专利名称：螺旋钻孔机的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种用于地下钻孔的螺旋钻孔机。本文公开的装置在钻削水平、纵向延伸钻孔中有具体应用，并且参考该申请在下文对这些装置进行描述，将是便利的。然而， 可以理解的是，本公开内容中所公开的这些装置可以有其它应用，包括但不局限于钻削竖井。
背景技术：
本说明中包括的机器的下述说明仅仅用于提供本公开的背景的目的。不建议将这些内容形成现有技术基础的一部分或者是本公开的相关领域的公知常识。螺旋钻孔机是一种钻孔机，其使用旋转切削头切削泥土，并且使用被驱动的螺旋钻来从切削头输送弃土。外壳用于保持钻孔的完整性，并且允许弃土沿钻孔输送。在钻孔完成之后，外壳还可以留在合适的位置，以提供用于设备通过的导管。螺旋钻孔机常用于设备需要放到地下并且不便于挖掘壕沟的情况中，例如当在车道或轨道线下穿过时。外壳和螺旋钻具有一定公差，如果螺旋钻和外壳与选择的方向大致对齐，该公差允许螺旋钻在外壳内旋转。通过改变外壳的外壁和周围泥土的摩擦，外壳能够从其的选择方向转向。可选地，外壳能够被树根或浮动物转向。螺旋钻和外壳不能保持与选择方向大致对齐会导致螺旋钻磨损外壳的内壁。这会产生螺旋钻和外壳之间的摩擦，并导致驱动电机更难以工作。过分的不对齐会导致钻孔机的损坏或故障。本发明人注意到在主外壳的前部具有短外壳件的螺旋钻孔机，短外壳件能够相对于主外壳枢转以提供具有转向能力的钻孔机。在主外壳的外部设置锤，其可操作以枢转短外壳件。这种配置仅允许在一个平面内转向。此外，在外壳外部的锤对外壳通过钻孔的运动不利，当外壳沿钻孔移动时易于损坏。障碍物，例如树根或更严重的浮动物，常常阻挡选择的钻孔路径。在发生该情况时，障碍物需要被碾碎，从而它能够通过切削头，或在切削头和外壳之间通过，进入到螺旋钻的叶片(flight)中。这太费时，并且会导致切削头变钝。因此，期望提供一种能够解决上述至少一个问题的螺旋钻孔机。优选地，该钻孔机能够提供有用的可选方案，来克服选择方向的路径上的障碍。优选地，该钻孔机还构造成与选择方向大致保持对齐。
发明内容
根据本公开内容，提供一种用于在泥土中钻孔的螺旋钻孔机。螺旋钻孔机包括切削头，所述切削头在使用中能够定位成接合所述泥土的工作面。所述切削头能够围绕驱动轴线旋转，以便在工作面处切削泥土。钻孔机还包括螺旋钻，所述螺旋钻能够围绕所述驱动轴线旋转，用于从切削头输送由切削头的工作产生的弃土 ；和外壳，所述外壳容纳螺旋钻，所述螺旋钻被推进到在切削头后面的钻孔中。切削头能够相对于外壳在轴向方向上移动。优选地，螺旋钻孔机包括转向靴，所述转向靴位于切削头的附近，用于引导外壳在横向于轴向方向的转向方向上移动到钻孔中。更优选地，所述转向靴相对于外壳围绕驱动轴线旋转，用于调节所述转向方向。更优选地，所述转向靴随切削头的旋转而一起旋转，以便调节所述转向方向。更优选地，所述切削头在轴向方向上后退以便直接或间接地接合转向靴，并且被旋转以便旋转转向靴。更优选地，所述切削头能够沿顺时针或逆时针方向旋转，相应地旋转转向靴。更优选地，所述切削头被构造成积极地接合转向靴，使得切削头的旋转导致转向靴的直接旋转。更优选地，所述切削头和转向靴包括一个或更多个齿，所述一个或更多个齿相互作用以便积极地进行接合。更优选地，所述转向靴包括转向套管，所述转向套管具有相对于切削头的驱动轴线的偏心结构。在一个实施例中，所述转向套管能够包括与驱动轴线同心的内表面和相对于驱动轴线偏心的外表面。所述外表面可以包括第一部分，所述第一部分比外表面的第二部分更加位于驱动轴线的径向外部。在使用螺旋钻孔机时，转向套管的第一部分在与目标转向方向相反的方向上与驱动轴线间隔开。通过围绕驱动轴线转动转向套管，外表面的第一部分的位置可以圆周地调节，以便使螺旋钻孔机转向。在另一个实施例中，转向套管可以旋转地安装在外壳内，并且可以包括与外壳的内和外表面同心并且相对于驱动轴线偏心的外表面。转向套管还包括与螺旋钻和驱动轴线同心的内表面。所述内表面可以构造成在靠近切削头附近的位置接触螺旋钻。通过在外壳内旋转转向套管，能够相对于螺旋钻调节外表面的圆周定向。转向套管的圆周调节导致螺旋钻相对于外壳的径向运动，其通过切削头相对于外壳的径向运动来提供螺旋钻孔机的转向。优选地，螺旋钻孔机包括推力装置，该推力装置用于相对于外壳轴向地移动切削头和螺旋钻。在一个实施例中，推力装置使切削头和螺旋钻相对于外壳轴向地移动不超过螺旋钻的一个叶片长度。在其它实施例中，推力装置能够使切削头和螺旋钻相对于外壳沿驱动轴线移动等于螺旋钻的至少一个叶片长度的轴向距离。在又一些其它实施例中，推力装置能够使切削头和螺旋钻相对于外壳沿驱动轴线移动等于螺旋钻的一个叶片长度的至少四分之三的轴向距离。优选地，螺旋钻孔机包括用于旋转切削头和螺旋钻的旋转驱动装置，该旋转驱动装置能够通过推力装置的操作在轴向方向上移动，以便相对于外壳移动切削头。更优选地， 旋转驱动装置位于可移动的框架上并且与推力装置关联，用于在轴向方向上移动旋转驱动装置。更优选地，推力装置可操作以将外壳推进到钻孔中。更优选地，推力装置直接或间接地接合推力桥，该推力桥可以随外壳一起移动到钻孔中，外壳固定到推力桥上，以便抵抗相对于钻孔的旋转。更优选地，推力桥位于可移动的框架上，该可移动的框架能够独立于切削头的运动而进行运动。
更优选地，推力装置包括锤、剪切驱动件、支架和小齿轮或螺纹驱动件中的任一个。参照附图，便于下面对根据本公开的螺旋钻孔机的优选实施例进行更加详细地描述。具体的附图和相关的详细说明不能理解成代替对本发明的之前的宽范围限定的概括。
图1是切削头处于正常工作位置的螺旋钻孔机的优选实施例的示意侧视图和局部剖视图。图IA是图1的螺旋钻孔机的一部分的示意侧视图，其中抽取桶的侧壁是可见的。图2是当切削头处于正常工作位置时驱动装置、抽取桶和推力桥的示意顶部平面视图和局部剖视图。图3是切削头处于延伸工作位置的螺旋钻孔机的示意侧视图和局部剖视图。图4是当切削头处于延伸工作位置时驱动装置、抽取桶和推力桥的示意顶部平面视图和局部剖视图。图5显示转向靴和外壳结构的优选实施例的等大视图。图6显示切削头、转向靴和外壳的一部分的示意侧视图和局部剖视图，其中切削头相对于外壳处于正常工作位置。图7显示外壳、转向靴和切削头的示意侧视图和局部剖视图，其中切削头后退与转向靴接合。图8A是显示转向靴相对于外壳和4-杆切削头处于第一圆周位置的前正视图，第一圆周位置适于在朝下的方向上引导切削头。图8B是显示转向靴相对于外壳和4-杆切削头处于第二圆周位置的前正视图，第二圆周位置适于在朝右的方向上引导切削头。图8C是显示转向靴相对于外壳和4-杆切削头处于第三圆周位置的前正视图，第三圆周位置适于在朝上的方向上引导切削头。图8D是显示转向靴相对于外壳和4-杆切削头处于第四圆周位置的前正视图，第四圆周位置适于在朝左的方向上引导切削头。图9A是显示转向靴相对于外壳和2-杆切削头处于第一圆周位置的前正视图，第一圆周位置适于在朝下的方向上引导切削头。图9B是显示转向靴相对于外壳和2-杆切削头处于第二圆周位置的前正视图，第二圆周位置适于在朝右的方向上引导切削头。图9C是显示转向靴相对于外壳和2-杆切削头处于第三圆周位置的前正视图，第三圆周位置适于在朝上的方向上引导切削头。图9D是显示转向靴相对于外壳和2-杆切削头处于第四圆周位置的前正视图，第四圆周位置适于在朝左的方向上引导切削头。图IOA是显示转向靴相对于外壳和3-杆切削头处于第一圆周位置的前正视图，第一圆周位置适于在朝下的方向上引导切削头。图IOB是显示转向靴相对于外壳和3-杆切削头处于第二圆周位置的前正视图，第二圆周位置适于在朝右的方向上引导切削头。
图IOC是显示转向靴相对于外壳和3-杆切削头处于第三圆周位置的前正视图，第三圆周位置适于在朝上的方向上引导切削头。图IOD是显示转向靴相对于外壳和3-杆切削头处于第四圆周位置的前正视图，第四圆周位置适于在朝左的方向上引导切削头。图IlA是显示处于外壳内的第一圆周位置的变化的转向靴的前正视图，第一圆周位置适于相对于外壳在朝上的方向上偏移切削头。图IlB是显示处于外壳内的第二圆周位置的变化的转向靴的前正视图，第二圆周位置适于相对于外壳在朝右的方向上偏移切削头。图IlC是显示处于外壳内的第三圆周位置的变化的转向靴的前正视图，第三圆周位置适于相对于外壳在朝下的方向上偏移切削头。图IlD是显示处于外壳内的第四圆周位置的变化的转向靴的前正视图，第四圆周位置适于相对于外壳在朝左的方向上偏移切削头。图12A显示处于正常工作位置的螺旋钻孔机，切削头接近浮动障碍物。图12B显示螺旋钻孔机，切削头和螺旋钻被延伸，以允许浮动障碍物通过切削头被操纵。图12C显示螺旋钻孔机，其后退到正常工作位置，使得浮动障碍物已与螺旋钻一起被后退到外壳中。图13显示根据本公开的原理的钻头。
具体实施例方式参照图1，其显示螺旋钻孔机1，该螺旋钻孔机1大体上包括切削头2、螺旋钻3、外壳4和旋转驱动装置5。当使用时，旋转驱动装置5位于井坑(pit) 6中，井坑6靠近切削头 2切削的泥土 7，同时切削头2、螺旋钻3和外壳4位于钻孔8中。切削头2位于螺旋钻3的远离驱动装置5的远端处。驱动装置5靠近螺旋钻3的近端定位。通过驱动装置5使切削头2围绕驱动轴线X-X旋转，并且切削头2接合泥土 7 的工作面9以便将泥土 7减小成颗粒材料(该颗粒材料常称为弃土)。这种类型和结构的切削头2可以根据钻孔机1工作的情况、以本行业中熟练技术人员所理解的方式改变。更具体地，本发明不局限于任一种具体类型、形状、结构的切削头2。旋转驱动装置5可以通过任意数量的不同结构来提供动力。示例性的结构包括液压驱动装置或来自发动机的直接或间接动力输出装置。螺旋钻3在切削头2和旋转驱动装置5之间延伸，并且能够与切削头2 —起围绕驱动轴线X-X旋转，以便在远端到近端的方向上将弃土从切削头2输送到抽取桶10，该抽取桶10位于螺旋钻3和旋转驱动装置5之间。可以根据钻孔机1工作的情况来选择具有不同的幅度和波长的叶片特性的螺旋钻3。旋转螺旋钻3的转矩通过驱动杆延伸件120从旋转驱动装置5传递到螺旋钻3。 驱动杆延伸件120的近端连接到旋转驱动装置5，驱动杆延伸件120的远端连接到螺旋钻3 的近端。驱动杆延伸件120沿轴线X-X对齐，并且延伸通过抽取桶10。抽取桶10提供将弃土从钻孔排出的场所。螺旋钻段121沿驱动杆延伸件120的远端部固定。当驱动杆延伸件 120在关于轴线X-X的第一方向上旋转时，螺旋钻段121通过抽取桶10将螺旋钻3接收的弃土向近端输送。抽取浆结构件122沿驱动杆延伸件120的近端部固定。通过驱动杆延伸件120，使抽取浆结构件122围绕轴线X-X旋转，用于强迫从螺旋钻段121接收的弃土材料通过抽取桶10的侧部排出口 125(参见图1A)从抽取桶10横向地排出。阻挡板123安装到旋转驱动装置5的外部壳体。阻挡板123靠近抽取浆结构件122定位，并且紧密地配合在抽取桶10内，防止弃土通过抽取桶10的近端。阻挡板123不随驱动杆延伸件120旋转。 可以包括输送系统(未显示)，以接收来自抽取桶10的侧部排出口 125的弃土，并且将弃土从井坑6移出到更方便的场所。本行业的熟练技术人员可以理解，存在从抽取桶移除弃土的其它合适的装置。螺旋钻3位于外壳4内，具有足够的公差，以允许通过旋转驱动装置5的工作经驱动杆延伸件120使螺旋钻3相对于外壳4旋转。外壳4为钻孔8提供支撑并且提供导管， 螺旋钻3能够通过该导管抽取弃土。外壳4常常是牺牲的，在于在已切削完钻孔之后将它留在钻孔8中。通过推力装置12将外壳4推动到钻孔8中，推力装置12给推力框架21施加力， 该推力框架21包括与外壳4接合的推力桥13。通常，优选地，推力桥13 (例如通过闩、连接销、连接夹、互锁齿或其它结构)连接到外壳4，以便降低外壳4随螺旋钻3旋转的可能性。 然而，其它形式的连接也是可行的。对于短期运行，仅需要单个外壳段，外壳可以焊接到推力桥13。在钻孔8超过外壳4的长度时，需要导入外壳4的另一段和螺旋钻3的段到钻孔 8中(例如，如图1所示的互连的一串的3个外壳和螺旋钻段)。外壳4常常与等长度的螺旋钻3的段一起设置成6m长。当需要这样时，推力桥13与最近端的外壳段4分离，并且驱动杆延伸件120的远端与最近端的螺旋钻段分离。然后通过推力装置12使推力框架21后退，以便使推力桥13和旋转驱动装置5相对于最近端的外壳和螺旋钻段后退。推力框架的后退提供了间隙，该间隙允许外壳4的随后的段连接到最近端的外壳段4，并且还允许随后的螺旋钻段连接在最近端的螺旋钻段和驱动杆延伸件120的远端之间。之后，推力装置12 能够再次将互连的外壳段4以及互连的螺旋钻段推进到在切削头2之后的钻孔8中。独立的螺旋钻段优选地通过互连连接，这允许相对于外壳旋转螺旋钻段和切削头 2的转矩从螺旋钻段传递到螺旋钻段。此外，螺旋钻段之间的互连优选地允许推力和后拉负载通过螺旋钻段轴向地传递，以便允许螺旋钻段和切削头相对于外壳段轴向地延伸和后退。在一个实施例中，螺旋钻段通过阳型末端(例如六角形末端)互连，该阳型末端配合在阴型套(例如六角形套)中，以允许转矩从螺旋钻段传递到螺旋钻段。销能够用在配合端， 以允许后拉负载从螺旋钻段传递到螺旋钻段。在具体实施例中，外壳段也可以通过互连连接，该互连允许引导推力和后拉负载通过一串外壳段。钻孔机1的切削头2相对于外壳4能够移动。这可以以任何合适的方式实现，然而，在图示的实施例中，旋转驱动装置5相对于外壳4和推力框架21能够移动，以便一起移动螺旋钻3和切削头2。图2和图4所示的旋转驱动装置5位于一组具有轮子15的轨道 14上，以便于旋转驱动装置5相对于轨道14的运动。图示了额外的推力装置16，用于沿轨道14相对于桥13和外壳4移动驱动装置5。虽然附图显示用于推动推力桥13的齿条齿轮驱动件12，和用于推动旋转驱动装置5的液压锤16，但是很清楚其它形式的推力装置也是可行的。其它形式的推力装置可以包括但不局限于螺纹驱动件和剪切锤(scissor rams)。图1显示处于与抽取桶10的近端间隔开的后退位置上的旋转驱动装置5。图3显示处于与后退位置的远端间隔开的延伸位置上的驱动装置5。当处于延伸位置时，驱动装置5至少部分地位于抽取桶10内。驱动装置5从后退位置到延伸位置的运动使钻头杆延伸件120和螺旋钻3相对于外壳4向远端运动，因而导致切削头2向远端运动离开外壳4 的远端。钻头杆延伸件120的向远端的运动导致螺旋钻段121滑到最近端的外壳4的近端中，并且导致浆结构件122向远端运动到抽取桶10内。抽取桶10的排出口 125是细长的， 以便与浆结构件122的近端至远端的运动范围一致。切削头2相对于外壳4的运动允许钻孔机1更好地将树根或浮动物(例如，“浮”在泥土中的障碍物，如岩石或瓦砾)容纳在螺旋钻3的叶片11中。在一个实施例中，切削头2能够向远端移动超出外壳4的远端、不超过螺旋钻3的一个叶片长度χ。在其它实施例中，推力装置16能够使切削头2和螺旋钻3相对于外壳4沿驱动轴线X-X运动等于螺旋钻3的至少一个叶片长度χ的轴向距离。在另外的其它实施例中，推力装置16能够使切削头2和螺旋钻3相对于外壳4沿驱动轴线X-X运动等于螺旋钻3的一个叶片长度χ的至少四分之三的轴向距离。如本文所使用，术语“叶片长度”是指螺旋钻3的叶片11围绕螺旋钻轴转动360度所需的轴向长度。外壳4将依赖于它与外壳4的远端附近的泥土的相互作用方式，采用转向方向。优选地，转向方向是可调节的，从而使得外壳4能够被转向，以与选择的方向保持对齐。这可以以任何合适的方式实现，然而在图示的实施例中，钻孔机1包括转向靴17，该转向靴17位于切削头2附近的外壳4的远端处。图5所示的实施例的转向靴17可以采用壳/套管18 的形式，该壳/套管18装配在外壳4的远端部19上。套管18具有大致圆形外表面，该圆形外表面的圆心与驱动轴线X-X横向间隔开。因此，套管18的外表面40相对于驱动轴线 X-X是偏心的，并且套管18的内表面42相对于驱动轴线X-X是同心的。内表面42围绕外壳的外表面旋转，并且衬套/轴承能够设置在套管18和外壳之间，以便于套管18相对于外壳4的旋转。外圆心在与选择的转向方向相反的方向上与驱动轴线间隔开。为了调节套管18的外圆心的位置，切削头2能够后退，以便接合转向靴17。优选地，切削头2和转向靴17包括一个或更多个齿20，以便允许切削头2和转向靴17积极地接合。图5显示具有四个齿的靴，然而该数量仅仅是优选的。图示的齿的尺寸和形状是示意的。这些齿接合切削头2的后侧上的互补特征(未图示)，以便提供切削头2与转向靴17 的积极的接合。显然，其它形式的积极接合是可行的。与图1所示相似，图6显示相对于外壳处于正常工作位置的切削头。图7显示切削头2接合转向靴17。一旦切削头2已经接合转向靴17，切削头2能够相对于外壳4顺时针或逆时针地旋转，以便使转向靴17相对于外壳4围绕轴线X-X旋转。根据图8A-8D可以理解的是，以所述方式圆周地调节转向靴17允许朝下、朝上、朝右或朝左地调节外壳4的转向方向。因为转向套管18的外圆心偏离轴线X-X，因此转向套管18的外表面40具有与轴线X-X间隔最大径向距离的第一部分40a和与轴线X-X间隔最小径向距离的相对的第二部分40b。在切削头2相对于转向壳18围绕轴线X-X旋转的钻孔操作期间，钻柱的远端被推动，以在与第一部分40a的位置相对的方向上运动(例如，在钻孔期间，如果第一部分40a 朝上，那么钻柱的远端将被朝下推动)。因此，通过选择性地调节第一部分40a围绕轴线X-X的圆周/旋转位置，就能够改变转向方向。对于具体实施例，在钻孔期间，在切削头2与转向靴17接合的同时就能够进行钻孔。这导致在钻孔期间转向靴17随切削头2连续地旋转， 使得直钻孔被钻出。图9A-9D显示装备有两-杆切削头加的螺旋钻孔机1的远端。图9A-9D显示转向壳18相对于切削头加处于4个不同的转向位置。图10A-10D显示装备有三-杆切削头 2b的螺旋钻孔机1的远端。图10A-10D显示转向壳18相对于切削头2b处于4个不同的转
向位置。图11A-11D显示装备有变化的转向壳18a和两-杆切削器加的螺旋钻孔机1的远端。转向壳18a在外壳4的远端处旋转地安装在外壳4内。转向壳18a包括外表面50， 该外表面50与外壳的内表面和外表面同心并且相对于轴线X-X和螺旋钻3偏心。转向壳 18a包括内表面52，该内表面52相对于轴线X-X和螺旋钻3同心。内表面52适于接合螺旋钻3。通过调节转向套管18a在外壳内的旋转位置，就能够相对于螺旋钻调节外表面50 的圆周方位。转向套管18a的圆周调节(如图11A-11D的四个不同圆周位置所示)导致螺旋钻3相对于外壳4的径向运动，其通过切削头加相对于外壳4的径向运动来提供螺旋钻孔机的转向。当钻孔机1在使用时，它可以与本行业中已知的切削头2的定位装置一起使用，用于识别切削头2在泥土 7中的位置。然后，该信息能够传送至螺旋钻孔机1的操作者，以便将外壳4转向回到选择的方向。在切削头2接合浮动物或树根时，它可以运动到延伸工作位置(图幻，以便将树根或浮动物移动到螺旋钻3的叶片中，而不需要将树根或浮动物粉碎成颗粒弃土。图12A-12C显示如何能够用螺旋钻孔机1操纵障碍物60通过切削头2并进入外壳4，而不需要完全地粉碎障碍物。图12A显示切削头2接近障碍物。一旦碰撞到障碍物， 操作者能够停止切削头2的旋转。然后，操作者能够操纵切削头2围绕轴线X-X的旋转位置，而同时将切削头2从后退位置向延伸位置延伸所述距离χ。在切削头(通过螺旋钻相对于外壳的延伸)轴向地前进时，障碍物60被操纵通过切削头2的开口区域，直至障碍物位于中间位置为止，该中间位置位于切削头2的后侧的近端(参见图12B)。障碍物60然后被从中间位置移动到外壳4的远端中。例如，通过后退切削单元2，障碍物能够被拉进外壳中，使得切削单元2的后侧接触障碍物并且将障碍物向近端推进到外壳中。可选地，螺旋钻3能够旋转，从而使得障碍物60捕获在叶片11中并且被拉进外壳4中。在实际中，障碍物将可能通过上述技术的组合被移动到外壳中。图12C显示障碍物后退到外壳4中。一旦障碍物在外壳4中，螺旋钻3就能够围绕驱动轴线X-X旋转，以便向近端移动障碍物通过外
tJXi O可以理解的是，当切削头相对于外壳轴向地前进时，可以使用各种技术来操纵障碍物通过切削头。例如，当切削头相对于外壳轴向地前进时，操作者可以围绕驱动轴线缓慢地旋转切削头，以便操纵障碍物通过切削头。对于该操纵技术，所使用的转速将显著地比正常钻孔操作中切削头围绕驱动轴线的典型的转速慢。可选地，当切削头相对于外壳轴向地前进时，操作者可以围绕驱动轴线旋转地往复摆动切削头，以便操纵障碍物通过切削头。可替代地，对于具体应用，当切削头相对于外壳轴向地前进时，操作者可以不围绕驱动轴线旋转切削头，以便操纵障碍物通过切削头。通过如上所述地操纵障碍物通过切削头，通过切削头的障碍物的尺寸能够显著大于减小的材料的尺寸(即，通过切削头的切削作用，尺寸已经被减小的材料)，该减小的材料通常在切削头以正常钻孔速度旋转的正常钻孔工作期间通过或围绕切削头。这样，浮动障碍物能够以基本不减小的形式通过切削头。“基本不减小的形式”是指浮动障碍物没有被切削头减小(例如被粉碎、切害U、磨损、破碎、撕裂、研磨等) 到适于在切削头以正常钻孔速度旋转的正常钻孔情况下通过切削头的尺寸。为了便于操纵障碍物60通过切削头，期望切削头具有开口结构，其允许相对大的材料件轴向地通过切削头。在一个实施例中，切削头限定贯通开口(例如，在切割器2、加或 2b的杆之间的开口区域)，该贯通开口的横截面面积(当沿轴线X-X观看时的截面面积) 等于切削头钻出的钻孔的横剖面面积的至少15%、或至少20%、或至少30%、或至少40%。图13显示根据本公开的原理的钻头200。钻头200包括与前述相同的可后退/可延伸的切割器2和转向套管17、18 (具有第一和第二部分40a、40b)。钻头200适于连接到包围一串螺旋钻3的一串外壳4的远端。钻头200包括形成环形外壳的外部主体，该环形外壳包括近端部202和远端部204。近端部202和远端部204通过径向内台阶205连接。径向内台阶205提供与近端部204相比具有减小的内部直径和外部直径的远端部204。径向内台阶205提供用于将轴承安装在转向套管17、18和远端部204的外部直径之间的空间。 近端部202的近端连接到一串外壳的最远端的外壳4的远端。钻头200还包括沿切割器2的旋转轴线对齐的螺旋钻段3 ’。螺旋钻段3 ’具有连接到切割器2的远端和连接到一串螺旋钻的最远端的螺旋钻3的远端的近端。螺旋钻段 3'包括叶片11'，与螺旋钻3的叶片11的外直径相比，该螺旋钻段3'的叶片11'具有减小的外直径。叶片11'的外直径被选择成允许螺旋钻段3'容易地通过钻头200的外部主体的远端部204的减小的内直径延伸和后退。相似地，叶片11'的长度被选择成使得螺旋钻段3'的至少一个叶片长度能够向远端朝外地延伸超出钻头200的外部主体的最远端。根据前述说明应当理解的是，根据本发明的螺旋钻孔机1提供了用于克服钻孔8 的选择方向的路径上的障碍物的有用的可替代的方案。钻孔机1使外壳4转向以便与选择的方向保持对齐的能力，是特别优选的优点。在可替代的实施例中，能够在旋转驱动装置5 附近设置真空源，用于给外壳的内部施加真空。真空能够用于在远端至近端的方向上通过外壳抽吸弃土。真空能够替代螺旋钻，或者能够与螺旋钻组合使用。钻井流体能够设置在钻柱的远端，以便于从钻孔排出弃土。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对螺旋钻孔机引入各种替代和/或增添。
权利要求
1.一种用于在泥土中钻孔的螺旋钻孔机，所述螺旋钻孔机包括切削头，所述切削头用于接合所述泥土的工作面以切削钻孔，所述切削头能够围绕驱动轴线旋转，以便在所述工作面处切削所述泥土 ；螺旋钻，所述螺旋钻能够围绕所述驱动轴线旋转，用于从所述切削头输送由所述切削头的工作产生的弃土；外壳，所述外壳容纳所述螺旋钻，所述螺旋钻被推进到所述切削头后面的所述钻孔中， 所述切削头和所述螺旋钻能够相对于所述外壳沿所述驱动轴线移动；和转向部件，所述转向部件位于所述切削头的附近，用于引导所述外壳在横向于所述驱动轴线的转向方向上移动到所述钻孔中。
2.根据权利要求1所述的螺旋钻孔机，其中所述转向部件相对于外壳围绕所述驱动轴线旋转到不同的旋转位置，用于调节所述转向方向。
3.根据权利要求2所述的螺旋钻孔机，其中所述转向部件包括套管，所述套管包括相对于所述驱动轴线偏心的部分。
4.根据权利要求2所述的螺旋钻孔机，其中所述转向部件包括套管，所述套管包括外表面，所述外表面包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有与所述驱动轴线偏离的最大径向偏移，所述第二部分具有与所述驱动轴线偏离的、小于所述最大径向偏移的径向偏移，并且其中围绕所述驱动轴线调节所述第一部分的旋转位置，以便调节所述转向方向。
5.根据权利要求2所述的螺旋钻孔机，其中所述转向部件随所述切削头绕所述驱动轴线的旋转而一起旋转，以便调节所述转向方向。
6.根据权利要求5所述的螺旋钻孔机，其中所述切削头在所述轴向方向上后退以便直接或间接地接合所述转向部件，并且围绕所述驱动轴线旋转以便旋转所述转向部件，由此改变所述转向部件相对于所述驱动轴线的旋转位置。
7.根据权利要求6所述的螺旋钻孔机，其中所述切削头能够沿顺时针或逆时针方向旋转，相应地旋转所述转向部件。
8.根据权利要求6所述的螺旋钻孔机，其中所述切削头被构造成积极地接合所述转向部件，使得所述切削头的旋转会导致所述转向部件的直接旋转。
9.根据权利要求8所述的螺旋钻孔机，其中所述切削头和转向部件包括一个或更多个齿，当所述切削头后退到与所述转向部件接合时，所述一个或更多个齿相互作用以便积极地进行接合。
10.根据权利要求1所述的螺旋钻孔机，其中所述切削头在所述螺旋钻的远端部的远端附近连接到所述螺旋钻，并且其中所述螺旋钻孔机还包括旋转驱动器，所述旋转驱动器用于相对于外壳旋转所述螺旋钻和所述切削头；第一轴向驱动器，所述第一轴向驱动器向所述外壳施加推力，用于使所述外壳轴向地前进到所述钻孔中，所述第一轴向驱动器还使所述旋转驱动器与所述外壳的轴向前进一致地轴向前进；第二轴向驱动器，所述第二轴向驱动器用于相对于所述外壳沿所述驱动轴线移动所述螺旋钻，其中所述第二轴向驱动器沿所述驱动轴线向远端移动所述螺旋钻，以便使所述螺旋钻的远端部从所述外壳的最远端向外延伸，并且其中所述第二轴向驱动器沿所述驱动轴线向近端移动所述螺旋钻，以便使所述螺旋钻的远端部后退到所述外壳的最远端中。
11.根据权利要求10所述的螺旋钻孔机，其中所述第二轴向驱动器能够使所述切削头和所述螺旋钻相对于所述外壳移动一延伸距离，所述延伸距离沿着所述驱动轴线延伸并且等于至少一个螺旋钻叶片长度。
12.根据权利要求10所述的螺旋钻孔机，其中所述第二轴向驱动器能够使所述切削头和所述螺旋钻相对于所述外壳移动一延伸距离，所述延伸距离沿所述驱动轴线延伸并且等于一个螺旋钻叶片长度的至少四分之三。
13.根据权利要求10所述的螺旋钻孔机，其中所述第一轴向驱动器驱动推力框架，其中所述旋转驱动器安装在所述推力框架上，并且其中所述第二轴向驱动器能够相对于所述推力框架向远端和近端移动所述旋转驱动器。
14.根据权利要求1所述的螺旋钻孔机，其中所述切削头在所述螺旋钻的远端部的远端附近连接到所述螺旋钻，并且其中所述螺旋钻孔机还包括轴向驱动器，所述轴向驱动器用于相对于所述外壳沿所述驱动轴线移动所述螺旋钻， 所述轴向驱动器沿所述驱动轴线向远端移动所述螺旋钻，以便使所述螺旋钻的远端部从所述外壳的最远端向外延伸，并且所述轴向驱动器沿所述驱动轴线向近端移动所述螺旋钻， 以便使所述螺旋钻的远端部后退到所述外壳的最远端中。
15.根据权利要求14所述的螺旋钻孔机，其中所述轴向驱动器能够使所述切削头和所述螺旋钻相对于所述外壳移动一延伸距离，所述延伸距离沿所述驱动轴线延伸并且等于至少一个螺旋钻叶片长度。
16.根据权利要求14所述的螺旋钻孔机，其中所述轴向驱动器能够使所述切削头和所述螺旋钻相对于所述外壳移动一延伸距离，所述延伸距离沿所述驱动轴线延伸并且等于一个螺旋钻叶片长度的至少四分之三。
17.一种用于在泥土中钻孔的螺旋钻孔机，所述螺旋钻孔机具有远端和近端，所述螺旋钻孔机包括切削头，所述切削头用于接合所述泥土的工作面以切削钻孔，所述切削头位于所述螺旋钻孔机的远端，所述切削头能够围绕驱动轴线旋转，以便在所述工作面处切削所述泥土；螺旋钻，所述螺旋钻能够围绕所述驱动轴线旋转，用于从所述切削头向近端输送由所述切削头的工作产生的弃土，所述螺旋钻连接到所述切削头，使得所述螺旋钻的旋转导致所述切削头的旋转，所述切削头在所述螺旋钻的远端部的远端附近连接到所述螺旋钻；外壳，所述螺旋钻容纳在所述外壳中；轴向驱动器，所述轴向驱动器位于所述螺旋钻孔机的近端附近，用于相对于所述外壳沿所述驱动轴线移动所述螺旋钻，所述轴向驱动器沿所述驱动轴线向远端移动所述螺旋钻，以便使所述螺旋钻的远端部从所述外壳的最远端向外延伸，并且所述轴向驱动器沿所述驱动轴线向近端移动所述螺旋钻，以便使所述螺旋钻的远端部后退到所述外壳的最远端中，所述轴向驱动器能够使所述螺旋钻相对于所述外壳移动一延伸距离，所述延伸距离沿所述驱动轴线延伸并且等于一个螺旋钻叶片长度的至少四分之三。
18.根据权利要求17所述的螺旋钻孔机，其中所述延伸距离等于至少一个螺旋钻叶片长度。
19.根据权利要求17所述的螺旋钻孔机，还包括用于旋转所述螺旋钻的旋转驱动器； 承载所述旋转驱动器的推力框架；和推力驱动器，所述推力驱动器用于驱动所述推力框架，以使所述推力框架轴向地使所述外壳前进到所述钻孔中，其中所述轴向驱动器被构造成使所述旋转驱动器相对于所述推力框架移动所述延伸距离。
20.根据权利要求19所述的螺旋钻孔机，还包括位于所述切削头附近的转向部件，所述转向部件用于引导所述外壳在横向于所述驱动轴线的转向方向上运动到所述钻孔中。
21.根据权利要求20所述的螺旋钻孔机，其中所述转向部件相对于所述外壳围绕所述驱动轴线旋转到不同的旋转位置，用于调节所述转向方向，并且其中所述转向部件随所述切削头绕所述驱动轴线的旋转而一起旋转，以便调节所述转向方向。
22.一种用于操作螺旋钻孔机的方法，所述螺旋钻孔机包括可旋转地位于外壳内的螺旋钻，所述螺旋钻孔机还包括切削头，所述切削头在所述螺旋钻的远端部的远端附近连接到所述螺旋钻上，使得所述螺旋钻绕驱动轴线的旋转导致所述切削头绕所述驱动轴线的旋转，所述螺旋钻被构造成在远端至近端的方向上移动由所述切削头产生的弃土通过所述外壳，所述方法包括以下步骤用所述螺旋钻孔机钻削钻孔；遇到相对于所述切削头位于远端的浮动障碍物；从所述外壳的最远端向远端且向外地移动所述螺旋钻的远端部和所述切削头； 当所述切削头和所述螺旋钻的远端部从所述外壳的最远端向远端且向外地移动时，使所述浮动障碍物以基本不减小的形式通过所述切削头，其中在所述浮动障碍物已通过所述切削头之后，所述浮动障碍物位于相对于所述切削头的近端的中间位置； 将所述浮动障碍物从所述中间位置移动到所述外壳中；和通过围绕所述驱动轴线旋转所述螺旋钻，在远端至近端的方向上输送所述浮动障碍物通过外壳。
23.根据权利要求22的方法，其中通过围绕所述驱动轴线旋转所述螺旋钻，使所述浮动障碍物从所述中间位置移动到所述外壳中。
24.根据权利要求22的方法，其中通过相对于所述外壳向近端移动所述螺旋钻的远端部和所述切削头，使所述浮动障碍物从所述中间位置移动到所述外壳中，从而使得所述螺旋钻的远端部后退到所述外壳中。
25.一种用于操作钻孔机的方法，所述钻孔机包括可旋转地位于外壳内的驱动轴，所述钻孔机还包括切削头，所述切削头在所述轴的远端附近连接到所述轴上，使得所述轴绕驱动轴线的旋转导致所述切削头绕所述驱动轴线的旋转，所述方法包括以下步骤用所述钻孔机钻削钻孔；遇到相对于所述切削头位于远端的浮动障碍物；从所述外壳的最远端向远端且向外地移动所述轴的远端部和所述切削头； 当所述切削头和所述轴的远端部从所述外壳的最远端向远端且向外移动时，使所述浮动障碍物以基本不减小的形式通过切削头，其中在所述浮动障碍物已通过所述切削头之后，所述浮动障碍物位于相对于所述切削头的近端的中间位置；将所述浮动障碍物从所述中间位置移动到所述外壳中；和在远端至近端的方向上输送所述浮动障碍物通过所述外壳。
全文摘要
本发明公开内容涉及一种用于在泥土中钻孔的螺旋钻孔机。螺旋钻孔机包括切削头，所述切削头用于接合所述泥土的工作面以切削钻孔。所述切削头能够围绕驱动轴线旋转，以便在工作面处切削泥土。螺旋钻孔机还包括螺旋钻，所述螺旋钻能够围绕所述驱动轴线旋转，用于从切削头输送由切削头的工作产生的弃土。此外，螺旋钻孔机包括外壳，所述外壳容纳螺旋钻，所述螺旋钻被推进到在切削头之后的钻孔中。所述切削头和螺旋钻能够相对于外壳沿所述驱动轴线移动。此外，螺旋钻孔机包括转向部件，所述转向部件位于切削头的附近，用于引导外壳在横向于驱动轴线的转向方向上移动到钻孔中。
文档编号E21B17/00GK102177307SQ200980140513
公开日2011年9月7日 申请日期2009年9月10日 优先权日2008年9月11日
发明者斯图亚特·哈里森 申请人:维米尔制造公司