一种变径钻头及螺旋钻机的制作方法

本实用新型涉及高速铁路路基维护设备领域，具体地涉及一种变径钻头和螺旋钻机，尤其是一种用于掏挖路基填料的变径钻头和螺旋钻机。

背景技术：

近年来，随着高速铁路的快速发展，我国建设了大规模的高速铁路，这给人们的出行带来了极大的便利。然而，在高速铁路运营过程中，高速铁路路基会出现一些病害问题。尤其是铁路路线涵洞路基会出现一系列的冻胀问题，以及季节冻土地区的路基也会产生冻害。从而导致路基地基结构不稳定，严重影响了铁路交通，给高速铁路的运营带来了安全隐患。高速铁路路基基床填料可能含有膨胀性物质，运营一段时间后，路基防排水不当，会出现填料遇水膨胀等而上拱，从而影响铁路正常运营。

目前，高速铁路的病害整治主要是通过人工掏挖路基填料，并置换路基填料，改善路基质量。然而，高速铁路维护作业的区间和时间受限，人工开挖效率极低。此外，铁路路基基床表层填料强度大，使得人工作业难以实现，从而会产生很多额外的工作量，并且人工开挖的安全系数低，掏挖精度低，工程量大。现有技术中常见的钻进设备中的钻头结构较单一，且大多焊接在钻杆上，在钻进过程中，由于其直径小于用于出土的套管的直径。因此，套管推进比较困难，从而影响钻进设备的钻进效率。

为此，亟需一种能够满足高速铁路路基特种施工作业，具有操作简单、工程量小、安全系数高、效率高等特点，并且能够适应多种工况的用于掏挖路基填料的钻机设备和钻头。

技术实现要素：

针对至少一些如上所述的技术问题，本实用新型旨在提出一种变径钻头，该变径钻头的切削部件采用铰接方式连接，从而能够调节变径钻头的直径以针对不同的情况进行钻进施工。变径钻头能够减少钻机设备推进时所需的后座力。通过该变径钻头能够钻出大于用于出土的套管的直径的钻孔，从而有利于套管的推进，显著增强了钻进施工的效率。

本实用新型还提出了一种螺旋钻机，该螺旋钻机使用如上所述的变径钻头。该螺旋钻机能够进行连续掏挖施工，并能及时将破碎后填料旋出。通过变径钻头便于套管在施工过程中的推进，大大提高了该螺旋钻机的施工效率，使得该螺旋钻机具有效率高、成本低、工程量小、安全性能好等优点。

为此，根据本实用新型的第一方面，提出了一种变径钻头，包括：伸缩机构，所述伸缩机构包括用于安装到钻进设备的钻杆上的第一钻杆接头，以及设置在所述第一钻杆接头中且能沿所述第一钻杆接头的轴向伸缩的第二钻杆接头；安装在所述第二钻杆接头的端部的第一钻齿安装座；与所述第二钻杆接头连接的第二钻齿安装座，所述第二钻齿安装座的安装轴线与所述第一钻齿安装座的安装轴线相垂直；用于连接所述第一钻杆接头与所述第二钻齿安装座的连接杆；其中，在所述第一钻齿安装座和第二钻齿安装座上均设有若干均匀排列的钻齿，且所述第二钻齿安装座与所述第二钻杆接头及所述连接杆、所述连接杆与所述第一钻杆接头均通过铰接方式连接，从而在所述伸缩机构的伸缩作用下能够调节所述变径钻头的直径。

在一个优选的实施例中，所述第一钻杆接头构造成圆柱体，在所述圆柱体的一端设有轴向向内延伸的伸缩腔。

在一个优选的实施例中，所述第二钻杆接头包括连接部和从所述连接部延伸出的伸缩杆，所述伸缩杆安装在所述第一钻杆接头的伸缩腔内且能够轴向运动。

在一个优选的实施例中，所述第一钻齿安装座设置在所述连接部的端部，且所述第一钻齿安装座上的钻齿的方向呈中心反对称设置。

在一个优选的实施例中，所述第二钻齿安装座包括两个安装支架，且所述两个安装支架径向相对地与所述连接部连接。

在一个优选的实施例中，所述两个安装支架上的钻齿的方向呈中心反对称设置。

在一个优选的实施例中，所述第一钻齿安装座和所述安装支架上的钻齿均是均匀间隔开排列，且间距设置为20-40mm。

在一个优选的实施例中，所述变径钻头的变径范围为250-600mm。

根据本实用新型的第二方面，提出了一种螺旋钻机，包括：钻机主体，所述钻机主体包括用于提供钻进动力的传动系统；安装在所述钻机主体上用于进行旋转掘进的钻杆，所述钻杆上设有螺旋叶片，且所述钻杆套设有套管，所述螺旋叶片与所述套管用于出土；如上所述的变径钻头，所述变径钻头设置在所述钻杆的钻进端；作为动力源的液压泵站和用于控制螺杆钻机工作的操作台；其中，钻进施工时所述变径钻头能够自动调节到最大直径进行钻进，回退时，所述变径钻头能够缩小直径以从所述套管中退出。

在一个优选的实施例中，所述变径钻头的最大直径大于所述套管的直径。

附图说明

下面将参照附图对本实用新型进行说明。

图1显示了根据本实用新型的变径钻头的结构。

图2显示了根据本实用新型的螺旋钻机的结构示意图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本实用新型进行介绍。

图1显示了根据本实用新型的变径钻头100的结构。如图1所示，变径钻头100包括伸缩机构110。伸缩机构110包括第一钻杆接头120，第一钻杆接头120用于将变径钻头100安装连接到钻进设备的钻杆上。第一钻杆接头120构造成圆柱体，在圆柱体的一端设有轴向向内延伸的伸缩腔。在伸缩腔内设有第二钻杆接头130，第二钻杆接头130能沿第一钻杆接头120的轴向做伸缩运动。

在本实施例中，第二钻杆接头130包括连接部131和从连接部131延伸出的伸缩杆132，伸缩杆132安装在第一钻杆接头120的伸缩腔内且能够做轴向伸缩运动。

根据本实用新型，在第二钻杆接头130的连接部131的端部设有第一钻齿安装座140。如图1所示，第一钻齿安装座140构造成板状。第一钻齿安装座140设置在连接部131的端部，且沿第二钻杆接头130的直径方向设置。在第一钻齿安装座140上设有若干钻齿170，钻齿均匀间隔开排列在第一钻齿安装座140，且钻齿170的方向呈中心反对称分布，即第一钻齿安装座140上的径向相对的钻齿170的方向相反设置。钻齿170的这种设置方式有利于变径钻头100的钻进切削，显著增强了变径钻头100的钻进性能，大大提高了变径钻头100的钻进效率。

在本实施例中，在第二钻杆接头130的连接部131的径向外侧设有径向相对地的第二连接安装板。在图1所示实施例中，在连接部131的径向外侧设有两个第二连接安装板，并且两个第二连接安装板与第一钻齿安装座140相互垂直设置。

根据本实用新型，变径钻头100还包括第二钻齿安装座150，第二钻齿安装座150的安装轴线与第一钻齿安装座140的安装轴线相垂直。如图1所示，第二钻齿安装座150包括两个安装支架151，且两个安装支架151径向相对地与第二钻杆接头130的连接部131相连接。安装支架151的一端与第二钻杆接头130的连接部131上的第二连接安装板相连接。同时，在第一钻杆接头120的外周上设有径向相对的第一连接安装板。第一钻杆接头120通过第一连接安装板连接有连接杆160。第二钻齿安装座150的另一端通过连接杆160与第一钻杆接头120相连接。在第二钻齿安装座150上也设有若干均匀间隔开分布的钻齿170，且两个安装支架151上的钻齿170的方向呈中心反对称分布，即两个安装支架151上的呈径向相对的钻齿170的方向相反设置。第二钻齿安装座150上的钻齿170的这种设置方式，显著提高了变径钻头100的钻进性能，进一步提高了变径钻头100的钻进效率。

在本实施例中，第一钻杆接头120与连接杆160、第二钻杆接头130与第二钻齿安装座150，以及第二钻齿安装座150与连接杆160之间均通过销轴以铰接方式连接在一起。由此，在伸缩机构110的伸缩作用下，第二钻齿安装座150与连接杆160在铰接作用下能够改变第二钻齿安装座150的张开角度，从而调节变径钻头100的直径以针对不同的情况进行钻进施工。

根据本实用新型的变径钻头100，该变径钻头100的第一钻杆接头120与连接杆160、第二钻杆接头130与第二钻齿安装座150，以及第二钻齿安装座150与连接杆160之间均通过销轴以铰接方式形成连接。从而通过伸缩机构110能够调节变径钻头100的直径，以针对不同的情况进行钻进施工。在一个实施例中，变径钻头100的变径范围设置为250-600mm。同时，通过该变径钻头100能够钻出大于用于出土的套管的直径的钻孔，从而有利于套管的推进，大大降低钻机设备推进时所需的后座力，显著增强了钻进施工的效率。

图2显示了根据本实用新型的螺旋钻机200的结构示意图。如图2所示，螺旋钻机200包括钻机主体。钻机主体包括用于将螺旋钻机200固定到地面上的底座220，在底座上设有滑动导轨221。在底座220的一端设有定位支架222。螺旋钻机200还包括用于钻进施工的螺旋钻杆(未示出)和用于出土的套管230。定位支架222用于定位支撑套管230。在一个实施例中，套管230采用钢材料制成，且套管230节长设置为1m，采用公母丝扣连接。在螺旋钻杆的钻进端安装有根据本实用新型的变径钻头100。螺旋钻杆的两端构造成内外六方插接接口，通过六方插接接口便于将螺旋钻杆安装到螺旋钻机200上，且便于在螺旋钻杆上安装变径钻头100，能够有效提高螺旋钻机200的安装效率。

在本实施例中，螺旋钻杆上设有螺旋叶片。螺旋叶片的直径设置成略小于套管230的直径，且有效长度设置成与套管230的长度相同。螺旋叶片用于传递螺旋钻机200的钻压、扭矩，以及用于将破碎后填料旋出，同时，对变径钻头100具有一定的定位作用。为此，螺旋叶片在加工制造时，与套管230同心设置，以确保套管230在施工过程中顺利推进。变径钻头100的最大直径大于套管的直径，使得钻出的钻孔直径大于套管230的直径，从而有利于套管230的推进，且通过调节变径钻头100的直径大小能够调节控制套管的推进力。在钻进施工时，在螺旋叶片和套管230的作用下能够及时将破碎后填料旋出，从而显著提高了螺旋钻机200的施工效率。

根据本实用新型，钻机主体210还包括用于给螺旋钻机200提供动力的传动系统240。如图2所示，传动系统240安装在滑动导轨221上。在施工过程中，传动系统240能够在滑动导轨221上轴向运动，给螺旋钻杆提供轴向推进力和螺旋钻进的旋转动力，从而实现螺旋钻机200的旋转掘进施工。

在本实施例中，传动系统240包括提供动力的电动机241、用于转换电动机241转速以调节转矩的减速器242、用于连接螺旋钻杆的联轴器243以及为螺旋钻杆提供推进力的液压油缸244。在联轴器243与螺旋钻杆的连接处还设有顶管出土仓245，顶管出土仓245用于排出钻进过程中的破碎后填料。在一个实施例中，采用调速电动机241带动传动比为100的减速器242。这样，能够得到不同的钻速和扭矩以适用于不同的土质。

根据本实用新型，传动系统240还包括滑动底座250。如图2所示，滑动底座250将传动系统240安装到滑动导轨221上。在液压油缸244的作用下，滑动底座250能够带动传动系统240在滑动导轨221上运动，从而给螺旋钻机200提供掘进动力进行钻进施工。

根据本实用新型，变径钻头100能够自动发调节直径大小，在钻进施工时，变径钻头100能够自动调节到最大直径进行掘进任务。变径钻头100的最大直径大于套管230的直径，从而钻出的钻孔直径大于套管230的直径。由此，大大降低了套管230的推进阻力，显著提高了螺旋钻机200的钻进效率。而在回退时，变径钻头100能够缩小直径以从套管230中顺利退出。

本实用新型还包括作为动力源的液压泵站(未示出)和用于进行控制的操作台(未示出)。操作台包括用于控制螺旋钻杆工作的螺旋钻杆操作杆，和用于控制液压油缸244工作的油缸操作杆。操作台固定安装在钻机主体210上，这样便于施工钻进时进行观察和操作。

在本实施例中，螺旋钻机200的最大扭矩通过电动机241和转速器242设置为10KN/m。液压油缸244的工作行程设置为1200mm，且液压油缸244的设计推力设置为20t。该螺旋钻机200适用于软至中硬的不含水土层，例如，黏土层、泥岩层以及路基级配碎石层等，具有很强的适用性。

根据本实用新型的螺旋钻机200使用变径钻头100，使得钻孔直径大于套管230的直径，从而大大降低了施工过程中套管230的推进阻力，显著提高了螺旋钻机200的钻进效率。在回退时，变径钻头100能够缩小直径以从套管230中顺利退出，施工操作简单方便。同时，该螺旋钻机200能够进行连续掏挖施工，并且通过螺旋钻杆上的螺旋叶片结构，以及套管230共同作用，能够及时将破碎后填料旋出，有效提高了螺旋钻机的出土效率。螺旋钻机200采用液压泵站提供动力，不仅能够为螺旋钻机200提供足够的动力输出，还能在钻进困难时对螺旋钻机200起到保护作用，有效提高了螺旋钻机200的安全性能。此外，螺旋钻机200具有很强的适应性，能够应用于一些人工无法作业的特殊作业区域，大大降低了高速铁路路基填料掏挖的施工工作量和施工成本。由此，大大提高了螺旋钻机200的施工效率，使得该螺旋钻机200具有效率高、成本低、工程量小、安全性能好等优点。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。