制作截面为非直线桩的下潜动力头的制作方法

本发明属于建筑设备技术领域，尤其是涉及一种制作截面为非直线桩的下潜动力头。

背景技术：

桩机是一种用于打桩的桩工机械,桩工机械品种繁多，下面列举了最常用的几种：螺旋打桩机、柴油锤打桩机、冲击钻机等，其中，螺旋打桩机主要用于水泥体搅拌桩的制造，水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土低地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。常见的水泥土搅拌桩的打桩机多通过多个钻杆同时工作来钻出钻孔，现有的钻杆多为一个或多个驱动器带动同向转动，这时钻孔方式存在着诸多不足，例如，搅拌不够均匀，这样降低了钻杆施工时的效率，耗时长，且钻杆向下钻动时反作用力大，易导致整个打桩机稳定性较差。

为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种水泥土搅拌桩打桩机的钻杆转动驱动机构[申请号：201510416457.5]，包括具有内腔的传动箱体，传动箱体上设有至少一根呈竖直方向设置的主钻杆，主钻杆周向外侧设有至少两根副钻杆，主钻杆连接有能驱动主钻杆周向转动的主钻杆驱动结构，主钻杆与副钻杆之间设有副钻杆传动结构。

上述方案虽然在一定程度上解决了现有水泥土搅拌桩机的钻杆只能同向转动的问题，但是由于该方案制作的水泥土搅拌桩呈一条直线形，水泥土搅拌桩的强度不高，另外，该方案的主钻杆和副钻杆在钻孔作业时需要加长，加长的过程中需要停止主钻杆和副钻杆的转动，影响工作效率，而且主钻杆和副钻杆的长度越长，所受到的泥土的阻力也越大，越不易转动。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理的制作截面为非直线桩的下潜动力头。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种制作截面为非直线桩的下潜动力头，包括能提供周向旋转动力的驱动器系统，其特征在于，所述的驱动器系统连接由主动钻杆和从动钻杆组成的钻杆机构，且组成钻杆机构的主动钻杆和从动钻杆的中心线不在同一平面上，钻杆机构中的主动钻杆和从动钻杆通过传动系统相互连接从而使若干主动钻杆和从动钻杆能同时转动。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的主动钻杆连接驱动器系统，当钻杆机构中只有一根主动钻杆时，该主动钻杆通过传动系统连接其余的从动钻杆并能带动其余的从动钻杆转动，当钻杆机构中有至少两根主动钻杆连接驱动器系统时，每两根相邻的主动钻杆中间至少间隔一根从动钻杆。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的驱动器系统包括支撑架和固定与支撑架上的驱动器，驱动器位于主动钻杆上方并与主动钻杆相连，所述的传动系统包括由至少一个齿轮箱和至少一个链轮箱组成的复合传动机构，至少有一根主动钻杆分别通过齿轮箱和链轮箱连接一根从动钻杆。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的钻杆机构包括至少一排中心线在同一平面上的横向钻杆组件以及至少一排中心线在同一平面上的竖向钻杆组件，所述的横向钻杆组件与竖向钻杆组件垂直且相互连接。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的横向钻杆组件和竖向钻杆组件用传动系统相互连接形成T字型结构，且横向钻杆组件和竖向钻杆组件分别包括至少一根主动钻杆，所述的横向钻杆组件和竖向钻杆组件上分别至少设有一个齿轮箱。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的钻杆机构还包括连接主动钻杆和从动钻杆且能保持主动钻杆和从动钻杆在竖直方向位置的保持架，所述的保持架呈水平设置且与支撑架固定连接，主动钻杆和从动钻杆分别与保持架转动连接。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的支撑架内设有气管和泥浆管，所述的主动钻杆中间具有呈中空的输料通道，所述的气管和泥浆管分别连通输料通道，在主动钻杆上还设有能让气体输出到主动钻杆外部的输气孔以及能将泥浆输出到主动钻杆外部的输浆孔。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的输料通道包括气体通道以及套设在气体通道外部的泥浆通道，所述的气体通道连通输气孔，泥浆通道连通输浆孔，所述的输气孔位于主动钻杆底部的钻头上，在钻头上方设有若干输浆搅拌叶，所述的输浆搅拌叶呈中空状且连通泥浆通道，输浆孔位于输浆搅拌叶远离主动钻杆的一端且输浆孔开口朝下。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的主动钻杆上设有一个能使气体通道和泥浆通道分别连通气管和泥浆管的分料机构。

在上述的制作截面为非直线桩的下潜动力头中，所述的分料机构包括固定于支撑架上且套设在主动钻杆外部的分料筒，分料筒与主动钻杆密封连接，还包括位于主动钻杆外壁并向内凹陷的呈环形的布料环，主动钻杆内设有相互连通的横向进料通道和竖向进料通道，所述的布料环连通横向进料通道，所述的竖向进料通道连通泥浆通道，所述的竖向进料通道内还设有一个与竖向进料通道密封连接的竖向输气通道，在竖向输气通道上设有一个进气孔且进气孔延伸出主动钻杆外壁，所述的气管和泥浆管与分料筒密封固定连接，且气管和泥浆管的位置与进气孔和布料环相对应。

所述的主动钻杆和从动钻杆上分别设有若干相互平行的搅拌桨，且相邻的两根钻杆之间的搅拌桨相互交错设置。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1、钻杆机构中的主动钻杆和从动钻杆非直线排列，在工作过程中直接形成一种非直线形的水泥土搅拌桩，制作过程快速，效率高，且非直线形的水泥土搅拌桩强度较高；

2、主动钻杆的两侧至少有一侧的从动钻杆与其反向转动，从而克服主动钻杆收到的扭矩，达到扭力平行，保持主动钻杆的垂直度，也保证整个钻杆机构的工作效率和工作质量；

3、设置在钻头上的出气孔输出的压缩空气对泥土起到切割作用，向下设置的输浆孔直接对切割后的泥土形成搅拌，使泥浆和泥土混合均匀，得到高质量的水泥土搅拌桩；

4、分料机构使气体和泥浆能单独的进入到主动钻杆中，并实现外部管道与主动钻杆内部管道之间的动静连接，结构合理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1另一个方向的结构示意图。

图3为本发明的钻杆机构的结构示意图。

图4为本发明的钻杆机构的另一种结构示意图。

图5为本发明的钻杆机构的另一种结构示意图。

图6为本发明的钻杆机构的另一种结构示意图。

图7为本发明的钻杆机构的另一种结构示意图。

图8为图1的A处放大图。

图9为图1的B处放大图。

图中：驱动器系统1、主动钻杆2、从动钻杆3、钻杆机构4、传动系统5、支撑架6、驱动器7、油缸7a、变速器7b、齿轮箱8、链轮箱9、横向钻杆组件10、竖向钻杆组件11、保持架12、保持套12a、保持柱12b、气管13、泥浆管14、输料通道15、输气孔16、压缩空气喷嘴16a、输浆孔17、气体通道18、泥浆通道19、钻头20、输浆搅拌叶21、分料机构22、分料筒23、布料环24、横向进料通道25、竖向进料通道26、竖向输气通道27、进气孔28、搅拌桨29。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种制作截面为非直线桩的下潜动力头，包括能提供周向旋转动力的驱动器系统1，所述的驱动器系统1连接由主动钻杆2和从动钻杆3组成的钻杆机构4，且组成钻杆机构4的主动钻杆2和从动钻杆3的中心线不在同一平面上，钻杆机构4中的主动钻杆2和从动钻杆3通过传动系统5相互连接从而使若干主动钻杆2和从动钻杆3能同时转动。由于主动钻杆2和从动钻杆3的中心线不在同一直线上，因此当钻杆机构4工作时，成型后的桩体包含有多个相互连接的桩体，且多个桩体形成非直线排列，从而有效的提高桩体在不同方向的抗承压力。本领域技术人员还应当理解，驱动器系统1和传动系统5都可以采用现有技术，如驱动器系统可以采用电驱动或油压驱动，传动系统则是将主动钻杆2的动力传递给从动钻杆3，可以采用机械传动的方式。

本实施例的钻杆机构4是一个独立的机构，在钻孔作业过程中，当钻孔深度需要改变时，通过外部机构连接钻杆机构4从而延伸钻杆机构4的长度，钻杆机构4本身的长度不发生改变，也即构成下潜动力头，从而可以克服现有技术钻杆长度过长导致钻孔作业时受阻力大，无法保证垂直度的缺陷。

要形成不在同一直线上的结构，主动钻杆2和从动钻杆3的总数必须大于或等于3，如图3所示，钻杆机构4包括4个主动钻杆2和6个从动钻杆3，钻杆总数为10个，钻杆机构4形成T型；如图4所示，钻杆机构4包含1个主动钻杆2和2个从动钻杆3，钻杆机构4形成L型结构，如图5所示，钻杆机构4包含1个主动钻杆2和3个从动钻杆3，钻杆机构4形成T型结构，如图6所示，钻杆机构4包含4个主动钻杆2和7个从动钻杆3，钻杆总数为11，钻杆机构4形成异型结构，如图7所示，钻杆机构4包含1个主动钻杆2和4个从动钻杆3，钻杆总数为5，钻杆机构4形成十字形结构。

主动钻杆2连接驱动器系统1，如图4、图5和图7所示，当钻杆机构4中只有一根主动钻杆2时，该主动钻杆2通过传动系统5连接其余的从动钻杆3并能带动其余的从动钻杆3转动，也就是说，本发明的下潜动力头的钻杆机构4是同步转动的。

如图3和图6所示，当钻杆机构4中有至少两根主动钻杆2连接驱动器系统1时，每两根相邻的主动钻杆2中间至少间隔一根从动钻杆3。这种设计，一方面是为了减少不必要的能耗，另一方面，当两根主动钻杆2相互连接，需要提供差速器，会增加制造成本。

在本实施例中，如图1和图2所示，驱动器系统1包括支撑架6和固定与支撑架6上的驱动器7，驱动器7位于主动钻杆2上方并与主动钻杆2相连，驱动器7包括油缸7a，变速器7b，油缸7a连接变速器7b，变速器7b连接主动钻杆2的顶部，当油缸转动时，通过变速器7b带动主动钻杆2转动，本领域技术人员也可以选择用电机替换油缸7a。

传动系统5包括由至少一个齿轮箱8和至少一个链轮箱9组成的复合传动机构，众所周知，齿轮箱8传动时，相邻的两根钻杆的转动方向相反，用链轮箱9传动时，相邻的两根钻杆的转动方向相同，通过设置至少一个齿轮箱8，从而使钻杆机构4中的钻杆至少有一根与其他的钻杆转动方向相反，从而平衡钻杆机构4所受的反力矩，降低钻杆组件4受到的扭力。

优选方案，至少有一根主动钻杆2分别通过齿轮箱8和链轮箱9连接一根从动钻杆3。如上所述，当主动钻杆2分别通过链轮箱9和齿轮箱8带动从动钻杆3时，从动钻杆3的转动方向与主动钻杆2的转动方向相同或相反，因此主动钻杆2收到的扭矩得以平衡，工作稳定性得到提高。传动方式不仅限于齿轮箱及链轮箱，也可以是其它传动方式的组合。

更有选的方案，当主动钻杆2有多根时，每根主动钻杆2分别通过齿轮箱8和链轮箱9连接一根从动钻杆3，也就是使每根主动钻杆2都得以平衡扭矩，从而平衡整个钻杆机构4的受力。

结合图3、图6和图7所示，钻杆机构4包括至少一排中心线在同一平面上的横向钻杆组件10以及至少一排中心线在同一平面上的竖向钻杆组件11，所述的横向钻杆组件10与竖向钻杆组件11垂直且相互连接，横向钻杆组件10和竖向钻杆组件11至少共用一个主动钻杆2或从动钻杆3从而使横向钻杆组件10和竖向主杆组件11形成一个相互连接的紧密结构。

优选方案，如图3所示，横向钻杆组件10和竖向钻杆组件11用传动系统5相互连接形成T字型结构，用于制作T形桩，且横向钻杆组件10和竖向钻杆组件11分别包括至少一根主动钻杆2，所述的横向钻杆组件10和竖向钻杆组件11上分别至少设有一个齿轮箱8，从而使每个横向钻杆组件10和竖向钻杆组件11都形成扭矩平衡，而用这种结构制作的T形状搅拌均匀，结构强度得到明显提高。

钻杆机构4还包括连接主动钻杆2和从动钻杆3且能保持主动钻杆和从动钻杆在竖直方向位置的保持架12，所述的保持架12呈水平设置，根据钻头的入土情况还可以高低错开布置，以减少入土的阻力且与支撑架6固定连接，主动钻杆2和从动钻杆3分别与保持架12转动连接。保持架包括套设在每根主动钻杆2和从动钻杆3上的保持套12a，以及连接每两个相邻的保持套12a的保持柱12b，保持柱12b通过连接柱与支撑架6形成固连,起到保持主动钻杆2和从动钻杆3在竖直方向的位置的作用，从而在钻孔作业时能保证桩的垂直度，提高桩体的质量。

支撑架6内设有气管13和泥浆管14，所述的主动钻杆2中间具有呈中空的输料通道15，所述的气管13和泥浆管14分别连通输料通道15，在主动钻杆2上还设有能让气体输出到主动钻杆2外部的输气孔16以及能将泥浆输出到主动钻杆2外部的输浆孔17。也就是说，在钻杆机构4工作时，能提供喷浆及喷气搅拌的效果，这用于制作水泥土搅拌桩时具有较好的作用，但不仅限于喷气及喷浆，也可以喷其它化学材料等。

在本实施例中，结合图8所示，输料通道15包括气体通道18以及套设在气体通道18外部的泥浆通道19，所述的气体通道18连通输气孔16，泥浆通道19连通输浆孔17，所述的输气孔16位于主动钻杆2底部的钻头20上，在钻头20上方设有若干输浆搅拌叶21，所述的输浆搅拌叶21呈中空状且连通泥浆通道19，输浆孔17位于输浆搅拌叶21远离主动钻杆2的一端且输浆孔17开口朝下。如图8所示，输气孔16沿钻头20的周向均匀设置，钻头20上且在与输气孔16对应的位置设有压缩空气喷嘴16a，从而使输气孔16输出的空气形成压力较大的压缩空气，使钻头20在转动过程中，通过压缩空气对周围的泥土形成切割作用，提高钻头的工作效率的同时，也有利于泥土与输浆孔17中输出的泥浆进行混合，提高混合效率，也就提高了桩体的质量。

如图1所示，主动钻杆2上设有一个能使气体通道18和泥浆通道19分别连通气管13和泥浆管14的分料机构22。这是由于，在钻杆机构4工作过程中，主动钻杆2和从动钻杆3都是转动的，而气管13和泥浆管14则是周向静止的，因此需要一个动静连接机构进行转换，分料机构22即起到这个作用。

具体的说，结合图9所示，分料机构22包括固定于支撑架6上且套设在主动钻杆2外部的分料筒23，分料筒23与主动钻杆2密封连接，还包括位于主动钻杆2外壁并向内凹陷的呈环形的布料环24，分料筒23位于布料环24的上下两侧均设有密封圈，主动钻杆2内设有相互连通的横向进料通道25和竖向进料通道26，所述的布料环24连通横向进料通道25，所述的竖向进料通道26连通泥浆通道19，所述的竖向进料通道26内还设有一个与竖向进料通道26密封连接的竖向输气通道27，在竖向输气通道27上设有一个进气孔28且进气孔28延伸出主动钻杆2外壁，主动钻杆2的外壁与进气孔28对应的位置也可以设置环形的凹槽，分料筒23位于进气孔28的上下两侧均设有密封圈，所述的气管13和泥浆管14与分料筒23密封固定连接，可通过法兰实现密封固定，当本下潜动力头在上下运动时，气管13和泥浆管14可采用软管，并用卷扬机进行缩放，气管13和泥浆管14的位置与进气孔28和布料环24相对应使气体和泥浆可以分别通过气管13和泥浆管14进入到主动钻杆2中，相互不产生干扰。

所述的主动钻杆2和从动钻杆3上分别设有若干相互平行的搅拌桨29，且相邻的两根钻杆之间的搅拌桨29相互交错设置，可以切掉钻杆间淤积的泥土并在搅拌桨29的搅拌下使泥浆均匀分布在桩槽内，在搅拌桨的作用下能充分的破碎土体，之后把喷出的泥浆进行多次充分搅拌得到性能更好的搅拌桩体，同时也起到了护桩的作用。

本发明的工作过程是：支撑架6用于连接加长杆，加长杆设置在桩机上，驱动器7固定在支撑架6内，当驱动器7带动主动钻杆2周向转动时，主动钻杆2通过齿轮箱8和链轮箱9带动从动钻杆3反向和正向转动，抵消主动钻杆2收到的扭矩，使主动转动2受力平衡，空气和泥浆分别通过气管13和泥浆管14输入到主动钻杆2的气体通道18和泥浆通道19中，并通过输气孔16和输浆孔17输出，由于在输气孔16对应的位置设置了压缩空气喷嘴16a，压缩空气对泥土形成切合，有利于钻头20的转动效率提高，又由于输浆孔17设置在输浆搅拌叶21上且开口朝下，因此，切割后的泥土迅速与泥浆形成搅拌混合，形成泥浆分布均匀的水泥土搅拌桩，基于钻杆机构4的非直线形分布，形成一种呈多边、多角度的异形桩，这种异形桩具有能承受多方压力、扭力的作用，从而克服现有的水泥土搅拌桩强度不高的缺点。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了驱动器系统1、主动钻杆2、从动钻杆3、钻杆机构4、传动系统5、支撑架6、驱动器7、油缸7a、变速器7b、齿轮箱8、链轮箱9、横向钻杆组件10、竖向钻杆组件11、保持架12、保持套12a、保持柱12b、气管13、泥浆管14、输料通道15、输气孔16、压缩空气喷嘴16a、输浆孔17、气体通道18、泥浆通道19、钻头20、输浆搅拌叶21、分料机构22、分料筒23、布料环24、横向进料通道25、竖向进料通道26、竖向输气通道27、进气孔28、搅拌桨29等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。