用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的制作方法

本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置。

背景技术：

在建筑工程中，桩基是由桩和连接桩顶的承台组成的共同承受静动荷载的一种深基础，由于它具有较大的刚度并能承受较大的载荷，所以在建筑工程中的应用很广泛，不少高层建筑、工业厂房、重点工程、桥梁和码头都采用桩基。据不完全统计，桩基的工程量约占基础工程量的25％～30％，传统桩基的施工工艺是钻孔→清孔→孔径检测→下放钢筋笼→浇注混凝土，该施工方法比较简单，适应性较强，但是沉载力有限，造价高，钢筋和水泥用量多，桩尖虚土难于处理，桩身可能有缩颈。

挤扩支盘桩是一种在原普通桩基础上沿桩身不同部位增加设置承力盘或分支而成的一种新型桩基，与普通桩基相比具有不同的桩受力机理，与普通桩相比，由于其多级扩头的存在改变了传统等截面桩的荷载传递和变形性状，桩侧土层的荷载分担率和应力扩散度提高，具有抗震性好，沉降变形小的优点。支盘机挤扩形成承力盘及分支的同时，改善了地基土的工程性能，使承力盘周围1m范围内土的干密度提高了15％～20％，在施工中节约了建筑材料并减少了工程量50％左右，在保证质量的同时节约工程投资25％左右，缩短了工期。

目前，挤扩支盘桩已经较多被采用，现已开发了多种挤扩支盘桩挤扩装置。专利CN201120319843.X公开了一种支盘挤扩装置，其通过两个驱动油缸来对挤扩支臂机构进行驱动，结构复杂，且不便于液压胶管和电缆的布局，很难投入到正常施工中，同时控制精度不够理想，操作麻烦，操作人员不能直观地判断到挤扩臂的工作状态。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置，旨在解决现有的旋挖钻机液压结构复杂、控制精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置，包括钻杆、设于钻杆底端的挤扩支臂机构、驱动该挤扩支臂机构的液压系统，所述液压系统包括挤扩油缸，所述挤扩油缸包括竖向设置的缸筒、设于所述缸筒内的油缸活塞杆，所述缸筒上套设有上支座，所述挤扩支臂机构包括长度相同的上挤扩臂和下挤扩臂，所述上挤扩臂的下端与所述下挤扩臂的上端铰接，所述上挤扩臂的上端连接所述上支座，所述下挤扩臂的下端连接所述油缸活塞杆，所述上支座和油缸活塞杆沿缸筒轴线方向相对或相背离移动，以使得所述挤扩支臂机构相应撑开或收缩，且所述上挤扩臂和下挤扩臂的铰接支点高度不变。

优选地，所述挤扩油缸包括第一级活塞、第二级活塞，所述第一级活塞固定连接于所述油缸活塞杆的伸入缸筒内的一端，所述油缸活塞杆上伸入缸筒内的一端为中空盲孔，所述第一级活塞和油缸活塞杆将所述缸筒内分隔成第一级无杆腔和第二级有杆腔，所述第二级活塞设于所述第二级有杆腔内，所述第一级无杆腔背离所述油缸活塞杆的一端设有第一油口，所述第二级有杆腔于缸筒的所述第一级活塞和第二级活塞之间设有第二油口，所述盲孔内设有连通第一级无杆腔和第二级有杆腔的第一通油孔。

优选地，所述挤扩油缸包括油缸上连接板、第一级导向套、第二级导向套、隔套，所述油缸上连接板设于所述缸筒的背离所述油缸活塞杆的一端，所述第一级导向套设于所述缸筒内壁上靠近所述油缸活塞杆的一端，所述第二级导向套与所述第一级导向套内壁及油缸活塞杆配合连接，所述第二级导向套上设有连通第一级无杆腔和第二级有杆腔的第二通油孔，所述第二级活塞固定连接所述第二级导向套上靠近所述油缸上连接板的一端，所述隔套设于所述第二级导向套上。

优选地，所述油缸上连接板连接过渡接盘，所述过渡接盘通过销轴固定在钻杆上。

优选地，所述上支座包括中空的同轴的上筒和下筒、连接所述上筒和下筒的且与所述上支座轴线垂直的隔板、绕所述上支座轴线均布于所述上筒外壁上的至少两对上耳板，所述上耳板活动连接所述上挤扩臂。

优选地，所述油缸活塞杆通过下支座连接所述下挤扩臂，所述下支座绕其轴线均布有至少两对下耳板，所述下耳板活动连接所述下挤扩臂。

优选地，所述用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置还包括动力头压板、中央回转接头、套筒、小回转接头、卷管轮盘，所述中央回转接头上端固定于所述动力头压板的下端，所述套筒固定连接于所述中央回转接头下端，所述小回转接头和卷管轮盘设于所述套筒两侧。

优选地，所述液压系统还包括辅泵、辅阀组加压阀、手柄先导阀、二位六通多路换向阀，所述辅泵和手柄先导阀连接所述辅阀组加压阀，所述辅阀组加压阀连接所述二位六通多路换向阀，所述二位六通多路换向阀连接所述挤扩油缸。

优选地，所述二位六通多路换向阀和挤扩油缸之间设有双向平衡阀。

优选地，所述液压系统包括连接挤扩油缸的进油管和出油管、设于进油管上的流量传感器、设于出油管上的压力传感器、通信连接所述流量传感器和压力传感器的显示屏。

本发明技术方案中，所述用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置采用一挤扩油缸控制上挤扩臂和下挤扩臂的撑开或收缩，当所述油缸活塞杆位于所述挤扩油缸最顶端位置时，所述上挤扩臂和下挤扩臂几乎成一条竖直的直线，当所述油缸活塞杆相对于所述缸筒向下移动时，所述上支座也相对于所述钻杆向下移动，所述上挤扩臂和下挤扩臂铰接的铰接支点也相对于所述钻杆向下移动，所述挤扩支臂机构撑开，达到预设的旋扩盘径，可以在普通桩桩孔的基础上根据需要对不同部位进行加固挤密形成挤扩支盘桩，使挤扩支盘桩盘形空腔成型后，达到规定的截面要求，相比于现有的挤扩装置，在打土时挤扩支臂机构撑开形状稳定，打出的桩孔形状好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提出的用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的挤扩支臂机构撑开的结构示意图。

图2为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的挤扩支臂机构收缩时的结构示意图。

图3为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的挤扩油缸的内部结构示意图。

图4为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的安装结构示意图。

图5为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的上支座与挤扩支臂机构连接的立体结构示意图。

图6为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置中液压系统原理图。

图7为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置中油缸通过油液体积与油缸移动距离关系图。

图8为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置中挤扩支臂机构的旋扩盘径与油缸移动距离关系图。

本发明的附图标号说明：

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提出一种用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置。

图1为本发明一实施例提出的用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的挤扩支臂机构撑开的结构示意图。图2为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的挤扩支臂机构收缩时的结构示意图。图3为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的挤扩油缸的内部结构示意图。图4为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的安装结构示意图。图5为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置的上支座与挤扩支臂机构连接的立体结构示意图。图6为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置中液压系统原理图。图7为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置中油缸通过油液体积与油缸移动距离关系图。图8为图1中用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置中挤扩支臂机构的旋扩盘径与油缸移动距离关系图。

请参阅图1至图8，用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置包括钻杆8、设于钻杆8底端的挤扩支臂机构、驱动该挤扩支臂机构的液压系统，所述挤扩油缸5包括竖向设置的缸筒23、设于所述缸筒23内的油缸活塞杆1，所述缸筒23上套设有上支座26，所述挤扩支臂机构包括长度相同的上挤扩臂4和下挤扩臂2，所述上挤扩臂4的下端与所述下挤扩臂2的上端铰接，所述上挤扩臂4的上端连接所述上支座26，所述下挤扩臂2的下端连接所述油缸活塞杆1，所述上支座26和油缸活塞杆1沿缸筒23轴线方向相对或相背离移动，以使得所述挤扩支臂机构相应撑开或收缩，且所述上挤扩臂4和下挤扩臂2的铰接支点3高度不变。

所述用于打桩成形的旋挖钻机挤扩装置采用一挤扩油缸5控制上挤扩臂4和下挤扩臂2的撑开或收缩，当所述油缸活塞杆1位于所述挤扩油缸5最下端位置时，所述上挤扩臂4和下挤扩臂2几乎成一条竖直的直线，当所述油缸活塞杆1相对于所述缸筒23向上移动时，所述油缸活塞杆1依次通过下挤扩臂2、上挤扩臂4拉动所述上支座26向下移动，所述上挤扩臂4和下挤扩臂2铰接的铰接支点3也相对于所述钻杆8高度位置不变，所述挤扩支臂机构撑开，达到预设的旋扩盘径，可以在普通桩桩孔的基础上根据需要对不同部位进行加固挤密形成挤扩支盘桩，使挤扩支盘桩盘形空腔成型后，达到规定的截面要求，相比于现有的挤扩装置，在打土时挤扩支臂机构撑开形状稳定，打出的桩孔形状好。

进一步地，所述挤扩油缸5包括第一级活塞20、第二级活塞21，所述第一级活塞20固定连接于所述油缸活塞杆1的伸入缸筒23内的一端，所述油缸活塞杆1上伸入缸筒23内的一端为中空盲孔，所述第一级活塞20和油缸活塞杆1将所述缸筒23内分隔成第一级无杆腔M和第二级有杆腔N，所述第二级活塞21设于所述第二级有杆腔N内，所述第一级无杆腔M背离所述油缸活塞杆1的一端设有第一油口A，所述第二级有杆腔N于缸筒23的所述第一级活塞20和第二级活塞21之间设有第二油口B，所述盲孔内设有连通第一级无杆腔M和第二级有杆腔N的第一通油孔a。

当压力油从第一油口A进入第一级无杆腔M推动第一级活塞20向下运动时，压力油通过油缸活塞杆1内部第一通油口孔a进入第二级有杆腔N，从而推动第二级活塞21向上运动，这样可以保持铰接支点3相对水平面高度位置保持不变；反之，当压力油从第二油口B进油时，压力油同时推动第一级活塞20向上、第二级活塞21向下运动，这样在第一级活塞20、第二级活塞21动作过程中，也可以保证挤扩臂伸缩时其铰接支点3中心高度相对位置保持不变，从而使挤扩支盘桩盘形空腔成型后，达到规定的截面要求。

进一步地，所述挤扩油缸5包括油缸上连接板6、第一级导向套24、第二级导向套25、隔套22，所述油缸上连接板6设于所述缸筒23的背离所述油缸活塞杆1的一端，所述第一级导向套24设于所述缸筒23内壁上靠近所述油缸活塞杆1的一端，所述第二级导向套25与所述第一级导向套24内壁及油缸活塞杆1配合连接，所述第二级导向套25上设有连通第一级无杆腔和第二级有杆腔的第二通油孔b，所述第二级活塞21固定连接所述第二级导向套上25靠近所述油缸上连接板6的一端，所述隔套22设于所述第二级导向套25上。

所述第一级导向套24和第二级导向套25用于支撑所述油缸活塞杆1，并保证油缸活塞杆1和缸筒23同轴度。所述隔套22用于调整所述油缸活塞杆1与缸筒23配合的游隙，也使油缸活塞杆1活动时受力均匀。

进一步地，所述油缸上连接板6连接过渡接盘7，所述过渡接盘7通过销轴固定在钻杆8上。

所述钻杆8的上端通过连接旋挖钻机主卷扬、钢丝绳将所述钻杆8吊起，所述钻杆8下端通过过渡接盘7连接所述挤扩装置，将旋挖钻机动力头传来的旋挖扭矩和加压力传递给挤扩支臂机构。

进一步地，所述上支座26包括中空的同轴的上筒27和下筒28、连接所述上筒27和下筒28的且与所述上支座26轴线垂直的隔板29、绕所述上支座26轴线均布于所述上筒27外壁上的至少两对上耳板30，所述上耳板30活动连接所述上挤扩臂4。

进一步地，所述油缸活塞杆1通过下支座31连接所述下挤扩臂2，所述下支座31绕其轴线均布有至少两对下耳板32，所述下耳板32活动连接所述下挤扩臂2。

当所述上耳板30为两两相对设置的四对、所述下耳板32为两两相对设置的四对时，所述挤扩支臂机构包括四根上挤扩臂4和四根下挤扩臂2，其中两根上挤扩臂4和两根下挤扩臂2连接形成可以沿竖直方向上下伸缩的菱形结构，完成对周围土体的挤扩作业。

进一步地，所述用于挤扩成形的旋挖钻机挤扩装置包括动力头压板13、中央回转接头12、套筒11、小回转接头10、卷管轮盘9，所述中央回转接头12上端固定于所述动力头压板13的下端，所述套筒11固定连接于所述中央回转接头12下端，所述小回转接头10和卷管轮盘9设于所述套筒11两侧。

所述小回转接头10和卷管轮盘9用于缠绕收纳液压胶管，所述中央回转接头12用于防止挤扩装置旋转时胶管缠绕。当旋挖钻机实际作业时，钻杆8下放伸至桩孔内，挤扩作业时深度有时会达到50米，因此卷管轮盘4所卷的液压胶管长度必须大于50米，以便于连接位于桩孔下面的挤扩油缸5，下放液压胶管依靠作业人员推动卷管轮盘9来完成。所述动力头压板13用于连接旋挖钻机动力头，当旋挖钻机完成普通圆柱桩的施工后，只需要将动力头上的压板更换成与所述挤扩装置配套的所述动力头压板13，就可以将整个挤扩装置安装于动力头上，安装方便。

进一步地，所述液压系统还包括辅泵、辅阀组加压阀19、手柄先导阀18、二位六通多路换向阀17，所述辅泵和手柄先导阀18连接所述辅阀组加压阀19，所述辅阀组加压阀19连接所述二位六通多路换向阀17，所述二位六通多路换向阀17连接所述挤扩油缸5。

所述二位六通多路换向阀17用于切换两种工作状态，当旋挖钻机进行普通桩孔旋挖时，所述二位六通多路换向阀17连接加压油缸14，接通加压油路，所述辅泵通过二位六通多路换向阀17向加压油缸14供油，完成普通桩钻孔；当旋挖钻机安装好挤扩装置后，所述二位六通多路换向阀17切断加压油缸14油路，接通挤扩油缸5油路，此时操纵手柄先导阀18，挤扩油缸5驱动上挤扩臂4和下挤扩臂2伸缩，同时操纵动力头驱动所述钻杆8旋转，带动挤扩油缸5和挤扩支臂机构一同旋转，从而完成挤扩作业。由此，所述挤扩装置操作简单，当需要进行挤扩作业时，按动二位六通多路换向阀17的“挤扩”按钮，接通挤扩油缸5回路，操纵手柄先导阀18既可以驱动挤扩支臂机构伸缩。

进一步地，所述二位六通多路换向阀17和挤扩油缸15之间设有双向平衡阀15。

为了防止所述挤扩装置旋转时所述挤扩油缸5自动下落，液压系统配置了双向平衡阀15，可以使挤扩油缸5在回油路上保持一定的背压，以平衡重力负载。

进一步地，所述液压系统包括连接挤扩油缸5的进油管和出油管、设于进油管上的流量传感器、设于出油管上的压力传感器、通信连接所述流量传感器和压力传感器的显示屏。

现有的挤扩装置工作时，挤扩油缸和挤扩支臂机构在很深的桩孔内进行作业时，操作人员无法观察到深孔内挤扩油缸伸缩和挤扩支臂机构的挤扩动作，仅凭感觉判断挤扩油缸的伸缩位置,从而来推断挤扩臂的工作状况，这种判断方法容易失真。本发明所述的液压系统在在液压油管的出油口处增加一个压力传感器，在液压油管进油端加了一个流量传感器，实时检测所述挤扩装置液压系统的压力和流量，同时在旋挖钻机的驾驶室内设有显示屏，可以将压力传感器与流量传感器输出的信号传至显示屏内，所述挤扩油缸5累积通过压力油的体积与缸内活塞移动距离的关系可以近似于线性比例关系，通过计算累积通过挤扩油缸5的液压油的体积，计算出活塞的移动距离，从而可以准确地推断出挤扩油缸5的伸缩位置，并通过模拟软件推断出挤扩支臂机构的工作状况，显示屏显示出不同盘位深度下的旋扩压力与旋扩盘径。

具体地，参照图7至图8，在本实施例中，

第一级无杆腔内油液体积计算公式如下：

V₁＝S₁L₁＝1/4×πD²L₁＝1/4×π×0.22²L₁＝0.038L₁，

式中V₁代表第一级无杆腔内累积通过的液压油体积，S₁代表第一级无杆腔的截面积，L₁代表第一级无杆腔伸出的长度(0≤L₁≤345mm)。

V₂＝S₂L₂＝1/4×π(D²-d²)L₂＝1/4×π×(0.22²-0.18²)L₂＝0.012L₂，

式中V₂代表第二级有杆腔内累积通过的液压油体积，S₂代表第二级有杆腔的截面积，L₂代表第二级有杆腔伸出的长度(0≤L₂≤345mm)。

其中D代表所述缸筒23的内径，d代表所述油缸活塞杆1的外径。

当第一级无杆腔推动第一级活塞20到达底部时，同时第二级有杆腔推动第二级活塞21同时到达顶部，反之亦然，此时挤扩油缸5的第一级无杆腔和第二级有杆腔累积通过的油液体积计算公式如下：

V＝S₁L₁+S₂L₂，

由于第一级活塞20和第二级活塞21移动的速度和距离相同，可以将L₁和L₂合并为L，此时：

V＝S₁L₁+S₂L₂＝S₁L+S₂L＝(S₁+S₂)L＝(0.038+0.012)L＝0.05L，

因此，所述挤扩油缸5累积通过油液体积与活塞移动距离大致成线性比例关系。所述挤扩油缸5的移动会带动上挤扩臂4和下挤扩臂2之间的夹角及旋扩盘径不断发生变化，通过三维仿真软件模拟多个点并得出旋扩盘径与挤扩油缸的变化关系，大致成线性比例关系。

挤扩油缸5待启动时，第一级活塞20处于第一级无杆腔M最下位置，这时上挤扩臂4和下挤扩臂2成一条直线，通过流量传感器的流量几乎为0，此时可以计算出旋扩盘径为50cm；油缸启动后，如果通过流量传感器的流量为10L左右，油缸实际移动距离为200mmm，这时可以得到旋扩盘径为130cm；油缸运动到顶后，可以通过屏幕得到旋扩盘径为190cm，这时旋扩盘径最大，此时操作手柄先导阀18可以使挤扩装置不断旋转，得到理想的挤扩桩孔。操作人员完全可以通过屏幕观察到的旋扩盘径来准确判断出挤扩支臂机构的实际伸出状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。