一种可变形的旋转钻头的制作方法

本发明涉及钻头，更具体地说是一种应用在地下工程中钻进钻头。

背景技术：

钻头是安装在钻杆前段的钻机设备组件。在非开挖技术中，一些地下管线铺设、钻孔注浆与基础加固等地下工程，钻孔成形后的钻杆是作为支护结构埋留在地下，而钻头在成孔后需要退回进行回收。现有技术中的钻机设备，其钻头直径固定不变，往往与钻杆直径相等，甚至略大于钻杆直径，在不收钻杆的情况下钻头无法回收，而钻头是钻机中比较贵重的组件，这显然造成浪费。

技术实现要素：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种可变形的旋转钻头，通过改变钻头自身外径的大小，使得钻头在缩小外径之后能够经钻杆的中空腔退回，实现钻头的回收。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明可变形的旋转钻头的结构特点是：所述旋转钻头包括钻头本体、钻轴和支撑架；

所述钻头本体是由分体设置的多片扇形片合抱形成的锥形体，在所述扇形片侧边形成有切削口；

所述支撑架设置为伞骨架的结构形式，各扇形片设置在伞骨架上，利用伞骨架的张合调整扇形片的抱合程度，实现钻头本体直径的调整；

所述钻轴为传动轴，以钻轴为伞骨架的中心杆，利用钻轴驱动钻头旋转。

本发明可变形的旋转钻头的结构特点也在于：所述伞骨架是在中心杆的顶端固定设置顶部固定圈，在中心杆的杆体滑套顶部设置底部套圈，在所述顶部固定圈和底部套圈之间设置连杆机构；所述钻头本体中的扇形片安装在所述连杆机构上，通过调整底部套圈在中心杆上的轴向位置来改变钻头本体的锥形体的锥度，从而改变钻头本体的直径。

本发明可变形的旋转钻头的结构特点也在于：在所述杆体滑套上沿轴向固定设置有齿条，并有齿轮与齿条相啮合；设置用于驱动齿轮进行转动的电机，利用电机驱动齿轮转动并通过齿条带动杆体滑套以及底部套圈在中心杆上的轴向移动。

本发明可变形的旋转钻头的结构特点也在于：所述切削口是在扇形片的侧边设置刀片槽，在所述刀片槽中安装可更换的刀片。

本发明可变形的旋转钻头的结构特点也在于：针对扇形片的两侧边，其仰着钻头本体旋转方向的一侧为仰面侧，另一侧为背面侧，刀片安装在仰面侧，各扇形片自背侧侧朝向仰面侧的外轮廓线为渐开线，使得安装在仰面侧的刀片在径向上凸出于另一扇形片的背面侧。

本发明可变形的旋转钻头的结构特点也在于：所述由多片扇形片合抱形成的锥形体，在相邻的扇形片之间保持有间隙，作为排屑空隙；在锥头部的各扇形片制成弧形刀尖，以各扇形片的弧形刀尖共同形成有顶端排屑孔。

本发明可变形的旋转钻头的结构特点也在于：在所述中心杆上，沿轴向间隔设置各弹簧碰珠，在所述底部套圈的对应位置上设置弧形凹槽，由所述弹簧碰珠与弧形凹槽构成限位结构；各弹簧碰珠的位置与伞骨架的张合程度一一对应。

本发明可变形的旋转钻头的结构特点也在于：所述钻轴为空心轴，在所述钻轴的前端的钻轴端口中，螺纹连接有喷头，在喷头的前端面及侧部分别设置有喷孔，所述喷孔通过钻轴的中空腔与外接水源相连通，实现喷水。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明将钻头本体设置为合抱的形式，以展开的钻头本体进行施钻，收合后的钻头本体能够在钻杆中顺利回收，实现了钻头回收的发明目的。

2、本发明旋转钻头在施工过程中，因其钻头可以改变自身大小，且装有可喷出冲洗介质的喷头，其扇形片切削并打碎钻头周围的土体及砂砾轻松钻进，钻头自身大小的变化可灵活地适应施工过程中变化的孔径，且改变了钻头的工作面积和空间，同时发挥了钻头和扩孔钻的作用，有效地解决了钻头钻进和回收过程中的变化的路径问题，具有安全快捷、经济、适用性强等特点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中扇形片结构示意图；

图3为本发明中扇形片展开状态示意图；

图4为本发明中支撑架结构示意图；

图5为本发明中支撑架展开状态示意图；

图6为本发明中钻轴上的弹性碰珠结构示意图；

图7为本发明中喷头结构示意图；

图8为本发明中电机支架结构示意图；

图中标号：1刀片，2扇形片，3弧形刀尖，4刀片槽，5钻轴，6齿条，7齿轮，8电机，9杆体滑套，10连杆机构，11a顶部固定圈，11b底部套圈，12钻轴端口，13喷头，14碰珠，15喷孔，16支架，17电源。

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4和图5，本实施例中可变形的旋转钻头的结构形式是：旋转钻头包括钻头本体、钻轴5和支撑架。

钻头本体是由分体设置的多片扇形片2合抱形成的锥形体，在扇形片2侧边形成有切削口；支撑架设置为伞骨架的结构形式，各扇形片2设置在伞骨架上，利用伞骨架的张合调整扇形片2的抱合程度，实现钻头本体直径的调整；钻轴5为传动轴，以钻轴5为伞骨架的中心杆，利用钻轴5驱动钻头旋转。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

如图1、图4和图5，伞骨架是在中心杆的顶端固定设置顶部固定圈11a，在中心杆的杆体滑套顶部设置底部套圈11b，在顶部固定圈11a和底部套圈11b之间设置连杆机构10；钻头本体中的扇形片2安装在连杆机构10上，通过调整底部套圈11b在中心杆上的轴向位置来改变钻头本体的锥形体的锥度，从而改变钻头本体的直径。在杆体滑套9上沿轴向固定设置有齿条6，并有齿轮7与齿条6相啮合；设置用于驱动齿轮7进行转动的电机8，利用电机8驱动齿轮7转动并通过齿条6带动杆体滑套9以及底部套圈11b在中心杆上的轴向移动。

如图8所示，将电机8利用支架16固定设置在钻轴5上，为避免支架16阻挡杆体滑套9沿钻轴5上下移动，在杆体滑套9上设置有以中心轴对称的两个轴向缺口。电源17为电机8提供电能，两者固定在一起，设置感应开关为电机8自动接通或断开电源17，电机8为正反转电机，使齿条6带着杆体滑套9可以沿钻轴5上下滑动。

切削口是在扇形片2的侧边设置刀片槽4，在刀片槽4中安装可更换的刀片1；针对扇形片2的两侧边，其仰着钻头本体旋转方向的一侧为仰面侧，另一侧为背面侧，刀片1安装在仰面侧，各扇形片2自背侧侧朝向仰面侧的外轮廓线为渐开线，使得安装在仰面侧的刀片1在径向上凸出于另一扇形片的背面侧。

如图2和图3所示，本实施例中由多片扇形片2合抱形成的锥形体，在相邻的扇形片2之间保持有间隙，作为排屑空隙；在锥头部的各扇形片2制成弧形刀尖3，以各扇形片2的弧形刀尖3共同形成有顶端排屑孔。

如图1和图6所示，在中心杆上，沿轴向间隔设置三个弹簧碰珠14，在底部套圈11b的对应位置上设置弧形凹槽，由弹簧碰珠14与弧形凹槽构成限位结构；各弹簧碰珠14的位置与伞骨架的张合程度一一对应；三个弹簧碰珠14一一对应地与底部套圈11b上的弧形凹槽之间的配合限位，使扇形片2能够限定在三个不同的张合程度上，对应于距离顶部固定圈11a最近位置的弹簧碰珠，扇形片2的张开程度最大，即钻头直径为最大；对应于距离顶部固定圈11a最远位置的弹簧碰珠，扇形片2的张开程度最小，即钻头直径为最小。

如图5所示，钻轴5为空心轴，在钻轴5的前端的钻轴端口12中，螺纹连接有喷头13，在喷头13的前端面及侧部分别设置有喷孔15，喷孔15通过钻轴5的中空腔与外接水源相连通，实现喷水；这种形式使钻头可用于实现湿钻法，由于在钻进过程中，钻头与岩石、混凝土等坚硬物体摩擦会产生高温，从而降低钻头的性能，采用湿钻法能改善这一状况，延长钻头使用寿命。

本发明可变形的旋转钻头采用湿钻法工作，钻头、泥浆马达、探棒腔和钻杆依次连接，用于地下变向钻孔。钻头的钻轴5经过万向轴与泥浆马达连接，泥浆马达为钻头旋转提供动力。施工过程中，要求钻杆直径大于钻头合拢时的最小直径。在钻头钻进的过程中，泥浆马达、探棒腔和钻杆都不旋转，只有钻头和泥浆马达内部的转子旋转。探棒腔起导向作用。

在探棒腔的末端设置一根电线从钻杆内腔穿过，钻头完成钻孔后，电机8驱动使钻头的扇形片2合拢使钻头直径变最小，然后拉地面上的电线将钻头、泥浆马达和探棒腔一起从钻杆内部经过拖回地面，完成钻头回收。电线不仅是为钻头工作提供电力的导线，还是回拖钻头的绳子，因此要求电线抗拉性高、结实耐用。