂损坏的情况，有效保证钻具的钻掘能力，从而降低使用成本，进一步提高钻具的作业效率。

所述芯轴管1的上部法兰12的上端面设有多条径向对称的第一直槽122，所述中空过渡钻杆6的下部钻杆法兰62的端面设有多条径向对称、且与第一直槽122相符的第二直槽622，所述止动块7分别安装于各个第一直槽122和第二直槽622形成的矩形槽孔内，通过紧固螺钉将中空过渡钻杆6和芯轴管1连接成一体；所述中空过渡钻杆6通过其上部雄接头61连接到来自外部的钻杆雌接头，并依次连接多节钻杆，达到设计要求的钻孔深度。这样，通过入岩钻具和过渡钻杆的端面连接处设置的多个止动块，增加它们之间的连接可靠性，抗剪能力和，避免钻具和钻杆受力过大出现折弯情况，保证钻孔的技术要求和质量，改善钻具的使用寿命，进一步降低钻具的使用成本。

本实用新型具有螺旋叶片截齿和前端截齿均匀分布、钻掘倾角设置合理、截齿刀头强度高、切削叶片耐磨和前端截齿冷却充分等特点，实现多个截齿以不同倾角钻掘破岩，保证钻具的耐磨特性良好和抗冲击能力，适合砾石层、各类全风化岩和强风化岩等坚硬地质的破岩钻掘，增强钻具的破岩钻掘性能，提高钻具的适用性，延长钻具的使用寿命，降低施工作业成本，有效提升长螺旋钻机的作业效率。

在不偏离本实用新型总体构思的情况下，还可以对本实用新型做各种变化和改进，但是只要与本实用新型构成相同或等同的话，同样属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种入岩钻具，包括具有空心管体（10）、底部端盖（11）和上部法兰（12）的芯轴管（1），具有引导螺旋叶片（21）、主螺旋叶片（22）的螺旋叶（2），多个位于螺旋叶上的第一截齿（3），多个位于芯轴管的底部端盖上的第二截齿（4）和排气孔（5），具有上部雄接头（61）和下部钻杆法兰（62）的中空过渡钻杆（6），以及多个安装于下部钻杆法兰（62）和上部法兰（12）之间的止动块（7）；

其特征在于：

所述螺旋叶（2）以螺旋放射状布置固定在芯轴管（1）的外壁上，其螺旋升角γ=20°-30°；所述螺旋叶（2）的引导螺旋叶片（21）为圆锥形螺旋片布置，其自由端外径随其旋向上升而形成的锥度为17:50～12:25；所述主螺旋叶片（22）为圆柱形螺旋片布置，它位于引导螺旋叶片（21）的上方；

所述多个第一截齿（3）中每一个第一截齿（3）围绕螺旋叶（2）的旋向上升的引导螺旋叶片（21）的外侧自由端的弧面处以间隔和向外渐开方式布置，多个第一截齿（3）最外端的旋转轨迹与螺旋叶（2）的最大旋转轨迹重合；所述第一截齿（3）的轴心线与芯轴管（1）的横截面之间的夹角为β1，β1=30°-35°；

所述多个第二截齿（4）以径向间隔设置于芯轴管（1）的底部端盖（11）的外端面上，且安装成面向芯轴管（1）的旋转方向；所述第二截齿（4）与底部端盖（11）倾角为β2，β2=40°-50°；

所述多个排气孔（5）设置于芯轴管（1）的底部端盖（11）、且在两个相邻的第二截齿（4）之间的位置，它们与芯轴管（1）的内孔贯通；

所述芯轴管（1）的上部法兰（12）的上端面设有多条径向对称的第一直槽（122），所述中空过渡钻杆（6）的下部钻杆法兰（62）的端面设有多条径向对称、且与第一直槽（122）相符的第二直槽（622），所述止动块（7）分别安装于各个第一直槽（122）和第二直槽（622）形成的矩形槽孔内，通过紧固螺钉将中空过渡钻杆（6）和芯轴管（1）连接成一体；所述中空过渡钻杆（6）通过其上部雄接头（61）连接到来自外部的钻杆雌接头。

2.根据权利要求1所述的入岩钻具，其特征在于所述第一截齿（3）和第二截齿（4）的刀体均为球形截齿尖硬质合金，其硬度≥HRC63-70,抗弯强度≥1500N/cm²。

3.根据权利要求1所述的入岩钻具，其特征在于所述螺旋叶（2）的引导螺旋叶片（21）和主螺旋叶片（22）的外侧自由端弧面上均设有间隔布置的耐磨块（8），其中布置在引导螺旋叶片（21）的外侧自由端弧面上的耐磨块（8）位于相邻的二个第一截齿（3）之间；所述耐磨块（8）采用硬质合金制成，其硬度≥HRC63-70,抗弯强度≥1500N/cm²。

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