专利名称：用于将钻探件引入到土壤中的钻进设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将钻探件引入到土壤中的钻进设备，其包括旋转驱动装置，其支撑在钻架上以引导可旋转且可滑动地设置在钻架上的钻探件；以及转动装置，其具有可通过至少一个工作缸体而转动的夹头。
本发明还涉及一种用于将钻探件引入到土壤中的方法，其中钻探件可通过旋转驱动装置而旋转，并且可沿着钻架滑动。
背景技术：
在现有技术中已经知道了多种钻土机，其尤其用于针对地基测量的专家地基工程中。利用这些钻土机就可通过钻具来得到钻孔，然后例如用混凝土来填充该孔，以便生成基桩。此外，利用钻进设备还可以将带有螺旋尖端(screw tip)的锚定螺栓或螺旋钻孔桩直接拧入到土壤中。尤其是在后一种情况下，对于较大的桩长来说需要有较大的扭矩，以便将桩旋入到土壤中。
钻进设备的驱动装置按照预期的最大扭矩来设计，因此，驱动装置构成了钻进设备中的最大成本因素。
为了生产出加固的钻孔，已经知道可以在钻进设备上另外设置钻孔加固机，其用于拧入到支撑套管中。这种钻孔加固机具有可通过工作缸体而转动的夹头。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻进设备，利用这种设备，即使是需要有非常大动力的钻进操作也能够通过非常简单且成本效率合算的结构来进行。另外，本发明的另一目的是提供一种用于将钻探件引入到土壤中的有效的方法。
关于装置方面和方法方面的目的可通过下述介绍来实现。在下文中还阐述了本发明的优选实施例。
根据本发明的钻进设备的特征在于，转动装置固定在钻架上，并且可与由旋转驱动装置来驱动的钻探件相接合，以便加强扭矩。
本发明的基本思想在于，转动装置直接设于钻架上，转动装置与钻探件直接地接合，因此除了正常旋转驱动之外，至少可在一些特定时间点处在钻探件上施加了额外的扭矩。钻探件可以是在引入后可从钻孔中再次抽出的钻具，或者是直接用作地基件并留在土壤中的螺旋钻孔桩或锚固件。如果旋转驱动装置的扭矩不足以引入钻探件的话，那么可通过转动装置来进行扭矩加强。通过使用带有可使之转动的工作缸体的夹头，就可以产生针对有限转动角度的非常大的扭矩。由于经验表明，在钻进期间，最大钻进扭矩并不存在于整个钻进期间内，而是只在非常有限的时间点处以峰值载荷的形式存在，因此对于正常钻进扭矩来说，钻进设备的驱动装置能够以成本效率合算的方式来设置。为了渡过扭矩峰值，可以采用扭矩加强。
根据本发明，转动装置优选固定在钻架的下端部分上。即使钻探件几乎完全地插入到土壤内，这也允许实现扭矩加强。
根据本发明所实现的一项有效的钻进操作是，转动装置通过支承轴承支撑在钻架上，夹头可通过该支承轴承而枢轴转动和/或转动。结果，即使在所述钻探件的进给运动期间，扭矩加强也可以作用在钻探件上。
根据本发明所实现的一种尤其是无张力的设置是，夹头的至少一个工作缸体和/或支撑臂通过支承轴承而安装在万向节上。结果，钻探件的一定偏差可由支承轴承来灵活地补偿，因此能够通过转动装置始终实现非常好的扭矩传递。
本发明的另一实施例的特征在于，夹头具有两个夹紧爪，它们可通过夹紧缸体而在夹紧位置和自由转动位置之间进行调节。可调节的夹头允许在整个长度上夹紧钻探件，并能够补偿钻探件的直径差异。可调节夹紧爪以安装各个夹紧件，以便在夹紧位置中保证良好的传动力，并在自由转动位置中维持距钻探件的距离。转动装置的夹紧缸体和工作缸体优选设计为液压缸，其能够产生非常大的作用力。
原则上，钻探件的进给可仅由旋转驱动装置通过位于钻探件上的相应螺纹来施加。进给例如可通过钢绳绞盘或齿条来进行。另外，钻架可设计成导杆(leader)，并且钻架的上部可相对于钻架基部运动。
最后，根据本发明设置了控制装置，旋转驱动装置、进给驱动装置和转动装置可通过该控制装置而以协调的方式工作。因此，控制装置能够使连续式旋转驱动装置与非连续式转动装置协调工作。因此，在转动装置提供的扭矩加强的期间，旋转驱动装置也可以非连续的方式工作。
对于具有很高灵活性的钻进设备来说，根据本发明，钻架可枢轴转动地支撑于钻架车上。这样，钻架可与转动装置一起在大致垂直的工作位置和大致水平的传送位置之间枢轴转动。
根据本发明的方法的特征在于，具有夹头的转动装置与钻探件相接合，通过转动装置并借助于至少一个工作缸体来将加强扭矩施加到钻探件上。这样，转动装置便可抵消扭矩峰值，使得对于正常扭矩载荷来说，连续式旋转驱动装置可以成本效率合算的方式来布置。
对于有效的钻进过程来说，根据本发明，转动装置可以枢轴转动，和/或与钻探件一起至少逐步地沿钻进方向运动。为此，转动装置可动地设置成在可上方位置和下方位置之间穿过钻架上的相应枢轴或滑动轴承。优选设置有复位装置，通过它可将转动装置从下方位置再次复位到上方位置。在上方位置中，转动装置可响应于进给并通过与钻探件的相应夹紧来再次运动到下方位置。
为了使非连续式和连续式驱动装置协调或同步，根据本发明，可以协调的方式来控制旋转驱动装置的旋转、钻探件的进给运动以及转动装置的操作。
此外，根据本发明，扭矩加强仅在特定的时期才进行，尤其是在最终钻进阶段期间。当钻探件钻入到土壤中时，由于存在更高摩擦的表面，因此扭矩载荷随钻进深度的增加而增大。因此，扭矩加强优选在最终阶段进行，以便在该时间点处也能保证可靠的转动运动。
一般来说，钻探件可由能够从钻孔中再次取出的钻具构成，例如钻探螺杆、钻探铲斗或任何其它可选择的能够以连续或非连续方式工作的钻具。然而，根据本发明，优选使用螺旋桩、尤其是具有锥形螺旋尖端的螺旋桩来用作钻探件。尤其是在这种带有螺杆螺纹的基桩的钻入期间，通常必须施加很大的扭矩，这是因为有相当大量的土壤被排出，因此产生了很大的表面摩擦。
本发明的另一实施例在于，为了进行地基测量，应驱动螺旋桩穿过松散土层直至实心土层，并进行扭矩加强以便引入到实心土层中。因此，通过旋转驱动装置，螺旋桩便可螺旋式穿过松散土层，并在钻孔加固机的帮助下有效地锚固于实心土层中。
在下文中将通过由附图示意性示出的优选实施例来描述本发明。在附图中图1显示了根据本发明的钻进设备的侧视图；图2显示了转动装置的示意性侧视图；图3显示了图2所示转动装置的顶视图；和图4显示了处于不同转动位置的转动装置的顶视图。
具体实施例方式
图1所示的根据本发明的钻进设备10具有设计成履带的钻架车20，在其上铰接了钻架14，该钻架可在水平传送位置和所示出的垂直工作位置之间枢轴转动。钻架14可通过液压缸而以已知的方式枢轴转动，其构造成所谓的导杆，并带有固定的钻架基部16，在钻架基部16上通过可动装置可滑动地支撑了可动钻架15。
在可动钻架15上通过进给驱动装置26可滑动地支撑了旋转驱动装置12，该旋转驱动装置用于驱动这里未示出的钻探件。在钻架14的下端固定了用于扭矩加强件的转动装置30，其将在下文中更详细地说明。
在图3中显示了带有夹头32的转动装置30，夹头32封住了钻探件50。图3所示的夹头32处于可自由运动的位置，其中夹头与被封住的钻探件50的所有侧面均间隔开，使得钻探件50可穿过夹头32在钻进方向上自由地运动，该钻进方向垂直于图幅平面延伸。
夹头32包括拱形夹头基体31，在其两端处分别可枢轴转动地铰接了夹紧爪33，34。这两个夹紧爪33，34的自由端设置成彼此相对，并通过夹紧缸体46相连。通过使夹紧缸体46收回，夹紧爪33，34便可彼此相对地运动，因此便可建立起与钻探件50的强制锁定连接。
夹头基体31经由长度可调节的支撑臂38并通过支承轴承40而固定在钻架14上。对于万向悬架来说，支承轴承40具有水平旋转螺栓42，其可旋转地支撑在支承块45中。在水平旋转螺栓42上设有垂直定向的垂直旋转螺栓44，在该螺栓44上可枢轴转动地支撑了支撑臂38的朝向钻架的端部以及两个工作缸体35，36的朝向钻架的端部。工作缸体35，36用于使夹头32相对于支承轴承40转动，并且工作缸体35，36的朝向夹头的端部分别在其中夹紧爪33，34也支撑于夹头基体31上的位置点处可枢轴转动地支撑于夹头基体31上。
支承轴承40使得夹头32能够在钻探件50沿钻进方向运动时随从被夹紧的钻探件50的运动，如图2示意性所示。当在钻进操作期间钻探件50产生进给运动时，处于夹紧位置中的夹头32与其工作缸体35，36一起随从钻探件50朝向地底的运动。在夹紧缸体46已经打开之后，夹头32必须被向上复位以便进行新的转动操作，这可通过复位装置60来实现。
所示的复位装置60包括支撑于水平旋转螺栓42上的压板62，可通过靠在对接板64上的压缩弹簧66来使该压板62复位。
在图4a到4c中示意性地显示了转动装置30的扭矩加强操作。图4b显示了已经结合图3描述过的可自由运动的位置。
根据图4a，夹紧缸体46收回，夹紧爪33，34以强制锁定的方式将钻探件50封住。通过使第一工作缸体35收回并使第二工作缸体36伸出，就可以使夹头32逆时针转动，因而使被夹紧的钻探件50逆时针转动。这种转动可用于加强扭矩。
另一方面，根据图4c，通过使第一工作缸体35伸出并使第二工作缸体36收回，就可以实现夹头的顺时针转动。
权利要求
1.一种用于将钻探件引入到土壤中的钻进设备，其包括旋转驱动装置，其支撑在钻架上以引导可旋转且可滑动地设置在所述钻架上的钻探件，和转动装置，其具有可通过至少一个工作缸体而转动的夹头，其中，所述转动装置固定在所述钻架上，并且可与由所述旋转驱动装置所驱动的所述钻探件相接合，以便加强扭矩。
2.根据权利要求1所述的钻进设备，其特征在于，所述转动装置固定在所述钻架的下端部分上。
3.根据权利要求1所述的钻进设备，其特征在于，所述转动装置通过支承轴承而支撑于所述钻架上，所述夹头可通过所述支承轴承而枢轴转动和/或在钻进方向上运动。
4.根据权利要求3所述的钻进设备，其特征在于，所述至少一个工作缸体和/或所述夹头(32)的支撑臂通过所述支承轴承而以万向节的方式被安装。
5.根据权利要求1所述的钻进设备，其特征在于，所述夹头具有两个夹紧爪，它们可通过夹紧缸体而在夹紧位置和自由运动位置之间调节。
6.根据权利要求1所述的钻进设备，其特征在于，设置了进给驱动装置以使所述钻探件沿所述钻架运动。
7.根据权利要求6所述的钻进设备，其特征在于，设置了控制装置，通过所述控制装置可以协调的方式来操作所述旋转驱动装置、进给驱动装置和转动装置。
8.根据权利要求1所述的钻进设备，其特征在于，所述钻架可枢轴转动地支撑在钻架车上。
9.一种用于将钻探件引入到土壤中的方法，其中通过旋转驱动装置来使所述钻探件旋转并沿着钻架运动，具有夹头的转动装置与所述钻探件相接合，和通过所述转动装置并借助于至少一个工作缸体来将加强扭矩施加到所述钻探件上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述转动装置可以枢轴转动，和/或与所述钻探件一起至少逐步地沿钻进方向运动。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过协调的方式来控制所述旋转驱动装置的旋转、所述钻探件的进给运动以及所述转动装置的操作。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，仅在特定的时期、尤其是在最终钻进阶段期间进行扭矩加强。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，采用螺旋桩、尤其是具有锥形螺旋尖端的螺旋桩来用作钻探件。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，为了进行地基测量，驱动所述螺旋桩穿过松散土层直至实心土层，并进行扭矩加强以便引入到所述实心土层中。
全文摘要
本发明涉及一种用于将钻探件引入到土壤中的钻进设备和方法。钻探件可旋转且可滑动地支撑于钻架上，并且通过位于钻架上的旋转驱动装置来施加扭矩。为了加强扭矩，在钻架上固定了可与被驱动的钻探件相接合的额外的转动装置。
文档编号E02D5/22GK1601045SQ20041008511
公开日2005年3月30日 申请日期2004年9月24日 优先权日2003年9月24日
发明者W·哈陶泽尔 申请人:包尔机械有限公司