专利名称：浮动配气双向冲击式非光滑螺旋钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于钻孔灌注桩施工的旋冲钻具，尤其是一种具有浮动配气双向冲击机构的非光滑螺旋钻头。
背景技术：
干作业螺旋钻孔是一种效率较高、成本低廉、技术简单的钻孔灌注桩成孔技术，由 于无需泥浆护壁，故其对环境污染小，广泛适用于粘土层、沙土层和砾石层钻进。目前旋挖 钻机配套使用的常规短螺旋钻头在钻遇冻土层时出现钻杆跳动、孔底打滑的现象，而钻遇 粘性土层时则经常出现大量粘土附着在螺旋叶片表面，致使驱动扭矩增大、甩土困难，需人
工清理。
实用新型内容本实用新型的目的是为提高短螺旋钻头对冻土层、中硬岩层及卵砾石地层的钻进 能力，有效避免螺旋叶片表面附着粘土的现象，提供一种浮动配气双向冲击机构的非光滑 短螺旋钻头，以顺利实施冲击与回转相结合的钻进工艺。本实用新型的目的是通过以下方案实现的本实用新型所述短螺旋钻头由钻杆连接器、螺旋叶片、中心杆、矛头组成，螺旋叶 片表面及侧面设有铬合金颗粒，底部刃口镶有一组截齿，固定在中心杆上，钻杆连接器和矛 头固定在中心杆的两端，中心杆内设有浮动配气的双向冲击机构，矛头为阶梯状挤密矛头 结构。所述双向冲击机构包括配气套、冲击活塞、配气芯管、花键轴、花键套和反馈弹簧， 配气套通过高压胶管与配套的空压机连接，套装在花键轴前端并安装在中心杆内孔钻杆连 接器端，反馈弹簧和花键套套装于中心杆与花键轴之间，配气芯管、冲击活塞浮动安装在中 心杆内钻杆连接器和中心挤密矛头之间。本实用新型螺旋钻头在常规旋转钻进技术基础上增加了冲击功能，冲击作用可根 据施工情况自动切换状态，螺旋叶片表面具有合理的非光滑特征，动力传输安全可靠、破土 及碎岩机理先进，是一种节能高效的全新钻孔机具。
图1为本实用新型螺旋钻头整体结构立体图；图2为本实用新型螺旋钻头内部结构图；图3为本实用新型的具有非均勻颗粒螺旋叶片视图；图中1-连接器、2-配气套、3-螺旋叶片、4-中心杆、6-矛头、7-冲击活塞、8-配 气芯管、9-花键轴、10-花键套。
具体实施方式
如图所示，本实用新型浮动配气双向冲击式非光滑短螺旋钻头由钻杆连接器1、螺 旋叶片3、中心杆4、矛头6组成，螺旋叶片3表面及侧面设有铬合金颗粒，底部刃口镶有一 组截齿5，固定在中心杆上，钻杆连接器1和矛头6固定在中心杆的两端，中心杆4内设有浮 动配气的双向冲击机构，矛头6为阶梯状挤密矛头结构。所述双向冲击机构包括配气套2、 冲击活塞7、配气芯管8、花键轴9、花键套10和反馈弹簧，配气套2通过高压胶管与配套的 空压机连接，套装在花键轴9前端并安装在中心杆4内孔钻杆连接器端，反馈弹簧和花键套 10置于中心杆与花键轴9之间，配气芯管8、冲击活塞7浮动置于中心杆内钻杆连接器1和 中心挤密矛头6之间。冲击机构的主要功能是利用冲击活塞7的往复运动产生冲击能，使整个钻具作用 于土体，结合钻具回转实施旋冲钻进。冲击活塞7的运动受配气装置的控制，该配气装置具 有浮动功能，即钻进时配气芯管8被压下，使活塞向下运动时获得足够的加速行程，对钻头 体产生较强冲击作用；提钻时若阻力较大，配气芯管8将被提升，于是减弱了活塞回程的缓 冲作用，致使活塞打击上砧座时仍具有可观的冲击末速，产生反向冲击作用。借助反馈弹簧 的控制作用，正常提钻、阻力较小时可使配器装置处在进气、排气相联通的状态，使 冲击机 构暂停工作，以避免不必要的能量损失。阶梯状挤密矛头，可破坏土体的夯实效应，确保较高的钻进效率。配气套2用于输入压缩空气，压缩空气由配备在地表的空压机产生，通过与钻杆 同步伸缩的高压胶管进行传输。配气套2具有支撑和密封结构，定期向配气套2环槽内注 润滑脂，以确保配气套与花键轴9外圆柱表面间较小的摩擦力矩。花键轴9外圆柱表面必 须进行高频淬火，有效防止抱轴而引起高压胶管缠绕。必须选择带有弹簧护套的高压胶管， 配气套2与胶管之间联接防脱锁链。该短螺旋钻头可通过上部接头与凯式伸缩钻杆联接，扭矩经浮动花键轴9、花键套 10传递给钻头本体，驱动钻头回转，由于内置冲击机构所产生的冲击振动作用，与钻头螺旋 表面、侧面接触的土体处于液化状态，故驱动扭矩较小，有效降低了钻机能耗。螺旋叶片表面及侧面的铬合金颗粒，形成合理的非光滑结构，有效防止土屑粘附， 降低了钻头与土体间的摩擦阻力，提高了钻进、除屑效率。螺旋叶片圆周布置的非光滑颗 粒，最外侧颗粒基圆直径为d，颗粒基圆尺寸沿径向向内按照d、0. 8d、0. 5d的规格逐级递 减，共布置三排，随叶片形状沿螺旋面阵列后布满整个叶片上下表面。颗粒形状可根据地层 条件修磨为球头、柱状或锥齿。螺旋钻头底部中心为阶梯状结构，阶梯数量5、个。施工时该螺旋钻头由旋挖钻机动力头及伸缩钻杆驱动回转，压缩空气由地表空压 机提供，输送至冲击机构。正常钻进条件下，配气芯管下压，冲击器处正冲击状态，实现旋冲 钻进；提钻时若阻力较小，由反馈弹簧控制配气芯管提动距离，使进、排气相通，冲击机构不 工作；若提钻遇卡，配气芯管继续提升，进而关闭进、排气导通通道，并使冲击机构工作在反 冲击状态；钻具提离孔口后，可向简单压下钻头，持续送风以使钻头振动，回转卸渣。本实用新型主要应用于钻孔灌注桩成孔作业，适应的地层条件为冻土、粘土、沙 土、卵砾石层及中硬岩层等，适用的钻进工艺为干孔旋冲钻进，排屑方式为间歇提钻振击甩 土。
权利要求一种浮动配气双向冲击式非光滑螺旋钻头，由钻杆连接器(1)、螺旋叶片(3)、中心杆(4)、矛头(6)组成，螺旋叶片(3)表面及侧面设有铬合金颗粒，底部刃口镶有一组截齿(5)，固定在中心杆上，钻杆连接器(1)和矛头(6)固定在中心杆的两端，其特征在于中心杆(4)内设有浮动配气的双向冲击机构，矛头(6)为阶梯状挤密矛头结构。
2.如权利要求1所述浮动配气双向冲击式非光滑螺旋钻头，其特征在于所述双向冲 击机构包括配气套(2)、冲击活塞(7)、配气芯管(8)、花键轴(9)、花键套(10)和反馈弹簧， 配气套(2)通过高压胶管与配套的空压机连接，套装在花键轴(9)前端并安装在中心杆(4) 内孔钻杆连接器端，反馈弹簧和花键套(10)套装于中心杆与花键轴(9)之间，配气芯管 (8)、冲击活塞(7)浮动安装在中心杆内钻杆连接器⑴和中心挤密矛头(6)之间。
3.如权利要求1所述浮动配气双向冲击式非光滑螺旋钻头，其特征在于阶梯状矛头(6)的阶梯数量5-9个。
专利摘要一种浮动配气双向冲击式非光滑螺旋钻头，由钻杆连接器、螺旋叶片、中心杆、矛头组成，螺旋叶片表面及侧面设有铬合金颗粒，底部刃口镶有一组截齿，固定在中心杆上，钻杆连接器和矛头固定在中心杆的两端，中心杆内设有浮动配气的双向冲击机构，矛头为阶梯状挤密矛头结构。本实用新型在常规旋转钻进技术基础上增加了冲击功能，冲击作用可根据施工情况自动切换状态，螺旋叶片表面具有合理的非光滑特征，动力传输安全可靠、破土及碎岩机理先进，是一种节能高效的全新钻孔机具。
文档编号E21B1/30GK201574688SQ200920125948
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者余德海, 康文波, 张高峰, 王清岩, 高翼 申请人:贵州航天天马机电科技有限公司