CN115341845A - 一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，包括钻机，钻机包括动力头，动力头的输出轴通过钻杆连接有复合钻头，复合钻头包括带刃切刀单元、液压冲击组合单元、刀盘、盾体、集油器、中央回转接头；刀盘安装有至少一个带刃切刀单元和至少一个液压冲击组合单元，刀盘上部与盾体连接，盾体上部与集油器连接；集油器上部连接钻杆，钻杆与输出轴连接。本发明通过将动力头的压力与扭矩通过钻杆、集油器、盾体传递到刀盘上，使刀盘旋转并带动刀盘上的带刃切刀单元和液压冲击组合单元一起旋转，通过控制装置实现带刃切刀单元和液压冲击组合单元的切换，进而实现在覆盖土层与岩石层复合地质条件下，打桩钻机一次快速高效施工的目的。

Description

一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机

技术领域

本发明属于岩土工程桩基施工的桩工机械装备领域，具体涉及一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机。

背景技术

随着我国各项基础建设脚步的加快，建筑物的规模越来越大，地下空间向下也越来越深，导致建筑物对桩基础的承载能力也要求越来越大，基坑围护结构越来越深。而对桩身能提供最大承载力的地层就是岩石层，桩身如果能较深的打入岩石地层内不仅能大幅度的提高桩身的承载力，更能有效的提高桩身上建筑物的抗震能力。而在过去的桩工机械里，桩孔施工时，有的机械只适合软土、砂卵石地层，对硬岩层就没有什么好的施工方法；而有的钻机只适合完整的硬岩层，对覆盖在硬岩层上的黏土和砂卵石地层没有较好的施工方法，导致施工困难。岩土施工市场急需一台能综合、快速对这种复合地层进行施工的工程钻机。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，由于采用高频率液压冲击与旋转切削组合的方式，通过复合钻头上的钻进工艺的切换，使本发明的打桩钻机能快速实现一台钻机同时在有粘土、砂卵石地层与岩石地层的复合地质条件下快速施工，施工效率大大提高，降低施工成本，同时施工质量能更好的保障。本打桩钻机不仅能完成单孔钻进施工，也可以2-3孔同时钻进，实现咬合桩的施工。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，包括钻机，所述钻机包括行走、动力站、姿态臂、大臂、动力头；

所述行走位于所述钻机底部，用于使钻机自由转动，所述动力站位于所述行走上方，用于为所述钻机提供动力，各个所述姿态臂用于调整钻机动作，以达到施工要求的位置，所述大臂上安装所述动力头，所述动力头是所述钻机动力输出的主要部分；

所述动力头的输出轴通过钻杆连接有复合钻头，所述复合钻头包括带刃切刀单元、液压冲击组合单元、刀盘、盾体、集油器和中央回转接头；

所述刀盘为圆环形或者圆饼形，所述刀盘安装有至少一个所述带刃切刀单元和至少一个所述液压冲击组合单元；

所述刀盘上部与所述盾体连接；所述盾体上部与所述集油器连接；所述集油器上部连接所述钻杆，所述钻杆与所述输出轴连接；所述中央回转接头套装在所述钻杆上，所述中央回转接头与所述钻机上的液压油管连接，所述中央回转接头用于将钻机的驱动液压油输送到旋转的所述复合钻头上，所述动力头的压力与扭矩通过所述钻杆、所述集油器、所述盾体传递到所述刀盘上，使所述刀盘旋转并带动所述刀盘上的所述带刃切刀单元和所述液压冲击组合单元一起旋转，通过控制装置实现所述带刃切刀单元和所述液压冲击组合单元的切换，进而实现在覆盖土层与岩石层复合地质条件下，打桩钻机一次快速高效施工的目的。

优选地，所述动力头设有至少一个所述输出轴，以便驱动一个或多个复合钻头；当所述动力头设有一个所述输出轴时，所述大臂安装有至少一个所述动力头，当所述动力头设有至少两个所述输出轴时，所述大臂安装有一个所述动力头。

优选地，当多个所述复合钻头同时工作时，所述集油器外套装一个连体保心器，所述连体保心器用于防止多个所述的复合钻头在旋转工作时相互干扰碰撞。

优选地，当多个所述复合钻头同时工作时，所述复合钻头线性排列，所述动力头驱动多个线性排列的所述复合钻头，便于完成咬合桩施工。

优选地，所述线性排列为直线排列或曲线排列。

优选地，当多个所述复合钻头同时工作时，所述钻杆设有导正器，所述导正器用于限制所述复合钻头，所述导正器一端套装在所述钻杆上，所述钻杆可相对于所述导正器沿所述钻杆中心轴作轴向转动或轴向移动，所述导正器另一端与所述钻机的钻架固定连接。

优选地，所述中央回转接头套装在所述钻杆上且紧挨集油器，或者所述中央回转接头设置在所述动力头的顶部或下部，所述液压油管设置在所述钻杆内，所述钻杆与所述液压油管相对静止，所述钻杆与所述液压油管是一根通长的，在钻孔过程中不用拆卸，钻进时一杆钻到孔底。

优选地，根据权利要求所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，所述液压冲击组合单元包括冲击锤板、导向套、液压锤、加长节；

所述导向套部分内嵌于所述刀盘，所述冲击锤板部分在所述导向套内滑动，所述加长节安装在所述刀盘上侧，所述液压锤通过所述加长节垫高固定在所述刀盘上部，所述冲击锤板、导向套、液压锤和加长节的中心轴重合，并与刀盘中心轴线平行，以保证安装完成后液压锤正好打击冲击锤板。

优选地，所述带刃切刀单元包括带刃切刀、油缸、油缸销轴，所述油缸内嵌于所述刀盘，所述带刃切刀安装在所述油缸下部，所述带刃切刀和所述油缸通过所述油缸销轴连接，所述油缸设有液压锁，所述液压锁用于控制所述油缸，以便在所述带刃切刀伸出到设定长度后锁定所述带刃切刀。

优选地，所述带刃切刀可以安装斗齿或软土层施工的合金。

优选地，带有所述复合钻头的所述动力头可以安装在类似钻机的机架上，如立柱式桩架钻机或龙门式框架打桩钻机。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的打桩钻机由于在刀盘上设置了可以自由切换的液压冲击组合单元和带刃切刀单元，使本打桩钻机可以在粘土层、砂卵石层向下延伸到岩石层的地质变化下一直施工，实现孔内全覆盖破碎，达到施工的目的，不需要更换钻头、钻具，这样减少了钻头、钻具更换的时间，大大提高了施工效率，降低了施工成本，同时施工质量也得到了更好的保障。另外本打桩钻机动力头可以是单输出轴或多输出轴，本打桩钻机不仅能完成单孔钻进施工，也能够驱动多组复合钻头同时施工，这样就能够完成咬合桩的施工，取代过去国外引进的连续墙液压抓斗和液压双轮铣设备。

附图说明

图1是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机结构示意图；

图2是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的复合钻头主视结构示意图；

图3是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的圆饼形刀盘仰视结构示意图；

图4是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的圆环形刀盘仰视结构示意图；

图5一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的液压冲击单元结构示意图；

图6是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的带刃切刀单元结构示意图；

图7是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的一个动力头驱动一个复合钻头结构示意图；

图8是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的一个动力头驱动多个复合钻头结构示意图；

图9是图6中复合钻头线性排列结构示意图；

图10是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的中央回转接头安装在动力头顶部结构示意图；

图11是一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机的连体保心器安装结构示意图；

图中：1、钻机；11、动力头；111、输出轴；2、复合钻头；21、带刃切刀单元；211、带刃切刀；212、油缸；213、油缸销轴；22、液压冲击组合单元；221、冲击锤板；222、导向套；223、液压锤；224、加长节；23、刀盘；24、盾体；25、集油器；26、钻杆；27、中央回转接头；3、连体保心器；4、导正器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，很显然，所描述的实施例仅仅是本发明中的一部分实施例，而非本发明的全部实施例。

参照图1-11，一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，包括钻机1，钻机1包括行走、动力站、姿态臂、大臂、动力头11；

行走位于钻机1底部，用于使钻机自由转动，动力站位于行走上方，用于为钻机1提供动力，各个姿态臂用于调整钻机动作，以达到施工要求的位置，大臂上安装动力头11，动力头11是钻机1动力输出的主要部分；

动力头11的输出轴111通过钻杆26连接有复合钻头2，复合钻头2包括带刃切刀单元21、液压冲击组合单元22、刀盘23、盾体24、集油器25和中央回转接头27；

刀盘23为圆环形或者圆饼形，刀盘23安装有至少一个带刃切刀单元21和至少一个液压冲击组合单元22；

刀盘23上部与盾体24连接；盾体24上部与集油器25连接；集油器25上部连接钻杆26，钻杆26与输出轴111连接；中央回转接头27套装在钻杆26上，中央回转接头27与钻机1上的液压油管连接，中央回转接头27用于将钻机1的驱动液压油输送到旋转的复合钻头2上，动力头11的压力与扭矩通过钻杆26、集油器25、盾体24传递到刀盘23上，使刀盘23旋转并带动刀盘23上的带刃切刀单元21和液压冲击组合单元22一起旋转，通过控制装置实现带刃切刀单元21和液压冲击组合单元22的切换，进而实现在覆盖土层与岩石层复合地质条件下，打桩钻机一次快速高效施工的目的。

在某一实施例中，动力头11设有至少一个输出轴111，以便驱动一个或多个复合钻头2；当动力头11设有一个输出轴111时，大臂安装有至少一个动力头11，当动力头11设有至少两个输出轴111时，大臂安装有一个动力头11。

具体来说，实际施工时，有时需要单孔钻进施工，此时，钻机只需要安装具有一个输出轴111的动力头11，即只有一个复合钻头2工作；有时需要多孔同时钻进施工，即咬合桩施工，此时，钻机可以安装多个具有一个输出轴111的动力头11，也可以安装一个具有多个输出轴111的动力头11，这样多个复合钻头2同时工作即可完成咬合桩的施工，为了满足施工要求，多个复合钻头2可以是直线排列也可以是曲线排列，当然，实际操作中，复合钻头2多为2-3个同时工作。

在某一实施例中，当多个复合钻头2同时工作时，集油器外套装一个连体保心器3，连体保心器3用于防止多个的复合钻头2在旋转工作时相互干扰碰撞。

在某一实施例中，当多个复合钻头2同时工作时，钻杆26设有导正器4，导正器4用于限制复合钻头2，导正器4一端套装在钻杆26上，钻杆26可相对于导正器4沿钻杆26中心轴作轴向转动或轴向移动，导正器4另一端与钻机1的钻架固定连接。

具体来说，当多个复合钻头2同时工作时，连体保心器3和导正器4的作用在于避免多个复合钻头2自身旋转时相互干扰碰撞，保证咬合桩施工的顺利进行。

在某一实施例中，中央回转接头27套装在钻杆26上且紧挨集油器25，或者中央回转接头27设置在动力头11的顶部或下部，液压油管设置在钻杆26内，钻杆26与液压油管相对静止，钻杆26与液压油管是一根通长的，在钻孔过程中不用拆卸，钻进时一杆钻到孔底。

在某一实施例中，液压冲击组合单元22包括冲击锤板221、导向套222、液压锤223、加长节224；

导向套222部分内嵌于刀盘23，冲击锤板221部分在导向套222内滑动，加长节224安装在刀盘23上侧，液压锤223通过加长节224垫高固定在刀盘23上部，冲击锤板221、导向套222、液压锤223和加长节224的中心轴重合，并与刀盘23中心轴线平行，以保证安装完成后液压锤223正好打击冲击锤板221，在本实施例中，液压锤223下端与冲击锤板221上部留有间隙，当然，间隙应小于液压锤223的位移量，液压锤223也可以换成同样具有打击效果的气动潜孔锤或其他类似机构。

具体来说，冲击锤板221安装在刀盘23内部的部分，即冲击锤板221上部在液压锤223向下冲击的作用下，使得冲击锤板221相对于刀盘23向下运动，产生冲击力，从而完成对岩石层或其他硬质施工层的冲击破碎。

在某一实施例中，带刃切刀单元21包括带刃切刀211、油缸212、油缸销轴213，油缸212内嵌于刀盘23，带刃切刀211安装在油缸212下部，带刃切刀211和油缸212通过油缸销轴213连接，为了便于控制，油缸212设有液压锁，液压锁用于控制油缸212，以便在带刃切刀211伸出到设定长度后锁定带刃切刀211当然，本实施例中的油缸212也可以换成其他铰链机构，带刃切刀211可以安装斗齿或软土层施工的合金，以适应不同的施工要求。

上述实施中的带有复合钻头2的动力头11也可以安装在类似钻机的机架上，如立柱式桩架钻机或龙门式框架打桩钻机。

工作原理：一般的地质情况是从地面向下分别是覆盖土层、砂卵石层、强风化、中风化、微风化等，由软到硬，不同的地层需要不同的施工设备。

首先根据施工要求，选择配置合适动力头11的打桩钻机或其他机架，当复合钻头2施工到土层或砂卵石层等较软的地层时，此时操作钻机的液压操作阀给油缸212供油，油缸212伸缩带动带刃切刀211相对于刀盘23伸缩，当带刃切刀211伸出到设定长度后，此时，带刃切刀211高于冲击锤板221位置，通过油缸212设有的液压锁，锁定带刃切刀211的位置，此时多组带刃切刀211开始工作，切削、搅动地层，通过钻机上的正、反循环泵将产生的钻渣抽吸出孔底或者螺旋叶片钻杆将钻渣排出孔底，使钻孔在砂土地层能快速顺利的进行钻进施工；当复合钻头2施工到岩石层等较硬的地层时，如果钻机操作人员还是采用切削的方法钻进岩石，施工效率就会明显降低，施工成本也会急剧升高，此时，钻机操作人员应解锁液压锁，操作钻机的液压操作阀将带刃切刀211收回，使带刃切刀211低于液压冲击组合单元22中的冲击锤板221，此时钻机1切换到液压冲击组合单元22，复合钻头2旋转带动多个冲击锤板221工作，实现旋转、冲击破碎岩石，即液压冲击破碎工作模式，这样打桩钻机采用冲击破碎钻进的方法在岩石层施工，钻机钻进效率高、钻具消耗少。另外，由于冲击破碎的冲击锤板221多采用圆球形合金压制而成，这种圆球形合金钻头基本没有切削软土的能力，当冲击破碎钻进一定深度后，如果岩石地层内夹有溶洞或泥土充填空洞，如果还采用冲击破碎的钻进方法就不能有效进行钻进施工了，此时，操作人员可以通过液压操作阀，伸出带刃切刀211，使带刃切刀211高出冲击锤板221，以使带刃切刀211能对空洞区域的软粘土进行切削钻进施工，这样能保证钻机在软粘土地层里也取得非常高的施工效率。

因此，带有上述复合式钻头2的打桩钻机可以顺利完成岩土工程中打桩大部分的施工。

以上所述是本发明实施例的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进、润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，包括钻机（1），所述钻机（1）包括行走、动力站、姿态臂、大臂、动力头（11）；

所述行走位于所述钻机（1）底部，用于使钻机自由转动，所述动力站位于所述行走上方，用于为所述钻机（1）提供动力，各个所述姿态臂用于调整钻机动作，以达到施工要求的位置，所述大臂上安装所述动力头（11），所述动力头（11）是所述钻机（1）动力输出的主要部分；

其特征在于，所述动力头（11）的输出轴（111）通过钻杆（26）连接有复合钻头（2），所述复合钻头（2）包括带刃切刀单元（21）、液压冲击组合单元（22）、刀盘（23）、盾体（24）、集油器（25）和中央回转接头（27）；

所述刀盘（23）为圆环形或者圆饼形，所述刀盘（23）安装有至少一个所述带刃切刀单元（21）和至少一个所述液压冲击组合单元（22）；

所述刀盘（23）上部与所述盾体（24）连接；所述盾体（24）上部与所述集油器（25）连接；所述集油器（25）上部连接所述钻杆（26），所述钻杆（26）与所述输出轴（111）连接；所述中央回转接头（27）套装在所述钻杆（26）上，所述中央回转接头（27）与所述钻机（1）上的液压油管连接，所述中央回转接头（27）用于将钻机（1）的驱动液压油输送到旋转的所述复合钻头（2）上，所述动力头（11）的压力与扭矩通过所述钻杆（26）、所述集油器（25）、所述盾体（24）传递到所述刀盘（23）上，使所述刀盘（23）旋转并带动所述刀盘（23）上的所述带刃切刀单元（21）和所述液压冲击组合单元（22）一起旋转，通过控制装置实现所述带刃切刀单元（21）和所述液压冲击组合单元（22）的切换，进而实现在覆盖土层与岩石层复合地质条件下，打桩钻机一次快速高效施工的目的。

2.根据权利要求1所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，所述动力头（11）设有至少一个所述输出轴（111），以便驱动一个或多个复合钻头（2）；当所述动力头（11）设有一个所述输出轴（111）时，所述大臂安装有至少一个所述动力头（11），当所述动力头（11）设有至少两个所述输出轴（111）时，所述大臂安装有一个所述动力头（11）。

3.根据权利要求2所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，当多个所述复合钻头（2）同时工作时，所述集油器（25）外套装一个连体保心器（3），所述连体保心器（3）用于防止多个所述的复合钻头（2）在旋转工作时相互干扰碰撞。

4.根据权利要求2所述所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，当多个所述复合钻头（2）同时工作时，所述复合钻头（2）线性排列，所述动力头（11）驱动多个线性排列的所述复合钻头（2），便于完成咬合桩施工。

5.根据权利要求4所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，所述线性排列为直线排列或曲线排列。

6.根据权利要求2所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，当多个所述复合钻头（2）同时工作时，所述钻杆（26）设有导正器（4），所述导正器（4）用于限制所述复合钻头（2），所述导正器（4）一端套装在所述钻杆（26）上，所述钻杆（26）可相对于所述导正器（4）沿所述钻杆（26）中心轴作轴向转动或轴向移动，所述导正器（4）另一端与所述钻机（1）的钻架固定连接。

7.根据权利要求1所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，所述中央回转接头（27）套装在所述钻杆（26）上且紧挨集油器（25），或者所述中央回转接头（27）设置在所述动力头（11）的顶部或下部，所述液压油管设置在所述钻杆（26）内，所述钻杆（26）与所述液压油管相对静止，所述钻杆（26）与所述液压油管是一根通长的，在钻孔过程中不用拆卸，钻进时一杆钻到孔底。

8.根据权利要求1所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，所述液压冲击组合单元（22）包括冲击锤板（221）、导向套（222）、液压锤（223）、加长节（224）；

所述导向套（222）部分内嵌于所述刀盘（23），所述冲击锤板（221）部分在所述导向套（222）内滑动，所述加长节（224）安装在所述刀盘（23）上侧，所述液压锤（223）通过所述加长节（224）垫高固定在所述刀盘（23）上部，所述冲击锤板（221）、导向套（222）、液压锤（223）和加长节（224）的中心轴重合，并与刀盘（23）中心轴线平行，以保证安装完成后液压锤（223）正好打击冲击锤板（221）。

9.根据权利要求1所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，所述带刃切刀单元（21）包括带刃切刀（211）、油缸（212）、油缸销轴（213），所述油缸（212）内嵌于所述刀盘（23），所述带刃切刀（211）安装在所述油缸（212）下部，所述带刃切刀（211）和所述油缸（212）通过所述油缸销轴（213）连接，所述油缸（212）设有液压锁，所述液压锁用于控制所述油缸（212），以便在所述带刃切刀（211）伸出到设定长度后锁定所述带刃切刀（211）。

10.根据权利要求9所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，所述带刃切刀（211）可以安装斗齿或软土层施工的合金。

11.根据权利要求1-10任一项所述一种液压冲击破碎与切削复合钻头的打桩钻机，其特征在于，带有所述复合钻头（2）的所述动力头（11）可以安装在类似钻机的机架上，如立柱式桩架钻机或龙门式框架打桩钻机。

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