钻机设备和钻机钻进方法
【专利摘要】钻机设备包括全回转钻装置和旋挖钻装置。全回转钻装置包括套管，套管的内表面具有第一卡合部。旋挖钻装置包括钻具，钻具的外侧表面具有与第一卡合部配合的第二卡合部。钻具与套管同轴设置且钻具通过第二卡合部与第一卡合部配合设置于套管内。本发明的钻机设备结构简单，操作方便，结合了旋挖钻机和全回转钻机的优点，施工效率高。本发明还涉及钻机钻进方法。
【专利说明】钻机设备和钻机钻进方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种钻机设备和钻机钻进方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着国内经济快速发展，大中型都市的城市建设再开发项目、旧城区改造、地铁隧道、地下围护结构、桥梁改扩建工程等项目的不断增加，经常需要使用旋挖钻机和全回转钻机等桩基成孔设备进行桩基的施工建设。
[0003]旋挖钻机通常包括主机、桅杆、动力头、钻杆和钻具。其中，主机上可以设置发动机系统、卷扬装置、液压系统、控制装置以及行走装置等。桅杆的底部枢接于主机，而使桅杆可在旋挖钻机施工时打开至大致竖直的状态，或者在停工时折叠至主机上。动力头设于桅杆上，并通过加压油缸或加压卷扬钢丝绳与主机相连。钻杆通过键套与动力头连接，以在动力头的驱动下转动。钻具安装在钻杆底部并可在钻杆的带动下进行钻孔作业。钻具例如是截齿捞砂斗、截齿筒钻、牙轮筒钻、螺旋钻具等用于进行旋压钻进、破碎硬岩。旋挖钻机主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层的施工，取土方便，但在遇到大面积基岩为硬岩或超硬岩地层时，受限于其破岩方式为高压碾磨或剪切破碎且动力头的扭矩不足，此时钻进效率较低。
[0004]全回转钻机通常包括主机、动力站、套管和辅助工具等，套管通过套管夹紧装置设于主机的工作装置上，套管的入土一端安装有钻具，动力站与设于主机的工作装置上的液压元件连接，液压元件驱动套管夹紧装置带动套管旋转、进行切削钻孔并控制套管的上升或下降的动作，同时利用辅助工具清除套管内的泥土、岩石等切削物。全回转钻机在下放套管后，可以在不破坏套管周边土体的情况下，将套管内的结构清除或置换，全回转钻机具有输出扭矩大、钻进效率高等特点，适于流沙、溶洞、岩层、旧桩等各种复杂地质状况下的施工，但全回转钻机不可以取土，要取土必须配合铺助工具例如多头爪等把套管内的土取出，取土效率低。
[0005]因此，在目前的施工建设工程中，旋挖钻机因取土方便，主要对粘土层施工；全回转钻机因扭矩大和钻进效率高，主要用来下放套管，并可以在岩石层中施工。但是，目前只能将旋挖钻机和全回转钻机两种设备各自施工，难以发挥它们的优势。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供了一种钻机设备，其结构简单，操作方便，结合了旋挖钻机和全回转钻机的优点，施工效率高。
[0007]本发明的另一目的在于，提供了一种钻机钻进方法，其利用结合了旋挖钻机和全回转钻机的优点的钻机设备，能有效地提高施工效率。
[0008]本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。
[0009]一种钻机设备，其包括全回转钻装置和旋挖钻装置。全回转钻装置包括套管，套管的内表面具有第一卡合部。旋挖钻装置包括钻具，钻具的外侧表面具有与第一卡合部配合的第二卡合部。钻具与套管同轴设置且钻具通过第二卡合部与第一卡合部配合设置于套管内。
[0010]本发明较佳实施例中，上述套管具有相对的第一端和第二端，套管的第一卡合部设置在套管的第一端的内表面。钻具包括主体部，主体部具有相对的第一端部和第二端部，第二卡合部设置在主体部的第一端部的外侧表面。
[0011]本发明较佳实施例中，上述第一卡合部包括多条第一凹槽，多条第一凹槽围绕套管的中轴线间隔分布，每一第一凹槽的长度方向与套管的中轴线平行。第二卡合部包括多条第一键条，多条第一键条围绕钻具的中轴线间隔分布，并与多条第一凹槽对应卡合，每一第一键条的长度方向与钻具的中轴线平行。
[0012]本发明较佳实施例中，上述套管的第一端的内表面设有多条第二键条，多条第二键条围绕套管的中轴线间隔分布，每相邻两条第二键条之间形成一条第一凹槽。
[0013]本发明较佳实施例中，上述钻具还包括连接部，连接部连接于主体部的第一端部。
[0014]本发明较佳实施例中，上述钻具还包括固定部，固定部围绕连接在连接部远离主体部的第一端部的一端。各第一键条沿长度方向延伸连接至固定部的外表面。
[0015]本发明较佳实施例中，上述套管的第一端设置有贯通套管的外表面和内表面的多个通孔。套管的第二端围绕套管的中轴线分布设置有多个钻刀头。
[0016]本发明较佳实施例中，上述钻具的主体部的第二端部围绕钻具的中轴线分布设置有多个钻齿。
[0017]本发明较佳实施例中，上述钻具还包括贯通钻具的外侧表面和内侧表面的多个导渣孔，多个导渣孔位于第一端部和第二端部之间。
[0018]一种钻机钻进方法，首先提供上述钻机设备，然后利用全回转钻装置驱动套管旋转钻进，并通过套管的第一卡合部与钻具的第二卡合部的配合由套管带动钻具旋转钻进，接着利用旋挖钻装置驱动钻具沿套管的轴向移动，并解除套管的第一卡合部与钻具的第二卡合部的配合，以进行洛土取出。
[0019]本发明的钻机设备和钻机钻进方法，由于钻机设备包括回转钻装置和旋挖钻装置，利用全回转钻装置的套管的第一卡合部和旋挖钻装置的钻具的第二卡合部配合，将钻具同轴设置于套管内，通过套管提供大扭矩传导给钻具快速钻进，再利用旋挖钻装置快速将钻具中的渣土取出，旋挖钻装置和全回转钻装置两种装置的工作无缝衔接，有效地利用了两种装置的优点，提升了施工效率。
[0020]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述钻机设备和钻机钻进方法和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明一实施例的钻机设备的局部结构示意图。
[0022]图2是本发明一实施例的全回转钻装置的套管的结构示意图。
[0023]图3是图2所示的套管的俯视结构示意图。
[0024]图4是图2所示的套管沿IV -1V线的剖视图。
[0025]图5是本发明一实施例的旋挖钻装置的钻具的结构示意图。
[0026]图6是图5所示的钻具的俯视结构示意图。
[0027]图7是图5所示的钻具的沿YD - YD线的剖视图。
【具体实施方式】
[0028]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的钻机设备和钻机钻进方法的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如下:
[0029]有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过【具体实施方式】的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
[0030]图1是本发明一实施例的钻机设备的局部剖视结构示意图。请参阅图1，钻机设备I包括全回转钻装置10和旋挖钻装置20。为了图示简洁，图1仅绘出了全回转钻装置10的主机11和套管100，仅绘出了旋挖钻装置20的钻具200、钻杆21、动力头22和桅杆23。套管100设置在全回转钻装置10的主机11上，主机11可驱动套管100旋转钻进。套管100的内表面104设置有第一卡合部110。钻具200的外侧表面203a设有与第一卡合部110配合的第二卡合部210，钻具200与套管100同轴设置，钻具200通过第二卡合部210与第一卡合部110配合设置于套管100内。钻具200与钻杆21连接，钻杆21与动力头22连接，以在动力头22的驱动下沿套管100的轴向移动，进而带动钻具200沿套管100的轴向移动。动力头22与桅杆23连接，桅杆23枢接于旋挖钻装置20的主机(图未示)，以使桅杆23打开至大致竖直的状态或者折叠至主机上。
[0031]图2是本发明一实施例的全回转钻装置的套管的结构示意图。图3是图2所示的套管的俯视结构示意图。图4是图2所示的套管的沿IV-1V线的剖视图。请参阅图2、图3和图4，套管100具有相对的第一端101和第二端102，在套管100的第一端101设置有贯通套管100的外表面103和内表面104的多个通孔105，通孔105可用于穿设钢丝绳等铺助工具以方便起重机械将套管100提起或放下。在套管100的第一端101的外表面103还设置有环绕外表面103 —周的台阶部106。在套管100的第二端102围绕套管100的中轴线(图未不)分布设置有多个钻刀头107。如图3和图4所不，在套管100的内表面104设置有第一卡合部110。第一卡合部110例如为凹槽，但并不以此为限。本实施例中，套管100的内表面104设有多条围绕套管100的中轴线间隔分布并朝套管100的内部凸起的第二键条111，优选地，多条第二键条111围绕套管100的中轴线均匀间隔分布，每一根第二键条111的长度方向与套管100的中轴线方向平行，每相邻两条第二键条111之间形成一条第一凹槽112。也即，本实施例中，第一卡合部110包括多条第一凹槽112，多条第一凹槽112围绕套管100的中轴线均匀间隔分布，每一条第一凹槽112的长度方向与套管100的中轴线平行。第一凹槽112用于配合钻具200的第二卡合部210将钻具200卡置于套管100内。值得一提的是，套管100的第一卡合部110用于限制钻具200在套管100内相对套管100绕轴向的旋转，但并未限制钻具200在套管100内相对套管100沿轴向的上下移动。
[0032]图5是本发明一实施例的旋挖钻装置的钻具的结构示意图。图6是图5所示的钻具的俯视结构示意图。图7是图5所示的钻具沿YD-YD线的剖视图。请参阅图5、图6和图7，本实施例中，钻具200为筒钻例如是截齿筒钻，但并不以此为限。钻具200包括主体部204和连接部205。主体部204大致呈圆筒状，具有相对的第一端部201和第二端部202。在钻具200的主体部204的第一端部201与连接部205连接，连接部205用于连接钻具200至旋挖钻装置20的钻杆21。在钻具200的主体部204的第二端部202围绕钻具200的中轴线(图未示)设置有多个钻齿206。在钻具200的第一端部201和第二端部202之间(也即中部位置)还设置有多个贯通钻具200的外侧表面203a和内侧表面203b的多个导渣孔207。
[0033]钻具200的第一端部201的外侧表面203a还设置有与第一卡合部110配合的第二卡合部210，第二卡合部例如是与凹槽对应卡合的键条。本实施例中，第二卡合部210包括多条第一键条211，多条第一键条211围绕钻具200的中轴线均匀间隔分布，并且与套管100的多条第一凹槽112对应卡合，每一第一键条211的长度方向与钻具200的中轴线平行。本实施例中，钻具200还包括固定部212，固定部212大致呈圆环状，并围绕连接在连接部205远离钻具200的第一端部201的一端。第一键条211延伸连接于固定部212的外表面212a，也即第一键条211的一端连接在钻具200的第一端部201的外侧表面203a，第一键条211的另一端连接在固定部212的外表面212a。
[0034]本实施例中，套管100的第一卡合部110具有六条第一凹槽112，钻具200的第二卡合部210具有三条第一键条211，使用时可将钻具200的第二卡合部210的三条第一键条211卡入套管100的第一卡合部110中的对应的间隔的三条第一凹槽112中，第一卡合部110与第二卡合部210配合将钻具200卡置于套管100内限制钻具200相对套管100的绕轴向旋转，钻具200可在旋挖钻装置20的动力头22的驱动下由钻杆21将钻具200固定在套管100内沿轴向方向的位置。
[0035]以下将对采用本发明一实施例的钻机设备的中钻机钻进方法作进一步的说明。
[0036]首先，将钻机设备I固定在要进行钻孔的作业位置，把套管100放置在全回转钻装置10的主机11的工作装置上，将旋挖钻装置20的钻具200通过第二卡合部210与套管100的第一卡合部110配合，并使得旋挖钻装置20的钻具200设置于套管100内沿轴向方向的预定位置。
[0037]其次，利用全回转钻装置10驱动套管100旋转钻进，在套管100钻进的过程中，通过套管100的第一卡合部110与钻具200的第二卡合部210的配合由套管100进一步带动钻具200旋转钻进。
[0038]接着，在钻进一段时间后，利用旋挖钻装置20通过提起钻杆21驱动钻具200沿套管100的轴向向上移动，并解除套管100的第一卡合部110与钻具200的第二卡合部210的配合，以利用钻具200进行渣土取出工作。
[0039]完成渣土取出工作后，再将钻具200设置于套管100内使套管100的第一卡合部110与钻具200的第二卡合部210的配合，再继续重复进行钻进操作。
[0040]在全回转钻装置10驱动套管100的钻进过程中，由全回转钻装置10通过套管100提供大扭矩传导给钻具200进行钻进工作，可以使旋挖钻装置20的钻具200达到快速钻进的目的，再利用旋挖钻装置快速将钻具200中的渣土取出，旋挖钻装置20和全回转钻装置10两种设备的工作无缝衔接，有效地利用了全回转钻装置10和旋挖钻装置20两种装置的优点，提升了施工效率。
[0041]以上对本发明所提供的钻机设备和钻机钻进方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种钻机设备，其特征在于，其包括全回转钻装置和旋挖钻装置，该全回转钻装置包括套管，该套管的内表面具有第一卡合部，该旋挖钻装置包括钻具，该钻具的外侧表面具有与该第一卡合部配合的第二卡合部，该钻具与该套管同轴设置且该钻具通过该第二卡合部与该第一卡合部配合设置于该套管内。
2.如权利要求1所述的钻机设备，其特征在于，该套管具有相对的第一端和第二端，该套管的该第一卡合部设置在该套管的该第一端的该内表面，该钻具包括主体部，该主体部具有相对的第一端部和第二端部，该第二卡合部设置在该主体部的该第一端部的该外侧表面。
3.如权利要求2所述的钻机设备，其特征在于，该第一卡合部包括多条第一凹槽，该多条第一凹槽围绕该套管的中轴线间隔分布，每一该第一凹槽的长度方向与该套管的该中轴线平行，该第二卡合部包括多条第一键条，该多条第一键条围绕该钻具的中轴线间隔分布，并与该多条第一凹槽对应卡合，每一该第一键条的长度方向与该钻具的该中轴线平行。
4.如权利要求3所述的钻机设备，其特征在于，该套管的该第一端的该内表面设有多条第二键条，该多条第二键条围绕该套管的该中轴线间隔分布，每相邻两条该第二键条之间形成一条该第一凹槽。
5.如权利要求2所述的钻机设备，其特征在于，该钻具还包括连接部，该连接部连接于该主体部的该第一端部。
6.如权利要求5所述的钻机设备，其特征在于，该钻具还包括固定部，该固定部围绕连接在该连接部远离该主体部的该第一端部的一端，各该第一键条沿长度方向延伸连接至该固定部的外表面。
7.如权利要求2所述的钻机设备，其特征在于，该套管的该第一端设置有贯通该套管的外表面和该内表面的多个通孔，该套管的该第二端围绕该套管的中轴线分布设置有多个钻刀头。
8.如权利要求2所述的钻机设备，其特征在于，该钻具的该主体部的该第二端部围绕该钻具的中轴线分布设置有多个钻齿。
9.如权利要求2所述的钻机设备，其特征在于，该钻具还包括贯通该钻具的该外侧表面和内侧表面的多个导渣孔，该多个导渣孔位于该第一端部和该第二端部之间。
10.一种钻机钻进方法，其特征是，该方法包括: 提供如权利要求1-9任一项所述的钻机设备； 利用该全回转钻装置驱动该套管旋转钻进，并通过该套管的该第一卡合部与该钻具的该第二卡合部的配合由该套管带动该钻具旋转钻进；以及 利用该旋挖钻装置驱动该钻具沿该套管的轴向移动，并解除该套管的该第一卡合部与该钻具的该第二卡合部的配合，以进行渣土取出。
【文档编号】E21B7/00GK104141455SQ201410341372
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】肖仁雄 申请人:上海中联重科桩工机械有限公司, 中联重科股份有限公司