筒套式不扰动边界土钻孔设备及其使用方法与流程

本发明涉及不破坏钻孔边界土结构的钻孔设备，具体的说是筒套式不扰动边界土钻孔设备。

背景技术：

目前，市场上的钻土钻头在取土时，会造成钻孔边界土结构的扰动破坏，导致无法现场对较深的原状土进行测试。

本发明的内容

针对现有钻土钻头的不足，本发明提出了筒套式不扰动边界土钻孔设备及其使用方法，这种钻头钻孔时能不扰动破坏钻孔边界土的结构，并在钻孔后能配合安装土壤测试仪器，是先进的现场原状土特性测试的专用辅助设备。

本发明解决技术问题采用了如下的技术方案：本发明的筒套式不扰动边界土钻孔设备，包括了异步联动钻机、螺旋钻头和圆筒钻头。所述的异步联动钻机的顶盘为等腰三角形状，以及其底盘为矩形状，这顶盘的底面与底盘的顶面平行。在所述顶盘底面的三个角处各自连接有圆形的立柱，其中的两根立柱的底端连接于所述底盘顶面的前边缘，另一根立柱的底端连接于所述底盘顶面后部的中心线上，三根所述的立柱均与顶盘底面或底盘顶面相垂直。在三根所述的立柱上活动安置有联动器a和联动器b，这联动器a位于联动器b的上方，这联动器a和联动器b均为等腰三角形盒的形状，在这联动器a和联动器b的三只角上均有穿所述立柱的竖向通孔。在所述联动器a与联动器b的三个侧面上各自有上下贯通的凹槽，在每根所述的凹槽内均安置有一根连接杆，这些连接杆的底端分别铰接于所述联动器b的底部，这些连接杆的顶部均有螺纹。当在所述联动器a顶面拧紧这些连接杆上的元宝螺栓帽，这些连接杆把所述的联动器a、联动器b合拢并紧固，联动器a与联动器b能同步在三根所述立柱上移动；当松开这些元宝螺栓帽，并从联动器a、联动器b的凹槽中向外掰开所有所述的连接杆，把所述的联动器a、联动器b松开分离，联动器a、联动器b能单独在三根所述立柱上移动。在所述顶盘顶面的中心有螺杆座，在这螺杆座内安置有螺杆，这螺杆穿过所述顶盘的中心孔与联动器a顶盖中心的螺杆接头连接。转动所述螺杆座上的转盘，所述的联动器a或联动器a和联动器b随着所述螺杆的升降而升降。在所述底盘的中心有圆通孔，在这圆通孔的孔壁上等距分布有三只定位珠。在所述顶盘的右侧面上安置有控制操作板，在所述螺杆座内安置有轴套式角位移传感器a，在后部的所述立柱上有竖向的齿条，在所述底盘的顶面上有水准泡，在所述底盘底面的四个角处各有一只定位齿。

在所述联动器b的顶座底面上有底盖，在这顶座的右侧面上安置有电机b，这电机b转轴上的齿轮穿过顶座右侧面上的通孔，与顶座内减速齿轮组b的主动齿轮啮合。这减速齿轮组b的最后从动齿轮为滚圈齿轮，这滚圈齿轮的轴为圆筒轴，这圆筒轴的上端支承于所述顶座的中心通孔，这圆筒轴的下段穿过所述底盖的中心通孔与圆筒钻头接头连接。这圆筒钻头接头下端连接有所述的圆筒钻头，这圆筒钻头从所述底盘的圆通孔中穿出，所述的三只定位珠活动抵于这圆筒钻头的外壁。在所述顶座右侧面的后部安置有爬升器，这爬升器的齿轮与立柱上所述的齿条啮合，摇动这爬升器上的摇把所述的联动器b能上升或下降，在所述爬升器内的摇把传动轴上安置有轴套式角位移传感器b。在所述联动器a的底座上有顶盖，在这顶盖顶面的中心有所述的螺杆接头。在所述底座的左侧面上安置有电机a，这电机a转轴上的齿轮穿过所述底座左侧面上的通孔，与所述底座内减速齿轮组a的主动齿轮啮合。所述减速齿轮组a最后从动齿轮轴的上端支承于顶盖底面的中心，这最后从动齿轮轴的下段穿过所述底座中心通孔，与所述螺旋钻头接头的上部连接，这螺旋钻头接头的下部穿出所述圆筒钻头接头的底端，这螺旋钻头接头上连接有所述的螺旋钻头。

所述的螺旋钻头的钻杆是圆直杆，在这钻杆的外侧面上有连续、竖向等距的螺旋片。在这螺旋片的底部沿径向有齿状刀刃，这齿状刀刃的齿为三角形。在所述螺旋片的周边有向上凸起的边棱。所述的螺旋钻头按顺时针方向旋转钻孔。

所述的圆筒钻头的筒身为圆直筒，在这筒身的底端等距分布有若干个齿状的刀片。所述的刀片为前高后低、两侧倾斜的梯形形状，这刀片有前刀刃和底刀刃。在每个刀片位置的所述筒身内壁上均有向后倾斜的出渣槽，这出渣槽与刀片等宽，这出渣槽至下一个刀片的上方结束。所述的圆筒钻头按顺时针方向旋转钻孔。

所述筒套式不扰动边界土钻孔设备的使用方法，其使用步骤的特征在于：

（1）铲平测试点处的地面，异步联动钻机就位，视水准泡把底盘调整为水平。把三根连接杆置入联动器a和联动器b的凹槽内，拧紧三根连接杆上的元宝螺栓帽，把联动器a和联动器b合拢并紧固。转动螺杆座上的转盘，把联动器a和联动器b升至顶盘的底面处。

（2）把螺旋钻头放入圆筒钻头内后，把螺旋钻头和圆筒钻头一起放在联动器b的下面，先把螺旋钻头安装在联动器a的螺旋钻头接头上，再把圆筒钻头安装在联动器b的圆筒钻头接头上。

（3）转动螺杆座上的转盘，联动器a与联动器b同步下移，把螺旋钻头和圆筒钻头一起下降到底盘的圆通孔内，让三只定位珠紧抵圆筒钻头的外壁。

（4）操作控制操作板，开启电机a和电机b，螺旋钻头与圆筒钻头以不同的速度按顺时针方向旋转，转动螺杆上的转盘，把联动器a和联动器b同步下移进行钻孔，待螺旋钻头和圆筒钻头钻达设计深度后停机。松开联动器a顶面的三只元宝螺栓帽，向外掰开三根连接杆，把联动器a与联动器b松开。再开启电机a转动螺旋钻头，视控制操作板上轴套式角位移传感器a的读数转动转盘，由螺杆经联动器a慢慢提升螺旋钻头，同时清出渣土。待螺旋钻头全部提升出联动器b并清孔后停机，卸下螺旋钻头。

（5）把测试土质的传感器等仪器设备从联动器b的顶面放入圆筒钻头内。

（6）按测试土质的传感器等仪器设备的操作要求，开启电机b转动圆筒钻头，并视控制操作板上轴套式角位移传感器b的读数，摇动爬升器上的摇把，逐段提升出圆筒钻头，逐段操作测试土质的传感器等仪器设备把测试部件抵于孔壁，直至提升出全部的圆筒钻头后停机。卸下圆筒钻头，移走异步联动钻机，即完成不扰动边界土的钻孔工作。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：本发明提出的筒套式不扰动边界土钻孔设备，这种钻孔设备钻孔时能不扰动破坏钻孔边界土的结构，以便在现场进行地下较深处原状土的测试，并在成孔后能配合安装土壤测试仪器，是先进的现场原状土特性测试的专用辅助设备。

附图说明

图1为本发明的左视结构示意图。

图2为本发明的正剖视结构示意图。

图3为本发明的右剖视结构示意图。

图4为本发明的俯视结构示意图。

图5为本发明的联动器a处俯剖视结构示意图。

图6为本发明的联动器b处仰剖视结构示意图。

图7为本发明的仰剖视结构示意图。

图8为本发明的螺旋钻头、圆筒钻头正剖视结构示意图。

图9为本发明的螺旋钻头、圆筒钻头仰视结构示意图。

图中标号：1异步联动钻机、2底盘、3顶盘、4立柱、5螺杆、6螺杆座、7转盘、8定位珠、9连接杆、10控制操作板、11轴套式角位移传感器a、12齿条、13水准泡、14定位齿、15联动器a、16顶盖、17底座、18螺杆接头、19电机a、20减速齿轮组a、21螺旋钻头接头、22联动器b、23顶座、24底盖、25电机b、26减速齿轮组b、27圆筒轴、28圆筒钻头接头、29轴套式角位移传感器b、30爬升器、31摇把、32螺旋钻头、33螺旋片、34齿状刀刃、35边棱、36圆筒钻头、37刀片、38前刀刃、39底刀刃、40出渣槽、41地面。

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，本实施例中的筒套式不扰动边界土钻孔设备，包括了异步联动钻机1、螺旋钻头32和圆筒钻头36。所述的异步联动钻机1的顶盘3为等腰三角形状，以及其底盘2为矩形状，这顶盘3的底面与底盘2的顶面平行。在所述顶盘3底面的三个角处各自连接有圆形的立柱4，其中的两根立柱4的底端连接于所述底盘2顶面的前边缘，另一根立柱4的底端连接于所述底盘2顶面后部的中心线上，三根所述的立柱4均与顶盘3底面或底盘2顶面相垂直。在三根所述的立柱4上活动安置有联动器a15和联动器b22，这联动器a15位于联动器b22的上方，这联动器a15和联动器b22均为等腰三角形盒的形状，在这联动器a15和联动器b22的三只角上均有穿所述立柱4的竖向通孔。在所述联动器a15与联动器b22的三个侧面上各自有上下贯通的凹槽，在每根所述的凹槽内均安置有一根连接杆9，这些连接杆9的底端分别铰接于所述联动器b22的底部，这些连接杆9的顶部均有螺纹。当在所述联动器a15顶面拧紧这些连接杆9上的元宝螺栓帽，这些连接杆9把所述的联动器a15、联动器b22合拢并紧固，联动器a15与联动器b22能同步在三根所述立柱4上移动；当松开这些元宝螺栓帽，并从联动器a15、联动器b22的凹槽中向外掰开所有所述的连接杆9，把所述的联动器a15、联动器b22松开分离，联动器a15、联动器b22能单独在三根所述立柱4上移动。在所述顶盘3顶面的中心有螺杆座6，在这螺杆座6内安置有螺杆5，这螺杆5穿过所述顶盘3的中心孔与联动器a15顶盖16中心的螺杆接头18连接。转动所述螺杆座6上的转盘7，所述的联动器a15或联动器a15和联动器b22随着所述螺杆5的升降而升降。在所述底盘2的中心有圆通孔，在这圆通孔的孔壁上等距分布有三只定位珠8。在所述顶盘3的右侧面上安置有控制操作板10，在所述螺杆座6内安置有轴套式角位移传感器a11，在后部的所述立柱4上有竖向的齿条12，在所述底盘2的顶面上有水准泡13，在所述底盘2底面的四个角处各有一只定位齿14。在所述联动器b22的顶座23底面上有底盖24，在这顶座23的右侧面上安置有电机b25，这电机b25转轴上的齿轮穿过顶座23右侧面上的通孔，与顶座23内减速齿轮组b26的主动齿轮啮合。这减速齿轮组b26的最后从动齿轮为滚圈齿轮，这滚圈齿轮的轴为圆筒轴27，这圆筒轴27的上端支承于所述顶座23的中心通孔，这圆筒轴27的下段穿过所述底盖24的中心通孔与圆筒钻头接头28连接。这圆筒钻头接头28下端连接有所述的圆筒钻头36，这圆筒钻头36从所述底盘2的圆通孔中穿出，所述的三只定位珠8活动抵于这圆筒钻头36的外壁。在所述顶座23右侧面的后部安置有爬升器30，这爬升器30的齿轮与立柱4上所述的齿条12啮合，摇动这爬升器30上的摇把31所述的联动器b22能上升或下降，在所述爬升器30内的摇把传动轴上安置有轴套式角位移传感器b29。在所述联动器a15的底座17上有顶盖16，在这顶盖16顶面的中心有所述的螺杆接头18。在所述底座17的左侧面上安置有电机a19，这电机a19转轴上的齿轮穿过所述底座17左侧面上的通孔，与所述底座17内减速齿轮组a20的主动齿轮啮合。所述减速齿轮组a20最后从动齿轮轴的上端支承于顶盖16底面的中心，这最后从动齿轮轴的下段穿过所述底座17中心通孔，与所述螺旋钻头接头21的上部连接，这螺旋钻头接头21的下部穿出所述圆筒钻头接头28的底端，这螺旋钻头接头21上连接有所述的螺旋钻头32。

参见图8和图9，所述的螺旋钻头32的钻杆是圆直杆，在这钻杆的外侧面上有连续、竖向等距的螺旋片33。在这螺旋片33的底部沿径向有齿状刀刃34，这齿状刀刃34的齿为三角形。在所述螺旋片33的周边有向上凸起的边棱35。所述的螺旋钻头32按顺时针方向旋转钻孔。所述的圆筒钻头36的筒身为圆直筒，在这筒身的底端等距分布有若干个齿状的刀片37。所述的刀片37为前高后低、两侧倾斜的梯形形状，这刀片37有前刀刃38和底刀刃39。在每个刀片37位置的所述筒身内壁上均有向后倾斜的出渣槽40，这出渣槽40与刀片37等宽，这出渣槽40至下一个刀片37的上方结束。所述的圆筒钻头36按顺时针方向旋转钻孔。

所述筒套式不扰动边界土钻孔设备的使用方法，其使用步骤的特征在于：

（1）铲平测试点处的地面41，异步联动钻机1就位，视水准泡13把底盘2调整为水平。把三根连接杆9置入联动器a15和联动器b22的凹槽内，拧紧三根连接杆9上的元宝螺栓帽，把联动器a15和联动器b22合拢并紧固。转动螺杆座6上的转盘7，把联动器a15和联动器b22升至顶盘3的底面处。

（2）把螺旋钻头32放入圆筒钻头36内后，把螺旋钻头32和圆筒钻头36一起放在联动器b22的下面，先把螺旋钻头32安装在联动器a15的螺旋钻头接头21上，再把圆筒钻头36安装在联动器b22的圆筒钻头接头28上。

（3）转动螺杆座6上的转盘7，联动器a15与联动器b22同步下移，把螺旋钻头32和圆筒钻头36一起下降到底盘2的圆通孔内，让三只定位珠8紧抵圆筒钻头36的外壁。

（4）操作控制操作板10，开启电机a19和电机b25，螺旋钻头32与圆筒钻头36以不同的速度按顺时针方向旋转，转动螺杆5上的转盘7，把联动器a15和联动器b22同步下移进行钻孔，待螺旋钻头32和圆筒钻头36钻达设计深度后停机。松开联动器a15顶面的三只元宝螺栓帽，向外掰开三根连接杆9，把联动器a15与联动器b22松开。再开启电机a19转动螺旋钻头32，视控制操作板10上轴套式角位移传感器a11的读数转动转盘7，由螺杆5经联动器a15慢慢提升螺旋钻头32，同时清出渣土。待螺旋钻头18全部提升出联动器b22并清孔后停机，卸下螺旋钻头32。

（5）把测试土质的传感器等仪器设备从联动器b22的顶面放入圆筒钻头36内。

（6）按测试土质的传感器等仪器设备的操作要求，开启电机b25转动圆筒钻头36，并视控制操作板10上轴套式角位移传感器b29的读数，摇动爬升器30上的摇把31，逐段提升出圆筒钻头36，逐段操作测试土质的传感器等仪器设备把测试部件抵于孔壁，直至提升出全部的圆筒钻头36后停机。卸下圆筒钻头36，移走异步联动钻机1，即完成不扰动边界土的钻孔工作。

异步联动钻机1的作用是安置联动器a15、联动器b22、螺旋钻头32、圆筒钻头36进行不扰动边界土的钻孔；底盘2的作用是在其顶面安置三根立柱4和水准泡13，以及在其中心通孔内安置三只定位珠8；顶盘3的作用是固定三根立柱4，以及安置螺杆座6；立柱4的作用是活动安置联动器a15、联动器b22，作为联动器a15、联动器b22的滑轨，以及安置齿条12；螺杆5的作用是提升或降落联动器a15或联动器a15和联动器b22；螺杆座6的作用是安置螺杆5、转盘7和轴套式角位移传感器a11；转盘7的作用是操控螺杆5的升降；定位珠8的作用是给圆筒钻头36定位，减小圆筒钻头36的振动；连接杆9的作用是连接联动器a15与联动器b22；控制操作板10的作用是操作电机a19和电机b25使螺旋钻头32、圆筒钻头36进行钻孔，显示轴套式角位移传感器a11和轴套式角位移传感器b29的传感数据；轴套式角位移传感器a11的作用是测试螺杆5的升降量；齿条12的作用是摇动爬升器30的摇把31让联动器b22沿立柱4爬升；水准泡13的作用是把底盘2调为水平的参照物；定位齿14的作用是增加底盘2与地面41的摩擦力，抵御螺旋钻头32、圆筒钻头36钻孔的扭矩；联动器a15的作用是连接螺杆5，安置和传动螺旋钻头32；顶盖16的作用是安置连接杆9和螺杆接头18；底座17的作用是安置连接杆9、电机a19、减速齿轮组a20和螺杆钻头接头21；螺杆接头18的作用是把螺杆5与顶盖16连接；电机a19的作用是为螺旋钻头32提供动力；减速齿轮组a20的作用是控制螺旋钻头32转速；螺旋钻头接头21的作用是把联动器a15与螺旋钻头32连接；联动器b22的作用是安置和传动圆筒钻头36，以及安置爬升器30；顶座23的作用是安置连接杆9、电机b25、减速齿轮组b26和圆筒轴27；底盖24的作用是安置圆筒轴27；电机b25的作用是为圆筒钻头36提供动力；减速齿轮组b26的作用是控制圆筒钻头36的转速；圆筒轴27的作用是连接圆筒钻头接头28，其内孔通过螺旋钻头接头21；圆筒钻头接头28的作用是把联动器b22的圆筒轴27与圆筒钻头36连接；轴套式角位移传感器b29的作用是测试圆筒钻头36的升降量；爬升器30的作用是升降圆筒钻头36；摇把31的作用是摇动爬升器30爬升或降落；螺旋钻头32的作用是钻取圆筒钻头36内部部分的土和提出渣土；螺旋片33的作用是提升渣土；齿状刀刃34的作用是减小扰动地切削土；边棱35的作用是为提升的渣土导向；圆筒钻头36的作用是钻取钻孔边缘的土，并保护钻孔壁；刀片37的作用是圆筒钻头36切削钻孔边缘的土；前刀刃38的作用是减小扰动地切削钻孔边缘的土；底刀刃39的作用是减小扰动地切削钻孔边缘的土；出渣槽40的作用是顺利出渣，减小对孔壁边界土的扰动；地面41是被测试的土地。