一种桩基旋挖筒钻

1.本发明涉及桩基旋挖设备技术领域，尤其涉及一种桩基旋挖筒钻。

背景技术：

2.近年来，随着我国基础工程建设的快速发展，桩基旋挖技术突飞猛进，旋挖机成为桩基工程的主流设备，传统的人工挖桩孔及落锤式成桩孔逐渐被旋挖成桩孔所取代。桩基旋挖的核心零部件之一是桩基旋挖筒钻，该筒钻由筒体和分布在筒体底部的刀具构成。按照刀具安装时中轴线朝向，刀具可分为外齿、中齿、内齿。桩基旋挖筒钻的分类一般按照钻进岩石硬度分为截齿类和牙轮类，其中截齿类桩基旋挖筒钻上的外齿、中齿、内齿刀具均为截齿，适用于硬度较低的地层进行取岩芯作业；牙轮类桩基旋挖筒上的外齿、中齿、内齿刀具均为单掌牙轮，适用于高硬度致密全岩的旋挖取芯。
3.目前在我国的福建等地区，经常遇到硬度非常高的致密全岩，岩石的普氏硬度系数通常大于f8以上。给旋挖钻进带来较大的挑战。针对这种高硬度致密全岩的旋挖，目前主要用牙轮类旋挖筒钻进行取芯钻进，但这种牙轮筒钻在钻进过程中存在以下几个现象，导致旋挖施工效率较低，旋挖成本较高：
4.1)就成本而言，一支单掌牙轮的成本与常规的旋挖截齿的成本相比，前者是后者的20倍以上，成本极高。
5.2)牙轮类旋挖钻进阻力较大，钻进效率偏低。
6.3)单掌牙轮是通过焊接的方式焊接在旋挖筒钻底部的，如果出现失效，更换时间长，进而影响施工效率。

技术实现要素：

7.本发明旨在解决上面描述的问题，提供一种能够提升效率，降低成本，适用于硬岩旋挖取芯的桩基旋挖筒钻。
8.本发明桩基旋挖筒钻，包括筒体，该筒体的底部装有若干作为刀具的外齿、中齿、内齿，所述外齿采用单掌牙轮，用于承受硬岩冲击主切削，中齿和内齿采用旋挖球齿钻头或旋挖截齿，用于部分参与切削及快速取芯。
9.所述外齿、中齿、内齿数量相等，按照外中内依次分布。
10.进一步地，两相邻刀具之间的圆弧弧长相同。
11.相邻两刀具之间的圆弧间距为l，单掌牙轮最大直径为d1，其中l≥1.5d1。
12.所述外齿、中齿、内齿的高度保持在一个平面内。
13.所述单掌牙轮通过焊接的方式焊接于筒体上。
14.所述筒体底部焊接有旋挖齿座，旋挖截齿及旋挖球齿钻头通过卡簧连接方式装配在旋挖筒钻的旋挖齿座上。
15.所述的单掌牙轮上镶嵌硬质合金齿，硬质合金齿钴含量为10％～11.5％，硬度为hra87～hra88。
16.所述的旋挖球齿钻头上镶嵌硬质合金6～8粒硬质合金齿，硬质合金齿钴含量为8％～10％，硬度为hra88-hra89；
17.所述的旋挖截齿上焊接1颗硬质合金齿，硬质合金齿的最大直径d2≥25mm，硬质合金齿钴含量为8％～10％，硬度为hra86-hra87。
18.本发明桩基旋挖钻，根据外齿、中齿、内齿在工作的实际作用，发明人认为其中参与主切削的是外齿，中齿参与部分切削，内齿更多是在取岩芯时发挥主要作用，因此主要依靠外齿的单掌牙轮刀具进行岩石切削钻进，配合中齿与内齿的旋挖刀具的切削，不仅能满足高硬度致密全岩对强度的要求，而且能够高效地钻进施工，同时本发明由于仅外齿使用单掌牙轮，中齿和内齿则采用旋挖截齿及旋挖球齿钻头，使成本显著降低。本发明设计简单，实用性极强，能够大幅提升干孔施工的效率，降低高硬度致密全岩的旋挖钻进成本。
19.本发明的其他特征和优点将在附图和实施方式中变得更加清晰。
附图说明
20.图1是本发明桩基旋挖筒钻的一种结构示意图。
21.图2是针对图1的仰视图。
22.图3是本发明桩基旋挖筒钻作为示例采用的单掌牙轮结构示意图。
23.图4是本发明桩基旋挖筒钻作为示例采用的旋挖球齿钻头与旋挖齿座的装配示意图。
24.图5是本发明桩基旋挖筒钻作为示例采用的旋挖截齿与旋挖齿座的装配示意图。
25.图中：筒体1、方头2、单掌牙轮3，旋挖球齿钻头4，旋挖球齿钻头的柄部41，硬质合金球齿42，旋挖截齿5，旋挖截齿的柄部51，旋挖截齿硬质合金52，旋挖齿座6，卡簧7。
具体实施方式
26.图1和图2示出了本发明桩基旋挖钻的具体结构，从图中可以看出本发明桩基旋挖筒钻具有筒体1、方头2，筒体底部分布有若干组旋挖刀具，每组旋挖刀具都具有作为外齿的单掌牙轮，作为中齿的旋挖球齿钻头或旋挖截齿，作为内齿的旋挖球齿钻头或旋挖截齿，其中单掌牙轮用于参与主切削承受硬岩冲击，旋挖球齿钻头或旋挖截齿用于部分参与切削及快速取芯。一方面能够显著降低高硬度致密全岩的旋挖钻进成本，另一方面能够大幅提升旋挖施工的效率。
27.实施例1
28.图1和图2示出了本发明桩基旋挖筒钻的具体结构，从图中可以看出本发明桩基旋挖筒钻具有筒体1、方头2,其中筒体1的直径d为0.6m，筒体高h为1.2m，在筒体1的底部分布有两组旋挖刀具，每组旋挖刀具都有外齿、中齿、内齿，并按照外齿、中齿、内齿顺序依次排列。其中外齿采用单掌牙轮3焊接在筒体底部，中齿和内齿采用旋挖球齿钻头4和/或者旋挖截齿5，旋挖球齿钻头4旋挖截齿5通过套入旋挖齿座6安装在筒体底部，而旋挖齿座6焊接在筒体底部。
29.外齿、中齿、内齿的高度保持在一个平面内,以保证同时切割岩石，受力均匀；同时，三种齿形对岩石切割效果不同，可以综合起来发挥最优的取芯效果。
30.从图3可以看出焊接在筒体1之底部的外齿采用的是单掌牙轮4的结构，单掌牙轮
最大直径d1为120mm。单掌牙轮上的硬质合金齿钴含量为11.5％，硬度为hra87.5，参与主切削。
31.从图4可以看出中齿采用的是旋挖球齿钻头4，旋挖球齿钻头带有卡簧7，旋挖球齿钻头的柄部41套入旋挖齿座6中，然后由其卡簧实现旋挖球齿钻头与旋挖齿座6的稳定连接，旋挖齿座6焊接在筒体1的底部。旋挖球齿钻头上镶嵌6粒硬质合金球齿42，材质为钴含量8％，硬度为hra88.5；参与部分切削。
32.从图5可以看出内齿采用的是旋挖截齿5，旋挖截齿也带有卡簧7，旋挖截齿的柄部51套入旋挖齿座6中然后由其卡簧7实现旋挖截齿与旋挖齿座6的稳定连接，旋挖齿座6焊接在筒体1的底部。旋挖截齿硬质合金52最大直径d2为25mm，材质为钴含量10％，硬度为hra86.5，其主要作用是取岩芯。
33.与现有全牙轮钻相比，在相同工况下，如钻进10m硬岩过程中，采用实施例1方案可节约旋挖刀具成本30％以上，且旋挖钻进效率提升20％以上。
34.实施例2
35.旋挖筒钻筒体直径d为0.8m，筒体高为h为1.2m，旋挖筒体底部分布两组旋挖刀具，其中2把外齿为单掌牙轮3，2把中齿为旋挖球齿钻头4，2把内齿为旋挖截齿5。单掌牙轮3最大直径d1为120mm。单掌牙轮上的硬质合金齿钴含量为11.5％，硬度为hra88，旋挖球齿钻头4上镶嵌6粒硬质合金球齿，材质为钴含量8％，硬度为hra89；旋挖截齿硬质合金52最大直径d2为30mm，材质为钴含量8％，硬度为hra86。
36.实施例3
37.旋挖筒钻筒体1直径d为1.0m，筒体高为h为1.2m，旋挖筒体底部分布3组旋挖刀具，其中3把外齿为单掌牙轮3，3把中齿为旋挖球齿钻头4，3把内齿为旋挖截齿5。单掌牙轮3最大直径d1为130mm。单掌牙轮上的硬质合金齿钴含量为11.5％，硬度为hra88，旋挖球齿钻头4上镶嵌6粒硬质合金球齿，材质为钴含量8％，硬度为hra89；旋挖截齿硬质合金52最大直径d2为30mm，材质为钴含量8％，硬度为hra86。
38.实施例4
39.旋挖筒钻筒体1直径d为1.2m，筒体高为h为1.5m，旋挖筒体底部分布3组旋挖刀具，其中3把外齿为单掌牙轮3，中齿与内齿均为旋挖截齿5。单掌牙轮3最大直径d1为130mm。单掌牙轮上的硬质合金齿钴含量为11％，硬度为hra88，旋挖截齿硬质合金52最大直径d2为33mm，材质为钴含量10％，硬度为hra87。
40.实施例5
41.旋挖筒钻筒体1直径d为1.5m，筒体高为h为1.5m，旋挖筒体底部分布4组旋挖刀具，其中4把外齿为单掌牙轮3，中齿与内齿均为旋挖截齿5。单掌牙轮3的最大直径d1为130mm。单掌牙轮上的硬质合金齿钴含量为11％，硬度为hra88，旋挖截齿硬质合金52最大直径d2为35mm，材质为钴含量8％，硬度为hra86。
42.实施例6
43.旋挖筒钻筒体1直径d为1.8m，筒体高为h为1.5m，旋挖筒体底部分布5组旋挖刀具，其中5把外齿为单掌牙轮3，中齿与内齿均为旋挖截齿5。单掌牙轮3的最大直径d1为140mm。单掌牙轮上的硬质合金齿钴含量为11.5％，硬度为hra87.5，旋挖截齿硬质合金52最大直径d2为38mm，材质为钴含量8％，硬度为hra86。
44.实施例7
45.旋挖筒钻筒体1直径d为2.5m，筒体高为h为1.5m，旋挖筒体底部分布6组旋挖刀具，其中6把外齿为单掌牙轮3，中齿与内齿均为旋挖截齿5。单掌牙轮3的最大直径d1为140mm。单掌牙轮上的硬质合金齿钴含量为11.5％，硬度为hra87.5，旋挖截齿硬质合金52最大直径d2为40mm，材质为钴含量8％，硬度为hra86。
46.从以上实施例的使用情况来看基本均具有与实施例1相当的积极效果，为硬岩桩基旋挖提供了快速高效低成本的桩基旋挖筒钻。

技术特征：

1.一种桩基旋挖筒钻，包括筒体，该筒体的底部装有若干作为刀具的外齿、中齿、内齿，其特征在于所述外齿采用单掌牙轮，用于参与主切削承受硬岩冲击，中齿和内齿采用旋挖球齿钻头或旋挖截齿，用于部分参与切削及快速取芯。2.根据权利要求1所述桩基旋挖筒钻，其特征在于所述外齿、中齿、内齿这三种齿数量相等，按照外齿中齿内齿的顺序依次重复排列分布在筒体底部。3.根据权利要求2所述桩基旋挖筒钻，其特征在于两相邻刀具之间的圆弧弧长相同。4.根据权利要求1所述桩基旋挖筒钻，其特征在于相邻两刀具之间的圆弧间距为l，单掌牙轮最大直径为d1，其中l≥1.5d1。5.根据权利要求1所述桩基旋挖筒钻，其特征在于所述外齿、中齿、内齿的高度保持在一个平面内。6.根据权利要求1所述桩基旋挖筒钻，其特征在于所述单掌牙轮通过焊接的方式焊接于筒体上。7.根据权利要求1所述桩基旋挖筒钻，其特征在于所述筒体底部焊接有旋挖齿座，旋挖截齿及旋挖球齿钻头通过卡簧连接方式安装在旋挖齿座上。8.根据权利要求1所述桩基旋挖筒钻，其特征在于，所述的单掌牙轮上镶嵌硬质合金齿，硬质合金齿钴含量为10％～11.5％，硬度为hra87～hra88。9.根据权利要求8所述桩基旋挖筒钻，其特征在于，所述的旋挖球齿钻头上镶嵌硬质合金6～8粒硬质合金齿，硬质合金齿钴含量为8％～10％，硬度为hra88-hra89。10.根据权利要求9所述桩基旋挖筒钻，其特征在于所述的旋挖截齿上焊接1颗硬质合金齿，硬质合金齿的最大直径d2≥25mm，硬质合金齿钴含量为8％～10％，硬度为hra86-hra87。

技术总结

本发明公开了一种桩基旋挖筒钻，包括筒体，该筒体的底部装有若干作为刀具的外齿、中齿、内齿，所述外齿采用单掌牙轮，用于参与主切削承受硬岩冲击，中齿和内齿采用旋挖球齿钻头或旋挖截齿，用于部分参与切削及快速取芯。本发明设计简单，实用性极强，能够提升高硬度致密全岩的钻进效率，降低高硬度致密全岩的旋挖钻进成本。钻进成本。钻进成本。