一种大直径气动潜孔锤冲击器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种大直径气动潜孔锤冲击器，包括上接头(1)、螺旋管焊接组件(2)、垫圈(3)、密封圈(4)、逆止阀(5)、弹簧(6)、挡圈(7)、配气座(8)、内缸(9)、配气座密封圈(10)、外缸(11)、活塞(12)、下气室排气阀(13)、卡环(14)、哈呋密封圈(15)、哈呋(16)、衬套(17)、垫片(18)、下接头(19)和钻头(20)；上述部件依次同轴布置。本发明提供的大直径气动潜孔锤冲击器的各部件加工方便且制造成本较低，装配简便且容易维护，能适用于600mm以上大直径的桩基施工。
【专利说明】一种大直径气动潜孔锤冲击器
【技术领域】
[0001]本发明属于机械工程和土木工程的工程机械桩工机械以及机械零件与传动装置【技术领域】，涉及一种大直径气动潜孔锤冲击器，该潜孔锤冲击器主要用于600_以上大直径钻孔灌注桩施工的旋转冲击钻具，适合各类旋挖钻机在复杂地层、坚硬地层及其岩石进行钻孔作业。
【背景技术】
[0002]随着高层建筑、重要厂房、港口码头、公路、铁路、桥梁、水利水电枢纽等大型工程建设的发展，施工大直径硬岩及卵砾石钻孔日趋广泛，工作量越来越多。气动潜孔锤钻进因其施工冲击功率大，钻孔空气上返流速高，孔底清洗彻底，冷却效果好，钻头寿命长等优点，而广泛的应用于复杂地层施工中。但目前国内使用潜孔锤施工主要以300_以下的居多，大于300_的钻孔属于大直径潜孔锤钻进范围。
[0003]大直径基桩孔钻进都是直径大、钻孔地层复杂，施工要求钻孔垂直度高，灌注质量好，孔位不能移动，这些特点及要求给大直径钻孔施工带来一定难度。通常情况下，钻孔上部为松散层或软层，下部为中风化甚至新鲜基岩；另一种情况是软层或松散层中夹大孤石、漂石。硬岩或大孤石钻进工作量虽然在钻孔中只占总进尺的10%左右，但钻进效率很低，其钻进时间占总钻进时间的2/3以上。大直径潜孔锤在工程应用中岩石坚硬致密，抗压强度大，孔径大，钻进效率低；另外由于钻孔直径大，所需的排渣风量也大，即需大风量又需高风压，将使空压机设备投资增大，空压机能耗增加，常规低风压型空压机将无法配套使用，直接影响该技术的推广应用。如何解决风压和风量这两方面的要求，满足驱动冲击器碎岩功率的要求，这是研制大直径潜孔锤的关键。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术难点，本发明的目的是提供一种大直径气动潜孔锤冲击器，可以配在双动力头钻机上进行工作，实现高效节能的硬岩层钻进工作。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]本发明提供了一种大直径气动潜孔锤冲击器，包括大直径气动潜孔锤、螺旋管焊接组件、垫圈、逆止阀、弹簧、挡圈、配气座、内缸、配气座密封圈和下气室排气阀；上述部件依次同轴布置，所述螺旋管焊接组件与所述大直径气动潜孔锤的上接头通过六角花键连接，所述垫圈位于所述上接头和所述大直径气动潜孔锤的外缸之间，所述逆止阀位于所述配气座的座孔中，所述弹簧位于所述逆止阀中心孔，所述内缸、所述配气座依次通过过渡配合与所述外缸进行配合，并通过所述挡圈对所述配气座进行轴向限位，所述配气座下环面与所述内缸内壁间隙配合，所述配气座密封圈位于所述配气座和所述内缸之间，所述下气室排气阀通过过盈配合固定位于所述大直径气动潜孔锤的钻头中心孔上。
[0007]所述大直径气动潜孔锤包括上接头、密封圈、外缸、活塞、卡环、哈呋密封圈、哈呋、衬套、垫片、下接头和钻头；上述部件依次同轴布置，所述上接头与所述螺旋管焊接组件通过六角花键连接，所述密封圈对潜孔锤内部进行密封，所述卡环对所述活塞进行限位以防止在装配钻头时活塞因自重从缸体内掉下来，所述哈呋密封圈内嵌于所述哈呋外侧凹槽，所述哈呋通过所述外缸和所述衬套进行轴向定位，所述衬套与所述外缸内壁为间隙配合，所述垫片位于所述外缸和所述下接头之间，所述下接头与所述钻头通过花键连接，所述下接头与所述外缸通过螺纹连接。
[0008]所述配气座的下环面设有密封槽。
[0009]所述大直径气动潜孔锤冲击器通过内缸、外缸与活塞之间的配合形成进气通道，上气室是配气座、内缸以及活塞所围成的区域；下气室是由外缸、活塞、钻头以及衬套所围成区域。
[0010]所述上气室通过配气座密封圈进行密封，所述下气室通过哈呋密封圈以及间隙密封槽共同实现密封。
[0011]所述内缸的外表面沿轴向铣出四个平面，所述四个平面为内缸通气平面,所述内缸通气平面环向均布，长度为所述内缸长度的3/4，宽度为长度的1/2，所述内缸通气平面与外缸内壁形成潜孔锤的轴向进气通道，所述内缸通气平面上设有径向通气孔，径向通气孔分为内缸上通气孔和内缸下通气孔；所述内缸内壁环向均布设有四个轴向内缸内壁通气槽，在潜孔锤上气室进气时，气体可通过内缸上通气孔、内缸通气平面与外缸内壁形成的轴向进气通道、内缸下通气孔、内缸内壁通气槽进入到上气室。
[0012]所述活塞为二环面结构，大头朝下，所述大头与外缸间隙配合，小头与内缸间隙配合，所述大头上设有通往下气室的活塞进气槽，所述活塞进气槽的数目为10?12个，沿环面均匀分布；当下气室进气时，气体经过内缸上的内缸上通气孔、内缸通气平面与外缸内壁形成的轴向进气通道、活塞进气槽进入到下气室。
[0013]所述螺旋管焊接组件包括六角花键、螺旋焊片和焊接钢管；所述六角花键位于所述螺旋管焊接组件上部与焊接钢管进行焊接，所述螺旋焊片焊接位于焊接钢管外部；所述六角花键与上接头进行配合以驱动螺旋套管进行旋转，将孔底的岩渣排出孔外。旋转的螺旋管将孔底破碎的岩渣排出孔外。比起传统的气流强吹孔底排渣，螺旋管排渣减不会造成工作现场的环境污染，同时减小了空压机的出风量与出风压力。
[0014]为装配方便，将哈呋线切割成两半，对钻头起限位作用，以防止潜孔锤装在桩架上后，钻头由自重而掉下来，哈呋外表面设有哈呋密封圈，哈呋密封圈防止下气室中的气体通过哈呋的外表面泄露出去。
[0015]所述衬套内壁设有间隙密封槽，通过间隙密封以防止下气室中的气体从衬套内孔泄漏出去，所述间隙密封槽数量为2?3个，槽宽和槽深分别为2mm和1mm，沿轴向均布。
[0016]本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果:
[0017]本发明提供的大直径气动潜孔锤冲击器可对复杂地层进行碎岩钻进，结构紧凑合理，重量较轻；其中，所设计的活塞为二环面结构，比起普通的三环面的活塞，结构简单，力口工方便且减轻了重量；下气室排气是由装在钻头中心孔上的排气阀实现的，该排气阀可由塑料制成，比起传统的在衬套上加工排气孔，本发明大大简化了结构并降低了制造成本；碎岩后孔底的岩渣通过螺旋管螺旋上升排出孔外，因为不需要通过气流强吹孔底排渣，故大大降低了与潜孔锤配套的空压机的出风压力及风量。
[0018]本发明提供的大直径气动潜孔锤冲击器的各部件加工方便且制造成本较低，装配简便且容易维护，能适用于600mm以上大直径的桩基施工。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是实施例1所示大直径气动潜孔锤冲击器整体结构示意图。
[0020]图2是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器中内缸的结构示意图。
[0021]图3是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器中活塞的结构示意图。
[0022]图4是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器中螺旋管焊接组件的正视图。
[0023]图5是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第一阶段及第十阶段时的示意图。
[0024]图6是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第二阶段及第九阶段时的示意图。
[0025]图7是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第三阶段及第八阶段时的示意图。
[0026]图8是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第四阶段及第七阶段时的示意图。
[0027]图9是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第五阶段及第六阶段时的示意图。
[0028]图10是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器中活塞速度与位移关系的曲线图。
[0029]其中:1为上接头,2为螺旋管焊接组件,3为垫圈,4为密封圈,5为逆止阀,6为弹簧，7为挡圈，8为配气座，9为内缸，10为配气座密封圈，11为外缸，12为活塞，13为下气室排气阀，14为卡环，15为哈呋密封圈，16为哈呋，17为衬套，18为垫片，19为下接头，20为钻头，21为内缸上通气孔，22为内缸下通气孔，23为内缸通气平面，24为内缸内壁通气槽，25为活塞进气槽，26为六角花键，27为螺旋焊片，28为焊接钢管。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，图1是实施例1所示大直径气动潜孔锤冲击器整体结构示意图。一种大直径气动潜孔锤冲击器，包括大直径气动潜孔锤、螺旋管焊接组件2、垫圈3、逆止阀5、弹簧6、挡圈7、配气座8、内缸9、配气座密封圈10和下气室排气阀13 ;上述部件依次同轴布置，所述螺旋管焊接组件2与所述大直径气动潜孔锤的上接头I通过六角花键26连接，所述垫圈3位于所述上接头I和所述大直径气动潜孔锤的外缸11之间，所述逆止阀5位于所述配气座8的座孔中，所述弹簧6位于所述逆止阀5中心孔，所述内缸9、所述配气座8依次通过过渡配合与所述外缸11进行配合，并通过所述挡圈7对所述配气座8进行轴向限位，所述配气座8下环面与所述内缸9内壁间隙配合，所述配气座密封圈10位于所述配气座8和所述内缸9之间，所述下气室排气阀13通过过盈配合固定位于所述大直径气动潜孔锤的钻头20中心孔上。
[0033]所述大直径气动潜孔锤包括上接头1、密封圈4、外缸11、活塞12、卡环14、哈呋密封圈15、哈呋16、衬套17、垫片18、下接头19和钻头20 ;上述部件依次同轴布置，所述上接头I与所述螺旋管焊接组件2通过六角花键26连接，所述密封圈4对潜孔锤内部进行密封，所述卡环14对所述活塞12进行限位以防止在装配钻头时活塞12因自重从缸体内掉下来，所述哈呋密封圈15内嵌于所述哈呋16外侧凹槽,所述哈呋16通过所述外缸11和所述衬套17进行轴向定位，所述衬套17与所述外缸11内壁为间隙配合，所述垫片18位于所述外缸11和所述下接头19之间，所述下接头19与所述钻头20通过花键连接，所述下接头19与所述外缸11通过螺纹连接。所述配气座8的下环面设有密封槽。
[0034]所述大直径气动潜孔锤冲击器通过内缸9、外缸11与活塞12之间的配合形成进气通道，上气室是配气座8、内缸9以及活塞12所围成的区域；下气室是由外缸11、活塞12、钻头20以及衬套17所围成区域。
[0035]所述上气室通过配气座密封圈10进行密封，所述下气室通过哈呋密封圈15以及间隙密封槽共同实现密封。
[0036]如图2所示，图2是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器中内缸的结构示意图。所述内缸9的外表面沿轴向铣出四个平面，所述四个平面为内缸通气平面23，所述内缸通气平面23环向均布，长度为所述内缸9长度的3/4，宽度为长度的1/2，所述内缸通气平面23与外缸11内壁形成潜孔锤的轴向进气通道，所述内缸通气平面23上设有径向通气孔，径向通气孔分为内缸上通气孔21和内缸下通气孔22 ;所述内缸9内壁环向均布设有四个轴向内缸内壁通气槽24，在潜孔锤上气室进气时，气体可通过内缸上通气孔21、内缸通气平面23与外缸11内壁形成的轴向进气通道、内缸下通气孔22、内缸内壁通气槽24进入到上气室。
[0037]如图3所示，图3是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器中活塞的结构示意图。所述活塞12为二环面结构，大头朝下，所述大头与外缸11间隙配合，小头与内缸9间隙配合，所述大头上设有通往下气室的活塞进气槽25，所述活塞进气槽25的数目为10?12个，沿环面均匀分布；当下气室进气时，气体经过内缸9上的内缸上通气孔21、内缸通气平面23与外缸11内壁形成的轴向进气通道、活塞进气槽25进入到下气室。
[0038]如图4所示，图4是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器中螺旋管焊接组件的正视图。所述螺旋管焊接组件2包括六角花键26、螺旋焊片27和焊接钢管28 ;所述六角花键26位于所述螺旋管焊接组件2上部与焊接钢管28进行焊接，所述螺旋焊片27焊接位于焊接钢管28外部；所述六角花键26与上接头I进行配合以驱动螺旋套管进行旋转，将孔底的岩渣排出孔外。旋转的螺旋管将孔底破碎的岩渣排出孔外。比起传统的气流强吹孔底排渣，螺旋管排渣减不会造成工作现场的环境污染，同时减小了空压机的出风量与出风压力。
[0039]为装配方便，将哈呋16线切割成两半，对钻头起限位作用，以防止潜孔锤装在桩架上后，钻头由自重而掉下来，哈呋16外表面设有哈呋密封圈15，哈呋密封圈15防止下气室中的气体通过哈呋16的外表面泄露出去。
[0040]所述衬套17内壁设有间隙密封槽，通过间隙密封以防止下气室中的气体从衬套17内孔泄漏出去，所述间隙密封槽数量为2?3个，槽宽和槽深分别为2_和1_，沿轴向均布。
[0041]如图5?9所示，图5是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第一阶段及第十阶段时的示意图；图6是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第二阶段及第九阶段时的示意图；图7是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第三阶段及第八阶段时的示意图；图8是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第四阶段及第七阶段时的示意图；图9是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器在单循环第五阶段及第六阶段时的示意图。本发明大直径气动潜孔锤冲击器的单次工作循环可分为十个阶段，其中向上回程和向下冲程各有5个阶段，且冲程的五个阶段与回程的相同，但经历的顺序相反，所以图5至图9可以表示为第一阶段至五阶段的示意图，也可以表示为第十阶段至第六阶段的示意图。
[0042]单循环的工作原理为:高压气体经过上接头I中心通孔，顶开逆止阀5进入潜孔锤内部。如图5所示，再依次经过配气座8上的径向通孔、内缸9上的内缸上通气孔21、内缸通气平面23与外缸11的内壁围成的轴向进气通道、活塞12上的活塞进气槽25，进入到下气室，上气室通过活塞12中心通孔排气，活塞12在上下压力差下往上加速，此过程为第一阶段；如图6所示，活塞12上升至活塞进气槽25被堵住后，下气室封闭膨胀，上气室依然排气，下气室压力大于上气室压力，活塞12向上加速，此过程为第二阶段；如图7所示，当活塞12运动至上端面越过配气座8下端面时，上气室排气通道被封闭，上气室封闭压缩，这阶段下气室压力仍大于上气室压力，活塞12向上加速，此过程为第三阶段；如图8所示，当活塞12小头下端越过内缸9的内缸内壁通气槽24时，气体通过内缸9的内缸下通气孔22、内缸内壁通气槽24进入到上气室，在此阶段上气室压力超过下气室压力，活塞12由加速运动变为减速运动，但速度未减为零，此过程为第四阶段；如图9所示，当活塞12下端面越过下气室排气阀13上端面时，下气室排气，上气室依然进气，活塞12继续减速，直至速度减为零，通过结构设计保证活塞12在撞上配气座8之前速度减为零，此过程为第五阶段。以上五个阶段构成活塞12的回程过程，之后活塞12将向下冲击，经历的五个阶段顺序与上升过程相反，最后活塞12撞击钻头20，产生冲击力。针对600mm大直径钻孔，利用本发明所述大直径气动潜孔锤冲击器并匹配中风压空压机可得到7m/s的活塞撞击速度，获得了良好地冲击效率，图10是图1所示大直径气动潜孔锤冲击器中活塞速度与位移关系的曲线图。
[0043]需注意的是，在大直径气动潜孔锤冲击器工作过程中，要求上下气室有良好地密封性，上气室通过配气座密封圈10实现密封，下气室通过哈呋16外圈上的哈呋密封圈15以及衬套17内圈上的间隙密封槽共同实现，间隙密封槽数量为2?3个，槽宽和槽深分别为2mm和Imm,槽沿轴向均布。
[0044]上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:包括大直径气动潜孔锤、螺旋管焊接组件(2)、垫圈(3)、逆止阀(5)、弹簧(6)、挡圈(7)、配气座(8)、内缸(9)、配气座密封圈(10)和下气室排气阀(13);上述部件依次同轴布置，所述螺旋管焊接组件(2)与所述大直径气动潜孔锤的上接头(I)通过六角花键(26)连接，所述垫圈(3)位于所述上接头(I)和所述大直径气动潜孔锤的外缸(11)之间，所述逆止阀(5)位于所述配气座(8)的座孔中，所述弹簧(6)位于所述逆止阀(5)中心孔，所述内缸(9)、所述配气座(8)依次通过过渡配合与所述外缸(11)进行配合，并通过所述挡圈(7)对所述配气座(8)进行轴向限位，所述配气座(8)下环面与所述内缸(9)内壁间隙配合，所述配气座密封圈(10)位于所述配气座(8)和所述内缸(9)之间，所述下气室排气阀(13)通过过盈配合固定位于所述大直径气动潜孔锤的钻头(20)中心孔上。
2.根据权利要求1所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述大直径气动潜孔锤包括上接头(I)、密封圈(4)、外缸(11)、活塞(12)、卡环(14)、哈呋密封圈(15)、哈呋(16)、衬套(17)、垫片(18)、下接头(19)和钻头(20);上述部件依次同轴布置，所述上接头(I)与所述螺旋管焊接组件(2)通过六角花键(26)连接，所述密封圈(4)对潜孔锤内部进行密封，所述卡环(14)对所述活塞(12)进行限位以防止在装配钻头时活塞(12)因自重从缸体内掉下来，所述哈呋密封圈(15)内嵌于所述哈呋(16)外侧凹槽，所述哈呋(16)通过所述外缸(11)和所述衬套(17)进行轴向定位，所述衬套(17)与所述外缸(11)内壁为间隙配合，所述垫片(18 )位于所述外缸(11)和所述下接头(19)之间，所述下接头(19)与所述钻头(20)通过花键连接，所述下接头(19)与所述外缸(11)通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述配气座(8)的下环面设有密封槽； 或所述大直径气动潜孔锤冲击器通过内缸(9)、外缸(11)与活塞(12)之间的配合形成进气通道，上气室是配气座(8)、内缸(9)以及活塞(12)所围成的区域；下气室是由外缸(11)、活塞(12)、钻头(20)以及衬套(17)所围成区域。
4.根据权利要求3所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述上气室通过配气座密封圈(10)进行密封，所述下气室通过哈呋密封圈(15)以及间隙密封槽共同实现密封。
5.根据权利要求1所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述内缸(9)的外表面沿轴向铣出四个平面，所述四个平面为内缸通气平面(23)，所述内缸(9)内壁环向均布设有四个轴向内缸内壁通气槽(24)。
6.根据权利要求5所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述内缸通气平面(23)环向均布，长度为所述内缸(9)长度的3/4，宽度为长度的1/2，所述内缸通气平面(23)与外缸(11)内壁形成潜孔锤的轴向进气通道，所述内缸通气平面(23)上设有径向通气孔，径向通气孔分为内缸上通气孔(21)和内缸下通气孔(22)。
7.根据权利要求1所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述活塞(12)为二环面结构，大头朝下，所述大头与外缸(11)间隙配合，小头与内缸(9)间隙配合，所述大头上设有通往下气室的活塞进气槽(25)，所述活塞进气槽(25)的数目为10~12个，沿环面均匀分布。
8.根据权利要求1所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述螺旋管焊接组件(2)包括六角花键(26)、螺旋焊片(27)和焊接钢管(28);所述六角花键(26)位于所述螺旋管焊接组件(2)上部与焊接钢管(28)进行焊接，所述螺旋焊片(27)焊接位于焊接钢管(28)外部；所述六角花键(26)与上接头(I)进行配合以驱动螺旋套管进行旋转。
9.根据权利要求1所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述哈呋(16)外表面设有哈呋密封圈(15)，哈呋密封圈(15)防止下气室中的气体通过哈呋(16)的外表面泄露出去。
10.根据权利要求1所述的大直径气动潜孔锤冲击器，其特征在于:所述衬套(17)内壁设有间隙密封槽，通过间隙密封以防止下气室中的气体从衬套(17)内孔泄漏出去，所述间隙密封槽数量 为2~3个，槽宽和槽深分别为2mm和1mm，沿轴向均布。
【文档编号】E21B1/30GK104033100SQ201410218493
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】訚耀保, 黄帅 申请人:同济大学