專利名稱：一種自公轉組合式潛孔錘及其施工方法
技術領域：
本發明涉及一種樁基礎施工機械，具體說，涉及一種可在硬質地層及巖層打孔、構 筑基礎樁的可自轉和公轉的組合式潛孔錘及其施工方法
背景技術：
基礎樁施工通常使用鉆機驅動鉆頭在地層鉆孔，然后在孔中放鋼筋籠、灌混凝土， 混凝土凝固后成為基礎樁；但遇到硬質地層特別是巖層時，用鉆頭鉆孔很困難，而要使用一 種沖擊器(也稱潛孔錘)進行沖擊打孔，由于沖擊器具有在硬質巖層高效率打孔的功能，因 而在礦山開采、建筑基礎施工中被廣泛地使用。這種被公知的(如科學出版社出版的《中國采礦設備手冊_上冊》第1章第66頁 第68頁發表的)沖擊器，也被業內通稱為整體式潛孔錘220，主要由錐螺紋接頭221、含有 沖擊活塞223、花鍵套226和對開定位環224的沖擊器本體222、帶有硬質合金頭228和導 向花鍵軸225的沖擊鉆頭227組成，如圖13和圖14所示，其直徑一般彡Φ 300mm。施工時 潛孔錘通過空心鉆桿與鉆機的動力頭連接，動力頭驅動潛孔錘的沖擊器本體222旋轉，借 助花鍵套226和導向花鍵軸225，沖擊鉆頭可軸向移動地隨沖擊器本體同步旋轉，由空壓機 提供的壓縮空氣通過鉆桿進入沖擊器本體，驅動活塞高頻率往復打擊鉆頭，沖擊能量轉遞 給鉆頭硬質合金頭往復沖擊巖石使之破碎，巖石的碎渣隨潛孔錘排出的氣體通過鉆桿與孔 壁之間的環狀間隙排出，最終形成樁孔。其優點是在硬質地層特別是巖層能高效率打孔，但隨著樁基礎施工行業的發展， 對大直徑基礎樁(Φ500 Φ800πιπι以及> Φ 1000mm)打孔有更多的需求時，這種整體式潛 孔錘表現出以下不足1、大直徑整體式潛孔錘加工工藝要求高、制造難度大、易出質量問題、制造成本較 聞；2、由于體積大又重，維護修理不便，工作中一旦鉆頭上某個合金頭破損，就必須整 體拆下返修，即耽誤工期，費用也較高；3、由于直徑大、質量重，以錐螺紋接頭的方式連接需要整體旋轉，而且需要很大的 扭矩才能擰緊使之達到所需密封性，在現場安裝拆卸不便。為解決大直徑整體式潛孔錘的上述不足，美國專利US 4429439公告了另一種集 束式潛孔錘；如圖17和圖18所示，5個小直徑的沖擊器借助框架集束在一起構成大直徑的 潛孔錘，由錐螺紋接頭與鉆桿及進氣路連接，并通過橫向氣路將壓縮空氣分配到各個小沖 擊器，驅動其進行沖擊打孔作業。但這種集束潛孔錘的不足之處是1、由于集束潛孔錘直徑大、質量重，同樣以錐螺紋接頭的方式連接需要整體旋轉， 而且需要很大的扭矩才能擰緊使之達到所需密封性，在現場安裝拆卸不便；2、壓縮空氣由橫向氣路進入沖擊器時拐角近乎直角，壓力損失大，效率低；3、按照小直徑沖擊器的布置，中心的沖擊器比周邊的沖擊器在同樣旋轉條件下，所覆蓋的打孔面積不同，沖擊頻率(做功)應不同，但其氣路中氣壓相同、流量均分，不具有 調節功能，不能有效利用能量，效率低。4、當集束潛孔錘旋轉打孔時，布置在外周的小直徑沖擊器上的沖擊鉆頭的外側部 位與內側部位的圓周線速度不同，做功不同，沖擊鉆頭上分布的硬質合金頭的磨損也不同， 外側的硬質合金頭的磨損要比內側快，工作不均衡、而且整體使用壽命低。5、為了克服上述4的缺點，當沖擊鉆頭外側磨損出現時，需要將布置在外周的小 直徑沖擊器都拆卸下來，旋轉180度再安裝回去，這樣雖可以解決磨損不均衡的問題，但在 現場安裝拆卸不便，而且也會影響施工進度。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種使沖擊鉆頭上的硬質合金頭磨損 趨于均衡，可提高工作效率和使用壽命的自公轉組合式潛孔錘。本發明所要解決的第二個技術問題是提供該自公轉組合式潛孔錘的操作簡單快 捷的施工方法。為了解決本發明的第一個技術問題，本發明提供的自公轉組合式潛孔錘，包括聯 結器、支架體、分氣裝置和安裝在支架體上的數個小直徑的沖擊器，所述沖擊器的沖擊器本 體的前端設有圓柱形導向套，沖擊鉆頭的頸部為圓柱形導向軸，所述的沖擊鉆頭的圓柱形 導向軸插入所述的沖擊器本體前端的圓柱形導向套內并借助對開的限位環定位，使所述的 沖擊鉆頭可軸向移動和同軸旋轉地安裝在所述的沖擊器本體上。所述的沖擊器的接頭是帶定位環槽和密封槽的圓柱體接頭，數個所述的沖擊器分 別插入支架體的上板和底板的定位孔，借助對開的定位環、限位套、擋圈、卡簧與支架體連 接定位；所述的圓柱體接頭的端部插入所述的分氣裝置的過渡氣孔中，所述的密封槽中裝 入密封圈密封。分氣裝置一端與所述的聯結器連接，另一端與所述的支架體連接，所述的分氣裝 置設有與供氣裝置連通的集氣室，所述的集氣室通過與所述的沖擊器的數量相當的分氣路 和設在所述的分氣路出口處的過渡氣孔分別與所述的沖擊器連通，所述的分氣路為大曲率 管路結構且從上頂部直通所述的沖擊器。所述的分氣路出口處的過渡氣孔內還設有根據需要分別對各個所述的沖擊器的 供氣參數進行控制調節的不同規格的阻尼調節環。所述的聯結器為柱形接頭體，所述的柱形接頭體與鉆桿的柱形接頭插接且通過至 少一個銷軸及密封墊固定。所述的柱形接頭體為六方體柱形結構，通過2個銷軸及密封墊與鉆桿的內六方接 頭插接固定。所述數個小直徑沖擊器，分別設置在在支架體的中部和外周部，設置在中部的小 直徑沖擊器除可以安裝在中心外、也可以偏離中心安裝。為了解決本發明的第二個技術問題，本提供的使用自公轉組合式潛孔錘的施工方 法，該施工方法具有如下步驟①帶有動力頭、供氣系統、中空圓柱形鉆桿的鉆機走行到施工位置，借助2個銷軸 及密封墊將自公轉組合式潛孔錘與鉆桿插接固定；
②啟動鉆機的動力頭，驅動鉆桿、自公轉組合式潛孔錘按順時針旋轉，對正孔位 后，啟動供氣系統提供壓縮空氣驅動自公轉組合式潛孔錘的各個沖擊器動作；動力頭下降， 驅動自公轉組合式潛孔錘一邊旋轉一邊向地下高頻率沖擊打孔，碎渣隨沖擊器的排氣氣流 通過鉆桿與孔壁之間的環狀間隙排出至地面；③打孔至預定深度，并充分排渣； ④動力頭向上提升，自公轉組合式潛孔錘也隨之提升至地面；⑤鉆機向一旁移動，向孔中放入鋼筋籠、灌注混凝土，經一段時間固化后，即成為 地下基礎樁；⑥鉆機走行到下一個施工位置，重復以上步驟。根據現場地質條件和實際供氣參數，調整安裝阻尼調節環，合理分配氣流、有效利 用能量、提高打孔效率。除了可使用中空圓柱形的鉆桿之外，還可以使用中空的螺旋鉆桿，借助2個銷軸 及密封墊與組合式潛孔錘插接固定后進行打孔，使排渣效率提高；在動力頭驅動組合式潛 孔錘旋轉沖擊打孔過程中，數個小直徑沖擊器的沖擊鉆頭在隨之公轉的同時，受地層阻力 的作用還可以繞自身軸線自轉，沖擊鉆頭上的硬質合金頭相對公轉中心的距離及圓周線速 度均隨機發生改變，使各個硬質合金頭的做功和磨損趨于均衡，提高工作效率和使用壽命。本發明的組合式潛孔錘及其施工方法有如下積極效果及優點1、按照本發明，由數個小直徑的沖擊器構成大直徑的組合式潛孔錘，其結構合理、 制造工藝簡單、維護容易、成本低；2、按照本發明，動力頭驅動組合式潛孔錘旋轉打孔時，小直徑的沖擊器的沖擊鉆 頭在隨之公轉的同時還可以自轉，使沖擊鉆頭上的硬質合金頭磨損趨于均衡，可提高工作 效率和使用壽命；3、按照本發明，組合式潛孔錘與鉆桿的連接采用六方體接頭借助銷軸及密封墊插 接固定，安裝拆卸方便、氣路密封的可靠性提高；4、按照本發明，直通或大曲率設計的直通分氣路使輸送壓縮空氣壓力損失小、效 率聞；5、按照本發明，可根據現場地質條件，安裝調整集氣室分氣路中的阻尼調節環、向 各沖擊器合理分配氣壓氣量，有效利用能量、提高打孔效率。6、按照本發明，使用螺旋鉆桿與組合式潛孔錘配套，在相同供氣量的條件下，排渣 效果更好，可以打更深的孔，施工效率更高，更經濟；7、按照本發明的施工方法步驟，可以在硬質地層特別是巖層，高效率地進行大直 徑(Φ 500 Φ 800mm以及> Φ 1000mm)基礎樁的施工。綜上所述，本發明是一種使沖擊鉆頭上的硬質合金頭磨損趨于均衡，可提高工作 效率和使用壽命且成本較低、結構合理、維護容易、安裝拆卸方便、密封可靠、有效利用能 量、打孔效率高、使用壽命長的自公轉組合式潛孔錘，其使用方式方法簡單快捷。
圖1是本發明的實施例1，組合式潛孔錘的主視圖。圖2是圖1所示自公轉組合式潛孔錘的剖視圖。
圖3是圖1所示自公轉組合式潛孔錘的俯視圖。圖4是圖1所示自公轉組合式潛孔錘的仰視圖。
圖5是圖1所示自公轉組合式潛孔錘與鉆桿5連接的示意圖。圖6是圖1所示自公轉組合式潛孔錘與螺旋鉆桿連接的示意圖。圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12是本發明的自公轉組合式潛孔錘施工方法步驟 的示意圖。圖13是現有技術的整體式潛孔錘的結構圖。圖14是沿圖13中的E-E線剖示圖。圖15是本發明的沖擊器的結構圖。圖16是沿圖15中的F-F線剖示圖。圖17是現有技術的集束式潛孔錘的示意圖。圖18是圖17的G向視圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例，對本發明作進一步說明。實施例1 一種自公轉組合式潛孔錘參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖15和圖16。一種自公轉組合式潛孔錘110包括聯結器1、分氣裝置2、支架體3和數個小直徑 的沖擊器4。上述聯結器1主要由接頭體11、法蘭盤12、銷軸13、密封墊14構成；分氣裝置2 主要由集氣室21、分氣路22、過渡氣孔23、法蘭盤24構成；支架體3由帶孔的過渡板31、帶 有定位孔和鍵槽32及防塵圈33的底板34、帶有定位孔的上板35和殼體36構成；沖擊器4 主要由接頭41、含有活塞410的沖擊器本體42、定位鍵43和帶有硬質合金頭44的沖擊鉆 頭45組成。所述聯結器1的接頭體11是六方體結構的，借助2個銷軸13及密封墊14與鉆桿 5的內六方接頭51插接固定；(見圖1、圖2、圖3)所述分氣裝置2的分氣路22為大曲率管路結構、而且從頂部直通沖擊器4，供氣順 暢壓力損失小，分氣路22出口處的過渡氣孔23內還設有不同規格的阻尼調節環26，可根據 需要分別對各個沖擊器4的供氣參數控制調節，分氣裝置2借助螺栓27、密封環25與聯結 器1連接固定；(見圖2)所述沖擊器4的接頭41是帶定位環槽42和密封槽43的圓柱體，數個沖擊器4分 別插入支架體3的上板35和底板34的定位孔后，借助對開的定位環61、限位套62、擋圈 63、卡簧64與支架體3連接定位；圓柱體接頭41的端部插入分氣裝置2的過渡氣孔23中， 密封槽43中裝入密封圈65密封，并借助螺栓37與分氣裝置2的法蘭盤24連接固定；(見 圖15、圖16、圖2、)所述安裝在支架體3中部和外周部的的數個小直徑沖擊器4的沖擊器本體42，其 前端設有圓柱形導向套47、對開的限位環48，沖擊鉆頭45頸部為圓柱形導向軸49，沖擊鉆 頭45的圓柱形導向軸49插入沖擊器本體42前端的圓柱形導向套47內、并借助對開的限 位環48定位，使沖擊鉆頭45可軸向移動和同軸旋轉地安裝在沖擊器本體42上。(見圖15和圖16)實施例2 使用自公轉組合式潛孔錘110的施工方法。參照圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11和圖12。使用自公轉組合式潛孔錘110 的施工方法，具有以下步驟①帶有動力頭7、供氣系統8、中空圓柱形鉆桿5的鉆機330走行到施工位置，借助 2個銷軸13及密封墊14將自公轉組合式潛孔錘110與鉆桿5插接固定；(見圖5、圖7)②啟動鉆機330的動力頭7，驅動鉆桿5、自公轉組合式潛孔錘110按順時針旋轉， 對正孔位后，啟動供氣系統8提供壓縮空氣驅動自公轉組合式潛孔錘110的各個沖擊器4 動作；動力頭7下降，驅動自公轉組合式潛孔錘110 —邊旋轉一邊向地下高頻率沖擊打孔， 碎渣隨沖擊器4的排氣氣流通過鉆桿5與孔壁之間的環狀間隙排出至地面；(見圖8)③打孔至預定深度，并充分排渣；(見圖9)④動力頭7向上提升，自公轉組合式潛孔錘110也隨之提升至地面；(見圖10)⑤鉆機330向一旁移動，向孔中放入鋼筋籠、灌注混凝土，經一段時間固化后，即 成為地下基礎樁；(見圖11、圖12)⑥鉆機330走行到下一個施工位置，重復以上步驟。(見圖12)根據現場地質條件和實際供氣參數，可調整安裝不同規格的阻尼調節環26，合理 分配氣流、有效利用能量、提高打孔效率。(見圖2)除了可使用中空圓柱形的鉆桿5之外，還可以使用中空的螺旋鉆桿10，借助2個銷 軸13及密封墊14與自公轉組合式潛孔錘110插接固定后進行打孔，提高排渣效率；(見圖 5、圖6、圖7)在自公轉組合式潛孔錘110旋轉沖擊打孔過程中，數個小直徑沖擊器4的沖擊鉆 頭45在隨之公轉的同時，受地層阻力的作用還可以繞自身軸線自轉，沖擊鉆頭45上的硬質 合金頭44相對公轉中心的距離及圓周線速度均隨機發生改變，使各個硬質合金頭44的做 功和磨損趨于均衡，提高工作效率和使用壽命。(見圖4、圖5、圖6)結合上述實施例，對本發明進行了說明，但通過對自公轉組合式潛孔錘的小直徑 的沖擊器的數量和組合方式、支架體的結構作一些改變，對施工步驟的細節作一些適當的 調整，就可以在本發明的范圍內，派生出各種不同型式的組合式潛孔錘及其相應的施工方 法。
權利要求
一種自公轉組合式潛孔錘，包括聯結器(1)、支架體(3)、分氣裝置(2)和安裝在支架體(3)上的數個小直徑的沖擊器(4)，其特征是所述的沖擊器(4)的沖擊器本體(42)的前端設有圓柱形導向套(47)，沖擊鉆頭(45)的頸部為圓柱形導向軸(49)，所述的沖擊鉆頭(45)的圓柱形導向軸(49)插入所述的沖擊器本體(42)前端的圓柱形導向套(47)內并借助對開的限位環(48)定位，使所述的沖擊鉆頭(45)可軸向移動和同軸旋轉地安裝在所述的沖擊器本體(42)上。
2.根據權利要求1所述的自公轉組合式潛孔錘，其特征是所述的沖擊器(4)的接頭 是帶定位環槽(42)和密封槽(43)的圓柱體接頭(41)，數個所述的沖擊器(4)分別插入支 架體(3)的上板(35)和底板(34)的定位孔，借助對開的定位環(61)、限位套(62)、擋圈 (63)、卡簧(64)與支架體(3)連接定位；所述的圓柱體接頭(41)的端部插入所述的分氣裝 置⑵的過渡氣孔(23)中，所述的密封槽(43)中裝入密封圈(65)密封。
3.根據權利要求1或2所述的自公轉組合式潛孔錘，其特征是分氣裝置(2)—端與 所述的聯結器(1)連接，另一端與所述的支架體(3)連接，所述的分氣裝置(2)設有與供氣 裝置連通的集氣室(21)，所述的集氣室(21)通過與所述的沖擊器(4)的數量相當的分氣路 (22)和設在所述的分氣路(22)出口處的過渡氣孔(23)分別與所述的沖擊器⑷連通，所 述的分氣路(22)為大曲率管路結構且從上頂部直通所述的沖擊器(4)。
4.根據權利要求3所述的自公轉組合式潛孔錘，其特征是所述的分氣路(22)出口處 的過渡氣孔(23)內還設有根據需要分別對各個所述的沖擊器(4)的供氣參數進行控制調 節的不同規格的阻尼調節環(26)。
5.根據權利要求1或2所述的自公轉組合式潛孔錘，其特征是所述的聯結器(1)為柱 形接頭體，所述的柱形接頭體與鉆桿的柱形接頭插接且通過至少一個銷軸及密封墊固定。
6.根據權利要求5所述的自公轉組合式潛孔錘，其特征是所述的柱形接頭體為六方 體柱形結構(11)，通過2個銷軸(13)及密封墊(14)與鉆桿的內六方接頭插接固定。
7.根據權利要求1或2所述的自公轉組合式潛孔錘，其特征是所述數個沖擊器(4)分 別設置在在支架體(3)的中部和外周部，或偏離中心安裝。
8.使用權利要求1所述的自公轉組合式潛孔錘的施工方法，其特征在于該施工方法 具有如下步驟①帶有動力頭(7)、供氣系統(8)、中空圓柱形鉆桿(5)的鉆機(330)走行到施工位置， 借助2個銷軸(13)及密封墊(14)將自公轉組合式潛孔錘(110)與鉆桿(5)插接固定；②啟動鉆機(330)的動力頭(7)，驅動鉆桿(5)、自公轉組合式潛孔(110)錘按順時針 旋轉，對正孔位后，啟動供氣系統⑶提供壓縮空氣驅動自公轉組合式潛孔錘(110)的各個 沖擊器(4)動作；動力頭(7)下降，驅動自公轉組合式潛孔錘(110) —邊旋轉一邊向地下高 頻率沖擊打孔，碎渣隨沖擊器(4)的排氣氣流通過鉆桿5與孔壁之間的環狀間隙排出至地 面；③打孔至預定深度，并充分排渣；④動力頭(7)向上提升，自公轉組合式潛孔錘(110)也隨之提升至地面；⑤鉆機(330)向一旁移動，向孔中放入鋼筋籠、灌注混凝土，經一段時間固化后，即成 為地下基礎樁；⑥鉆機(330)走行到下一個施工位置，重復以上步驟。
9.按照權利要求8所述的使用自公轉組合式潛孔錘的施工方法，其特征在于根據現 場地質條件和實際供氣參數，調整安裝阻尼調節環(26)，合理分配氣流、有效利用能量、提 高打孔效率。
全文摘要
本發明公開了一種自公轉組合式潛孔錘，沖擊器(4)的沖擊器本體(42)的前端設有圓柱形導向套(47)，沖擊鉆頭(45)的頸部為圓柱形導向軸(49)，沖擊鉆頭(45)的圓柱形導向軸(49)插入沖擊器本體(42)前端的圓柱形導向套(47)內并借助對開的限位環(48)定位，使沖擊鉆頭(45)可軸向移動和同軸旋轉地安裝在所述的沖擊器本體(42)上。沖擊器的沖擊鉆頭可相對旋轉，在組合式潛孔錘旋轉打孔時，數個小直徑沖擊器的沖擊鉆頭在公轉的同時還可以自轉，分氣裝置內設有阻尼調節環；本發明是一種使沖擊鉆頭上的硬質合金頭磨損趨于均衡，可提高工作效率和使用壽命且成本較低、結構合理、容易維護、拆裝方便、密封可靠、節省能量、打孔效率高、使用壽命長的組合式潛孔錘及其施工方法。
文檔編號E21B4/06GK101967955SQ20101029887
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者何清華, 朱建新, 錢奐云 申請人:湖南山河智能機械股份有限公司