一种双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒的制作方法

本发明涉及旋挖钻机的旋挖钻具，尤其是一种双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒。

背景技术：

截齿取芯钻筒是一种使用较多的旋挖钻具，主要用来对硬质岩体或带有硬质岩体的混合土层进行钻削，截齿取芯钻筒主要用于旋挖过程中切削岩体并将切削下来的岩块提取出钻孔，现有的截齿取芯钻筒为单壁微锥筒式结构，底部排列有用于切削岩体的截齿，筒身设有出水口，通过方榫插销结构与旋挖钻机钻杆连接，接受由钻杆传来的压力和扭矩。截齿取芯钻筒工作时，钻杆将压力和扭矩传至钻筒，由钻筒底部的截齿切削岩体，随着钻进深度的增加，切削下来的岩体不断堆积在钻筒内，当碎岩块充满钻筒并挤压密实时，将钻筒从钻孔中提出，钻筒被提出后，正反转钻机钻杆将碎岩块甩出钻筒，进行下一回次的施工。

现有的截齿取芯钻筒为单璧筒式结构，其底部的截齿能高效地切削岩体，但不能彻底地将存储在钻筒内的岩体提取出钻孔，主要是因为截齿取芯钻筒没有岩块卡取装置，导致挤密的碎岩块在充满钻筒向上提出的过程中掉落，严重影响了取芯效率。另外，在孔外卸岩块过程中利用钻机甩动钻筒时，钻筒内的碎岩容易撞击钻筒内壁，有较大较长时间的噪音，影响施工环境。

现有的旋挖钻机一般只在专用于软质粘土层的普通钻斗底部设置有挡土机构，如中国专利201910653190.x公开了一种旋挖钻机，该方案在其钻斗底部开口处设置可翻转打开的钻头门，翻转装置还要连接驱动油缸，结构复杂，操作步骤多，不利于提高施工效率。另外，中国专利201220354155.1公开了一种带挡土机构的开瓣钻，该方案将斗齿换为截齿，以用于硬质岩体的钻削，并在钻头底部开口处增加了用于挡土的挡板机构，该挡板机构虽然可以挡土，但是会增大钻削过程中的阻力，且由于其挡板存在上下双向的阻挡作用，大块的硬质岩体较难进入钻斗内。因此，现有技术中需要一种适合于硬质岩体切削的、结构简单、操作方便且效率高的钻具，来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒，以解决背景技术中提出的问题。

一种双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒，包括外筒、内筒、第一复位弹簧、若干个转动活叶、若干套自锁机构及与每一套自锁机构对应的解锁装置：

所述外筒底部设置有用于切削岩体的截齿，所述内筒设置在外筒径向内侧，内筒的内部空间用于容纳岩体，内筒可以沿外筒轴向方向上下移动；

所述转动活叶一端与外筒的下部内壁可转动的连接，所述内筒下部设置有活叶孔，内筒相对外筒上升时，所述活叶孔的底边推动转动活叶末端向上转动而逐渐打开并最终伸至内筒内部空间中，转动活叶末端向上伸至内筒内部空间中时，转动活叶末端可挡住内筒中的岩体；内筒相对外筒下降时，在所述活叶孔的顶边推动下和/或转动活叶在自身重力或回弹力作用下，转动活叶末端向下转动而逐渐收起并最终容置于活叶孔中，转动活叶末端向下转动而被容置于活叶孔中时，内筒中的岩体可顺利的向下掉出；

所述第一复位弹簧抵设在内筒外壁顶部与外筒内壁顶部之间，第一复位弹簧用于沿外筒轴向向下的方向抵住内筒，使得内筒内壁顶部在没有受到岩石向上的挤压力之前，转动活叶末端一直处于收起的状态；

所述自锁机构设置在外筒顶部，所述自锁机构包括自锁齿条、齿条安装杆、滑动卡块与自锁弹簧，所述齿条安装杆的下端与内筒顶壁固定连接，齿条安装杆的中间部位穿设在外筒顶部设置的导向孔中，齿条安装杆可在导向孔的导向下相对外筒发生上下移动，齿条安装杆的上端安装有所述自锁齿条，所滑动卡块可在外筒顶部滑动而靠近或远离所述自锁齿条，所述滑动卡块靠近自锁齿条的一端设有与自锁齿条的齿槽形状匹配的头部，滑动卡块远离自锁齿条的一端连接有所述自锁弹簧，自锁弹簧推动滑动卡块向靠近自锁齿条的方向移动而使滑动卡块的头部卡入自锁齿条的齿槽中，所述自锁齿条的每一个齿的上齿面为斜面，下齿面为平面，滑动卡块的头部顶面为平面，底面为与自锁齿条上齿面滑动匹配的斜面，使得自锁齿条可在向上的推力作用下向上移动，自锁齿条每上移一个齿的距离，就将滑动卡块推离自锁齿条一次，但在滑动卡块没有外力干预下，自锁齿条会被滑动卡块卡住而不能向下移动，即实现齿条安装杆与内筒的自锁，使内筒不会相对外筒向下移动；

当内筒内填满岩块使内筒克服第一复位弹簧的压力而相对外筒上移时，所述自锁齿条可通过其从上到下依次设置的各个倾斜的上齿面将滑动卡块不断推离自锁齿条，并在内筒外顶壁与外筒内顶壁相抵而无法再上移时，所述滑动卡块的头部卡在自锁齿条靠下的某一条齿槽中，此时外筒底部的转动活叶末端呈打开状态，刚好将内筒中的岩块挡住，以防止岩块从内筒中掉落；

所述解锁装置设置在外筒顶部且位于滑动卡块的上方，所述解锁装置包括可上下伸缩的解锁杆，滑动卡块的顶部设有导向结构，所述解锁杆的底部对准滑动卡块顶部的导向结构，向下压解锁杆，可使滑动卡块向远离自锁齿条的方向移动，从而可使卡在自锁齿条齿槽中的滑动卡块头部脱离齿槽而实现内筒的解锁，即使得内筒可相对外筒下移，转动活叶回复至收起状态，以便于将内筒中的岩块卸出。

所述齿条安装杆上设置有不能穿过导向孔的阻挡部位，所述内筒下降至转动活叶收起后，齿条安装杆的阻挡部位被挡住而使内筒无法再继续下降。

所述齿条安装杆上的阻挡部位可为齿条安装杆上的自锁齿条的最下端的齿或者是齿条安装杆外壁上凸设的一圈挡环。

优选的，所述滑动卡块顶部的导向结构为设置在滑动卡块顶部中间位置的倾斜的承压面。

进一步的，所述自锁机构还包括设置在外筒外壁顶部的壳体，所述自锁齿条、滑动卡块、自锁弹簧与齿条安装杆的上端均设置在壳体内，所述解锁杆的底部经壳体上的通孔伸入壳体内而对准滑动卡块顶部的导向结构，所述解锁装置还包括第二复位弹簧，所述第二复位弹簧套设在解锁杆外，解锁杆的中间靠上的部位设有挡肩，所述第二复位弹簧的上端与挡肩相抵，下端与壳体内壁设置的凸缘相抵，第二复位弹簧用于在外部压力撤离后使解锁杆向上移动至其底部脱离与滑动卡块的接触，从而使得齿条安装杆与内筒可重新开始下一个自锁与解锁循环。

进一步的，所述第一复弹簧包括位于内筒与外筒中心位置的中心弹簧及若干位于中心弹簧径向外围的且分别套设在各齿条安装杆下端的外围弹簧。

进一步的，所述转动活叶为呈中心对称式分布在外筒底部内壁上的若干个，所述自锁机构与解锁装置也为呈中心对称式分布在外筒顶部外壁上的若干套。

优选的，所述活叶孔的底边与顶边均设置成倾斜面，以便于内筒的上下移动。

进一步的，所述内筒外壁与外筒内壁之间设置有竖向的导条与导槽，导条与导槽滑动匹配，导槽与导条一方面对内筒的上下运动进行导向，另一方面可对内筒进行周向限位，防止内筒相对外筒发生周向转动。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供了一种双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒，当内筒内填满岩块使内筒克服第一复位弹簧的压力而相对外筒上移时，外筒底部的转动活叶末端可逐渐打开，自锁机构可将内筒与转动活叶的位置锁住，使内筒中的岩块挡住，以防止岩块从内筒中掉落。按压解锁装置的解锁杆，可解除内筒位置及转动活叶角度的锁定，完成卸岩。

本发明的双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒设置成内外双筒结构，用于挡住岩块的转动活叶可随内筒的上升而打开，并可随着内筒的下降而收起，即转动活叶可以在内筒中填满岩块后自动打开，无需人工打开，需要卸掉岩块时，按压解锁杆即可解锁，转动活叶即可收起，结构简单、操作方便且效率高。转动活叶对外筒的旋挖钻削工作无影响，钻筒的钻削阻力小，可进一步提高钻削工作效率。

本发明的钻筒在内外筒之间设置有滑动匹配的导向条与导槽，一方面可对内筒的轴向上下移动提供导向作用，另一方面可防止内筒相对外筒发生周向转动。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒的主视结构图；

图2是本发明优选实施例的双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒的转动活叶处结构图一(转动活叶处于收起状态)；

图3是本发明优选实施例的双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒的转动活叶结构图二(转动活叶处于打开状态)；

图4是本发明优选实施例的双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒的内筒与外筒的俯视结构图；

图5是本发明优选实施例的双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒的活叶孔的主视结构图。

图中：1-外筒，11-截齿，12-转轴，13-导向孔，14-连接座，15-导槽，16-毛毡条，2-内筒，21-活叶孔，211-底边，212-顶边，22-导条，3-第一复位弹簧，31-中心弹簧，32-外围弹簧，4-转动活叶，5-自锁机构，51-自锁齿条，511-齿槽，512-齿，513-上齿面，514-下齿面，52-齿条安装杆，53-滑动卡块，531-头部，532-导向结构，54-自锁弹簧，55-壳体，6-解锁装置，61-解锁杆，611-挡肩，62-第二复位弹簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1～图4的一种双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒，包括外筒1、内筒2、第一复位弹簧3、若干个转动活叶4、若干套自锁机构5及与每一套自锁机构对应的解锁装置6：

外筒底部设置有用于切削岩体的截齿11，所述内筒设置在外筒径向内侧，内筒的内部空间用于容纳岩体，内筒可以沿外筒轴向方向上下移动；

本实施例中，转动活叶一端与外筒的下部内壁通过转轴12可转动的连接，所述内筒下部设置有活叶孔21，内筒内填满岩块而向上挤压内筒，至内筒外顶壁克服第一复位弹簧3的弹力，使内筒相对外筒发生向上的位移，所述活叶孔的底边推动转动活叶末端向上转动而逐渐打开并伸至内筒内部空间中，转动活叶末端向上伸至内筒内部空间中时，转动活叶末端可挡住内筒中的岩体；内筒相对外筒下降时，在所述活叶孔的顶边推动下，转动活叶末端向下转动而逐渐收起并最终容置于活叶孔中，转动活叶末端向下转动而被容置于活叶孔中时，内筒中的岩体可顺利的向下掉出；

本实施例中，第一复位弹簧抵设在内筒外壁顶部与外筒内壁顶部之间，第一复位弹簧用于沿外筒轴向向下的方向抵住内筒，使内筒保持原始位置，使得内筒内壁顶部在没有受到岩石向上的挤压力之前，转动活叶末端一直处于收起的状态；

本实施例中，自锁机构5设置在外筒顶部，所述自锁机构包括自锁齿条51、齿条安装杆52、滑动卡块53与自锁弹簧54，所述齿条安装杆的下端与内筒顶壁固定连接，齿条安装杆的中间部位穿设在外筒顶部设置的导向孔13中，齿条安装杆可在导向孔的导向下相对外筒发生上下移动，齿条安装杆的上端安装有所述自锁齿条，外筒外壁顶部设置有供滑动块底部滑动的滑槽，所滑动卡块可在外筒外壁顶部的滑槽中滑动而靠近或远离所述自锁齿条，滑动卡块靠近自锁齿条的一端设有与自锁齿条的齿槽形状匹配的头部531，滑动卡块远离自锁齿条的一端连接有所述自锁弹簧54，自锁弹簧推动滑动卡块向靠近自锁齿条的方向移动而使滑动卡块的头部卡入自锁齿条的齿槽511中，所述自锁齿条的每一个齿512的上齿面513为斜面，下齿面514为平面，滑动卡块的头部顶面为平面，底面为与自锁齿条上齿面滑动匹配的斜面，使得自锁齿条可在向上的推力作用下向上移动，自锁齿条每上移一个齿的距离，就将滑动卡块推离自锁齿条一次，但在滑动卡块没有外力干预下，自锁齿条会被滑动卡块卡住而不能向下移动，即实现齿条安装杆与内筒的自锁，使内筒不会相对外筒向下移动；

当内筒内填满岩块使内筒克服第一复位弹簧的压力而相对外筒上移时，所述自锁齿条可通过其从上到下依次设置的各个倾斜的上齿面将滑动卡块不断推离自锁齿条，并在内筒外顶壁与外筒内顶壁相抵而无法再上移时，所述滑动卡块的头部卡在自锁齿条靠下的某一条齿槽中，此时外筒底部的转动活叶末端呈打开状态，刚好将内筒中的岩块挡住，以防止岩块从内筒中掉落；

本实施例中，所述解锁装置6设置在外筒顶部且位于滑动卡块53的上方，所述解锁装置包括可上下伸缩的解锁杆61，滑动卡块的顶部设有导向结构532，所述解锁杆的底部对准滑动卡块顶部的导向结构，向下压解锁杆，可使滑动卡块向远离自锁齿条的方向移动，从而可使卡在自锁齿条齿槽中的滑动卡块头部脱离齿槽而实现内筒的解锁，即使得内筒可相对外筒下移，转动活叶回复至收起状态，以便于将内筒中的岩块卸出。

本实施例中，所述齿条安装杆上设置有不能穿过导向孔的阻挡部位，阻挡部位可为齿条安装杆上的自锁齿条的最下端的齿，所述内筒下降至转动活叶收起后，齿条安装杆的阻挡部位被挡住而使内筒无法再继续下降。

本实施例中，所述滑动卡块顶部的导向结构532为设置在滑动卡块顶部中间位置的倾斜的承压面，解锁杆61的底部可设置成球面结构，以减小与导向结构之间的摩擦，降低阻力。

本实施例中，所述自锁机构还包括设置在外筒外壁顶部的壳体55，所述自锁齿条、滑动卡块、自锁弹簧与齿条安装杆的上端均设置在壳体55内，所述解锁杆的底部经壳体上的通孔551伸入壳体内而对准滑动卡块顶部的导向结构，所述解锁装置还包括第二复位弹簧62，所述第二复位弹簧套设在解锁杆61外围，解锁杆的中间靠上的部位设有挡肩611，所述第二复位弹簧的上端与挡肩相抵，下端与壳体内壁设置的凸缘(图中未示出)相抵，第二复位弹簧用于在外部压力撤离后使解锁杆向上移动至其底部脱离与滑动卡块的接触，从而使得齿条安装杆与内筒可重新开始下一个自锁与解锁循环。

本实施例中，所述第一复弹簧3包括位于内筒与外筒中心位置的中心弹簧31及若干位于中心弹簧径向外围的且分别套设在各齿条安装杆下端的外围弹簧32。

本实施例中，所述转动活叶为呈中心对称式分布在外筒底部内壁上的若干个，与转动活叶一一对应的内筒底部的且各活叶孔也呈中心对称式分布。参见图5，为便于顶起活叶，活叶孔的顶边212为直边，为便于受力顶起且减小泥土附着，活页孔的底边211为圆弧边。且为便于内筒的上下移动，活叶孔的底边211与顶边212均设置成倾斜面，底边211与顶边212的倾斜方向均设置为：使得内筒外壁与底边及顶边的交界处为在上的大径端，内筒内壁与底边及顶边的交界处为在下的小径端。

本实施例中，外筒顶部外壁中心位置设置有用于连接钻杆的连接座14，所述自锁机构与解锁装置也为呈中心对称式分布在连接座14外围的若干套。各齿条安装杆上的外围弹簧32也设置成中心对称结构，以对内筒提供均匀的复位推力，有效的保证内外筒之间的同轴度，防止内筒向下移动过程中发生卡阻。

为了保证内外筒之间的滑动和各弹簧的工作环境，齿条安装杆与导向孔之间安装密封圈，解锁杆与壳体的通孔之间也安装密封圈；外筒底部内壁在转动活叶的上方位置设置有一圈毛毡条16，毛毡条用于防止砂砾和碎石从底部进入内外筒的缝隙之间，防止内筒发生卡阻。

参见图4，本实施例中，所述内筒外壁凸设有导条22，外筒内壁凹设有导槽15，导条与导槽滑动匹配，导槽与导条一方面对内筒的上下运动进行导向，另一方面可对内筒进行周向限位，防止内筒相对外筒发生周向转动。

本发明的双筒活叶卡取自锁式截齿取芯钻筒工作过程及原理大致如下：

钻进过程中，内筒中的岩块未填满之前，对内筒顶壁没有挤压作用，内筒在第一复位弹簧的压力作用下保持原始位置，此时转动活叶处于收起状态，内筒内部的岩块继续增多。钻进过程中，内筒中的岩块逐渐被挤压，直至推动内筒顶部逐渐自锁，活叶逐渐打开。

内筒中的岩块填满后，向上挤压内筒顶壁，至克服第一复位弹簧的弹力后，内筒上升，至第一复位弹簧被压缩到某一种程度或被完全压缩后，内筒无法再上升，滑动卡块通过自锁齿条将内筒锁住，此时，转动活叶处于打开状态，将内筒中的岩块挡住，防止岩块下落。应当指出的是，由于内筒中压紧的各岩块之间是存在相互的卡阻作用的，且岩块一般为较大块的，因此，转动活叶的面积不需要设置得很大，只需挡住岩块的某个部位就可以挡住整块岩块，并通过该岩块对其周围的岩块提供阻挡作用。

内筒中的岩块填满后，钻杆向上提升，将钻筒提出钻孔，旋挖钻机的回转转盘下端设有圆盘，解锁杆可在随钻筒上升过程中触发圆盘而实现解锁，解锁后，滑动卡块与自锁齿条脱离，在第一复位弹簧的作用下，内筒带动内部的岩块一同向下移动，至内筒被转动活叶卡住和/或被自锁齿条最下端的自锁齿卡住，此时，转动活叶完全收起，岩块的阻挡作用被撤除，在其向下的惯性作用下继续向下掉落，完成卸岩。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。