TWI752413B

TWI752413B - 鑽地裝置

Info

Publication number: TWI752413B
Application number: TW109104271A
Authority: TW
Inventors: 林煙欽
Original assignee: 林煙欽
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2022-01-11
Also published as: TW202130900A

Abstract

一種鑽地裝置，其包括一鑽頭、一軸體、一驅動器、一立管以及一外套管。軸體連接於鑽頭。驅動器連接於軸體，驅動軸體旋轉且驅動鑽頭旋轉。立管套設於軸體且與軸體連動，立管包括管體以及複數個第一凸肋，該等第一凸肋設置於管體的外周壁且沿管體的軸向延伸，鑽頭鄰近於管體的端緣。外套管係套設於立管以及鑽頭，且外套管的內周壁與立管的外周壁間具有一間距。

Description

鑽地裝置

本發明係有關於一種土木工程設備，特別是有關於一種鑽地裝置。

在土木建築的工程作業中，為了建構整個建物或構築體的穩固，通常會先進行地基工程。在某些荷載較大的建物通常利用樁基礎作為其地基工程。樁基礎的地基工程除了直接將樁柱打入地面之外，也可以先使用鑽地機具在地面鑽孔，然後在地孔中放置鋼筋籠，再灌注混凝土於地孔中而形成地基的樁柱。

現有的鑽地機具在鑽桿的前端設置一鑽頭，鑽桿的外表面是平滑表面，鑽地機具的引擎或馬達啟動後使鑽桿旋轉，同時帶動鑽頭旋轉，同時高壓的空氣從鑽桿噴出，高壓空氣可將鑽頭鑽碎的土石沿著地孔送出，如本國專利M425892所揭示者。

但是本國專利M425892的鑽地機具，由於地孔的孔徑與鑽頭的直徑有關，高壓空氣從鑽桿噴出後沿著地孔的孔壁與鑽桿之間的空間輸送，而將土石輸送至地面。由於地孔的孔壁與鑽桿之間的空間過大，高壓空氣在其中流動時，造成空氣的速度較慢，推送土石的力減小，因此無法將土石輸送至地面而使土石容易堵塞在地孔中。另外，地孔的孔壁的土石在高壓空氣輸送土石的過程中容易被移動的土石撞擊而崩落，同樣也會造成土石卡在地孔中的問題。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種鑽地裝置，其藉由在立管的外周壁設置凸肋，高壓空氣通過凸肋間的空間時高壓空氣可以維持在既定的速度，而順利地將土石輸送至地面，另外在立管的外圍設置外套管，可以隨著鑽頭下降並支撐住地孔的孔壁，防止土石崩落。

本發明的鑽地裝置的一實施例包括一鑽頭、一軸體、一驅動器、一立管以及一外套管。軸體連接於鑽頭。驅動器連接於軸體，驅動軸體旋轉且驅動鑽頭旋轉。立管套設於軸體且與軸體連動，立管包括管體以及複數個第一凸肋，該等第一凸肋設置於管體的外周壁且沿管體的軸向延伸，鑽頭鄰近於管體的端緣。外套管係套設於立管以及鑽頭，且外套管的內周壁與立管的外周壁間具有一間距。

在另一實施例中，該等第一凸肋係彼此等間隔地排列。

在另一實施例中，每一第一凸肋具有一第一頂面，第一頂面與管體的外周壁相對設置，外套管的內周壁與第一頂面間具有第一間隙。

在另一實施例中，至少兩個相鄰的該等第一凸肋間的間隔與其他該等第一凸肋間的間隔相異。

在另一實施例中，立管更包括複數個第二凸肋，該等第二凸肋設置於管體的外周壁沿該管體的軸向延伸，該等第二凸肋與該等第一凸肋彼此交錯設置。

在另一實施例中，每一該等第二凸肋與其相鄰的該等第一凸肋間具有相等的間隔。

在另一實施例中，該等第二凸肋的長度係小於該等第一凸肋的長度。

在另一實施例中，每一該等第一凸肋的截面呈矩形，每一該等第二凸肋的截面呈梯形。

在另一實施例中，該等第一凸肋的長度與該管體的長度的比值為R1，其中0.8≦R1≦1。

在另一實施例中，該等第一凸肋的長度與該管體的長度的比值R1=0.9。

在另一實施例中，該等第二凸肋的長度與該管體的長度的比值為R2，其中0.05≦R2≦0.15。

在另一實施例中，該等第二凸肋的長度與該管體的長度的比值R2=0.1。

在另一實施例中，每一該等第一凸肋具有一第一頂面，每一該等第二凸肋具有一第二頂面，第一頂面及第二頂面隙與管體的外周壁相對，第一頂面與外套管的內周壁具有一第一間隙，第二頂面與外套管的內周壁具有一第二間隙，第二間隙寬度小於第一間隙寬度。

在另一實施例中，該第一間隙具有一第一間隙寬度為D1，其中2cm≦D1≦8cm。

在另一實施例中，4cm≦D1≦6cm。

在另一實施例中，D1=5cm。

在另一實施例中，該第二間隙具有一第二間隙寬度為D2，其中1cm≦D2≦5cm。

在另一實施例中，2cm≦D2≦4cm。

在另一實施例中，D2=3cm。

在另一實施例中，管體與軸體之間具有氣流通道，且鑽頭與管體的端緣間具有一排氣間隙，氣體經由氣流通道及排氣間隙排出至管體與外套管間的間距。

本發明的鑽地裝置，在立管的外周壁設置第一凸肋，藉此可加速氣流的速度，避免土石堵塞在立管與外套管之間，而且第一凸肋提供剪切力，讓土石碎裂。外套管可支持地孔的孔壁，避免凸石移動時撞擊孔壁而造成孔壁崩塌。

請參閱第1圖、第2圖及第3圖，其表示本發明的鑽地裝置的一實施例。本發明的鑽地裝置100包括一鑽頭10、一軸體20、一驅動器30、一立管40以及一外套管50。軸體20連接於鑽頭10。驅動器30連接於軸體20，其驅動軸體20旋轉且驅動鑽頭10旋轉。立管40套設於軸體20且與軸體20連動，立管40包括管體41以及複數個第一凸肋42，第一凸肋42設置於管體41的外周壁且沿管體41的軸向延伸，鑽頭10鄰近於管體41的端緣。外套管50係套設於立管40以及鑽頭10，且外套管50的內周壁51與管體41的外周壁411間具有一間距d。

本發明的鑽地裝置100可以是可移動式的也可以是固定式的。軸體20經由接頭21連接於驅動器30。驅動器30可以是電動馬達或引擎，可以輸出扭力驅動軸體20旋轉的裝置即可，並無限定。鑽頭10設置於軸體20的一端，且具有多個刃部11，刃部11可以鏟起土石並使土石沿著刃部11之間的溝槽12向上移動。

如第2圖及第3圖所示，立管40設置於軸體20的外部且圍繞軸體20設置，立管40與軸體20之間形成間隙，此間隙形成加壓後空氣的流道。立管40可以與軸體20同心設置(coaxial)，且立管40連接於軸體20的接頭21，因此立管40可以與軸體20同步旋轉，也就是立管40可以與鑽頭10同步旋轉。在立管40包括管體41與複數個第一凸肋42。如第4圖所示，在本實施例中，管體41為圓管，第一凸肋42安裝在管體41的外周壁411且沿著管體41的軸向延伸。第一凸肋42可以是與管體41一體成形或以焊接的方式結合於管體41。請再參閱在本實施例中，第一凸肋42的兩端係分別鄰近於管體41的兩端緣。而鑽頭10則靠近管體41的其中一端緣，而且鑽頭10與管體41的端緣間形成排氣間隙。加壓後的空氣可以經由立管40與軸體20間的間隙朝鑽頭10的方向流動，並經由鑽頭10與管體41端緣間的間隙流出，將鑽頭10鏟出的土石朝地面輸送。外套管50設於立管40的外部且圍繞立管40設置，外套管50的內周壁51為光滑壁面，且外套管50的內周壁51與立管40的外周壁411間形成間距d。因此加壓後的空氣由鑽頭10與管體41端緣間的排氣間隙流出後，將鑽頭10鏟下的土石沿著外套管50的內周壁51與立管40的外周壁411間的間距d向上輸送至地面。外套管50會隨著鑽頭10向下鑽動而同步向下移動，而且外套管50的內周壁51的直徑略大於鑽頭10的直徑，而使得外套管50的外周壁52的直徑大約等於鑽頭10所鑽出的地孔的直徑。當外套管50隨著鑽頭10向下移動時，外套管50可貼附於地孔的孔壁而支持地孔的孔壁。而且當土石隨著加壓空氣上升移動時，外套管50可防止移動的土石撞擊地孔的孔壁而造成土石的崩落。

另外，請參閱第5圖，其表示本實施例的立管40的剖面。如圖所示，第一凸肋42的截面為矩形。但本發明不限於此，第一凸肋42的截面也可以是半圓形或其他形狀。在本實施例中，第一凸肋42係彼此等間距排列，如第5圖所示，在本實施例中，管體41的外周壁411上設置八個第一凸肋42，每個第一凸肋42相隔45度設置。但是第一凸肋42的數量可依照需要做適當的設定，以下的段落會做詳細的說明。管體41的內周壁51為平滑。

請參閱第6圖，每一第一凸肋42具有一第一頂面421，第一頂面421與管體41的外周壁411相對設置，外套管50的內周壁51與第一頂面421間具有一第一間隙g1。第一凸肋42的設置可以減少外套管50的內周壁51與立管40的外周壁411間形成間距d的截面積。根據流體力學的原理，當加壓空氣的流量為定值時，加壓空氣的流速與截面積成反比。本發明的立管40由於在管體41的外周壁411設置第一凸肋42，因而減少外套管50的內周壁51與立管40的外周壁411間的截面積，使加壓空氣通過時可以增加速度，而順利將土石推升至地面。雖然設置愈多的第一凸肋42可以使加壓空氣的流速愈增加，但是過多的第一凸肋42會使相鄰第一凸肋42間的間距變得過小而不易讓土石通過，甚至使土石堵塞在間隙中。所以相鄰第一凸肋42間的間距可以在加壓空氣的流速以及土石移動通過需要的最小距離之間取得平衡的數值。

另外，由於立管40會隨著軸體20轉動，第一凸肋42還可以對在外套管50的內周壁51與第一頂面421間移動的土石施加剪切力，而使土石碎裂成更小的粒徑。

請參閱第7圖、第8圖及第9圖，其表示本發明的立管的另一實施例。在本實施例中，立管40的至少兩個相鄰的第一凸肋42間的間隔與其他第一凸肋42間的間隔為相異。如第8圖所示，在立管40的管體41的外周壁411上設置九個第一凸肋42，其中右上方的第一凸肋42a與第一凸肋42b或第一凸肋42a與第一凸肋42c間的間隔小於第一凸肋42b與第一凸肋42d的間隔。本實施例的立管40適用於鑽挖河床的場合，河床的土石結構有軟硬不同，因此可由間距較小的第一凸肋42a與第一凸肋42b或第一凸肋42a與第一凸肋42c間產生較大的剪切力，而用於剪切較硬的土石結構。而其他間隔較大的第一凸肋42則可用於剪切較軟質的土石結構。

請參閱第10圖、第11圖及第12圖，其表示本發明的立管的又另一實施例。在本實施例中，立管40更包括複數個第二凸肋43，第二凸肋43設置於管體41的外周壁411沿管體41的軸向延伸，第二凸肋43與第一凸肋42彼此交錯設置。每一第二凸肋43與其相鄰的第一凸肋42間具有相等的間隔。即每一第二凸肋43與左右兩側相鄰的第一凸肋42間距有相同的間隔。

另外，如第10圖所示，第二凸肋43的長度係小於第一凸肋42的長度。第一凸肋42的長度與管體41的長度的比值為R1，其中0.8≦R1≦1。第一凸肋42的長度與管體41的長度的比值的最佳值R1=0.9。第二凸肋43的長度與管體41的長度的比值為R2，其中0.05≦R2≦0.15。第二凸肋43的長度與管體41的長度的比值的最佳值R2=0.1。第二凸肋43設置在接近管體41靠鑽頭10的一端。當鑽頭10鏟出土石之後，第二凸肋43與第一凸肋42可以對土石施加較大的剪切力，這適用於對較堅硬的地質環境進行鑽孔的情況。

如第11圖所示，第一凸肋42的截面呈矩形，第二凸肋43的截面呈梯形。第二凸肋43的相對於管體41的外壁面411的高度大於第一凸肋42的相對於管體41的外壁面411的高度。每一第一凸肋42具有第一頂面421，每一第二凸肋43具有一第二頂面431，第一頂面421及第二頂面431係與管體41的外周壁411相對，第一頂面421與外套管50的內周壁51具有一第一間隙g1，該第一間隙g1具有一第一間隙寬度為D1，其中2cm≦D1≦8cm。較佳地，4cm≦D1≦6cm。D1的最佳值為5cm。該第二間隙g2具有一第二間隙寬度為D2，其中1cm≦D2≦5cm。較佳地，2cm≦D2≦4cm。D2的最佳值為3cm。第二頂面431與外套管50的內周壁51具有一第二間隙g2，第二間隙寬度D2小於第一間隙寬度D1。

請參閱第13圖，其表示本發明的鑽地裝置的使用狀態。鑽頭10在地面鑽出地孔，同時外套管50隨著鑽頭10下降並支持地孔的孔壁，加壓後的空氣從立管40與軸體20間的流道流過，並由立管40與鑽頭10間的排氣間隙排出，使鑽頭10鏟下的土石沿著立管40與外套管50之間的間隔向上輸送至地面。藉由在立管40的外周壁411設置第一凸肋42，可以增加空氣在立管40與外套管50之間流動的速度，而順利將土持輸送至地面，避免土石產生堵塞的問題，同時第一凸肋42會隨著軸體20旋轉，而對移動的土石施加剪切力，使土石碎裂。而外套管50可以支持地孔的孔壁，防止移動的土石撞擊，因而避免地孔崩塌。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的”第一”、”第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

10:鑽頭 11:刃部 12:溝槽 20:軸體 21:接頭 30:驅動器 40:立管 50:外套管 41:管體 42、42a、42b、42c、42d:第一凸肋 43:第二凸肋 51:內周壁 52:外周壁 100:鑽地裝置 411:外周壁 421:第一頂面 431:第二頂面 D1:第一間隙寬度 D2:第二間隙寬度 g1:第一間隙 g2:第二間隙 d:間距

第1圖為本發明的鑽地裝置的示意圖。第2圖為本發明的鑽地裝置的立體圖。第3圖為第2圖的鑽地裝置移除外套管的立體圖。第4圖為第3圖的鑽地裝置的立管的一實施例的立體圖。第5圖為第4圖的立管的徑向剖視圖。第6圖為第2圖的鑽地裝置的立管及外套管的組合的徑向剖視圖。第7圖為本發明的鑽地裝置的立管的另一實施例的立體圖。第8圖為第2圖的鑽地裝置的徑向剖視圖。第9圖為具有第7圖的立管的鑽地裝置的立管及外套管的組合的徑向剖視圖。第10圖為本發明的鑽地裝置的立管的又另一實施例的立體圖。第11圖為第10圖的立管的徑向剖視圖。第12圖為第10圖的立管的及外套管的組合的徑向剖視圖。第13圖為本發明的鑽地裝置的使用狀態示意圖。

10:鑽頭

20:軸體

30:驅動器

40:立管

50:外套管

100:鑽地裝置

Claims

一種鑽地裝置，其包括：一鑽頭(10)；一軸體(20)，其連接於該鑽頭(10)；一驅動器(30)，連接於該軸體(20)，驅動該軸體(20)旋轉且驅動該鑽頭(10)旋轉；一立管(40)，其套設於該軸體(20)且與該軸體(20)連動，該立管(40)包括一管體(41)以及複數個第一凸肋(42)，該等第一凸肋(42)設置於該管體(41)的一外周壁(411)且沿該管體(41)的軸向延伸，該鑽頭(10)鄰近於該管體(41)的端緣，該立管(40)更包括複數個第二凸肋(43)，該等第二凸肋(43)設置於該管體(41)的該外周壁(411)沿該管體(41)的軸向延伸，該等第二凸肋(43)與該等第一凸肋(42)彼此交錯設置；以及一外套管(50)，套設於該立管(40)以及該鑽頭(10)，且該外套管(50)的一內周壁(51)與該管體(41)的該外周壁(411)間具有一間距(d)。
如請求項1所述之鑽地裝置，其中該等第一凸肋(42)係彼此等間隔地排列。
如請求項1所述之鑽地裝置，其中每一該等第一凸肋(42)具有一第一頂面(421)，該第一頂面(421)與該管體(41)的該外周壁(411)相對設置，該外套管(50)的該內周壁(51)與該第一頂面(421)間具有一第一間隙(g1)。
如請求項1所述之鑽地裝置，其中至少兩個相鄰的該等第一凸肋(42)間的間隔與其他該等第一凸肋(42)間的間隔相異。
如請求項1所述之鑽地裝置，其中每一該等第二凸肋(43)與其相鄰的該等第一凸肋(42)間具有相等的間隔。
如請求項1所述之鑽地裝置，其中該等第二凸肋(43)的長度係小於該等第一凸肋(42)的長度。
如請求項1所述之鑽地裝置，其中每一該等第一凸肋(42)的截面呈矩形，每一該等第二凸肋(43)的截面呈梯形。
如請求項7所述之鑽地裝置，其中該等第一凸肋(42)的長度與該管體(41)的長度的比值為R1，其中0.8≦R1≦1。
如請求項8所述之鑽地裝置，其中該等第一凸肋(42)的長度與該管體(41)的長度的比值R1=0.9。
如請求項7所述之鑽地裝置，其中該等第二凸肋(43)的長度與該管體(41)的長度的比值為R2，其中0.05≦R2≦0.15。
如請求項10所述之鑽地裝置，其中該等第二凸肋(43)的長度與該管體(41)的長度的比值R2=0.1。
如請求項1所述之鑽地裝置，其中每一該等第一凸肋(42)具有一第一頂面(421)，每一該等第二凸肋(43)具有一第二頂面(431)，該第一頂面(421)及該第二頂面(431)係與該管體(41)的該外周壁(411)相對，該第一頂面(421)與該外套管(50)的該內周壁(51)具有一第一間隙(g1)，該第二頂面(431)與該外套管(50)的該內周壁(51)具有一第二間隙(g2)，該第二間隙(g2)的寬度小於該第一間隙(g1)的寬度。
如請求項12所述之鑽地裝置，其中該第一間隙(g1)具有一第一間隙寬度為D1，其中2cm≦D1≦8cm。
如請求項13所述之鑽地裝置，其中4cm≦D1≦6cm。
如請求項14所述之鑽地裝置，其中D1=5cm。
如請求項12所述之鑽地裝置，其中該第二間隙(g2)具有一第二間隙寬度為D2，其中1cm≦D2≦5cm。
如請求項16所述之鑽地裝置，其中2cm≦D2≦4cm。
如請求項17所述之鑽地裝置，其中D2=3cm。
如請求項1至18項中任一項所述之鑽地裝置，其中該管體(41)與該軸體(20)之間具有氣流通道，且該鑽頭(10)與該管體(41)的該端緣間具有一排氣間隙，氣體經由該氣流通道及該排氣間隙排出至該管體(41)與該外套管(50)間的該間距。