一种可配套旋挖钻机使用的孔底扩径钻头

摘要

一种可配套旋挖钻机使用的孔底扩径钻头，可以随旋挖钻机钻杆下放到孔底，在旋挖钻机钻杆下压力控制下，逐步张开门式扩径片，伴随旋挖钻机钻杆的顺时针旋转，推动门式扩径片逐层切削孔壁泥土，将孔底直径逐步扩大至至原直径2倍，并形成类锥状的孔底形状。切削过程完成后，通过门式扩径片的合拢将切削的泥土完全收集到筒体内，在门式扩径片完全闭合后，筒体即完全封闭，可将切削的泥土全部带出桩孔。

说明书

技术领域

本发明涉及旋挖钻头技术领域，具体为一种可配套旋挖钻机使用的孔底扩径钻头。

背景技术

在钢筋混凝土灌注桩施工中，钢筋混凝土扩底灌注桩不论从抗压及抗拔等各个方面，都有无可比拟的技术优势。钢筋混凝土扩底灌注桩施工难在成孔，即难在孔底扩径环节，采用人工方式挖掘孔底扩径，或临时采用简单的工具孔底扩径，已经不能满足施工质量和安全的要求。目前，在孔深较深或孔底位于地下水位以下的施工环境下，还没有一种可靠的孔底扩径工艺。虽有各种机械孔底扩径技术，但大部分技术都存在孔底扩径后遗留的渣土无法清理的弊端。孔底扩径后遗留的渣土，特别是孔底位于地下水位以下的成孔扩底后孔底遗留的泥土与水搅和，形成大量孔底沉渣，势必与后序浇筑的混凝土混合夹杂，降低桩端混凝土质量，成为桩基施工的质量隐患。

发明内容

一种可配套旋挖钻机使用的孔底扩径钻头，主要包括：筒体，主动力杆，次动力杆，门式扩径片。该一种可配套旋挖钻机使用的孔底扩径钻头设计了AB两种不同类型的次动力杆结构，以适应不同地质条件。以下对装配A型次动力杆的一种可配套旋挖钻机使用的孔底扩径钻头简称为A型孔底扩径钻头；对装配B型次动力杆的一种可配套旋挖钻机使用的孔底扩径钻头简称为B型孔底扩径钻头；对一种可配套旋挖钻机使用的孔底扩径钻头简称为本孔底扩径钻头。

所述筒体，包括上下底的筒状结构，侧壁对称布置有两个门式扩径片；上底与主动力杆嵌套连接，下底通过固定杆与主动力杆嵌套连接，筒体与主动力杆及旋挖钻机钻杆保持同步旋转。

所述主动力杆，管状结构，为本钻头与旋挖钻机钻杆连接的唯一构件，主动力杆传递旋挖钻机钻杆扭矩，使该钻头与挖钻机钻杆同步旋转；同时,主动力杆传递旋挖钻机钻杆向下方向的压力和向上方向的拉力，并通过与其连接的次动力杆使门式扩径片张合。

为适应复杂的地质条件，提高该孔底扩径钻头的适应性和可靠性，对本孔底扩径钻头的次动力杆设计了A、B两种不同类型的传动结构：所述A型次动力杆，管状结构，管内壁有四道螺旋槽，使用轴承固定于筒体上下底之间中央位置，A型次动力杆通过其内侧的斜槽槽与主动力杆底端的四个限位卡块嵌套在一起，在主动力杆下压行程时，A型次动力杆可以顺时针旋转，带动门式扩径片向外张开；在动力杆上拉行程时，A型次动力杆可以逆时针旋转，带动门式扩径片向内合拢；所述B型次动力杆，方形管状结构，有两组齿轮，每组各包含两对齿轮，每对齿轮含有一个啮合主动力杆齿条的主动力齿轮和一个起限位作用的限位齿轮。在主动力杆下压行程时，主动力杆上的齿条下行，使与之啮合的B型次动力杆上的主动力齿轮向内旋转，带动门式扩径片向外张开；在动力杆上拉行程时，主动力杆上的齿条上行，使与之啮合的B型次动力杆上的主动力齿轮向外旋转，带动门式扩径片向内合拢。

所述门式扩径片，下沿弧长为1/4下底圆周，向上方逐步收窄至门柱，张开可以切削孔壁，闭合后可以使筒体封闭，门式扩径片上的动力齿盘与次动力杆的齿轮啮合，围绕门柱开合。

配套旋挖钻机，本孔底扩径钻头可以随旋挖钻机钻杆下放到孔底，在旋挖钻机钻杆下压力控制下，逐步张开门式扩径片，伴随旋挖钻机钻杆的顺时针旋转，本孔底扩径钻头会同步旋转，推动门式扩径片逐层切削孔壁泥土，最大至原直径2倍，形成类锥状的孔底形态。切削过程完成后，本孔底扩径钻头通过门式扩径片的合拢将切削的泥土完全收集到筒体内，在门式扩径片完全闭合后，筒体即完全封闭，可将切削的泥土全部带出桩孔。

下面将就该孔底扩径钻头各部分的相互联动做详细说明：旋挖钻机换装该A型孔底扩径钻头至孔底，当该A型孔底扩径钻头触底后，旋挖钻机下压力由钻杆传递至钻头主动力杆，主动力杆带压下行，使嵌套于主动力杆之外的A型次动力杆顺时针旋转，A型次动力杆上的齿轮带动动力齿盘转动，使门式扩径片围绕门柱旋转张开。同样的，旋挖钻机换装该B型孔底扩径钻头至孔底，当该B型孔底扩径钻头触底后，旋挖钻机下压力由钻杆传递至钻头主动力杆，主动力杆带压下行，主动力杆上的齿条下行，使与之啮合的B型次动力杆上的主动力齿轮都向内旋转，带动动力齿盘转动，使门式扩径片围绕门柱旋转张开。

同时，旋挖钻机钻杆可同步顺时针旋转，与旋挖钻机钻杆相连的主动力杆亦同时顺时针旋转，主动力杆既与筒体上底嵌套连接，又与下底的固定杆嵌套连接，此时，筒体亦与旋挖钻机钻杆同步顺时针旋转，旋转张开的门式扩径片开始切削孔底侧壁泥土。

旋挖钻机钻杆保持合适下压力的同时持续顺时针方向旋转钻杆，会使该孔底扩径钻头以合适的速度旋转的同时，两个门式扩径片逐步张大，逐层切削孔壁泥土。

一般的，本孔底扩径钻头门式扩径片的齿刃一次切削孔壁泥土的厚度既与旋挖钻机钻杆施与的下压力有关，又和孔底侧壁泥土性状有关。

当主动力杆体从初始位置下行到全部行程的2/3时，该孔底扩径钻头门式扩径片的张开弧度约为60°，此时切削的泥土刚好可以被筒体装下。

此时旋挖钻机钻杆停止下压，改为较小的向上的拉力。旋挖钻机拉力由钻杆传递至A型孔底扩径钻头主动力杆，主动力杆开始上行，使嵌套于主动力杆外侧的A型次动力杆逆时针旋转，A型次动力杆上旋转的齿轮带动扩径片上的动力齿盘，使门式扩径片围绕门柱旋转并逐渐合拢；同样的，旋挖钻机拉力由钻杆传递至B型孔底扩径钻头主动力杆，主动力杆开始上行，主动力杆上的齿条上行，使与之啮合的B型次动力杆上的主动力齿轮都向外旋转，使门式扩径片围绕门柱旋转并逐渐合拢。同时，旋挖钻机钻杆保持合适上拉力的同时持续旋转钻杆，会使两个门式扩径片逐步合拢的同时亦同步顺时针旋转，可使从孔底侧壁切削下来的泥土全部收拢入筒体。

主动力杆开始上行至初始最高位置时，门式扩径片将会完全合拢，继续提升钻杆可使本孔底扩径钻头向上提升至做业场地。在地面上，旋挖钻机钻杆保持合适下压力的同时持续正反交替快速旋转钻杆，因为没有周围孔壁对该孔底扩径钻头门式扩径片的约束，本孔底扩径钻头两个门式扩径片会彻底张开，正反交替快速旋转会使本孔底扩径钻头筒体内的泥土被全部甩出。

第二次下放A型孔底扩径钻头，触底后，旋挖钻机下压力由钻杆传递至该孔底扩径钻头主动力杆，主动力杆带压下行，使嵌套于主动力杆之外的A型次动力杆顺时针旋转，A型次动力杆上的齿轮带动扇形齿盘转动，使扩径片围绕门柱旋转张开。同时，旋挖钻机钻杆可同步顺时针旋转，与旋挖钻机钻杆相连的主动力杆亦同时顺时针旋转，主动力杆既与筒体上底嵌套连接，又与下底的固定杆嵌套连接，次时，筒体亦与旋挖钻机钻杆同步顺时针旋转，旋转张开的门式扩径片开始切削孔底侧壁泥土。旋挖钻机钻杆保持合适下压力的同时持续旋转钻杆，会使本孔底扩径钻头以合适的速度旋转的同时，两个门式扩径片逐步张大，会逐层切削孔壁泥土；同样的，下放B型孔底扩径钻头，触底后，旋挖钻机下压力由钻杆传递至该孔底扩径钻头主动力杆，主动力杆带压下行，主动力杆上的齿条下行，使与之啮合的B型次动力杆上的主动力齿轮正向旋转，带动动力齿盘转动，使门式扩径片围绕门柱旋转张开。同时，旋挖钻机钻杆可同步顺时针旋转，与旋挖钻机钻杆相连的主动力杆亦同时顺时针旋转，主动力杆既与筒体上底嵌套连接，又与下底的固定杆嵌套连接，次时，筒体亦与旋挖钻机钻杆同步顺时针旋转，旋转张开的门式扩径片开始切削孔底侧壁泥土。旋挖钻机钻杆保持合适下压力的同时持续旋转钻杆，会使本孔底扩径钻头以合适的速度旋转的同时，两个门式扩径片逐步张大，会逐层切削孔壁泥土。

当主动力杆体从初始位置下行到底部时，该孔底扩径钻头扩径片的扇形齿盘会转完所有行程，此时切削出的类锥形孔底直径刚好为原孔直径的2倍。以直径600mm孔底扩径钻头为例，其完成孔底扩径后，孔底类锥体的锥底为直径1200mm圆形，类锥体高度为1000mm，类锥体上底面为原孔600直径圆形。该形状不仅具有良好的力学结构，而且能较好防范成孔过程中的塌孔。

本孔底扩径钻头，将旋挖钻机钻杆旋转的扭矩和上下方向的压力与拉力，转化为本孔底扩径钻头门式扩径片的张合与旋转，在扩大孔底直径的过程中，将切削下来的泥土完全收集到筒体内，解决了一直以来孔底扩径后遗留的渣土无法清理的施工难题，清理干净了决定成孔施工成败的孔底泥浆，达到了扩底与清理同时完成。使用本孔底扩径钻头将使扩底桩的成孔施工的效率和质量达到一个新的高度。

附图说明

图1是A型孔底扩径钻头的结构示意图；

图2是本孔底扩径钻头的门式扩径片结构示意图；

图3是A型孔底扩径钻头的主动力杆、稳定杆与上下底结构示意图；

图4是A型孔底扩径钻头的主动力杆与次动力杆剖面图；

图5是A型孔底扩径钻头的传动结构俯视图；

图6是B型孔底扩径钻头的结构示意图；

图7是B型孔底扩径钻头的主动力杆、稳定杆与上下底结构示意图；

图8是B型孔底扩径钻头的传动结构俯视图；

图中：

1、筒体 2、主动力杆 3、上底 4、门式扩径片 5、固定杆 6、 限位卡块 7、下底

8、门柱 9、动力齿盘 10、肋板 11、A型次动力杆 12、斜槽 13、齿轮 14、轴承15、限位齿轮 16、 B型次动力杆 17、齿条 18、动力齿轮 19、弧形齿轨。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，为A型孔底扩径钻头的结构示意图：主动力杆2可在筒体1内活动，但主动力杆2的转动与筒体1始终同步。当该门式扩径片4闭合时，构成筒体侧壁的一部分，便于从孔径中通过，闭合后的缝隙也利于收集的泥浆中水分的沥出。

如图2所示，为本孔底扩径钻头的门式扩径片结构示意图：孔底扩径钻头的门柱8，动力齿盘9，肋板10为一体结构，共同组成门式扩径片4。动力齿盘9内侧弧有上下两面的弧形齿轨19，外侧弧与扩径片4的帆型侧面焊接为一体。动力齿盘9以门柱 8为圆心逆时针转动时，可使门式扩径片4张开；动力齿盘9以门柱 8为圆心顺时针转动时，可使门式扩径片4闭合。

如图3所示，为A型孔底扩径钻头的主动力杆、稳定杆与上下底结构示意图：主动力杆2可在上底3和下底5之间活动，当主动力杆2在上底3和下底5之间转动时，由于上底3与主动力杆2嵌套连接，下底7通过固定杆5与主动力杆2嵌套连接，可以保持上底3与下底7及主动力杆与旋挖钻机钻杆保持同步旋转。固定杆 5下端与下底7为一体结构，其作用一为传递主动力杆2转动的扭矩，作用二为对上下运动的主动力杆2起导向作用。当主动力杆2上拉时，限位卡块6会卡在上底3的下面，保证主动力杆2和筒体1的连接。

如图4所示，为A型孔底扩径钻头的主动力杆与次动力杆剖面图：轴承14将A型次动力杆11 与筒体1的上底3及下底7连接为一体，使之可以在筒体1内转动，斜槽12的作用在于将下压力分解为扭矩，使A型次动力杆11在主动力杆上下活动过程中产生扭矩并旋转，旋挖钻机钻杆持续上提时，限位卡块6上升至上底3下方位置时，主动力杆2会被上底3卡住不再向上，门式扩径片4会紧紧闭合，筒体1随该孔底扩径钻头上升至地面。

如图5所示，为A型孔底扩径钻头传动结构闭合状态与完全张开状态的俯视图：嵌套的主动力杆2，A型次动力杆11，齿轮13以及扇形齿盘9紧密衔接的动力传递结构。当次动力杆11顺时针转动时，齿轮13亦顺时针旋转带动扇形齿盘9以门柱 8为圆心旋转，将门式扩径片4推出张开；当次动力杆11逆时针转动时，齿轮13亦逆时针旋转带动扇形齿盘9以门柱8为圆心旋转，将门式扩径片4拉回合拢；门式扩径片4切削孔壁泥土的力量主要来源于旋挖钻机钻杆的扭矩，一次切削孔壁泥土的进尺取决于旋挖钻机钻杆的向下方向的压力大小。

如图6所示，为B型孔底扩径钻头的结构示意图：主动力杆2可在筒体1内活动，但主动力杆2的转动与筒体1始终同步。当该门式扩径片4闭合时，构成筒体侧壁的一部分，便于从孔径中通过，闭合后的缝隙也利于收集的泥浆中水分的沥出。

如图7所示，为B型孔底扩径钻头的主动力杆、稳定杆5与上下底结构示意图：方管形状的主动力杆2下端对称布置有一对齿条17，动力杆2下端只可在方管形状的B型次动力杆16内活动，当主动力杆2旋转时，该结构可以使上底3与下底7及主动力杆2与旋挖钻机钻杆保持同步旋转；当主动力杆齿2下行时，两个动力齿轮18都向内旋转；当主动力杆齿2上行时，两个动力齿轮18都向外旋转。该B型次动力杆16上的两组齿轮（每组各四个齿轮）转动时，可保持其啮合和夹持的弧形齿轨19在水平方向转动。而且，该结构可以保证当主动力杆2上行时门式扩径片4会紧紧闭合，以及筒体1随该孔底扩径钻头上升至地面。

如图8所示，为B型孔底扩径钻头传动结构闭合状态与完全张开状态的俯视图：嵌套的固定杆5，主动力杆2，B型次动力杆17，动力齿轮18，弧形齿轨19以及动力齿盘9紧密衔接的动力传递结构。当主动力杆2下行时，B型次动力杆17上面的两组动力齿轮18都向内转动，带动动力齿盘9上的弧形齿轨19转动，使门式扩径片4张开；当主动力杆2上行行时，B型次动力杆17上面的两组动力齿轮18都向外转动，带动动力齿盘9上的弧形齿轨19转动，使门式扩径片4闭合。

以上所述，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。