一种大直径钻头冲击破岩检测装置的制作方法

本发明涉及一种大直径钻头冲击破岩检测装置，具体地说是采用了特殊结构实现钻头的冲击破岩模拟，属于建筑设备性能测试装置领域。

背景技术：

在桥梁打桩，大型建筑地基打桩等场合常常需要直径达到2.5米，重达8吨的大直径阶梯钻头来进行打桩，这种钻头常常是使用焊接形成的，体积巨大，其钻进破岩效率较传统的钻头得到大大提高，但是其寿命往往较短，极大的降低了其利用率，造成极大的损失，由于不便于在实际生产中做钻头损伤研究和破岩机理研究，这种钻头的破损机理多停留在软件模拟层次，与实际情况还有较大差距，所以急需一种大直径钻头冲击破岩检测装置，通过记录实际数据来研究其损伤机理及破岩机理。

技术实现要素：

针对上述的不足，本发明提供了一种大直径钻头冲击破岩检测装置。

一种大直径钻头冲击破岩检测装置，是由工字钢支架、上镂空支架、上吊环、钢丝绳、下吊环、钻头、材料容器、提拉装置、弹簧、底盘和控制器组成的，所述的材料容器包括内容腔和吸附块，所述的提拉装置包括轴承、底部接口板、丝杠组件底座、下固定套、滑轨、上固定套、底部轴承座、丝杠光滑端、主动齿轮、从动齿轮、上部轴承座、伺服电机、丝杠、滑轨套接筒、丝杠螺母滑块和强力电磁铁，所述的丝杠组件底座包括滑轨孔、丝杠孔、电机孔和固定螺栓孔，工字钢支架与上镂空支架固定连接，上吊环与上镂空支架相连，钢丝绳连接在上吊环的下方，钢丝绳另一端连接着下吊环，下吊环下端与钻头连接，底部接口板安装在底盘上，丝杠组件底座安装在底部接口板上，伺服电机安装在丝杠组件底座上，伺服电机输出端带动主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮安装在丝杠光滑端上，丝杠螺母滑块和滑轨套接筒在丝杠和滑轨上滑动，强力电磁铁与吸附块连接，吸附块带动材料容器上下运动，材料容器底部与弹簧连接，弹簧另一端固定在底盘上。

内容腔内的材料，包括但不限于花岗石、黏土和卵砾石类的岩土材料

弹簧不少于2个，弹簧的刚度系数相同且均匀分布。

控制器安装在工字钢支架上

下固定套和上固定套分别安装在底部接口板和丝杠组件底座上，用于支撑滑轨，底部轴承座和上部轴承座分别安装在底部接口板和丝杠组件底座上，且内置有轴承，用于支撑丝杠光滑端。

该发明的有益之处是：该装置通过岩石材料来冲击钻头来模拟实际的冲击过程，通过弹簧的作用来迅速以一定的加速度弹起，由于弹簧具有刚度系数k，n个弹簧所具有的总的刚度系数为n*k，这样可以较短的材料表面到钻头的距离便可模拟出实际冲击过程中的距离，从而模拟出破岩过程及钻头破损过程；提拉装置的核心是伺服电机及丝杠，这样可以精确的控制材料容器的下拉位置，提高数据的精确性；通过钢丝绳吊起钻头，这样可以模拟实际井底作业过程中钢丝绳吊起钻头冲击的过程，使其在冲过过程中能够释放一部分应力，与实际情况相符；工字钢支架与上镂空支架来做整个装置的支撑装置，节省材料且能够达到强度要求；材料容器的内容腔内的材料不局限于一种，从而可以模拟钻头在钻进不同材质地面时的应力及破损状态使得装置更具有适用性；在钻头关键部位设置应变片，记录其应力历史数据，为其破损过程分析提供依据；该装置在模拟破岩冲击完成后，伺服电机回退，可以清楚地观察到对应材料的破损情况，为破岩机理研究提供依据。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为材料容器结构示意图；

附图3为提拉装置结构示意图；

附图4提拉装置中丝杠部分机构示意图；

附图5滑轨套接筒、丝杠螺母滑块和强力电磁铁结构示意图；

附图6为丝杠组件底座结构示意图；

附图7为钻头结构意图；

附图8为本装置的电路控制图；

图中，1工字钢支架、2上镂空支架、3上吊环、4钢丝绳、5下吊环、6钻头、7材料容器、8提拉装置、9弹簧、10底盘、11控制器、701内容腔、702吸附块、800轴承、801底部接口板、802丝杠组件底座、803下固定套、804滑轨、805上固定套、806底部轴承座、807丝杠、808主动齿轮、809从动齿轮、810上部轴承座、811伺服电机、812丝杠、813滑轨套接筒、814丝杠螺母滑块、815强力电磁铁、8021滑轨孔、8022丝杠孔、8023电机孔、8024固定螺栓孔。

具体实施方式

一种大直径钻头冲击破岩检测装置，是由工字钢支架1、上镂空支架2、上吊环3、钢丝绳4、下吊环5、钻头6、材料容器7、提拉装置8、弹簧9、底盘10和控制器11组成的，所述的材料容器7包括内容腔701和吸附块702，所述的提拉装置8包括轴承800、底部接口板801、丝杠组件底座802、下固定套803、滑轨804、上固定套805、底部轴承座806、丝杠光滑端807、主动齿轮808、从动齿轮809、上部轴承座810、伺服电机811、丝杠812、滑轨套接筒813、丝杠螺母滑块814和强力电磁铁815，所述的丝杠组件底座802包括滑轨孔8021、丝杠孔8022、电机孔8023和固定螺栓孔8024，工字钢支架1与上镂空支架2固定连接，上吊环3与上镂空支架2相连，钢丝绳4连接在上吊环3的下方，钢丝绳4另一端连接着下吊环5，下吊环5下端与钻头6连接，底部接口板801安装在底盘10上，丝杠组件底座802安装在底部接口板801上，伺服电机811安装在丝杠组件底座802上，伺服电机811输出端带动主动齿轮808转动，主动齿轮808与从动齿轮809啮合，从动齿轮809安装在丝杠光滑端807上，丝杠螺母滑块814和滑轨套接筒813在丝杠812和滑轨804上滑动，强力电磁铁815与吸附块702连接，吸附块702带动材料容器7上下运动，材料容器7底部与弹簧9连接，弹簧9另一端固定在底盘10上。

内容腔701内的材料，包括但不限于花岗石、黏土和卵砾石类的岩土材料。

弹簧9不少于2个，弹簧9的刚度系数相同且均匀分布。

控制器11安装在工字钢支架上

下固定套803和上固定套805分别安装在底部接口板801和丝杠组件底座802上，用于支撑滑轨804，底部轴承座806和上部轴承座810分别安装在底部接口板801和丝杠组件底座802上，且内置有轴承800，用于支撑丝杠光滑端807。

在钻头6要观测部位贴上应变片，上用钢丝绳4悬挂好钻头6后，强力电磁铁815通电，使提拉装置与材料容器吸和，伺服电机811提拉装置8把材料容器7及内置材料拉至一既定高度，此时弹簧9处于压缩状态，然后突然断电，在弹簧9作用下内置材料向上冲击钻头6，冲击完成待稳定后，提拉装置8再把材料容器7拉回，此时可以观察材料的侵彻或破岩情况，从而对其破岩机理提供数据。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。