CN101449005B - 钻探工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻探工具(12)，该钻探工具包括：两对旋转鼓形件(72)，每一对鼓形件分别沿轴向对准，所述两对鼓形件设置在平行的轴线上；马达(70)，用于驱动所述鼓形件旋转；支撑装置(14)；以及支撑结构(34)，所述鼓形件安装在所述支撑结构上以进行旋转，并且所述支撑结构用于将所述鼓形件连接到所述支撑装置上；所述马达(70)安装在所述鼓形件(72)内部；以及所述支撑结构包括板件(42，44)，所述板件的底端形成支撑所述鼓形件的支承件(52-56)；以及安装垫(48)，其固定到所述支撑装置，该板件的顶端面将所述安装垫连接到形成支承件的装置。

Description

钻探工具

技术领域

本发明涉及一种钻探工具，这种钻探工具特别地、但非唯一地用于通过将切下的土壤与附加粘合料进行混合而在泥土中形成壁。

背景技术

现今，普遍采用将钻探后的土壤在原地与水硬性粘合料进行混合的土壤混合技术来改进底层结构。通常使用的工具中采用专用的类似螺丝钻(auger)的装备，该装备可围绕竖直轴线旋转。这类机械能够通过并置多个螺丝钻来形成矩形壁单元，由此，当沟道需达到超过10米(m)的深度时，需要使用高功率的机械。

前几年前曾出现了一种新型的机械，该机械能够构筑矩形的、由水泥土形成的地基单元，也就是通过将水硬性粘合料与被掘出的土壤混合，以便形成沟道的一部分，并同时将混合物混合。这种操作在本专利申请中以术语“挖掘沟道并将钻屑与其他材料混合”称之。

当然，混合物必须留在所形成的沟道中的合适位置，以便最终在土壤中构筑出由切下的土壤与水硬性粘合料凝固所形成的壁。所述壁的形状由沟道的形状所限定。

例如在专利申请US2005/0000123和US2004/0234345中描述了此种类型的机械。

该机械基本上包括两对安装在支撑结构上的切割器。每一对切割器均连接到液压马达。所述马达容置在位于各切割器上方的、相对大的箱体内。

当将马达安装在大的箱体内时，该机械所具有的缺点在于，容置马达的箱体具有相对大的表观面积。由于箱体需要“穿过(barge through)”由切下的土壤和硬性粘合料组成的混合材料，因此大尺寸的箱体的存在显著地妨碍了执行混合操作之后钻探工具的抬升。在某些情况下，当抬升机械时，该箱体的存在可导致该机械在充满了由钻屑与水硬性粘合料所构成的混合物的板中发生阻塞。

在专利申请US2005/0229440中描述的此类型的机械中，两对切割器通过共用的传动装置连接到单一的马达，该马达可设置在地表上方。然而，这种传动装置结构复杂，并且其效率不高。

此外，由于所述两对切割机是由同一个马达驱动的，因此所有的切割器均以相同的转速旋转。令人遗憾的是，有时能够使每对切割器具有不同的转速可能更有利，尤其是在挖掘沟道时纠正相对于竖直位置的偏离的时候。另外，在正常操作的条件下，来自马达的动力在两对切割器之间分配，但如果一对切割器发生阻塞，则来自马达的所有动力必将被另一对切割器吸收。这要求机动地设置该系统的尺寸，以便能够包容这种情况。

公知地，挖掘机械也用于在土壤中形成沟道。这种机械通常包括安装在一个大尺寸结构的底端的两对旋转切割器。该结构的顶端固定在基本上由缆线构成的支撑装置上。

该机械的结构在水平截面中基本上呈矩形，并且其尺寸基本上等于成对切割器的整体尺寸。因此，该结构的正截面的尺寸基本上等于该机械在向下移动时所能够挖掘的沟道的部分的水平截面的尺寸。

因此，该结构的壁基本上与被挖掘沟道的部分的壁接触，从而确保该机械被竖直地导引，以便获得同样基本上竖直的沟道的部分。

另外，由切割器切下的土壤经由抽吸管移除，该抽吸管的入口设置在该结构下面的各切割器的壁之间。

显然，这种挖掘机械整体上不能够使切下的土壤与水硬性粘合料混合，从而不能使混合物留在被挖掘的沟道部分中的合适位置内以在土壤中形成壁。

文献EP0262050和GB1430617中描述了这种机械。

发明内容

本发明的目的在于提供一种此种类型的钻探工具，该钻探工具能够避免上述两个缺点。

为实现这一目的，本发明提供一种钻探工具，该钻探工具包括：

两对旋转鼓形件，每一对鼓形件分别沿轴向对准，两对鼓形件设置在平行的轴线上，各个鼓形件均装备有一切割器；

马达，用于驱动所述鼓形件旋转；

支撑装置；以及

支撑结构，所述鼓形件安装在该支撑结构上以使所述鼓形件旋转，并且该支撑结构用于将所述鼓形件连接到该支撑装置上；

所述钻探工具的特征在于：

所述马达安装在所述鼓形件内部；并且

所述支撑结构包括：

板件，其近似垂直于所述鼓形件的旋转轴线，所述板件的底端形成用于所述鼓形件的支承件(bearing)，所述板件具有恒定的厚度，该厚度相对于一对切割器的旋转轴线的长度而言非常小；以及

安装垫，其直接连接到所述支撑装置的底端，并固定到该板件的顶端，其中，该板件的顶端面将所述安装垫连接到具有特定形状的支承件上，以便在使用该钻探工具挖掘沟道、同时将钻屑与其他材料混合时，对于厚度较小的板件而言更加容易抬升该钻探工具，并且其中，所述安装垫的宽度小于该钻探工具的沿着与所述成对切割器轴线方向垂直的水平方向上的长度的三分之一。

应当理解的是，由于驱动切割器的马达设置在切割器内部，因此该钻探工具并不带有容置马达或大的传动系统的箱体。此外，能够独立地控制每一马达，以向每一对切割器提供不同的转速。可以理解的是，由于在钻探工具的切割器上方没有箱体，因此，钻探工具可更加容易地穿过钻屑与水硬性粘合料的混合物而抬升。通过支撑结构特定的形状，即该支撑结构在一个位置上仅有一个边缘阻挡该钻探工具的抬升，使得该钻探工具的抬升变得更加容易，并且该边缘的尺寸较小，且具有合适的形状。

优选地，所述马达为液压马达，并且该钻探工具还包括用以向所述马达提供动力的多组管路，所述管路由沿着所述支撑结构的板件的厚度方向形成的多个孔构成。由此，这些动力管路完全设置在该板件内部，并且在已挖掘了沟道、且钻屑与水硬性粘合料混合后，这些动力管路不会阻挡钻探工具的抬升。

并且优选地，该支撑装置的板件的顶端面被倒角。这样，进一步方便了钻探工具穿过钻屑与水硬性粘合料的混合物而抬升。

并且优选地，支撑装置包括至少一个导向部，该导向部的底端直接固定到支撑结构的垫上。

并且优选地，该垫的沿水平方向延伸的尺寸近似等于导向柱的正截面(right section)的尺寸。

因而，当穿过充满了钻屑与水硬性粘合料的混合物的沟道而抬升钻探工具时，垫与导向部成一直线地平放，因此不会阻挡这一向上的运动。

并且优选地，导向柱的沿切割器的旋转轴线方向的厚度小于一对切割器沿旋转轴线方向的长度的一半，而导向柱的截面宽度小于两对切割器沿垂直于所述旋转轴线的水平方向上的总体尺寸的三分之一。

附图说明

通过阅读下文以非限制性实例方式给出的对本发明实施例的描述，将会更好地理解本发明的其他特征和优点。对实施例的描述参照了以下附图，其中：

图1是使用本发明的钻探工具的钻探设备的正视图；

图2是带有导向杆的钻探工具的立体图；

图3是钻探工具组件的正视图；

图4是钻探工具的局部透视平面图；以及

图5是用于支撑钻探工具的切割器的支撑装置的立体图。

具体实施方式

图1示出了使用根据本发明的钻探工具的钻探机械。利用导向柱14在沟道中导引钻探工具12，该导向柱具有恒定轮廓，并且优选为具有矩形正截面。钻探工具12固定到导向柱14的底端14a。导向柱14用于将推力和牵引力传递到钻探工具12。导向柱14还用于保护向钻探工具供给水硬性粘合料的管路、以及向驱动切割器旋转的马达提供动力的管路。导向柱14通过导向装置16和驱动装置18连接到竖直的支柱20上。该支柱20由履带车辆22支撑，该履带车辆22上安装有用以产生液压动力的系统24。

应理解的是，通过使导向柱14向上及向下移动，可使钻探工具12在土壤中竖直移动，以便通过钻探土壤及将钻屑与水硬性粘合料混合而形成沟道的壁板。

图2示出了带有特定钻探工具12的导向柱14，该钻探工具12固定在导向柱14的底端14a。该钻探工具由两对切割器26、28及30、32组成，并且在使用中，给定的一对切割器中的两个切割器位于共同的轴线上，并且各对切割器的旋转轴线相互平行且基本上水平。如下文所要说明的，根据本发明的一个本质特征，用以驱动切割器26、28、30、32旋转的各马达设置在切割器自身的内部，由此避免了需设置外部马达来驱动切割器的情况。

更明确地，成对切割器26、28、30、32通过支撑结构连接到导向杆的底端14a，该支撑结构总体上以附图标记34表示。在一个变型中，支撑结构34可装备有刮除装置36，所述刮除装置36用于在土壤较粘时移除粘附在切割器的各齿38之间的土壤。

现在参阅图5，下文将更为详细地描述该钻探工具的支撑结构34。支撑结构34首先包括板件40，在所描述的特定的实施例中，该板件40包括两个半板件(half-plate)42和44，所述半板件42和44通过三角形部件46相互连接，该三角形部件46将半板件42和44连接到安装垫48上，该安装垫48用于将支撑结构34固定到导向柱的底端14a。当然，安装垫48基本上水平设置、并从而垂直于半板件42、44。如附图中所示，安装垫的尺寸与导向部14的水平正截面的尺寸近似相同。所述半板件的底端44a、42a的表面上均安装有成对的同轴圆筒形衬套50、52和54、56。这些衬套具有垂直于两个半板件42和44的轴线X、X′和Y、Y′，且首先用于安装液压马达，其次用于导引鼓形件旋转，所述鼓形件上安装有特定的切割器。

公知地，导向杆48a的水平正截面的尺寸与钻探工具12的水平正截面的尺寸相比非常小，从而与由钻探工具执行的钻探尺寸相比也非常小。

更明确地，安装垫48的深度1′(见图5)小于成对切割器26、28、30、32的沿轴线方向的长度H的一半(见图4)，安装垫48的宽度1(见图5)小于钻探工具12的长度L的三分之一(见图4)，其中的“长度”指在水平面上的最大尺寸。

优选地，每一半板件的顶端面44b、42b均具有第一部分44c、42c，所述第一部分44c、42c基本水平并且长度较短，且紧随所述第一部分的为向下倾斜的部分44d、42d，由此构成三角形的侧边，所述三角形的顶点可设置为朝向安装垫48。并且优选地，半板件42、44的顶端面42b、44b是被倒角的(这在图4中可更为清楚地看到)。

更一般而言，板件40的顶端面的形状使其更易于穿过容纳在沟道中的切下的土壤与水硬性粘合料的混合物而抬升钻探工具。

上文已提到，用于驱动切割器旋转的马达优选为液压马达。在这种情况下，动力流体供给管路由形成在半板件42和44的厚度方向上的孔58和60构成。管路58、60的顶端通入到形成在安装垫48中的各孔口62内，所述孔口用于将管路58和60与设置在导向杆14中的动力流体供给管路连接。

在某些情况下，当土壤较粘时，在支撑装置34的中央三角形部件46的任一侧上固定有刮除装置36。所述刮除装置36包括刮具，例如插置在切割器的各行齿38、38′、38″之间的刮具64，以用于移除可能粘附在切割器的这些齿之间的土壤。

应当注意到，刮除装置36所具有的轮廓使其更易于穿过钻屑与水硬性粘合料的混合物而抬升钻探工具。

图4示出了安装在衬套50、52、54、56上的切割器26、28、30、32。首先可看到液压马达，例如马达70，所述马达固定在衬套50、52、54、56内。各马达70的输出轴可旋转及可传送地机械连接到鼓形件72，所述鼓形件上安装有切割器26、28、30、32及其齿38、38′、38″。液压流体供给管路58、60的各端部通过任一种适合的装置连接到用于向液压马达70供给动力的系统上。

应理解的是，当需要将位于充满了钻屑与水硬性粘合料的混合物的沟道内的钻探工具抬升时，该工具的阻挡这种向上运动的部分仅包括支撑板件40，并且可能包括刮除装置36。安装垫48设置为与导向杆14位于一条直线上，因此不构成对钻探工具抬升的阻碍。

如上文所述，半板件42和44的厚度较小，并且其顶端面44b、42b的轮廓便于抬升钻探工具。

在特定的实施例中，钻探工具在沿旋转轴线X、X′及Y、Y′的方向上的宽度H等于800毫米(mm)，在沿垂直于这些旋转轴线的方向上的长度L等于2800毫米(mm)。

而对于支撑板件40而言，其长度尺寸为2200mm，其厚度e等于60mm。此外，固定板48为矩形，其侧边尺寸为600mm和300mm。应当理解的是，由于固定板48与导向杆14位于同一直线上，因而在向上运动期间，该固定板48并不构成对这一运动的阻碍。因此，仅需要考虑支承板件40的1600mm的长度。从而，阻挡向上运动的面积为1600mm×60mm＝96000平方毫米(mm²)。此截面与钻探工具组件的水平投影相比较时，该投影所具有的面积超过此截面两百万mm²，其中，该投影所具有的面积等于2800mm×800mm。由此，该阻挡向上运动的面积不超过钻探工具面积的5％。在向上运动期间，切割器被驱动旋转，从而不会阻挡这一运动。当切割工具所装备的成对切割器沿轴线方向的宽度为500mm时，这一比率略小于10％。通常，两个面积之间的比率优选为小于10％。

更一般而言，并且优选地，支撑板件40的厚度e小于钻探工具沿旋转轴线X、X′及Y、Y′方向上的宽度H的15％。更优选地，该比率不大于10％。这一比率值取决于切割器的尺寸。切割器的尺寸越大，则该比率能够变得越小。形成板件40的装置的最小厚度为50mm-60mm，以确保该板件具有足够的强度，并且能够在该板件内设置内部管路，以用于为各马达提供动力。

Claims (16)

1.一种用于钻探并用于将钻屑与其他材料混合的工具，包括：

两对旋转鼓形件，每一对鼓形件分别沿轴向对准，两对鼓形件设置在平行的轴线上，各个鼓形件上均装备有一切割器，以用于钻探并用于将钻屑与其他材料混合；

马达，用于驱动所述鼓形件旋转，所述马达安装在所述鼓形件内部；

支撑装置，该支撑装置的水平截面的尺寸小于进行钻探的尺寸；以及

支撑结构，所述鼓形件安装在该支撑结构上以进行旋转，并且该支撑结构用于将所述鼓形件连接到该支撑装置上；

所述支撑结构包括：

板件，其近似垂直于所述鼓形件的旋转轴线，所述板件的底端形成用于所述鼓形件的支承件，所述板件具有恒定的厚度，该厚度相对于一对切割器的沿旋转轴线的长度而言非常小；以及

安装垫，其直接连接到所述支撑装置的底端，并固定到该板件的顶端，其中，该板件的顶端面将所述安装垫连接到具有特定形状的支承件上，以便对于小厚度的板件而言能更加容易地使该钻探工具抬升通过钻屑与其他材料的混合物，并且其中，所述安装垫的宽度小于该钻探工具的沿着与所述成对切割器轴线方向垂直的水平方向上的长度的三分之一。

2.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，所述马达为液压马达，并且该钻探工具还包括用以向所述马达提供动力的多组管路，所述管路由沿着所述板件的厚度方向形成的多个孔构成。

3.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，该支撑装置包括导向柱，该导向柱的底端固定到所述安装垫上。

4.根据权利要求3所述的钻探工具，其特征在于，该导向柱的水平正截面的尺寸与所述安装垫的水平正截面的尺寸近似相同。

5.根据权利要求3或4所述的钻探工具，其特征在于，所述安装垫的沿成对切割器轴线方向的深度(l′)小于一对切割器的沿轴线方向的长度(H)的一半。

6.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，该钻探工具还包括用于将水硬性粘合料注入土壤中的装置。

7.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，所述板件的顶边缘是被倒角的。

8.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，该板件的厚度小于一对切割器的沿旋转轴线的长度的15％。

9.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，将该板件的底端连接到所述安装垫上的、所述板件的顶端面包括有形成一个三角形的两个侧边的部分，该三角形的顶点设置为朝向所述安装垫。

10.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，对于投射到平行于所述切割器的旋转轴线的平面上的投影而言，所述板件的面积不超过成对切割器的面积的10％。

11.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，该板件的厚度小于一对切割器的沿旋转轴线的长度的10％。

12.根据权利要求1所述的钻探工具，其特征在于，所述板件包括两个半板件。

13.根据权利要求12所述的钻探工具，其特征在于，各个所述半板件的底端的表面上均装配有成对的同轴圆筒形衬套，所述衬套的轴线垂直于所述两个半板件。

14.根据权利要求12或13所述的钻探工具，其特征在于，所述两个半板件通过三角形部件连接到所述安装垫上。

15.根据权利要求3所述的钻探工具，其特征在于，所述安装垫设置为与所述导向柱位于一条直线上。

16.包括根据权利要求3所述的钻探工具的钻探机械，还包括导向装置和驱动装置，导向柱通过该导向装置和驱动装置连接到竖直的支柱上，所述支柱由履带车辆支撑，该履带车辆上安装有用以产生液压动力的系统。

Images