一种超声波振动旋挖钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超声波振动旋挖钻头，其将超声波振动器连接在旋挖钻头的齿盘上，通电后超声波振动器产生的超声波振动通过变幅杆将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿上，使截齿对岩石进行超声波振动，实现旋挖钻头的超声波振动回转钻进。超声波振动器是通过压电陶瓷将电能转换成超声波振动，这种振动频率与岩石的固有频率相同，使岩石产生共振。当岩石受到共振时，内部会快速产生损伤，大幅度降低岩石的强度，从而大大提高钻头的碎岩效果，实现超声波振动辅助回转钻进，大幅度提高旋挖钻头的钻进效率，延长钻头寿命。
【专利说明】
一种超声波振动旋挖钻头
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种利用超声波振动辅助回转切削快速破碎岩石并提高钻进效率延长钻头寿命的旋挖钻头钻进技术，主要应用于市政建设、大型交通工程、高层建筑粧基础施工以及基坑挡土墙施工等领域。具体地说是一种超声波振动旋挖钻头及其钻进方法。
【背景技术】
[0002]随着我国现代化建设的蓬勃发展，尤其是高速公路、高速铁路、机场港口、市政工程、水电设施及民用建筑等基础建设工程投资规模不断扩大，由此带来大量深孔成型作业。传统的灌注粧施工工艺如冲击钻进、反循环钻进等方式噪声大、效率低，并且会造成比较严重的污染，成为制约工程施工进度的重要因素。而这些基础建设中的粧基工程不仅工程量大、工期持续时间长，而且进度要求严格、环保方面也有很高的要求，所以目前普遍采用旋挖钻机进行施工。
[0003]在旋挖钻进技术的日趋完善的同时，其应用领域也在不断扩大，不仅广泛用于一般砂土层、砂砾层及粘土层，同时正逐步用于卵砾石、漂石等复杂地层及坚硬基岩深孔、超大直径粧孔钻进。硬至坚硬地层中钻进时，时常出现打滑不进尺现象，钻进效率低、钻头寿命短、钻进成本尚。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的就在于克服旋挖钻头存在的的不足，而提供一种超声波振动旋挖钻头。
[0005]本实用新型将超声波振动器安放在旋挖钻头的齿盘上，通电后超声波振动器产生的超声波振动通过变幅杆将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿上，使截齿对岩石进行超声波振动，实现旋挖钻头的超声波振动回转钻进。超声波振动器是通过压电陶瓷将电能转换成超声波振动，这种振动频率与岩石的固有频率相同，使岩石产生共振。当岩石受到共振时，内部会快速产生损伤，大幅度降低岩石的强度，从而大大提高钻头的碎岩效果，实现超声波振动辅助回转钻进，大幅度提尚旋挖钻头的钻进效率，延长钻头寿命。
[0006]本实用新型是由连接套、筒体、齿盘、截齿、超声波振动器和变幅杆构成，筒体一端与连接套相连，用来连接钻杆，筒体另一端连接齿盘，齿盘的一侧固定有截齿，齿盘的另一侧每个截齿的对应位置连接超声波振动器，超声波振动器的前端连接变幅杆。超声波振动器是通过压电陶瓷将电能转换成超声波振动，这种振动频率与岩石的固有频率相同，超声波振动器产生的超声波振动通过变幅杆将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿上，截齿冲击岩石，使岩石产生共振。实现旋挖钻头的超声波振动回转钻进。
[0007]本实用新型的工作原理:
[0008]本钻头在工作时，在超声波振动器上施加超声频交流电压，输入电压频率设定为超声波振动器的工作频率，该超声波振动器选用压电陶瓷材料，利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械能，在整个超声波振动器中形成驻波共振，变幅杆将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿上，截齿冲击破碎岩石。岩石受到共振时，内部会快速产生损伤，岩石的强度会大幅度急剧下降。本实用新型首次将超声波振动器连接在旋挖钻头的齿盘上。
[0009]本钻头工作时，超声波振动器产生的超声波振动通过变幅杆将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿上，截齿冲击岩石，使得超声波的传递距离达到最小，最高限度的减少传播途中的能量损失。从而快速高效的损伤孔底岩石，使其强度快速下降。由于岩石强度降低，钻头的磨损减少，延长了钻头的寿命，提高了钻进效率。从而实现超声波振动辅助回转钻进。
[0010]本实用新型的有益效果:
[0011]1、本实用新型将超声波振动器连接在旋挖钻头的齿盘上，并与截齿进行连接，克服了旋挖钻头钻进硬岩存在的技术问题。本实用新型能够在钻头的截齿上直接产生超声波振动，不需经过钻杆进行传递，大大提高了能量利用率；
[0012]2、本实用新型在超声波振动器上施加超声频交流电压，输入电压频率设定为超声波振动器的工作频率，该超声波振动器选用压电陶瓷材料，利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械能，在整个超声波振动器中形成驻波共振。使岩石在受到共振时，快速产生疲劳破碎，提高机械钻速。本实用新型可减小钻头磨损，延长钻头寿命。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的结构示意图。
[0014]图2是本实用新型的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]请参阅图1和图2所示，本实施例是由连接套1、筒体2、齿盘3、超声波振动器4、截齿5和变幅杆6构成，筒体2—端与连接套I相连，用来连接钻杆，筒体2另一端连接齿盘3，齿盘3的一侧固定有截齿5，齿盘3的另一侧每个截齿5的对应位置连接超声波振动器4，超声波振动器4的前端连接变幅杆6。
[0016]超声波振动器4是通过压电陶瓷将电能转换成超声波振动，这种振动频率与岩石的固有频率相同，超声波振动器4产生的超声波振动通过变幅杆6将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿5上，截齿5冲击岩石，使岩石产生共振。实现旋挖钻头的超声波振动回转钻进。
[0017]本实施例的工作原理:
[0018]本钻头在工作时，在超声波振动器4上施加超声频交流电压，输入电压频率设定为超声波振动器4的工作频率，该超声波振动器4选用压电陶瓷材料，利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械能，在整个超声波振动器4中形成驻波共振，变幅杆6将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿5上，截齿5冲击破碎岩石。岩石受到共振时，内部会快速产生损伤，岩石的强度会大幅度急剧下降。本实用新型首次将超声波振动器4连接在旋挖钻头的齿盘3上。
[0019]本钻头工作时，超声波振动器4产生的超声波振动通过变幅杆6将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿5上，截齿5冲击岩石，使得超声波的传递距离达到最小，最高限度的减少传播途中的能量损失。从而快速高效的损伤孔底岩石，使其强度快速下降。由于岩石强度降低，钻头的磨损减少，延长了钻头的寿命，提高了钻进效率。从而实现超声波振动辅助回转钻进。
【主权项】
1.一种超声波振动旋挖钻头，其特征在于:是由连接套(I)、筒体(2)、齿盘(3)、超声波振动器(4)、截齿(5)和变幅杆(6)构成，筒体(2)—端与连接套(I)相连，用来连接钻杆，筒体(2)另一端连接齿盘(3)，齿盘(3)的一侧固定有截齿(5)，齿盘(3)的另一侧每个截齿(5)的对应位置连接超声波振动器(4)，超声波振动器(4)的前端连接变幅杆(6)。2.根据权利要求1所述的一种超声波振动旋挖钻头，其特征在于:所述的超声波振动器(4)是通过压电陶瓷将电能转换成超声波振动，这种振动频率与岩石的固有频率相同，超声波振动器(4)产生的超声波振动通过变幅杆(6)将输出的振幅放大后，直接施加在钻头的截齿(5)上，截齿(5)冲击岩石，使岩石产生共振，实现旋挖钻头的超声波振动回转钻进。
【文档编号】E21B28/00GK205618089SQ201620421894
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】赵大军, 孙雪娇, 张书磊
【申请人】吉林大学