CN102425387B - 一种硬岩取芯机构及桩工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及桩工设备技术领域，公开了一种硬岩取芯机构，包括加压装置、回转装置、筒钻及沿水平方向进行伸缩的支撑装置，所述加压装置的上端与所述支撑装置的下端连接，所述加压装置的下端与所述回转装置的上端连接，所述筒钻与所述回转装置的动力输出端连接，所述筒钻的底部设有不少于一个的钻齿，所述筒钻的内侧设有卡芯结构。这种结构的硬岩取芯机构一回次操作可实现硬岩岩芯的切割、剪断及取芯，钻进效率较高；该硬岩取芯机构还具有孔底动力大、加压力大及入岩能力强等特点；采用筒钻环切的形成对硬岩进行切割，钻齿消耗较小，施工成本较低。本发明还公开了一种具有上述硬岩取芯机构的桩工设备。
Description
技术领域
本发明涉及桩工设备技术领域，尤其涉及一种钻进效率较高的硬岩取芯机构。本发明还涉及一种具有上述硬岩取芯机构的桩工设备。
背景技术
桩工通常采用旋挖钻机、循环钻机、冲击钻等桩工设备进行施工。在桩工作业过程中，很多情况下会遇到硬岩地层，对硬岩地层的钻进，通常采用上述桩工设备先对岩石进行破碎，再循环清渣或者捞取钻渣，从而使得钻进效率较低。
现有技术中，旋挖钻机施工还可采用一些特殊工艺或者选择合适钻头进行岩石取芯，但是取芯效率较低，岩石强度较高时，还需采用特殊钻齿钻进，钻齿消耗大，施工成本较高。
因此，如何研发出一种钻进效率较高且施工成本较低的硬岩取芯机构，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种硬岩取芯机构，该硬岩取芯机构钻进效率较高且施工成本较低。本发明的第二个目的是提供一种具有上述硬岩取芯机构的桩工设备。
为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种硬岩取芯机构，包括加压装置、回转装置、筒钻及沿水平方向进行伸缩的支撑装置，所述加压装置的上端与所述支撑装置的下端连接，所述加压装置的下端与所述回转装置的上端连接，所述筒钻与所述回转装置的动力输出端连接，所述筒钻的底部设有不少于一个的钻齿，所述筒钻的内侧设有卡芯结构。
优选的，所述支撑装置包括不少一个的沿水平方向延伸的支撑油缸。
优选的，所述加压装置包括不少于一个的沿竖直方向延伸的加压油缸。
优选的，多个加压油缸沿圆周方向均匀分布。
优选的，所述支撑装置的上端固定有用于连接钻杆的转接器。
优选的，卡芯结构为不少于一个的楔形块，所述楔形块的沿筒钻内侧轴向设置，且所述楔形块的上端厚度大于下端厚度。
优选的，所述回转装置包括由液压油驱动的回转马达，回转马达的动力输出端与所述筒钻的上端连接。
本发明提供的硬岩取芯机构包括加压装置、回转装置、筒钻及沿水平方向进行伸缩的支撑装置，所述加压装置的上端与所述支撑装置的下端连接，所述加压装置的下端与所述回转装置的上端连接，所述筒钻与所述回转装置的动力输出端连接，所述筒钻的底部设有不少于一个的钻齿，所述筒钻的内侧设有卡芯结构。
在桩工作业工程中，桩孔钻进遇到硬岩等难于钻进稳定地层时，可通过装有钢丝绳或其他柔性部件的上提装置将支撑装置的上端与旋挖钻机或其他主机连接，将本发明的硬岩取芯机构下放至孔底，将支撑装置伸出至孔壁岩层内，在水平方向固定支撑在孔内；回转装置转动，加压装置施加竖直方向的压力，此时，在强大的扭矩、加压力及孔侧壁对支撑装置的摩擦力的作用下，筒钻上装配的钻齿进入岩层内，对岩层进行环切；持续钻进至一定深度，直至环切岩芯与筒钻内侧的卡芯结构接触，卡芯结构对岩芯施加一定弯矩作用，该弯矩作用与回转装置施加的扭矩作用形成耦合，岩芯在此耦合力作用下较容易地被剪切断；岩芯被剪断后，卡芯结构卡紧被剪断的岩芯，支撑装置在水平方向缩回复位，加压装置在竖直方向缩回复位；旋挖钻机或其他主机通过上提装置将该硬岩取芯机构上提至孔外，回转装置正反转操作，将岩芯震落，完成一回次操作，可以不断重复进行上述操作，直至钻透硬岩等难于钻进稳定地层。
这种结构的硬岩取芯机构一回次操作可实现硬岩岩芯的切割、剪断及取芯，钻进效率较高；该硬岩取芯机构还具有孔底动力大、加压力大及入岩能力强等特点，动力传递链短，节省能耗，能够输出较大的扭矩；采用筒钻环切的形成对硬岩进行切割，钻齿消耗较小，施工成本较低。
为了实现上述第二个目的，本发明还提供了一种桩工设备，包括钻杆、硬岩取芯机构，所述硬岩取芯机构为上述的硬岩取芯机构，所述钻杆的下端与所述支撑装置的上端连接。由于上述的硬岩取芯机构具有上述技术效果，具有该硬岩取芯机构的桩工设备，也应具备相应的技术效果。
优选的，所述支撑装置的上端固定有用于连接钻杆的转接器，所述钻杆与所述转接器连接。
优选的，所述钻杆为多层摩阻钻杆或多层机锁钻杆。
附图说明
图1为本发明所提供的硬岩取芯机构的一种具体实施方式的结构示意图；
其中，图1中：
筒钻1、回转装置2、加压装置3、支撑装置4、转接器5、钻杆6、钻齿7、楔形块8、加压油缸9、支撑油缸10。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参看图1，图1为本发明所提供的硬岩取芯机构的一种具体实施方式的结构示意图。
如图1所示，本发明提供的硬岩取芯机构包括加压装置3、回转装置2、筒钻1及沿水平方向进行伸缩的支撑装置4，所述加压装置3的上端与所述支撑装置4的下端连接，所述加压装置3的下端与所述回转装置2的上端连接，所述筒钻1与所述回转装置2的动力输出端连接，所述筒钻1的底部设有不少于一个的钻齿7，所述筒钻1的内侧设有卡芯结构。
在桩工作业工程中，桩孔钻进遇到硬岩等难于钻进稳定地层时，可通过装有钢丝绳或其他柔性部件的上提装置将支撑装置4的上端与旋挖钻机或其他主机连接，将本发明的硬岩取芯机构下放至孔底，将支撑装置4伸出至孔壁岩层内，在水平方向固定支撑在孔内；回转装置2转动，加压装置3施加竖直方向的压力，此时，在强大的扭矩、加压力及孔侧壁对支撑装置4的摩擦力的作用下，筒钻1上装配的钻齿7进入岩层内，对岩层进行环切；持续钻进至一定深度，直至环切岩芯与筒钻1内侧的卡芯结构接触，卡芯结构对岩芯施加一定弯矩作用，该弯矩作用与回转装置2施加的扭矩作用形成耦合，岩芯在此耦合力作用下较容易地被剪切断；岩芯被剪断后，卡芯结构卡紧被剪断的岩芯，支撑装置4在水平方向缩回复位，加压装置3在竖直方向缩回复位；旋挖钻机或其他主机通过上提装置将该硬岩取芯机构上提至孔外，回转装置2正反转操作，将岩芯震落，完成一回次操作，可以不断重复进行上述操作，直至钻透硬岩等难于钻进稳定地层。
这种结构的硬岩取芯机构一回次操作可实现硬岩岩芯的切割、剪断及取芯，钻进效率较高；该硬岩取芯机构还具有孔底动力大、加压力大及入岩能力强等特点，动力传递链短，节省能耗，能够输出较大的扭矩；采用筒钻1环切的形成对硬岩进行切割，钻齿7消耗较小，施工成本较低。
具体的实施方式中，支撑装置4可以包括不少于一个的沿水平方向延伸的支撑油缸10，本发明提供的硬岩取芯机构放入孔底时，支撑油缸10沿水平方向伸出，伸入孔壁岩层内，在水平方向对硬岩取芯机构进行固定；岩芯被剪断后，支撑油缸10从孔壁岩层中缩回复位，以便将硬岩取芯机构从孔内取出。
优选的方案中，多个支撑油缸10可沿圆周方向均布分布，以更加牢固地固定硬岩取芯机构，在切割硬岩时提供更大的摩擦力。
具体的方案中，加压装置3可以包括不少于一个的沿竖直方向延伸的加压油缸9，回转装置2在带动筒钻1环切岩芯时，加压油缸9伸出，加压油缸9的上端抵靠已经被固定的支撑装置4，下端对回转装置2施加向下的压力，在该压力的作用下，筒钻1可在竖直方向环切岩芯，增加筒钻1的入岩能力；岩芯被剪断后，加压油缸9缩回复位。
优选方案中，多个加压油缸9可沿圆周方向均匀分布，以使得筒钻1圆周方向所受到的压力大小均匀。
具体的方案中，回转装置2包括由液压油驱动的回转马达，回转马达的动力输出端与筒钻1的上端连接，由回转马达为筒钻1提供回转扭矩。
优选方案中，卡芯结构可以为不少于一个的楔形块8，楔形块8沿筒钻1内侧轴向设置，楔形块8的上端厚度大于下端厚度，即楔形块8的小端靠近钻齿7，楔形块8的大端远离钻齿7。筒钻1向下环切岩芯时，楔形块8的小端逐渐进入岩芯内，楔形块8对岩芯施加一定的弯矩作用，该弯矩作用与回转装置2施加的扭矩作用形成耦合，在耦合力的作用下可将岩芯剪断。
优选方案，为了便于上提装置对硬岩取芯机构进行下放或上提操作，可在支撑装置4的上端固定有用于连接钻杆6的转接器5，进一步的方案中，转接器5上设有连接孔，转接器5可通过该连接孔与钻杆6装配，可通过下放或提升钻杆6实现硬岩取芯机构的下放或上提。
本发明还提供了一种桩工设备，包括钻杆、硬岩取芯机构，所述硬岩取芯机构为上述的硬岩取芯机构，所述钻杆的下端与所述支撑装置的上端连接。由于上述的硬岩取芯机构具有上述技术效果，具有该硬岩取芯机构的桩工设备，也应具备相应的技术效果，在此不再做详细介绍。
优选方案中，所述支撑装置的上端固定有用于连接钻杆的转接器，所述钻杆与所述转接器连接，可通过下放或提升钻杆实现硬岩取芯机构的下放或上提。
具体的方案中，该桩工设备可以为旋挖钻机、循环钻机、冲击钻等设备。
优选方案中，所述钻杆可采用多层摩阻钻杆或多层机锁钻杆。
以上所述仅是发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种硬岩取芯机构，其特征在于，包括加压装置、回转装置、筒钻及沿水平方向进行伸缩的支撑装置，所述加压装置的上端与所述支撑装置的下端连接，所述加压装置的下端与所述回转装置的上端连接，所述筒钻与所述回转装置的动力输出端连接，所述筒钻的底部设有不少于一个的钻齿，所述筒钻的内侧设有卡芯结构；
卡芯结构为不少于一个的楔形块，所述楔形块的沿筒钻内侧轴向设置，且所述楔形块的上端厚度大于下端厚度。
2.根据权利要求1所述的硬岩取芯机构，其特征在于，所述支撑装置包括不少一个的沿水平方向延伸的支撑油缸。
3.根据权利要求1所述的硬岩取芯机构，其特征在于，所述加压装置包括不少于一个的沿竖直方向延伸的加压油缸。
4.根据权利要求3所述的硬岩取芯机构，其特征在于，多个加压油缸沿圆周方向均匀分布。
5.根据权利要求1所述的硬岩取芯机构，其特征在于，所述支撑装置的上端固定有用于连接钻杆的转接器。
6.根据权利要求1所述的硬岩取芯机构，其特征在于，所述回转装置包括由液压油驱动的回转马达，回转马达的动力输出端与所述筒钻的上端连接。
7.一种桩工设备，包括钻杆、硬岩取芯机构，其特征在于，所述硬岩取芯机构为权利要求1-6任一项所述的硬岩取芯机构，所述钻杆的下端与所述支撑装置的上端连接。
8.根据权利要求7所述的桩工设备，其特征在于，所述支撑装置的上端固定有用于连接钻杆的转接器，所述钻杆与所述转接器连接。
9.根据权利要求7所述的桩工设备，其特征在于，所述钻杆为多层摩阻钻杆或多层机锁钻杆。
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