微型桩成孔钻机制造技术

本发明专利技术属于钻孔设备领域，具体公开了一种微型桩成孔钻机，旨在解决现有的可变径型钻机能耗较大的问题。该微型桩成孔钻机设计转轴组件和转轴驱动机构，通过内转轴正反转切换径向钻头伸缩状态，实现钻头变径，提高钻头抗拔能力，减小提换钻头的人力、时间损耗；利用电磁原理将泥浆动力传递给变径机构，相较于同类型钻机，降低了钻头变径过程中的能耗，实现地面远程操控钻头直径改变；此外，设计双向的钻头自锁机构，实现钻头在最大或最小直径下自锁，且无需额外自锁动力，降低钻机能耗；通过转速、扭矩、温度等传感器测量井下信号规律，利用泥浆脉冲技术传输信号，实现井下钻削状态监测，利于工作人员精准司钻，及时更换受损钻头，提高钻孔效率。钻孔效率。钻孔效率。

【技术实现步骤摘要】
微型桩成孔钻机


[0001]本专利技术属于钻孔设备领域，具体涉及一种微型桩成孔钻机。

技术介绍

[0002]微型桩是经过钻孔、加入强配筋、压力注浆等施工工艺制成的灌注桩，其具有承载能力高、沉降量小等优点，广泛运用在多领域桩基建设中。
[0003]目前，一般采用微型桩成孔钻机施工微型桩的桩孔。现有的微型桩成孔钻机多采用单一直径钻头进行钻孔，但由于钻头与岩壁的摩擦力会形成轴向阻力，易导致单一直径钻头在井下工作时抗拔能力较差；而通过更换不同直径钻头来提高钻头的抗拔能力，又会增加时间成本，降低钻孔效率。
[0004]为此人们研发了可变径型钻机，采用杆件滑块、导轨滑块、螺旋传动等变径结构，并外加液压、气压或电机动力等作为变径动力。例如：授权公告号为CN211950316U的中国技术专利，就公开了一种数字化可变径旋挖钻机，其伸缩式钻杆的伸缩臂末端安装有动力头，动力头输出端安装可变径数字化钻具，伸缩式钻杆的固定臂上安装有电缆卷盘、深度检测传感器和软管卷盘，可变径数字化钻具内安装有进尺检测传感器和液压阀，下部安装有桶型钻具。
[0005]虽然上述的可变径型钻机采用液压、气压或电机动力等作为变径动力，以改变钻头直径，能有效消除传统的微型桩成孔钻机需配备多种孔径钻具和人工更换钻具的缺陷，但是其还需要利用液压、气压或电机动力等作为自锁动力，确保变径后的钻具实现自锁，这会大大增加设备钻孔的能耗，不适于在山地、高原等电力资源缺乏的地区使用。
[0006]同时，虽然现有微型桩成孔钻机能够实现对井底的平稳钻削，达到相应尺寸要求；但缺少对井下钻孔质量评价、钻头使用寿命预测等方面功能，严重影响工作人员精准司钻和成孔效率。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种微型桩成孔钻机，旨在解决现有的可变径型钻机能耗较大的问题。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：微型桩成孔钻机，包括钻杆总成，钻杆总成包括钻杆主体，钻杆主体上活动设置有径向钻头，钻杆主体内设置有与径向钻头传动连接的变径机构，变径机构能够驱使径向钻头从钻杆主体的侧壁伸出和缩入；
[0009]钻杆主体内设有转轴腔，转轴腔中设置有转轴组件，转轴组件包括可转动地设置在转轴腔中的内转轴；
[0010]钻杆主体内设置有能够驱使内转轴转动的转轴驱动机构；
[0011]钻杆主体内还设有自锁腔，自锁腔中设置有钻头自锁机构，钻头自锁机构包括与内转轴传动连接的导向轴，导向轴上螺纹连接有螺母卡件；
[0012]螺母卡件的上侧设置有第一防转组件，第一防转组件固定设置在自锁腔中并与导
向轴转动配合，且第一防转组件能够与螺母卡件配合连接并传递转矩；
[0013]螺母卡件的下侧设置有第二防转组件，第二防转组件固定设置在自锁腔中并与导向轴转动配合，且第二防转组件能够与螺母卡件配合连接并传递转矩；
[0014]第一防转组件和/或第二防转组件上设置有轴向导杆，轴向导杆与螺母卡件滑动配合；
[0015]变径机构为旋转驱动式机构，其与内转轴和/或导向轴传动连接；
[0016]当内转轴正转时，变径机构驱使径向钻头从缩入状态变为伸出状态，在螺纹的作用下螺母卡件沿导向轴的轴向运动，从与第一防转组件配合连接的状态变为与第二防转组件配合连接的状态，或是从与第二防转组件配合连接的状态变为与第一防转组件配合连接的状态；
[0017]当内转轴反转时，变径机构驱使径向钻头从伸出状态变为缩入状态，在螺纹的作用下螺母卡件沿导向轴的轴向运动，从与第二防转组件配合连接的状态变为与第一防转组件配合连接的状态，或是从与第一防转组件配合连接的状态变为与第二防转组件配合连接的状态。
[0018]进一步的，第一防转组件包括与导向轴转动配合的第一棘轮，以及固定设置在自锁腔的内壁上并与第一棘轮相配合的第一棘爪；第一棘轮的下部设有能够与螺母卡件配合连接的第一卡件槽；
[0019]第二防转组件包括与导向轴转动配合的第二棘轮，以及固定设置在自锁腔的内壁上并与第二棘轮相配合的第二棘爪；第二棘轮的上部设有能够与螺母卡件配合连接的第二卡件槽；
[0020]第一棘轮与第二棘轮可转动的方向相反，轴向导杆设置在第一棘轮和/或第二棘轮上。
[0021]进一步的，该微型桩成孔钻机还包括电源；
[0022]钻杆主体内还设有泥浆腔，泥浆腔处于转轴腔的上侧；
[0023]转轴组件还包括外转轴；外转轴套设在内转轴外，并可转动地设置在转轴腔中，且外转轴的外壁面与转轴腔的内壁面之间形成有泥浆通道第二段，泥浆通道第二段的上端通过泥浆通道第三段与泥浆腔连通；
[0024]转轴驱动机构包括绕设在内转轴上的线圈，以及设置在外转轴上的永磁体；
[0025]线圈通过线圈电控器与电源电性连接，线圈电控器包括主开关和电极切换开关；
[0026]永磁体沿外转轴的周向分布，并与线圈相对应；
[0027]外转轴上还设置有螺旋叶片，螺旋叶片处于泥浆通道第二段中；
[0028]自锁腔位于转轴腔的下侧，自锁腔的侧壁内设有泥浆通道第一段，泥浆通道第一段的下端处于钻杆主体的底端面上，泥浆通道第一段的上端与泥浆通道第二段的下端连通。
[0029]进一步的，钻杆主体包括由下往上依次螺纹连接在一起的钻杆第一段、钻杆第二段、钻杆第三段、钻杆第四段和钻杆第五段；
[0030]径向钻头设置在钻杆第一段上，自锁腔设在钻杆第一段内，转轴腔设在钻杆第二段内，泥浆通道第三段设在钻杆第三段内，泥浆腔设在钻杆第四段和钻杆第五段内。
[0031]进一步的，变径机构为机械虹膜机构，其包括导向座和驱动板；
[0032]导向座设置在钻杆主体内，其上设有与径向钻头一一对应的径向导向槽，径向导向槽沿钻杆主体的径向设置；
[0033]驱动板可转动地设置在钻杆主体内，并与导向轴传动连接；驱动板上设有与径向钻头一一对应的弧形导向槽，弧形导向槽的内端比其外端更靠近钻杆主体的轴心线；
[0034]径向钻头上设置有伸入径向导向槽中的径向导杆，以及伸入弧形导向槽中的驱动导杆；
[0035]当内转轴正转时，会带动导向轴和驱动板一起正转，使得弧形导向槽的内侧壁朝外挤压驱动导杆以带动径向钻头朝外运动，同时径向导向槽对径向导杆进行导向使得径向钻头沿钻杆主体的径向伸出，待径向导杆由径向导向槽的内端运动至径向导向槽的外端后，即使得径向钻头从缩入状态变为伸出状态；
[0036]当内转轴反转时，会带动导向轴和驱动板一起反转，使得弧形导向槽的外侧壁朝内挤压驱动导杆以带动径向钻头朝内运动，同时径向导向槽对径向导杆进行导向使得径向钻头沿钻杆主体的径向缩入，待径向导杆由径向导向槽的外端运动至径向导向槽的内端后，即使得径向钻头从伸出状态变为缩入状态。
[0037]进一步的，驱动板设置在自锁腔中，并位于径向钻头的上侧，且与导向轴的下端传动连接；
[0038]导向座处于径向钻头的下侧。
[0039]进一步的，该微型桩成孔钻机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微型桩成孔钻机，包括钻杆总成(1)，钻杆总成(1)包括钻杆主体(11)，钻杆主体(11)上活动设置有径向钻头(111)，钻杆主体(11)内设置有与径向钻头(111)传动连接的变径机构，变径机构能够驱使径向钻头(111)从钻杆主体(11)的侧壁伸出和缩入；其特征在于：钻杆主体(11)内设有转轴腔(112)，转轴腔(112)中设置有转轴组件(113)，转轴组件(113)包括可转动地设置在转轴腔(112)中的内转轴(1131)；钻杆主体(11)内设置有能够驱使内转轴(1131)转动的转轴驱动机构(117)；钻杆主体(11)内还设有自锁腔(114)，自锁腔(114)中设置有钻头自锁机构(115)，钻头自锁机构(115)包括与内转轴(1131)传动连接的导向轴(1151)，导向轴(1151)上螺纹连接有螺母卡件(1152)；螺母卡件(1152)的上侧设置有第一防转组件，第一防转组件固定设置在自锁腔(114)中并与导向轴(1151)转动配合，且第一防转组件能够与螺母卡件(1152)配合连接并传递转矩；螺母卡件(1152)的下侧设置有第二防转组件，第二防转组件固定设置在自锁腔(114)中并与导向轴(1151)转动配合，且第二防转组件能够与螺母卡件(1152)配合连接并传递转矩；第一防转组件和/或第二防转组件上设置有轴向导杆(1142)，轴向导杆(1142)与螺母卡件(1152)滑动配合；变径机构为旋转驱动式机构，其与内转轴(1131)和/或导向轴(1151)传动连接；当内转轴(1131)正转时，变径机构驱使径向钻头(111)从缩入状态变为伸出状态，在螺纹的作用下螺母卡件(1152)沿导向轴(1151)的轴向运动，从与第一防转组件配合连接的状态变为与第二防转组件配合连接的状态，或是从与第二防转组件配合连接的状态变为与第一防转组件配合连接的状态；当内转轴(1131)反转时，变径机构驱使径向钻头(111)从伸出状态变为缩入状态，在螺纹的作用下螺母卡件(1152)沿导向轴(1151)的轴向运动，从与第二防转组件配合连接的状态变为与第一防转组件配合连接的状态，或是从与第一防转组件配合连接的状态变为与第二防转组件配合连接的状态。2.根据权利要求1所述的微型桩成孔钻机，其特征在于：第一防转组件包括与导向轴(1151)转动配合的第一棘轮(1154)，以及固定设置在自锁腔(114)的内壁上并与第一棘轮(1154)相配合的第一棘爪(1156)；第一棘轮(1154)的下部设有能够与螺母卡件(1152)配合连接的第一卡件槽(1155)；第二防转组件包括与导向轴(1151)转动配合的第二棘轮(1157)，以及固定设置在自锁腔(114)的内壁上并与第二棘轮(1157)相配合的第二棘爪(1159)；第二棘轮(1157)的上部设有能够与螺母卡件(1152)配合连接的第二卡件槽(1158)；第一棘轮(1154)与第二棘轮(1157)可转动的方向相反，轴向导杆(1142)设置在第一棘轮(1154)和/或第二棘轮(1157)上。3.根据权利要求1所述的微型桩成孔钻机，其特征在于：还包括电源(2)；钻杆主体(11)内还设有泥浆腔(116)，泥浆腔(116)处于转轴腔(112)的上侧；转轴组件(113)还包括外转轴(1132)；外转轴(1132)套设在内转轴(1131)外，并可转动地设置在转轴腔(112)中，且外转轴(1132)的外壁面与转轴腔(112)的内壁面之间形成有泥
浆通道第二段(1121)，泥浆通道第二段(1121)的上端通过泥浆通道第三段(1161)与泥浆腔(116)连通；转轴驱动机构包括绕设在内转轴(1131)上的线圈(1171)，以及设置在外转轴(1132)上的永磁体(1172)；线圈(1171)通过线圈电控器与电源(2)电性连接，线圈电控器包括主开关和电极切换开关；永磁体(1172)沿外转轴(1132)的周向分布，并与线圈(1171)相对应；外转轴(1132)上还设置有螺旋叶片(1133)，螺旋叶片(1133)处于泥浆通道第二段(1121)中；自锁腔(114)位于转轴腔(112)的下侧，自锁腔(114)的侧壁内设有泥浆通道第一段(1141)，泥浆通道第一段(1141)的下端处于钻杆主体(11)的底端面上，泥浆通道第一段(1141)的上端与泥浆通道第二段(1121)的下端连通。4.根据权利要求3所述的微型桩成孔钻机，其特征在于：钻杆主体(11)包括由下往上依次螺纹连接在一起的钻杆第一段(1181)、钻杆第二段(1182)、钻杆第三段(1183)、钻杆第四段(1184)和钻杆第五段(1185)；径向钻头(111)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鑫，杨明悦，王杰，王玫，黄泽川，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：