CN112647839B - 自旋式气动潜孔锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自旋式气动潜孔锤，属于凿岩钻具；旨在提供一种钻进深度不受钻杆限制的气动潜孔锤。它包括通过钻杆带动气动潜孔锤回转的旋转装置，该旋转装置由依次固连的支撑盘（1）、旋转接头（2）、螺旋气动装置（3）构成；支撑盘（1）由支撑板（1‑3）、进气接头（1‑1）、吊耳（1‑2）构成，旋转接头（2）由与支撑板（1‑3）固连的上接头（2‑1）、与该上接头固连的中接头（2‑2）、与该中接头转动连通的下接头（2‑3）构成；螺旋气动装置（3）由依次固定连通的进气管（3‑1）、外壳（3‑3）、出气管（3‑4），以及通过螺旋叶片（3‑5）焊接在外壳中的导流芯体（3‑2）构成；钻杆（4）与出气管（3‑4）固定连通、该钻杆与冲击器（7）固定连通。

Description

自旋式气动潜孔锤

技术领域

本发明涉及一种气动潜孔锤，尤其涉及一种自旋式气动潜孔锤；属于建筑基础施工钻具。

背景技术

气动潜孔锤是建筑基础施工过程中用于形成桩孔的钻具，通常由冲击器、冲击锤通过花键滑动连接而成。其成孔工作原理是利用安装在钻机上的动力头通过钻杆驱动气动潜孔锤旋转，并通过压缩空气推动冲击器中的活塞迫使冲击锤作上下往复冲击运动来实现岩石破碎；被破碎的岩屑随潜孔锤做功后排出的废气携带至地面，从而实现清孔、排渣。

目前通常都是采用刚性连接构件来下沉和驱动气动潜孔锤工作，存在以下缺陷：

1）钻孔深度受钻杆长度限制，无法满足深孔钻进的要求；

2）钻杆太长不仅会出现较大摆动，钻杆容易与桩孔壁发生摩擦，而且也会导致传动效率降低；

3）钻孔深度太大不仅会导致排渣困难，影响钻进效率，而且也容易加剧冲击锤快速磨损。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种结构简单、钻进深度不受钻杆长度限制、且容易排渣的自旋式气动潜孔锤。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：它包括由冲击器、冲击锤通过花键连接而成的气动潜孔锤，通过钻杆带动该气动潜孔锤回转的旋转装置；所述旋转装置由自上而下依次固定连接的支撑盘、旋转接头和螺旋气动装置构成，其中，支撑盘由固定在支撑板上的进气接头和两个吊耳构成；旋转接头由固定在支撑板背面并与进气接头连通的上接头、与该上接头固定对接连通的中接头、通过轴承组件与该中接头下端转动对接连通的下接头构成；螺旋气动装置由自上而下依次固定对接连通的进气管、外壳、出气管，以及通过若干螺旋叶片焊接在外壳中呈子弹状的导流芯体构成；进气管与下接头的下端口固定对接连通；钻杆为空心管状结构，其上端口与出气管的下端口固定对接连通、钻杆的下端口通过螺套与冲击器固定对接连通。

吊耳分布于进气接头的两侧。

轴承组件由深沟球轴承和推力滚子轴承组成。

进气管为倒立的漏斗状结构，出气管为漏斗状结构。

在螺旋气动装置与螺套之间有安装在钻杆上的集渣装置，该集渣装置由空套在钻杆上的两个滑套、对应地固定在各滑套上的支架、与各支架固定连接并置于螺套顶面的集渣筒、分布于钻杆两侧并固定在支架上的两个第二吊耳构成。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，因此至少具有以下优点：

1）采用气动旋转装置替代钻机的液压动力头或电机动力头，并增加了旋转接头，因此可在钻机与气动潜孔锤之间采用钢绳实现软连接，并利用压缩空气驱动气动潜孔锤回转。彻底克服了传统结构的气动潜孔锤钻进深度受钻杆长度限制的缺陷，可实现大深度桩孔成孔。

2）由于增加了集渣装置，因此在深孔钻进过程中可将储存的岩石碎渣提升至地面，实现清孔排渣；既可提高钻进效率、又能减轻冲击锤磨损。

3）由于位于集渣筒中的钻杆长度大大缩短、提高了刚性，因此在旋转过程中钻杆不会因大幅度摆动而与孔壁发生摩擦，传动效率也不会损耗。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的A—A剖视图；

图3是本发明旋转装置的结构示意图；

图4是图1中的俯视图；

图5是图1中的B—B剖视图。

图中：支撑盘1、进气接头1-1、吊耳1-2、支撑板1-3、旋转接头2、上接头2-1、中接头2-2、下接头2-3、轴承组件2-4、螺旋气动装置3、进气管3-1、导流芯体3-2、外壳3-3、出气管3-4、螺旋叶片3-5、钻杆4、集渣装置5、第二吊耳5-1、集渣筒5-2、滑套5-3、支架5-4、螺套6、冲击器7、钻杆接头7-1、桩孔8、冲击锤9、排屑槽9-1。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明。

如图1-5所示：气动潜孔锤由冲击器7、通过花键（图中未示出）与该冲击器滑动连接的冲击锤9构成。旋转装置通过钻杆4驱动所述气动潜孔锤作回转运动。所述旋转装置由自上而下依次固定连接的支撑盘1、旋转接头2和螺旋气动装置3构成，其中：

支撑盘1由固定在支撑板1-3上的进气接头1-1和两个用于连接起吊钢绳（图中未示出）的吊耳1-2构成。所述起吊钢绳能够使本发明在卷扬机的驱动下作垂直上下起落运动，从而实现钻孔深度不受钻杆长度限制，大大增强了设备的钻孔能力。

旋转接头2由通过法兰（图中未标识出）固定在支撑板1-3背面并与进气接头1-1连通的上接头2-1、通过焊接方式与该上接头对接连通的中接头2-2、通过轴承组件2-4与该中接头下端转动对接连通的下接头2-3构成。

螺旋气动装置3由通过另外的法兰（图中未标示出）自上而下依次固定对接连通的进气管3-1、外壳3-3、出气管3-4，以及通过若干螺旋叶片3-5焊接在外壳3-3中呈子弹状的导流芯体3-2构成；进气管3-1与下接头2-3的下端口对接连通。导流芯体3-2采用顶部带有锥度的子弹状结构有利于压缩气体变径流入、提高气体的流速；沿轴向自上而下按螺旋方式分布的螺旋叶片3-5与导流芯体3-2的外圆柱之间、以及与外壳3-3的内壁之间焊接密封连为一体而形成多个螺旋状的气流通道，从而可保证压缩气体沿轴向作螺旋形流动、并产生较大的切向推力。

钻杆4为空心管状结构，其上端与出气管3-4的下端口通过螺栓（图中未标示出）固定对接连通。冲击器7的钻杆接头7-1处有通过锥形螺纹固定的螺套6，钻杆4的下端口与该螺套焊接连通。

为了保证潜孔锤能够垂直升降，两吊耳1-2分别位于进气接头1-1的两侧。

为了保证旋转接头2能够承受轴向和径向的冲击力，轴承组件2-4由深沟球轴承和推力滚子轴承共同组成。

为了利于压缩空气变径流动，减少气流流动过程中压力损失，进气管3-1采用倒立的漏斗状结构、出气管3-4采用漏斗状结构。

为了便于储存岩石碎渣，在螺旋气动装置3与螺套6之间有安装在钻杆4上的集渣装置5。该集渣装置由空套在钻杆4上的两个滑套5-3、对应地焊接在各滑套5-3上呈米字形或十字形结构的支架5-4、置于螺套6顶面（该顶面为平面结构）并与各支架5-4焊接连为一体的集渣筒5-2、分布于钻杆4两侧并固定在支架5-4上用于连接拉绳（图中未示出）的两个第二吊耳5-1构成。在深孔锤钻作业过程中，当由冲击锤9底部排屑槽9-1排出的空气压力不足以将岩石碎渣携带至地面时，岩屑便回落掉入集渣筒5-2中储存。需要排渣时，只需利用卷扬机将整套装置从桩孔8中向上提起，然后再通过第二吊耳5-1将集渣筒5-2向上提起，岩屑便会自动从集渣筒5-2的底部排出。

上述实施例中的冲击器7、冲击锤9均为成熟技术，在此不再对其详细结构重复赘述。

工作时，利用外接气管（图中未示出）将进气接头1-1与空压机（图中未示出）连通，利用钢绳将吊耳1-2与卷扬机连接、并将本发明下放至桩孔8中，然后启动空压机即可。

工作原理：

压缩空气经外接气管、进气接头1-1、旋转接头2进入螺旋气动装置3中，在导流芯体3-2的均流作用下进入由外壳3-3、螺旋叶片3-5以及导流芯体3-2共同构成的螺旋通道而形成高压旋转气流，该高压旋转气流对螺旋叶片3-5产生的切向分力即可通过各螺旋叶片3-5带动整个螺旋气动装置3转动；于是通过钻杆4与该螺旋气动装置固定连接的气动潜孔锤也随之转动，从而实现钻进。

从螺旋气动装置3流出的压缩空气通过钻杆4进入冲击器7内部，该冲击器内部的活塞（图中未示出）驱动冲击锤9作上下往复冲击运动，从而实现岩石破碎。

压缩空气对冲击锤9做功以后随即通过位于该冲击锤底部的排削槽9-1向外排除，并将已经破碎的岩屑携带至地面而实现清孔、排渣。随着桩孔深度的不断增大，当排出的空气压力不足以将岩屑携带到地面时，岩屑被气流向上顶起一段距离后即回落并掉入集渣筒5-2中暂时储存；当该集渣筒5-2集满岩屑后即可通过卷扬机将本发明提升至地面，然后通过第二吊耳5-1将集渣筒5-2提起，岩屑便会从集渣筒5-2的底部自动流出而实现排渣。

Claims (5)

1.一种自旋式气动潜孔锤，包括由冲击器、冲击锤通过花键连接而成的气动潜孔锤，通过钻杆带动该气动潜孔锤回转的旋转装置；其特征在于所述旋转装置由自上而下依次固定连接的支撑盘（1）、旋转接头（2）和螺旋气动装置（3）构成，其中：

支撑盘（1）由固定在支撑板（1-3）上的进气接头（1-1）和两个吊耳（1-2）构成；

旋转接头（2）由固定在支撑板（1-3）背面并与进气接头（1-1）连通的上接头（2-1）、与该上接头固定对接连通的中接头（2-2）、通过轴承组件（2-4）与该中接头下端转动对接连通的下接头（2-3）构成；

螺旋气动装置（3）由自上而下依次固定对接连通的进气管（3-1）、外壳（3-3）、出气管（3-4），以及通过若干螺旋叶片（3-5）焊接在外壳（3-3）内壁上且呈子弹状的导流芯体（3-2）构成；进气管（3-1）与下接头（2-3）的下端口固定对接连通；

钻杆（4）为空心管状结构，其上端口与出气管（3-4）的下端口固定对接连通、钻杆（4）的下端口通过螺套（6）与冲击器（7）固定对接连通。

2.根据权利要求1所述的自旋式气动潜孔锤，其特征在于：吊耳（1-2）分布于进气接头（1-1）的两侧。

3.根据权利要求1所述的自旋式气动潜孔锤，其特征在于：轴承组件（2-4）由深沟球轴承和推力滚子轴承组成。

4.根据权利要求1所述的自旋式气动潜孔锤，其特征在于：进气管（3-1）为倒立的漏斗状结构，出气管（3-4）为漏斗状结构。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的自旋式气动潜孔锤，其特征在于：在螺旋气动装置（3）与螺套（6）之间有安装在钻杆（4）上的集渣装置（5），该集渣装置由空套在钻杆（4）上的两个滑套（5-3）、对应地固定在各滑套（5-3）上的支架（5-4）、与各支架（5-4）固定连接并置于螺套（6）顶面的集渣筒（5-2）、分布于钻杆（4）两侧并固定在支架（5-4）上的两个第二吊耳（5-1）构成。

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