专利名称:一种长螺旋挤压扩孔钻头装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种长螺旋挤压扩孔钻头装置。由液压控制系统、液压回转器和螺旋挤压扩孔钻头组成。芯管外部设单头单螺旋钻头叶片、扩孔翼、双头双螺叶片和钻头门。芯管内部，旋转油缸通过联接套与旋转轴连接，旋转轴下端固定回转耳板，回转联杆通过销轴将回转耳板和扩孔翼连在一起。工作时，油泵经手动换向阀供油给液压回转器，再经胶管给旋转油缸供油，旋转油缸经联接套带动旋转轴旋转，旋转轴通过回转耳板和回转联杆及销轴驱使扩孔翼绕销轴旋转，实现扩孔翼的张开与收回。本实用新型在进行扩孔作业时，扩孔翼旋转挤压扩孔切削下来的岩土体通过旋转的螺旋叶片逐渐向地表面传递，确保桩的质量。用此钻头施工，桩承载力高，成本低，操作可控性强。
【专利说明】一种长螺旋挤压扩孔钻头装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及建筑粧基础施工中的一种成孔机具，特别涉及一种可提高粧的承载力的长螺旋挤压扩孔钻头装置。
【背景技术】
[0002]在现有的建筑粧基础施工中，长螺旋压灌注混凝土粧被广泛使用，粧的承载力主要按侧摩阻设计，要求大承载力的粧只能是靠增加粧长或加大粧径来实现，施工成本高，施工效率低，施工残土多。在现有的长螺旋扩底粧施工中，扩孔底被切削下来的岩土体堆积在粧孔底，如果清理出孔外，需要专用清土器具，一是费时，二是容易塌孔造成事故。如果不清理直接灌注混凝土，孔底虚土太多，直接影响粧的质量，沉降量过大。
【发明内容】
[0003]为了提高粧的承载力，降低成粧成本，本发明提供一种长螺旋挤压扩孔钻头装置。
[0004]本实用新型采用的技术方案是:一种长螺旋挤压扩孔钻头装置，包括螺旋挤压扩孔钻头。所述的螺旋挤压扩孔钻头是:
[0005]芯管上端设有法兰I。
[0006]芯管下端通过销轴I与钻头门活动连接。
[0007]芯管内部:旋转油缸和旋转轴设置在芯管的轴线上，并分别通过油缸固定架和旋转轴固定架与芯管内壁固定，旋转油缸上设有钢油管A和钢油管B，联接套通过密封件与旋转轴固定架动配合，旋转油缸通过联接套与旋转轴连接，旋转轴固定架上设有对称布置的柱形滚动体，在旋转轴与旋转轴固定架内孔动配合的轴面上设有对称的、供滚动体通过的曲面滚动槽，旋转轴底部与回转耳板座连接，通过中心钢球I (17)对称设置的两件回转耳板安装在由旋转轴底部与回转耳板座组成的密封内腔里。
[0008]芯管外部:钻头门上端依次安装双头双螺叶片、两件对称分布的扩孔翼和单头单螺旋钻头叶片，扩孔翼一端通过销轴II和设在芯管上的扩孔翼耳板座与芯管连接，并绕销轴II旋转，扩孔翼另一端在芯管内通过回转联杆与回转耳板连接。
[0009]芯管在扩孔翼处对称设有供扩孔翼平面部分通过的开口。
[0010]扩孔翼外缘处、钻头门主板处、双头双螺叶片端处分别设有切削齿1、切削齿I1、切削齿III。
[0011]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，所述的旋转油缸由端盖、缸体和缸堵盖构成主体；缸体内腔与活塞外表面相配合，活塞一端为封闭端，另一端与丝杆轴活动连接，丝杆轴通过轴承和轴承盒与缸体固定，缸体两端分别安装钢油管A和钢油管B。
[0012]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，联接套的一端通过平键与旋转油缸的丝杆轴固定连接；另一端通过花键副与旋转轴滑动连接。
[0013]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，设有抗腐蚀钢套，抗腐蚀钢套与旋转轴静配合安装，通过密封件与旋转轴固定架动配合安装。
[0014]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，回转联杆一端通过销轴III与扩孔翼连接，另一端通过销轴IV与回转耳板连接。
[0015]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，所述的扩孔翼由平面部分和螺旋面部分构成，销轴II垂直于平面部分，扩孔翼通过平面部分与回转联杆连接。
[0016]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，扩孔翼未张开状态时，扩孔翼的外缘直径与单头单螺旋钻头叶片和双头双螺叶片的外缘直径相同。
[0017]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，设有液压回转器和液压控制系统，液压控制系统通过液压回转器控制旋转油缸，液压回转器内部两根钢油管C通过胶管与旋转油缸内腔中钢油管A和钢油管B联接。
[0018]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，所述的液压回转器是:回转体上端设有法兰II，下端设有法兰III，回转体与压盖由螺栓连接为一体，并通过钢球II与固定体连接，固定体上分别设有连接耳板和2个油管接头，设在回转体内的两个钢油管C 一端分别与油管接头连通，另一端分别通过胶管与旋转油缸的钢油管A和钢油管B连接。
[0019]上述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，所述的液压控制系统由过滤器、油泵、溢流阀、手动换向阀、双向液压锁、流量计、液压表、电动机和油箱构成；油泵与手动换向阀连接，手动换向阀通过流量计与双向液压锁连接，双向液压锁与旋转油缸连接。
[0020]本实用新型的有益效果是:本实用新型由于设置了扩孔翼，可在完全开启和完全闭合两种状态下工作。工作时，螺旋挤压扩孔钻头始终埋在混凝土下面1.0m深左右，由于螺旋挤压扩孔钻头的扩孔翼打开后呈螺旋状况，扩孔翼挤压扩孔切削下来的岩土体在下部含压力混凝土和钻具旋转的作用下，会沿着螺旋叶片的上表面逐渐输向地表面，因此可确保成粧的混凝土内无残土存在。由于设置了旋转油缸、旋转轴、回转耳板和回转联杆，可实现在芯管内自动控制扩孔翼的开合和闭合。本实用新型在进行扩孔作业时，扩孔翼旋转挤压扩孔切削下来的岩土体通过旋转的螺旋叶片逐渐向地表面传递，确保粧的质量。用此钻头施工，粧承载力高，成本低，操作可控性强。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的结构示意图。
[0022]图2是本实用新型的结构示意图(扩孔翼和钻头门打开状态)。
[0023]图3是本实用新型芯管内部结构示意图。
[0024]图4是本实用新型旋转油缸结构示意图。
[0025]图5是图4中A-A剖视图。
[0026]图6是本实用新型扩孔翼结构示意图。
[0027]图7是本实用新型扩孔翼闭合状态示意图。
[0028]图8是本实用新型扩孔翼旋开状态示意图。
[0029]图9是本实用新型液压回转器结构示意图。
[0030]图10是本实用新型液压控制系统结构示意图。
[0031]图11是本实用新型的工作状态图。
【具体实施方式】
[0032]实施例长螺旋挤压扩孔钻头装置
[0033]如图1-10所示，长螺旋挤压扩孔钻头装置由螺旋挤压扩孔钻头、液压回转器和液压控制系统三部分构成。
[0034]一、螺旋挤压扩孔钻头
[0035]螺旋挤压扩孔钻头包括法兰(I)、单头单螺旋钻头叶片(2-1)、双头双螺叶片(2-2)、芯管(3)、两个对称设置的扩孔翼(4)、钻头门(5)、销轴I (6)、扩孔翼耳板座(7)、旋转油缸(8)、旋转油缸固定架(9)、平键(10)、联接套(11)、旋转轴固定架(12)、销轴III (13)、回转联杆(14)、销轴IV (15)、回转耳板(16)、钢球I (17)、回转耳板座(18)、抗腐蚀钢套(19)、销轴II (20)、滚动体(21)、旋转轴(22)及密封件。其中法兰(I)、单头单螺旋钻头叶片(2-1)、双头双螺叶片(2-2)、扩孔翼(4)的部分、钻头门(5)、销轴I (6)、扩孔翼耳板座(7)和销轴II (20)均裸露在芯管(3)的外面，其余部件均设置在芯管(3)的内部。
[0036]芯管(3)上端设有法兰I (I)。
[0037]芯管(3)下端通过销轴I (6)与钻头门(5)活动连接。
[0038]芯管(3)内部:旋转油缸(8)和旋转轴(22)设置在芯管(3)的轴线上，并分别通过油缸固定架(9)和旋转轴固定架(12)与芯管(3)内壁固定。
[0039]如图4和图5所示，旋转油缸(8)包括端盖(8-1)、轴承(8-3)、缸体(8-4)、活塞(8-5)、缸堵盖(8-6)、丝杆轴(8-7)、轴承盒(8-8)、钢油管A(8_9)、钢油管B(8_2)、密封件和螺栓。由端盖(8-1)、缸体(8-4)和缸堵盖(8-6)构成主体；缸体(8-4)内腔截面为正六方形，与之相配合的活塞(8-5)外表面截面为正六方形，活塞(8-5)的内部设有右旋梯形内螺纹，其一端为封闭端。丝杆轴(8-7) —端设有梯形螺纹，与活塞(8-5)内腔螺纹为动配合，梯形螺纹副设为非自锁型。丝杆轴(8-7)通过轴承(8-3)和轴承盒(8-8)与缸体(8-4)固定，缸体(8-4)两端分别安装可供液压油通过的钢油管A (8-9)和钢油管B (8-2)，旋转油缸
(8)的丝杆轴(8-7)通过联接套(11)与旋转轴(22)连接。
[0040]联接套(11)的一端通过平键(10)与丝杆轴(8-7)固定连接；另一端通过花键副(22-2)与旋转轴(22)滑动连接，同时通过密封件与旋转轴固定架(12)形成旋转副密封动配合。
[0041]旋转轴固定架(12)上设有对称布置的柱形滚动体(21)，在旋转轴(22)与旋转轴固定架(12)内孔动配合的轴面上设有对称的、可供滚动体(21)通过的曲面滚动槽(22-1)。
[0042]抗腐蚀钢套(19)与旋转轴(22)静配合安装，通过密封件与旋转轴固定架(12)形成动配合密封副。
[0043]旋转轴(22)底部与回转耳板座(18)及密封件形成一个可供对称布置的回转耳板
(16)回转的密封副，通过中心钢球I (17)对称设置的两件回转耳板(16)安装在由旋转轴
(22)底部与回转耳板座(18)组成的密封内腔里。
[0044]芯管(3)外部:钻头门(5)上端依次安装双头双螺叶片(2-2)、两件对称分布的扩孔翼(4)和单头单螺旋钻头叶片(2-1)。
[0045]如图6所示，扩孔翼(4)由平面部分(4-2)和螺旋面部分(4_3)构成。扩孔翼(4)一端通过销轴II (20)和设在芯管(3)上的扩孔翼耳板座(7)与芯管(3)连接，扩孔翼(4)可绕销轴II (20)旋转，销轴II (20)垂直于平面部分(4-2)。扩孔翼(4)另一端在芯管(3)内通过平面部分(4-2)和回转联杆(14)连接。回转联杆(14) 一端通过销轴III (13)与扩孔翼(4)连接，另一端通过销轴IV (15)与回转耳板(16)连接。两对称布置回转联杆(14)通过销轴III (13)和销轴IV (15)将扩孔翼⑷和回转耳板(16)联在一起，回转联杆(14)的两端安装孔中心线可在两平行面内相对旋转。扩孔翼(4)未张开状态时，扩孔翼(4)的外缘直径与单头单螺旋钻头叶片(2-1)和双头双螺叶片(2-2)的外缘直径相同，其内腔有足够的空间可供混凝土通过。
[0046]单头单螺旋钻头叶片(2-1)、双头双螺叶片(2-2)和扩孔翼(4)螺旋面部分的径向剖面均为直角梯形。
[0047]扩孔翼(4)外缘处、钻头门(5)主板处、双头双螺叶片(2-2)端处分别设有切削齿I (4-1)、切削齿 II (5-1)、切削齿III (2-3)。
[0048]芯管(3)在扩孔翼(4)处对称设有供扩孔翼⑷平面部分通过的开口(3-1)。
[0049]二、液压回转器
[0050]液压回转器由法兰II (24)、回转体(25)、压盖(26)、钢球II (27)、连接耳板(28)、法兰III (29)、钢油管C(30)、油管接头(31)、固定体(32)、密封件和螺栓等组成.
[0051]如图9所示，回转体(25)上端设有法兰II (24)，下端设有法兰III (29)，回转体
(25)与压盖(26)由螺栓连接为一体，并通过钢球II (27)与固定体(32)形成回转副，通过密封件形成回转密封副，固定体(32)上分别设有连接耳板(28)和2个油管接头(31)，设在回转体(25)内的两个钢油管C (30) —端分别与油管接头(31)连通，另一端分别通过高压胶管与旋转油缸⑶的钢油管A(8-9)和钢油管B(8-2)连接。
[0052]在实际应用时，液压回转器通过标准螺旋挤土钻具(400)与螺旋挤压扩孔钻头联接，液压回转器内部两根钢油管C(30)通过高压胶管贯穿标准螺旋挤土钻具内腔，与旋转油缸(8)内腔中钢油管A(8-9)和钢油管B (8-2)联接。
[0053]二、液压控制系统
[0054]液压控制系统包括过滤器(33)、油泵(34)、溢流阀(35)、手动换向阀(36)、双向液压锁(37)、流量计(38)、液压表(39)、电动机(40)和油箱(41)。
[0055]如图10所不，油栗(34)与手动换向阔(36)连接，手动换向阔(36)通过流星计
(38)与双向液压锁(37)连接，双向液压锁(37)与旋转油缸⑶连接。
[0056]液压控制系统通过液压回转器控制旋转油缸⑶。
[0057]本实用新型的工作原理:螺旋挤压扩孔钻头采用大径芯管、叶片截面为直角梯形，具有挤压排土效果。液压回转器的钢油管C分别通过高压胶管与旋转油缸(8)的钢油管A和钢油管B连接，液压回转器与液压控制系统连接。螺旋挤压扩孔钻头具有两种工作状况:一种是扩孔翼(4)完全张开状况；一种是扩孔翼完全闭合状况。这两种状况是通过液压控制系统来实现的。
[0058]扩孔翼(4)完全张开状况:通过手动换向阀(36)给旋转油缸⑶的钢油管B供油，旋转油缸(8)中活塞(8-5)移动，通过梯形螺纹副致使丝杆轴(8-7)逆时针旋转，丝杆轴(8-7)通过联接套(11)及花键副(22-2)带动旋转轴(22)逆时针旋转，与此同时，通过固定滚动体(21)沿滚动槽(22-1)做曲面运动，带动旋转轴(22)作旋转轴向向上移动(如图3所示)。随着旋转轴(22)作逆时针并带有轴向向上移动的旋转，致使回转耳板(16)和回转联杆(14)推动扩孔翼⑷绕销轴II (20)旋转张开，直到最大张开位置，油缸活塞(8-5)到最大行程处，液压表(39)显示扩孔翼(4)张开工作压力，流量计(38)中El显示扩孔翼(4)张开液压油流量值。此时手动换向阀(36)换到中位，停止旋转油缸(8)供油，双向液压锁(37)工作，锁住活塞(8-5)位置，从而实现稳定的张开状况。
[0059]扩孔翼(4)完全闭合状况:手动换向阀(36)换向给旋转油缸⑶的钢油管A供油，活塞(8-5)移动，致使丝杆轴(8-7)顺时针旋转，丝杆轴(8-7)通过联接套(11)及花键副(22-2)带动旋转轴(22)顺时针旋转，与此同时，通过固定滚动体(21)沿滚动槽(22-1)做曲面运动，带动旋转轴(22)作旋转轴向向下移动，随着旋转轴(22)作顺时针并带有轴向向下移动的旋转，致使通过回转耳板(16)和回转联杆(14)拉动扩孔翼(4)绕销轴II (20)作收回旋转，直到收回到极限位置，油缸活塞(8-5)到最大行程处，液压表(39)显示扩孔翼
(4)收回工作压力，流量计(38)中E2显示扩孔翼(4)收回液压油流量值。此时手动换向阀(36)换到中位，停止旋转油缸(8)供油，双向液压锁(37)工作，锁住活塞(8-5)位置，从而实现稳定的闭合状况。
[0060]操作时通过液压表(39)的压力值和流量计(38)中流量值就可确定扩孔翼(4)是否完全张开和完全闭合。
[0061]本实用新型的具体应用:如图11所示，液压回转器(200)的固定体通过连接耳板固定在动力头总成(300)上，固定体上的进出油管接头通过高压胶管与操作室内旋转油缸液压控制系统相联，液压回转器内腔钢油管C通过高压胶管，经过标准螺旋挤压钻具(400)内腔与螺旋挤压扩孔钻头(100)内腔的旋转油缸钢油管A(8-9)和钢油管B(8-2)相联。
[0062]长螺旋挤压扩孔粧的施工遵循长螺旋钻孔压灌注混凝土粧的施工方法。螺旋挤压扩孔钻头始终埋在混凝土下面1.0m深左右，泵送混凝土的压力值为3?4Mp，并保证提升钻头时要带压。由于螺旋挤压扩孔钻头的扩孔翼打开后呈螺旋状况，扩孔翼挤压扩孔切削下来的岩土体在下部含压力混凝土和钻具旋转的作用下，会沿着螺旋叶片的上表面逐渐输向地表面，确保成粧的混凝土内无残土存在。具体施工过程如图11所示。
[0063]I)长螺旋挤压扩孔粧机就位，钻头对准粧位，如图11(a)所示。
[0064]2)启动动力头及主卷扬机顺时针旋转钻具并向下释放动力头。此时螺旋挤压扩孔钻头中扩孔翼处于完全闭合状况，钻具带动钻头作挤压排土式钻进，直至设计深度为止。此时保证钻具旋转，如图11 (b)所示。
[0065]3)主卷扬提升动力头300?400mm左右，使钻头门打开。启动混凝土输送泵向钻具芯管内输送混凝土，观察混凝土输送泵压力，当压力增加时，启动钻头内旋转油缸的液压控制系统，给旋转油缸供油来打开钻头上扩孔翼，同时慢慢向上提升动力头，观察旋转油缸控制回路的流量计和压力表来确定完全打开状况，随着提升动力头同时泵送混凝土，直至设计扩孔段高度后停止动力头提升。改变钻头内旋转油缸供油方向，使扩孔翼收回，观察控制回路压力表及流量计来确定扩孔翼完全闭合。继续提升动力头及泵送混凝土，直至地表面，停止动力头和混凝土泵。如图1l(C)所示。
[0066]4)向已灌好的粧孔内置放钢筋笼，用振捣器将钢筋笼压入设计标高，如图11(d)，完成一次施工。
[0067]5)长螺旋挤压扩孔粧可是一段或多段扩孔处，扩孔处直径可比原直径大200?400mm 左右，如图 11(e)、(f) ο
【权利要求】
1.一种长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:包括螺旋挤压扩孔钻头；所述的螺旋挤压扩孔钻头: 芯管⑶上端设有法兰I (I); 芯管(3)下端通过销轴I (6)与钻头门(5)活动连接； 芯管(3)内部:旋转油缸(8)和旋转轴(22)设置在芯管(3)的轴线上，并分别通过油缸固定架(9)和旋转轴固定架(12)与芯管(3)内壁固定，旋转油缸(8)上设有钢油管A(8-9)和钢油管B (8-2)，联接套(11)通过密封件与旋转轴固定架(12)动配合，旋转油缸(8)通过联接套(11)与旋转轴(22)连接，旋转轴固定架(12)上设有对称布置的柱形滚动体(21)，旋转轴(22)与旋转轴固定架(12)内孔动配合的轴面上设有对称的、供滚动体(21)通过的曲面滚动槽(22-1)，旋转轴(22)底部与回转耳板座(18)连接，通过中心钢球I (17)对称设置的两件回转耳板(16)安装在由回转轴(22)底部与回转耳板座(18)组成的密封内腔里； 芯管(3)外部:钻头门(5)上端依次安装双头双螺叶片(2-2)、两件对称分布的扩孔翼(4)和单头单螺旋钻头叶片(2-1)，扩孔翼(4) 一端通过销轴II (20)和设在芯管(3)上的扩孔翼耳板座(7)与芯管(3)连接，并绕销轴II (20)旋转，扩孔翼(4)另一端在芯管(3)内通过回转联杆(14)与回转耳板(16)连接； 芯管(3)在扩孔翼(4)处对称设有供扩孔翼(4)平面部分通过的开口(3-1);扩孔翼(4)外缘处、钻头门(5)主板处、双头双螺叶片(2-2)端处分别设有切削齿I (4-1)、切削齿II (5-1)、切削齿III (2-3) O2.如权利要求1所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:所述的旋转油缸(8)由端盖(8-1)、缸体(8-4)和缸堵盖(8-6)构成主体；缸体(8-4)内腔与活塞(8_5)外表面相配合，活塞(8-5) —端为封闭端，另一端与丝杆轴(8-7)活动连接，丝杆轴(8-7)通过轴承(8-3)和轴承盒(8-8)与缸体(8-4)固定，缸体(8-4)两端分别安装钢油管A (8_9)和钢油管 B (8-2)。3.如权利要求1所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:联接套(11)的一端通过平键(10)与旋转油缸(8)的丝杆轴(8-7)固定连接；另一端通过花键副(22-2)与旋转轴(22)滑动连接。4.如权利要求1所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:设有抗腐蚀钢套(19)，抗腐蚀钢套(19)与旋转轴(22)静配合安装，通过密封件与旋转轴固定架(12)动配合安装。5.如权利要求1所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:回转联杆(14)一端通过销轴III (13)与扩孔翼⑷连接，另一端通过销轴IV (15)与回转耳板(16)连接。6.如权利要求1所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:所述的扩孔翼(4)由平面部分(4-2)和螺旋面部分(4-3)构成，销轴II (20)垂直于平面部分(4-2)，扩孔翼(4)通过平面部分(4-2)与回转联杆(14)连接。7.如权利要求1所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:扩孔翼(4)未张开状态时，扩孔翼(4)的外缘直径与单头单螺旋钻头叶片(2-1)和双头双螺叶片(2-2)的外缘直径相同。8.如权利要求1-7任一所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:设有液压回转器和液压控制系统，液压控制系统通过液压回转器控制旋转油缸(8)，液压回转器内部两根钢油管C(30)通过胶管与旋转油缸⑶内腔中的钢油管A(8-9)和钢油管B(8-2)联接。9.如权利要求8所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:所述的液压回转器是:回转体(25)上端设有法兰II (24)，下端设有法兰III (29)，回转体(25)与压盖(26)由螺栓连接为一体，并通过钢球II (27)与固定体(32)连接，固定体(32)上分别设有连接耳板(28)和2个油管接头(31)，设在回转体(25)内的两个钢油管C(30) —端分别与油管接头(31)连通，另一端分别通过胶管与旋转油缸⑶的钢油管A(8-9)和钢油管B(8-2)连接。10.如权利要求8所述的长螺旋挤压扩孔钻头装置，其特征在于:所述的液压控制系统由过滤器(33)、油泵(34)、溢流阀(35)、手动换向阀(36)、双向液压锁(37)、流量计(38)、液压表(39)、电动机(40)和油箱(41)构成;油泵(34)与手动换向阀(36)连接，手动换向阀(36)通过流量计(38)与双向液压锁(37)连接，双向液压锁(37)与旋转油缸⑶连接。
【文档编号】E21B10-32GK204299474SQ201420775059
【发明者】刘守进, 薛淑华, 郭海艳, 张桂芳, 王国岐, 路守园, 鲁春新, 王兴恺, 杜啸, 汪美娜, 郑宏俊, 孙君, 杨鑫, 张宗媛, 卜艳娇, 刘嘉 [申请人]刘守进