一种组合型多级碎泥屑钻头

摘要

本发明公开了一种组合型多级碎泥屑钻头，包括上刀盘、定心钻头、多个刀片和多个破碎齿；定心钻头与上刀盘中部焊接，定心钻头的两条主刃为左右对称的圆弧刃；多个刀片和多个破碎齿均设置在上刀盘的上表面上；每个破碎齿的齿形断面成轴对称，高度方向上形成锥度，且一端宽于另一端。本发明在进行非开挖钻孔时，定心钻头先接触砾石土层，由于定心钻头特有的结构，既能起定心导向作用，又能对中心部位的砾石土层进行切削、排屑。加上两种齿形各自的作用不同，对岩石的破碎作用相互影响，使得破碎岩石更加容易，故而本发明的组合型钻头能提供适合气力输送泥屑所需要的碎泥屑。

说明书

技术领域

本发明涉及市政道路建设用设施，特别涉及一种组合型碎泥屑钻头。

背景技术

非开挖技术是指在地面不开挖沟槽的情况下铺设、修复和更换地下管 道和电缆的施工技术。由于它具有施工速度快、对地面干扰小、综合 成本低、安全性好等优点，近年来已越来越多地被应用于市政道路的 建设施工中。虽然近年来国内外的非开挖管线施工技术与设备发展的 比较快，功能自动化程度也越来越高。但是大多数非开挖管线施工设 备占地面积都较大、设备价格昂贵且采用高压水泥浆系统来实现排泥 ，这样做不仅浪费水资源和能源，而且大量冲洗后的泥浆水很难进行 泥水分离，未经泥水分离的泥浆水对环境也造成比较严重的污染。因 此，研究开发适合我国城市的市政道路非开挖管线施工要求的、可在 人行道和花坛上开挖工作坑的、环境污染小的非开挖市政道路施工钻 孔技术与设备是时代发展的需求，而由此产生的泥屑的输送问题如何 解决，更是显重要。

气力输送技术是利用气流在管道中输送松散状物料的一种方法，也就 是利用具有一定压力和一定速度的气流，来输送松散状物料的一种输 送装置。近些年来，气力输送技术发展得很快，由于它具有管道布置 灵活、效率高费用低、系统密封环境好、维修方便等优点而被广泛应 用于粮食、水泥、粉煤灰、化工物料、矿粉、食盐、面粉、型砂等物 料的输送。气力输送虽然比机械输送有前述许多优点，但它也存在着 一些问题，如所需功率较大；不适用于粒度大、密度大、粘性大而难 于悬浮飞翔的物料以及含水量较高的物料的输送等。申请人设想通过 振动脉冲气刀式气力输送系统，将泥屑离散成由泥屑塞和气体塞组成 的栓流，对泥屑进行干法气力输送。这样不但提高了施工效率，而且 也能较好地解决目前国内外水力输送泥屑存在的泥水难以分离的问题 ，从而使施工周围的环境卫生得以改善。根据气力输送原理，要想保 证干法气力输送泥屑的可靠性，需要钻下的泥屑越碎越好，最好呈松 散的泥屑状，由于泥土的钻削与金属的钻削有很大差别，虽然泥土较 金属容易钻的多，但是其粘性较大，碎泥屑较难形成，而当地层中含 有大卵砾石时，获得理想粒径较为困难，为此，迫切需要一种用于非 开挖钻孔的组合型碎泥屑钻头。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种适合气力输送泥 屑所需要的碎泥屑的一种组合型碎泥屑钻头。

实现本发明目的的技术方案是一种组合型多级碎泥屑钻头，包括上刀 盘、定心钻头、多个刀片和多个破碎齿；所述定心钻头与上刀盘中部 焊接，所述定心钻头的两条主刃为左右对称的圆弧刃；所述多个刀片 和多个破碎齿均设置在上刀盘的上表面上；所述每个破碎齿的齿形断 面成轴对称，高度方向上形成锥度，且一端宽于另一端。

所述破碎齿的数量为36个，所述36个破碎齿分别设置在上刀盘的八等 分线上，并成一条线上4个、一条线上5个间隔设置。

所述刀片的数量为36个，所述36个金刚石材质的刀片分别设置在上刀 盘上与设置破碎齿的八等分线错开的八等分线上，并成一条线上4个、 一条线上5个间隔设置。

所述的一种组合型多级碎泥屑钻头还包括设置在上刀盘上的多个排屑 孔。

所述排屑孔的数量为36个，所述36个排屑孔分别设置在上刀盘上与设 置破碎齿和刀片的八等分线均错开的八等分线上，并成一条线上4个、 一条线上5个间隔设置；且每条等分线上的多个排屑孔的孔径从上刀盘 中心往边缘方向逐渐变大。

所述定心钻头还包括设置在与两条主刃相连的后刀面上的非对称的开 设的多个变螺距的螺旋形的断屑槽。

所述定心钻头的每条主刃由多段长度不超过30mm的短刃；所述断屑槽 设置在两段短刃之间，每个断屑槽的槽宽不超过30mm。

所述的一种组合型多级碎泥屑钻头还包括锥形盘和焊接在锥形盘上的 20个切削齿；所述定心钻头位于上刀盘下部为锥杆，所述锥杆上焊接 螺旋叶片和10片搅拌刀片；从而在上刀盘与锥形盘之间形成二级破碎 仓。

所述的一种组合型多级碎泥屑钻头还包括下刀盘；所述上刀盘与下刀 盘之间由外套筒连接；所述定心钻头与与下刀盘之间装有滑动轴承； 所述滑动轴承的内孔与定心钻头之间间隙配合，外圆与下刀盘之间过 盈连接；所述上刀盘的底面与上刀盘的上表面相对应的设置有36个刀 片、36个破碎齿和36个排屑孔；所述下刀盘的上表面上按照上刀盘的 底面上同样的规律设置有36个刀片、36个破碎齿和36个排屑孔，且与 上刀盘的底面上的刀片、破碎齿和排屑孔的位置错开，从而在上刀盘 与下刀盘之间形成二级破碎仓。

所述的一种组合型多级碎泥屑钻头还包括挡泥盘；所述挡泥盘设置在 上刀盘的外边缘。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：（1）本发明为一 种组合型的 钻头，定心钻头、刀片、破碎齿三者相互结合，共同来碎泥屑，定心 钻头在设计上采用了左右对称的圆弧刃的主刃结构使得它具有良好的 定心导向性，而由于破碎齿工作时，在各个方向上的磨损是各不相同 的，在接触区域内，各处参与破岩的时间各不相同，因此本发明根据 等磨损原理，破碎齿齿形断面形状为轴对称齿型，在先接触砾石的部 位，尺寸设计的稍大一些，且在高度方向上设计了锥度，这种齿与球 形齿相比，由于冠部高度较高，能够达到球形齿所不能达到的深度， 故而本发明的组合型钻头能提供适合气力输送泥屑所需要的碎泥屑。

（2）由于要想获得气力干法输送要求的碎泥屑，就要求在土体剪切滑 移的过程中，被剪切下来的泥屑滑移速度不一致，即在产生泥屑过程 中泥屑要进行错位滑移，本发明采用在刀面上开设断屑槽的方式，使 泥屑由于错位而发生断裂，同时考虑到泥屑的粘性，为了保证其在前 刀面排屑时的流畅性，断屑槽采用变螺距的非对称结构，非对称结构 即两处的断屑槽相互错开，这样不但可以起到断屑作用，而且钻下的 泥屑相互不干扰，有利于泥屑排出。而螺旋面采取变螺距的设计，能 减少泥屑在钻头轴向流动过程的阻力，在泥土钻进切削过程中，使泥 屑在变螺距螺旋面上的旋转速度不同，从而更有利于产生碎泥屑。

（3）根据气力输送原理，被输送物料颗粒越小，输送的可靠性越高。 因此，理论上来说断屑槽越密越好，但过多的断屑槽又会降低切削效 率。故本发明让每一段主切削刃的长度不超过30mm，从而使泥屑颗粒 的粒径不超过30mm，很好的保障了气力输送。

（4）本发明为了使碎石、土屑更能符合干法气力输送的要求，还设计 了二级破碎仓，经过一级破碎后，碎石、土屑可由刀盘上的孔排到二 级破碎仓内，进行二级破碎，为砾石层非开挖干法气力输送泥屑提供 了技术保障。

（5）本发明为防止碎石、土屑卡在上刀盘和外套筒之间的缝隙里，在 外套筒上焊接了一个挡泥盘。

（6）本发明在进行非开挖钻孔时，定心钻头先接触砾石土层，由于定 心钻头特有的结构，既能起定心导向作用，又能对中心部位的砾石土 层进行切削、排屑。在定心钻头周围的大部分区域，由于刀盘与作业 面的接触面积更大，能充分发挥盘式钻头的击碎、滚辗、刮切作用。 再加上两种齿形各自的作用不同，对岩石的破碎作用相互影响，使得 破碎岩石更加容易。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结 合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的一种方案的结构示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3为本发明的另一种方案的结构示意图。

图4为图3的俯视示意图。

附图中标号为：

上刀盘1、定心钻头2、主刃2-1、短刃2-1-1、后刀面2-2、断屑槽2-3 、锥杆2-4、螺旋叶片2-5、搅拌刀片2-6、刀片3、破碎齿4、排屑孔5 、锥形盘6、切削齿7、下刀盘8、外套筒9、滑动轴承10、挡泥盘11。

具体实施方式

（实施例1）

见图1和图2，本实施例的一种组合型多级碎泥屑钻头，包括上刀盘1、 定心钻头2、36个刀片3、36个破碎齿4、36个排屑孔5、锥形盘6和五片 切削齿7。

定心钻头2装入上刀盘1中部的锥形孔，接触圆周处采用焊接方式，定 心钻头2的两条主刃21为左右对称的圆弧刃；在与两条主刃2-1相连的 后刀面2-2上的非对称的开设有多个变螺距的螺旋形的断屑槽2-3；定 心钻头2的每条主刃2-1由多段长度不超过30mm的短刃2-1-1；断屑槽2 -3设置在两段短刃2-1-1之间，每个断屑槽2-3的槽宽不超过30mm。定 心钻头2位于上刀盘1下部为锥杆2-4，锥杆2-4上焊接螺旋叶片2-5和1 0片搅拌刀片2-6。定心钻头2在设计上采用了左右对称的圆弧刃结构使 得它具有良好的定心导向性。为获得气力输送所需要的碎泥屑，在定 心钻头2的两处螺旋面上分别设计了若干个断屑槽2-3。根据气力输送 原理，被输送物料颗粒越小，输送的可靠性越高。因此，断屑槽2-3越 密越好，但过多的断屑槽2-3又会降低切削效率。在设计时让每一段主 刃2-1的长度不超过30mm,从而使泥屑颗粒的粒径不超过30mm。另外， 两处的断屑槽2-3采用不对称设计，即相互错开，这样不但可以起到断 屑作用，而且钻下的泥屑相互不干扰，有利于泥屑排出。为减少泥屑 在钻头轴向流动过程的阻力，螺旋面采取变螺距的设计，在泥土钻进 切削过程中，使泥屑在变螺距螺旋面上的旋转速度不同，从而更有利 于产生碎泥屑。

36个金刚石材质的刀片3分别设置在上刀盘1上的八等分线上，并成一 条线上4个、一条线上5个间隔设置。

36个破碎齿4分别设置在上刀盘1的八等分线上，与设置刀片3的八等分 线错开，并成一条线上4个、一条线上5个间隔设置。每个破碎齿4的齿 形断面成轴对称，高度方向上形成锥度，且一端宽于另一端。

36个排屑孔5分别设置在上刀盘1上与设置破碎齿4和刀片3的八等分线 均错开的八等分线上，并成一条线上4个、一条线上5个间隔设置；且 每条等分线上的多个排屑孔5的孔径从上刀盘1中心往边缘方向逐渐变 大。

如图2所示，刀片3、破碎齿4和排屑孔5的排列规律为：4个破碎齿4— —4个刀片3——4个排屑孔5——5个破碎齿4——5个刀片3——5个排屑 孔5。

锥形盘6由四片扇环板经冲压、焊接而成，在焊接之前在每一片扇环板 上应先将5片切削齿7焊接其上。

在上刀盘1与锥形盘6之间形成二级破碎仓。在进行非开挖钻孔时，定 心钻头2先接触砾石土层，由于定心钻头2特有的结构，既能起定心导 向作用，又能对中心部位的砾石土层进行切削、排屑。在定心钻头周 围的大部分区域，由于上刀盘1与作业面的接触面积更大，能充分发挥 盘式钻头的击碎、滚辗、刮切作用。再加上两种齿形各自的作用不同 ，对岩石的破碎作用相互影响，使得破碎岩石更加容易。经过一级破 碎之后，碎石、土屑可由刀盘上的孔排到二级破碎仓内。随着定心钻 头2的锥杆2-4的转动，在螺旋叶片2-5输送碎石、土屑的过程当中，其 上的10片搅拌刀片2-6不仅能起到搅拌作用，还能进一步进行切削，它 与边缘的切削齿7联合起来，起到了二次切削的作用。

（实施例2）

本实施例的一种组合型多级碎泥屑钻头与实施例1的区别在于二级破碎 仓，该二级破碎仓由下刀盘8、外套筒9与上刀盘2构成。定心钻头2与 下刀盘8之间装有滑动轴承10；滑动轴承10的内孔与定心钻头2之间为 间隙配合，外圆与下刀盘8之间为过盈连接。上刀盘1与下刀盘8之间由 外套筒9连接；上刀盘1的底面与上刀盘1的上表面相对应的设置有36个 刀片3、36个破碎齿4和36个排屑孔5；下刀盘8的上表面上按照上刀盘 1的底面上同样的规律设置有36个刀片3、36个破碎齿4和36个排屑孔5 ，且与上刀盘1的底面上的刀片3、破碎齿4和排屑孔5的位置错开；从 而在上刀盘1与下刀盘8之间形成二级破碎仓；挡泥盘11设置在上刀盘 1的外边缘，用于防止碎石、土屑卡在上刀盘和外套筒之间的缝隙里。

经过一级破碎之后，碎石、土屑可由刀盘上的孔排到二级破碎仓内。 由于定心钻头2与下刀盘8之间装有滑动轴承，它的内孔与定心钻头2采 用间隙配合，外圆与下刀盘8采用过盈连接，这样，当定心钻头2带动 上刀盘1旋转时，下刀盘8不会跟着旋转，它们之间存在相对转动。这 就使得进入二级破碎仓内的碎石、土屑在面对面的刀片3和破碎齿4的 相互作用下被二次破碎和切削，从而可得到干法气力输送所期望的碎 泥屑。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施 例而已，并不用于限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等 ，均应包含在本发明的保护范围之内。