用于桩基础施工的钻机的动力头及配套使用的钻杆的制作方法

1.本实用新型涉及建筑桩基础施工设备技术领域，具体讲是一种用于桩基础施工的钻机的动力头及配套使用的钻杆，展开讲即用于桩基础施工的钻机的动力头及与该动力头配套使用的钻杆，或称一种用于桩基础施工的钻机的动力头及专用于该动力头的钻杆。


背景技术：

2.在建筑桩基础施工设备技术领域中,用于桩基础施工的钻机种类繁多，结构各异。而近年来达成一个共识，施工过程中钻机的重心越低，钻机钻孔施工的安全性就越高。
3.针对以上共识，很多工程技术人员将解决该技术问题的重点放在尽可能降低桅杆的高度上。本技术人从另外的角度解决以上技术问题，提出一种新的技术方案，动力头的中心孔为多边形孔如正六边形中心孔，配套使用的钻杆的横截面为多边形如正六边形，动力头受卷扬系统的驱动仅在桅杆的下半段上下滑移，而钻杆可从动力头顶部插入动力头的中心孔而相对轴向滑动并在预定位置对钻杆轴向限位，单根钻杆下钻至预定深度后，再在施工平台上续接钻杆，继续下钻，从而完成桩孔全长的钻孔作业。这样，能很好地降低施工过程中钻机的重心，能大幅度提高钻机钻孔施工的安全性。
4.而保证钻杆与动力头的中心孔壁的耐磨性，减少钻杆外壁的磨损，保证动力头中心孔对钻杆传扭的稳定性、可靠性，以及简单方便且稳定可靠控制多边形钻杆相对动力头的多边形孔轴向限位或解除轴向限位，是用于桩基础施工的钻机的动力头及与该动力头配套使用的钻杆亟待要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是，提供一种能提高钻杆的传扭可靠性和钻杆与动力头的中心孔壁的耐磨性、以减少钻杆外壁的磨损的用于桩基础施工的钻机的动力头及配套使用的钻杆。
6.本实用新型的技术解决方案是，提供一种用于桩基础施工的钻机的动力头及配套使用的钻杆，包括设有多边形中心孔的动力头和滑动配合在多边形中心孔内的多边形的钻杆，动力头上有对多边形的钻杆轴向限位或解除轴向限位的结构，多边形的钻杆包括圆形内杆和固连在圆形内杆外的多边形冷拉管，动力头的多边形中心孔内壁上有耐磨结构。
7.采用以上结构后，本实用新型用于桩基础施工的钻机的动力头及配套使用的钻杆具有以下优点：由于钻杆包括圆形内杆和固连如焊接在圆形内杆外的多边形冷拉管，动力头的中心孔壁上有耐磨结构，有效地保证了动力头中心孔对钻杆传扭的稳定性和可靠性，又提高了钻杆多边形精度和表面光洁度及钻杆的硬度和刚度，从而大幅度提高了钻杆与动力头的中心孔壁的耐磨性，大幅度减少了钻杆外壁的磨损。
8.进一步地，所述的固连采用焊接，在钻杆两端的多边形冷拉管与圆形内杆之间为构成整环的焊接缝；在多边形冷拉管上有若干个焊接孔，以将焊接孔内的多边形冷拉管体与圆形内杆点焊，所述的焊接处的焊接材料均在多边形冷拉管外表面以内，多边形冷拉管
外表面为光滑表面。采用以上结构后，既保证钻杆多边形精度和表面光洁度，又大幅度提高了钻杆的强度、刚性和抗弯曲性能及传扭性能。
9.进一步地，所述耐磨结构为，多边形孔中心孔内壁的每一条边上均有一个或多个水平向凹槽，每个水平向凹槽的两端壁上固连有一轴，轴上转动配合有一工具钢制作的滚轮，多个滚轮构成的多边形内孔的尺寸等于多边形冷拉管的横截面的尺寸。采用以上结构后，既有效地保证了动力头中心孔对钻杆传扭的稳定性和可靠性，又变钻杆与动力头中心孔壁的滑动配合为滚动配合，进一步提高了钻杆与动力头的中心孔壁的耐磨性，大幅度减少了钻杆外壁的磨损。
10.进一步地，所述的多边形冷拉管为正六边形冷拉管，所述多边形中心孔为正六边形中心孔。采用以上结构后，制造更简单方便，孔壁上的滚轮的对称性更好，滚轮对钻杆的支撑性更好，力学性能更理想。
11.进一步地，动力头对钻杆轴向限位或解除轴向限位的结构为，动力头外壳的底部对称铰接有两个气缸，两个气缸的活塞杆的自由端铰接有一个轴向移动且用于径向压紧多边形钻杆以对多边形钻杆轴向限位或反向松开以解除轴向限位的压紧装置。动力头对钻杆轴向限位或解除轴向限位采用以上具体结构后，其结构简单，油缸控制压紧装置轴向移动便可而径向压紧或解除径向压紧，动力头对钻杆的轴向限位或解除轴向限位稳定和可靠。
12.进一步地，所述的压紧装置包括与活塞杆的自由端铰接的圆形外壳，圆形外壳内转动配合有一圆环形转动体，圆形外壳上有对圆环形转动体两端限位的轴向限位结构，动力头的多边形孔壁上设有多个矩形通孔，每个矩形通孔内径向滑动配合有一块内壁为垂直面、外壁为由上薄向下厚过渡斜面的楔形块，圆环形转动体的内壁上有与楔形块外侧形状尺寸相配的轴向凹槽；气缸经活塞杆及圆形外壳带动圆环形转动体下降以使楔形块压紧钻杆而使钻杆相对动力头的多边形中心孔壁体轴向限位、圆环形转动体随动力头的多边形中心孔壁体一起相对圆形外壳转动以钻孔，或气缸经活塞杆及圆形外壳带动圆环形转动体上升解除钻杆相对多边形中心孔壁体的轴向限位以续接钻杆。压紧装置采用以上具体结构后，既保证了钻孔时钻杆的灵活转动，又保证了在钻杆钻孔时钻杆与动力头可靠、稳定和牢固的压紧即轴向限位的状态，需续接钻杆时，操作也简单方便。
13.进一步地，楔形块的外侧有防止动力头的多边形中心孔内的钻杆抽出后使楔形块被径向过度压入多边形中心孔内的台阶，台阶的宽度尺寸大于楔形块本体的宽度尺寸，台阶滑动配合在圆环形转动体的轴向凹槽两侧的台阶形凹槽内。采用以上结构后，需续接钻杆即已抽出钻杆时，楔形块不会被径向过度压入中心孔内，使续接钻杆更方便和更快捷，楔形块在圆环形转动体的凹槽内上下滑动的导向性更好。
14.进一步地，动力头外壳与垂直向的行爪支架固连如焊接，行爪支架的两侧各有上下两个用于滑动配合于桅杆下半段的滑轨上的行爪，动力头上用于经齿轮组驱动多边形中心孔壁体转动的两个电机的电机外壳的内外侧上，分别设有与卷扬升降机构的闭环钢丝绳的两端固定用的固定环。采用以上结构后，动力头的行爪支架的内外侧受力均衡，避免了动力头单侧受力可能带来的过度磨损等故障，动力头在滑轨上下滑动的安全性和导向性好，在卷扬升降装置的驱动下动力头在下半段桅杆上下滑动，其钻机重心低，钻孔过程稳定可靠。
附图说明
15.图1是安装有本实用新型动力头及配套使用的钻杆的钻机的立体结构示意图(未示出第一滑轨和第二滑轨)。
16.图2是本实用新型中的动力头的立体结构示意图一。
17.图3是本实用新型中的动力头的立体结构示意图二。
18.图4是本实用新型中的动力头的部分爆炸结构示意图一。
19.图5是本实用新型中动力头的一种实施例的竖向剖视结构示意图。
20.图6是本实用新型中动力头的另一种实施例的竖向剖视结构示意图。
21.图7是本实用新型中的楔形块滑动配合在矩形通孔上时的结构示意图。
22.图8是图7中a的放大结构示意图。
23.图9是本实用新型中钻杆的立体结构示意图一。
24.图10是本实用新型中钻杆的立体结构示意图二。
25.图中所示：1、桅杆，2、斜支撑，3、卷扬机构，4、施工平台，5、履带行走机构，6、操作室，7、配重块，8、动力头，9、钻杆，10、辅助架，11、连接板，12、牵引器，13、滑轮组装置，14、压紧装置，15、正六边形中心孔，16、固定环，17、电机外壳，18、行爪支架，19、动力头外壳，20、气缸，21、行爪，22、楔形块，23、圆环形转动体，24、圆形外壳，25、轴向限位环，26、轴向凹槽，27、台阶形凹槽，28、活塞杆，29、水平向凹槽，30、滚轮，31、轴，32、多边形中心孔内壁，33、多边形中心孔壁体，34、台阶，35、焊接孔，36、圆形内杆，37、正六边形冷拉管，38、焊接缝，39、正六边形柱接头，40、插销孔，41、正六边形接头孔，42、进油管，43、出油管，44、水泥浆管。
具体实施方式
26.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要声明的是，对于这些具体实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型的各个具体实施方式中所涉及的技术手段只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
27.如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示。
28.安装有本实用新型动力头及配套使用的钻杆的用于桩基础施工的钻机，包括履带行走机构5、施工平台4，固定在施工平台4上的桅杆1，支撑桅杆1的斜支撑2，固定在施工平台4上的操作室6和配重块7和多台卷扬机构3等。
29.桅杆1的下半段上有滑轨(滑轨图中未标注)，滑轨上滑动配合有动力头8，动力头8由单独的卷扬机构3驱动其上下，如与卷扬机构3连接的两根钢丝绳均构成闭环，两根钢丝绳的一端与动力头8连接，两根钢丝绳的另一端也与动力头8连接，卷扬机构3驱动动力头8沿设在桅杆1下半段上的滑轨上升或下降。
30.桅杆1顶部固连有转动装置，如桅杆1顶部同轴线焊接有油缸座，旋转油缸与油缸座转动连接，旋转油缸在圆形转筒内且旋转油缸的壳体与圆形转筒两者相互固连如焊接。滑轮组装置13连接在转动装置的圆形转筒上。滑轮组装置13包括多组如三组支撑在各自滑轮支架上的滑轮组，每组滑轮组用于悬吊一根钻杆9。滑轮支架也称滑轮架，或称滑轮支撑架，或称天车。
31.牵引器12和所连接的钻杆9的上升由单独的卷扬机构3经钢丝绳提升，牵引器12和
所连接的钻杆9或单独的牵引器12的下降，则由单独的卷扬机构3放钢丝绳后，在牵引器12和所连接的钻杆9的自重下或牵引器12单独的自重下下降。所述的滑轮组装置13，还包括与牵引器12固连的多个辅助架10，每个辅助架10上有供钻杆9穿过和容置牵引器12的内孔，每个辅助架10均经多个行爪与固连如焊接在圆形转筒上的各自的一对第一滑轨滑动配合，桅杆1上还有当一续接钻杆9位于动力头8中心孔正上方时，与第一滑轨在同一垂线上并用于与连接该续接钻杆9的牵引器12的辅助架10过渡并向下或向上滑动配合的两根第二滑轨，两根第二滑轨固连如焊接在上半段桅杆1上(此处行爪未画出，第一滑轨和第二滑轨图中均未标注)。辅助架10与牵引器12固连，若牵引器12采用回转接头的话，辅助架15与回转接头的固定部分固连，如采用连接板11和螺钉(螺钉图中未画出)螺接或采用连接板11与辅助架10和牵引器12的固定部分焊接。桅杆1也称立柱。施工平台4也称工作平台或操作平台，或称底座或底盘，滑轨也称导轨或轨道。
32.本实用新型用于桩基础施工的钻机的动力头及配套使用的钻杆，包括一端的正六边形柱接头39和与之配合且设在另一端的正六边形接头孔41，相互插接后，采用横向插销(图中未示出)插接在两个插销孔40内，插销的两端轴向限位，如插销的一端有轴肩，插销的另一端有开口销轴向限位，插销孔40一般是正六边形柱接头39上有半个插销孔40，正六边形接头孔41的孔壁上有半个插销孔40，两半个插销孔40对正后构成一个完整的插销孔40。每根钻杆9上还设有轴向贯通的水泥浆管44、用于连接钻杆9底部扩孔油缸的进油管42和出油管43。水泥浆管44也可称水泥浆孔，进液管42也可称进油孔，出油管43也可称出油孔。
33.本实用新型用于桩基础施工的钻机的动力头及配套使用的钻杆，包括设有多边形中心孔如正六边形中心孔15的动力头8和滑动配合在多边形中心孔如正六边形中心孔15内的多边形的钻杆9如正六边形的钻杆9，动力头8上有对钻杆9轴向限位或解除轴向限位的结构。钻杆9包括圆形内杆36和固连在圆形内杆36外的多边形冷拉管如正六边形冷拉管37。当然，多边形中心孔还可以是正四边形孔、正五边形孔、正七边形孔和正八边形孔等。多边形的钻杆还可以是正四边形的钻杆、正五边形的钻杆、正七边形的钻杆和正八边形的钻杆等。多边形冷拉管还可以是正四边形冷拉管、正五边形冷拉管、正七边形冷拉管和正八边形冷拉管等。
34.所述的固连优选采用焊接，在钻杆9两端的多边形冷拉管如正六边形冷拉管37与圆形内杆36之间为构成整环的焊接缝38。在多边形冷拉管如正六边形冷拉管37上有若干个焊接孔35，以将焊接孔35内的多边形冷拉管如正六边形冷拉管37与圆形内杆36点焊，所述的焊接处的焊接材料均在多边形冷拉管如正六边形冷拉管37外表面以内，多边形冷拉管如正六边形冷拉管37外表面为光滑表面。
35.动力头的多边形中心孔内壁32上有耐磨结构。
36.如图5所示，所述耐磨结构优选为，多边形孔中心孔内壁32如正六边形中心孔内壁的每一条边上均有一个或多个如图5中的两个水平向凹槽29，每个水平向凹槽29的两端壁上固连有一轴31，轴31上转动配合有一工具钢制作的滚轮30，多个滚轮30构成的多边形内孔如正六边形内孔的尺寸等于多边形冷拉管如正六边形冷拉管37的横截面的尺寸。
37.如图6所示，所述耐磨结构还可为在动力头8的多边形中心孔内壁32上镀有一层锡青铜层(图中未示出)等。
38.所述的多边形冷拉管优选为正六边形冷拉管37，所述多边形中心孔优选为正六边
形中心孔15。
39.所述的动力头8对钻杆9轴向限位或解除轴向限位的结构优选为，动力头外壳19的底部对称铰接有两个气缸20，两个气缸20的活塞杆28的自由端铰接有一个能轴向移动且用于径向压紧多边形的钻杆9如正六边形的钻杆9以对多边形钻杆9如正六边形的钻杆9轴向限位或反向松开以解除轴向限位的压紧装置14。
40.所述的压紧装置14包括与活塞杆28的自由端铰接的圆形外壳24，圆形外壳24内转动配合有一圆环形转动体23，圆形外壳24上有对圆环形转动体23两端限位的轴向限位结构，如圆形外壳24两端的轴向限位环25。动力头8的多边形中心孔壁体33如正六边形中心孔壁体上设有多个矩形通孔(图中未示出)，每个矩形通孔内径向滑动配合有一块内壁为垂直面、外壁为由上薄向下厚过渡斜面的楔形块22，圆环形转动体23的内壁上有与楔形块22外侧形状尺寸相配的轴向凹槽26。气缸20经活塞杆28及圆形外壳24带动圆环形转动体23下降，以使楔形块22压紧多边形的钻杆9如正六边形的钻杆9，而使钻杆9相对动力头8的多边形中心孔壁体33如正六边形中心孔壁体轴向限位，圆环形转动体23随动力头8的多边形中心孔壁体33一起相对圆形外壳24转动以钻孔，或气缸20经活塞杆28及圆形外壳24带动圆环形转动体23上升解除钻杆9相对多边形中心孔壁体33的轴向限位以续接钻杆。圆环形转动体23也可称圆环形滚动体。圆环形转动体23的具体结构可为，圆环形转动体23的外圆周面上有一个或多个如两个或三个水平向凹槽环,每个水平向凹槽环内限位有整圈的钢珠,钢珠外凸于限位圈外并与圆形外壳24的内壁滚动配合。续接钻杆也可称更换用钻杆。所述的铰接的具体结构可为，动力头外壳19的底面焊接有一对耳板，气缸20的底部有一块连接块，两块耳板与一块连接块上有三个同轴线的销孔，一个铰销活动插接在三个同轴线的销孔内，铰销的两端轴向限位。圆形外壳24的底面焊接有一对耳板，活塞杆28的自由端有一块连接块，两块耳板与一块连接块上有三个同轴线的销孔，一个铰销活动插接在三个同轴线的销孔内，铰销的两端轴向限位。这里的连接块也可称连接板。铰销的两端轴向限位，如采用螺栓螺帽结构轴向限位，也铰销的一端为轴肩，另一端设径向孔，径向孔内有开口销而轴向限位。
41.楔形块22的外侧有防止动力头8的多边形中心孔如正六边形中心孔15内的钻杆9抽出后使楔形块22被径向过度压入多边形中心孔内的台阶34，台阶34的宽度尺寸大于楔形块本体的宽度尺寸，台阶34滑动配合在圆环形转动体23的轴向凹槽26两侧的台阶形凹槽27内。楔形块22可以是台阶的板和楔形块的本体分开制作，再采用多个一一对应螺纹孔、沉孔和螺钉相互固定。
42.动力头外壳19与垂直向的行爪支架18固连如焊接，行爪支架18的两侧各有上下两个用于滑动配合于桅杆1下半段的滑轨上的行爪21，动力头8上用于经齿轮组驱动多边形中心孔壁体33转动的两个电机的电机外壳17的内外侧上，分别设有与卷扬升降机构3的闭环钢丝绳的两端固定用的固定环16，如图2、图3所示的共四个固定环16。不难理解，电机外壳17与动力头外壳19固定如采用螺栓固定。
43.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。