专利名称：一种自公转组合式潜孔锤的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种桩基础施工机械，具体说，涉及一种可在硬质地层及岩层打 孔、构筑基础桩的可自转和公转的组合式潜孔锤。
背景技术：
基础桩施工通常使用钻机驱动钻头在地层钻孔，然后在孔中放钢筋笼、灌混凝土， 混凝土凝固后成为基础桩；但遇到硬质地层特别是岩层时，用钻头钻孔很困难，而要使用一 种冲击器(也称潜孔锤)进行冲击打孔，由于冲击器具有在硬质岩层高效率打孔的功能，因 而在矿山开采、建筑基础施工中被广泛地使用。这种被公知的(如科学出版社出版的《中国采矿设备手册_上册》第1章第66页 第68页发表的)冲击器，也被业内通称为整体式潜孔锤220，主要由锥螺纹接头221、含有 冲击活塞223、花键套226和对开定位环224的冲击器本体222、带有硬质合金头228和导 向花键轴225的冲击钻头227组成，如图13和图14所示，其直径一般< Φ 300mm。施工时 潜孔锤通过空心钻杆与钻机的动力头连接，动力头驱动潜孔锤的冲击器本体222旋转，借 助花键套226和导向花键轴225，冲击钻头可轴向移动地随冲击器本体同步旋转，由空压机 提供的压缩空气通过钻杆进入冲击器本体，驱动活塞高频率往复打击钻头，冲击能量转递 给钻头硬质合金头往复冲击岩石使之破碎，岩石的碎渣随潜孔锤排出的气体通过钻杆与孔 壁之间的环状间隙排出，最终形成桩孔。其优点是在硬质地层特别是岩层能高效率打孔，但随着桩基础施工行业的发展， 对大直径基础桩(Φ500 Φ800πιπι以及> Φ 1000mm)打孔有更多的需求时，这种整体式潜 孔锤表现出以下不足1、大直径整体式潜孔锤加工工艺要求高、制造难度大、易出质量问题、制造成本较 闻；2、由于体积大又重，维护修理不便，工作中一旦钻头上某个合金头破损，就必须整 体拆下返修，即耽误工期，费用也较高；3、由于直径大、质量重，以锥螺纹接头的方式连接需要整体旋转，而且需要很大的 扭矩才能拧紧使之达到所需密封性，在现场安装拆卸不便。为解决大直径整体式潜孔锤的上述不足，美国专利US 4429439公告了另一种集 束式潜孔锤；如图17和图18所示，5个小直径的冲击器借助框架集束在一起构成大直径的 潜孔锤，由锥螺纹接头与钻杆及进气路连接，并通过横向气路将压缩空气分配到各个小冲 击器，驱动其进行冲击打孔作业。但这种集束潜孔锤的不足之处是1、由于集束潜孔锤直径大、质量重，同样以锥螺纹接头的方式连接需要整体旋转， 而且需要很大的扭矩才能拧紧使之达到所需密封性，在现场安装拆卸不便；2、压缩空气由横向气路进入冲击器时拐角近乎直角，压力损失大，效率低；3、按照小直径冲击器的布置，中心的冲击器比周边的冲击器在同样旋转条件下，所覆盖的打孔面积不同，冲击频率(做功)应不同，但其气路中气压相同、流量均分，不具有 调节功能，不能有效利用能量，效率低。4、当集束潜孔锤旋转打孔时，布置在外周的小直径冲击器上的冲击钻头的外侧部 位与内侧部位的圆周线速度不同，做功不同，冲击钻头上分布的硬质合金头的磨损也不同， 外侧的硬质合金头的磨损要比内侧快，工作不均衡、而且整体使用寿命低。5、为了克服上述4的缺点，当冲击钻头外侧磨损出现时，需要将布置在外周的小 直径冲击器都拆卸下来，旋转180度再安装回去，这样虽可以解决磨损不均衡的问题，但在 现场安装拆卸不便，而且也会影响施工进度。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种使冲击钻头上的硬质合金头磨损趋 于均衡，可提高工作效率和使用寿命的自公转组合式潜孔锤。为了解决本实用新型的技术问题，本实用新型提供的自公转组合式潜孔锤，包括 联结器、支架体、分气装置和安装在支架体上的数个小直径的冲击器，所述冲击器的冲击器 本体的前端设有圆柱形导向套，冲击钻头的颈部为圆柱形导向轴，所述的冲击钻头的圆柱 形导向轴插入所述的冲击器本体前端的圆柱形导向套内并借助对开的限位环定位，使所述 的冲击钻头可轴向移动和同轴旋转地安装在所述的冲击器本体上。所述的冲击器的接头是带定位环槽和密封槽的圆柱体接头，数个所述的冲击器分 别插入支架体的上板和底板的定位孔，借助对开的定位环、限位套、挡圈、卡簧与支架体连 接定位；所述的圆柱体接头的端部插入所述的分气装置的过渡气孔中，所述的密封槽中装 入密封圈密封。分气装置一端与所述的联结器连接，另一端与所述的支架体连接，所述的分气装 置设有与供气装置连通的集气室，所述的集气室通过与所述的冲击器的数量相当的分气路 和设在所述的分气路出口处的过渡气孔分别与所述的冲击器连通，所述的分气路为大曲率 管路结构且从上顶部直通所述的冲击器。所述的分气路出口处的过渡气孔内还设有根据需要分别对各个所述的冲击器的 供气参数进行控制调节的不同规格的阻尼调节环。所述的联结器为柱形接头体，所述的柱形接头体与钻杆的柱形接头插接且通过至 少一个销轴及密封垫固定。所述的柱形接头体为六方体柱形结构，通过2个销轴及密封垫与钻杆的内六方接 头插接固定。所述数个小直径冲击器，分别设置在在支架体的中部和外周部，设置在中部的小 直径冲击器除可以安装在中心外、也可以偏离中心安装。本实用新型的组合式潜孔锤及其施工方法有如下积极效果及优点1、按照本实用新型，由数个小直径的冲击器构成大直径的组合式潜孔锤，其结构 合理、制造工艺简单、维护容易、成本低；2、按照本实用新型，动力头驱动组合式潜孔锤旋转打孔时，小直径的冲击器的冲 击钻头在随之公转的同时还可以自转，使冲击钻头上的硬质合金头磨损趋于均衡，可提高 工作效率和使用寿命；
4[0026]3、按照本实用新型，组合式潜孔锤与钻杆的连接采用六方体接头借助销轴及密封 垫插接固定，安装拆卸方便、气路密封的可靠性提高；4、按照本实用新型，直通或大曲率设计的直通分气路使输送压缩空气压力损失 小、效率高；5、按照本实用新型，可根据现场地质条件，安装调整集气室分气路中的阻尼调节 环、向各冲击器合理分配气压气量，有效利用能量、提高打孔效率。6、按照本实用新型，使用螺旋钻杆与组合式潜孔锤配套，在相同供气量的条件下， 排渣效果更好，可以打更深的孔，施工效率更高，更经济；7、按照本实用新型的施工方法步骤，可以在硬质地层特别是岩层，高效率地进行 大直径(Φ500 Φ800πιπι以及> Φ 1000mm)基础桩的施工。综上所述，本实用新型是一种使冲击钻头上的硬质合金头磨损趋于均衡，可提高 工作效率和使用寿命且成本较低、结构合理、维护容易、安装拆卸方便、密封可靠、有效利用 能量、打孔效率高、使用寿命长的自公转组合式潜孔锤，其使用方式方法简单快捷。
图1是本实用新型的实施例1，组合式潜孔锤的主视图。图2是图1所示自公转组合式潜孔锤的剖视图。图3是图1所示自公转组合式潜孔锤的俯视图。图4是图1所示自公转组合式潜孔锤的仰视图。图5是图1所示自公转组合式潜孔锤与钻杆连接的示意图。图6是图1所示自公转组合式潜孔锤与螺旋钻杆连接的示意图。图7、图8、图9、图10、图11、图12是本实用新型的自公转组合式潜孔锤施工方法 步骤的示意图。图13是现有技术的整体式潜孔锤的结构图。图14是沿图13中的E-E线剖示图。图15是本实用新型的冲击器的结构图。图16是沿图15中的F-F线剖示图。图17是现有技术的集束式潜孔锤的示意图。图18是图17的G向视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步说明。实施例1 一种自公转组合式潜孔锤参照图1、图2、图3、图4、图15和图16。一种自公转组合式潜孔锤110包括联结器1、分气装置2、支架体3和数个小直径 的冲击器4。上述联结器1主要由接头体11、法兰盘12、销轴13、密封垫14构成；分气装置2 主要由集气室21、分气路22、过渡气孔23、法兰盘24构成；支架体3由带孔的过渡板31、带 有定位孔和键槽32及防尘圈33的底板34、带有定位孔的上板35和壳体36构成；冲击器4
5主要由接头41、含有活塞410的冲击器本体42、定位键43和带有硬质合金头44的冲击钻 头45组成。 所述联结器1的接头体11是六方体结构的，借助2个销轴13及密封垫14与钻杆 5的内六方接头51插接固定；(见图1、图2、图3) 所述分气装置2的分气路22为大曲率管路结构、而且从顶部直通冲击器4，供气顺 畅压力损失小，分气路22出口处的过渡气孔23内还设有不同规格的阻尼调节环26，可根据 需要分别对各个冲击器4的供气参数控制调节，分气装置2借助螺栓27、密封环25与联结 器1连接固定；(见图2)所述冲击器4的接头41是带定位环槽42和密封槽43的圆柱体，数个冲击器4分 别插入支架体3的上板35和底板34的定位孔后，借助对开的定位环61、限位套62、挡圈 63、卡簧64与支架体3连接定位；圆柱体接头41的端部插入分气装置2的过渡气孔23中， 密封槽43中装入密封圈65密封，并借助螺栓37与分气装置2的法兰盘24连接固定；(见 图15、图16、图2、)所述安装在支架体3中部和外周部的的数个小直径冲击器4的冲击器本体42，其 前端设有圆柱形导向套47、对开的限位环48，冲击钻头45颈部为圆柱形导向轴49，冲击钻 头45的圆柱形导向轴49插入冲击器本体42前端的圆柱形导向套47内、并借助对开的限 位环48定位，使冲击钻头45可轴向移动和同轴旋转地安装在冲击器本体42上。(见图15 和图16)实施例2 使用自公转组合式潜孔锤110的施工方法。参照图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12。使用自公转组合式潜孔锤110
的施工方法，具有以下步骤①带有动力头7、供气系统8、中空圆柱形钻杆5的钻机330走行到施工位置，借助 2个销轴13及密封垫14将自公转组合式潜孔锤110与钻杆5插接固定；(见图5、图7)②启动钻机330的动力头7，驱动钻杆5、自公转组合式潜孔锤110按顺时针旋转， 对正孔位后，启动供气系统8提供压缩空气驱动自公转组合式潜孔锤110的各个冲击器4 动作；动力头7下降，驱动自公转组合式潜孔锤110 —边旋转一边向地下高频率冲击打孔， 碎渣随冲击器4的排气气流通过钻杆5与孔壁之间的环状间隙排出至地面；(见图8)③打孔至预定深度，并充分排渣；(见图9)④动力头7向上提升，自公转组合式潜孔锤110也随之提升至地面；(见图10)⑤钻机330向一旁移动，向孔中放入钢筋笼、灌注混凝土，经一段时间固化后，即 成为地下基础桩；(见图11、图12)⑥钻机330走行到下一个施工位置，重复以上步骤。(见图12)根据现场地质条件和实际供气参数，可调整安装不同规格的阻尼调节环26，合理 分配气流、有效利用能量、提高打孔效率。(见图2)除了可使用中空圆柱形的钻杆5之外，还可以使用中空的螺旋钻杆10，借助2个销 轴13及密封垫14与自公转组合式潜孔锤110插接固定后进行打孔，提高排渣效率；(见图 5、图6、图7)在自公转组合式潜孔锤110旋转冲击打孔过程中，数个小直径冲击器4的冲击钻 头45在随之公转的同时，受地层阻力的作用还可以绕自身轴线自转，冲击钻头45上的硬质合金头44相对公转中心的距离及圆周线速度均随机发生改变，使各个硬质合金头44的做 功和磨损趋于均衡，提高工作效率和使用寿命。(见图4、图5、图6) 结合上述实施例，对本实用新型进行了说明，但通过对自公转组合式潜孔锤的小 直径的冲击器的数量和组合方式、支架体的结构作一些改变，对施工步骤的细节作一些适 当的调整，就可以在本实用新型的范围内，派生出各种不同型式的组合式潜孔锤及其相应 的施工方法。
权利要求1.一种自公转组合式潜孔锤，包括联结器(1)、支架体(3)、分气装置(2)和安装在支架 体(3)上的数个小直径的冲击器(4)，其特征是所述的冲击器(4)的冲击器本体(42)的 前端设有圆柱形导向套(47)，冲击钻头(45)的颈部为圆柱形导向轴(49)，所述的冲击钻头 (45)的圆柱形导向轴(49)插入所述的冲击器本体(42)前端的圆柱形导向套(47)内并借 助对开的限位环(48)定位，使所述的冲击钻头(45)可轴向移动和同轴旋转地安装在所述 的冲击器本体(42)上。
2.根据权利要求1所述的自公转组合式潜孔锤，其特征是所述的冲击器(4)的接头 是带定位环槽(42)和密封槽(43)的圆柱体接头(41)，数个所述的冲击器(4)分别插入支 架体(3)的上板(35)和底板(34)的定位孔，借助对开的定位环(61)、限位套(62)、挡圈 (63)、卡簧(64)与支架体(3)连接定位；所述的圆柱体接头(41)的端部插入所述的分气装 置⑵的过渡气孔(23)中，所述的密封槽(43)中装入密封圈(65)密封。
3.根据权利要求1或2所述的自公转组合式潜孔锤，其特征是分气装置(2)—端与 所述的联结器(1)连接，另一端与所述的支架体(3)连接，所述的分气装置(2)设有与供气 装置连通的集气室(21)，所述的集气室(21)通过与所述的冲击器(4)的数量相当的分气路 (22)和设在所述的分气路(22)出口处的过渡气孔(23)分别与所述的冲击器⑷连通，所 述的分气路(22)为大曲率管路结构且从上顶部直通所述的冲击器(4)。
4.根据权利要求3所述的自公转组合式潜孔锤，其特征是所述的分气路(22)出口处 的过渡气孔(23)内还设有根据需要分别对各个所述的冲击器(4)的供气参数进行控制调 节的不同规格的阻尼调节环(26)。
5.根据权利要求1或2所述的自公转组合式潜孔锤，其特征是所述的联结器(1)为柱 形接头体，所述的柱形接头体与钻杆的柱形接头插接且通过至少一个销轴及密封垫固定。
6.根据权利要求5所述的自公转组合式潜孔锤，其特征是所述的柱形接头体为六方 体柱形结构(11)，通过2个销轴(13)及密封垫(14)与钻杆的内六方接头插接固定。
7.根据权利要求1或2所述的自公转组合式潜孔锤，其特征是所述数个冲击器(4)分 别设置在在支架体(3)的中部和外周部，或偏离中心安装。
专利摘要本实用新型公开了一种自公转组合式潜孔锤，冲击器(4)的冲击器本体(42)的前端设有圆柱形导向套(47)，冲击钻头(45)的颈部为圆柱形导向轴(49)，冲击钻头(45)的圆柱形导向轴(49)插入冲击器本体(42)前端的圆柱形导向套(47)内并借助对开的限位环(48)定位，使冲击钻头(45)可轴向移动和同轴旋转地安装在所述的冲击器本体(42)上。冲击器的冲击钻头可相对旋转，在组合式潜孔锤旋转打孔时，数个小直径冲击器的冲击钻头在公转的同时还可以自转，分气装置内设有阻尼调节环；本实用新型是一种使冲击钻头上的硬质合金头磨损趋于均衡，可提高工作效率和使用寿命且成本较低、结构合理、容易维护、拆装方便、密封可靠、节省能量、打孔效率高、使用寿命长的组合式潜孔锤。
文档编号E21B4/06GK201786252SQ20102055098
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者何清华, 朱建新, 钱奂云 申请人:湖南山河智能机械股份有限公司