CN201723146U - 双向潜孔锤 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种既能正向冲击钻进也能反向冲击回退的双向潜孔锤。该双向潜孔锤主要由传扭结构、气动冲击机构组成，由花键轴、后轴套组成的传扭机构与钻杆联结，花键齿传递回转力到潜孔锤，而花键轴可以进行轴向移动，实现传递回转力到潜孔锤，气体由气缸中央的排气通道向外排出，通过拉动芯管上的排气口的位置实现由正向冲击到反方向冲击的切换。利用本实用新型的双向潜孔锤成孔后即使遇到钻孔掉块、缩径现象，利用双向空气潜孔锤的反向冲击作用也可顺利退出孔内钻具，防止孔内事故，并进一步挤密孔壁及地层，保证成孔质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能够在土层、砂层和砾石层中冲击回转钻进的气动潜孔锤钻具，具体来讲，涉及一种既能加压正向冲击回转钻进，又能实现上提过程中反向冲击的双向潜孔锤。
背景技术
当前各类边坡尤其是地质灾害治理的边坡地质条件越来越复杂、施工工艺越来越烦琐，注浆、锚固、高喷所采用的地质回转钻机造孔及单向空气潜孔锤冲击回转钻进工艺，常常出现钻孔壁坍塌，钻具埋没无法正常工作甚至报废，钻进造孔质量较差、工效较低、成本较高，即使采用目前广泛应用的偏心（同心）潜孔锤跟管钻具钻进也会出现钻孔速度慢、机械设备配置和要求高、钻孔材料消耗大等一系列的弊病。
目前国内外土层注浆锚固是一种广泛采用的技术，该技术一般在土层中采用清水冲洗回转钻进排土成孔，深入岩石后可采用回转钻进或单向潜孔锤冲击回转钻进排土（岩石）成孔，然后下入钢筋或锚索注入水泥浆形成注浆锚杆（索），将易滑动岩土体锚固。采用上述施工方法，一方面由于采用排土钻进成孔使孔壁周围土体应力释放，产生松动现象；另一方面钻进中的清水进入地层浸泡土体，使岩土体进一步软化、失稳，造成孔壁掉块、缩径、垮塌埋钻，导致钻具埋没无法正常工作甚至报废，直接影响工程质量及工期；在土层采用不排土挤土钻进，由于地层的回弹作用引起钻孔缩径，因为目前使用的单向潜孔锤冲击回转钻进系统只能向前钻进，不具备后退功能，使钻具无法退出，导致钻具埋没无法正常工作甚至报废，因此该系统不具备不排土挤土钻进成孔功能。所以，在注浆锚固技术的实施过程中，钻进成孔质量及效率是影响锚固效果的关键工序。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种既能正向冲击钻进也能反向冲击回退的双向潜孔锤。
本实用新型提供的双向潜孔锤包括依次连接的传扭结构、钻杆和钻头，所述钻杆包括外管和在所述外管内设置的气动冲击机构，所述气动冲击机构包括设置在所述外管内的气缸、设置在所述气缸中央的芯管和套在所述芯管上的活塞，所述传扭机构由花键轴和后轴套组成，所述后轴套与所述外管连接，所述花键轴与所述芯管连接，所述花键轴和后轴套为可轴向相对移动式连接，所述芯管具有中心通道，所述芯管在靠近所述花键轴的一端设置有配气套，所述芯管在靠近所述钻头的一端设置有衬套，所述芯管设置配气套的一端设置有进气环腔，所述气缸设置有进气环腔，所述芯管的进气环腔与所述气缸的进气环腔相连通，所述气缸在靠近所述活塞两端的部位分别具有与所述气缸的进气环腔相连通的进气孔，所述芯管在靠近所述活塞两端的部位分别具有与所述芯管的中心通道相连通的排气孔，所述外管上设置有排气用的单向阀，所述芯管的中心通道与所述单向阀连通。
较佳地，所述钻头为阶梯式的挤密钻头，所述挤密钻头与所述双向潜孔锤外管螺纹连接。
本实用新型的花键轴传递回转力到潜孔锤，而花键轴可以进行轴向移动，实现传递回转力到潜孔锤，气体由气缸中央的排气通道向外排出，通过拉动芯管上的排气口的位置实现由正向冲击到反方向冲击的切换。活塞不断高速撞击挤密钻头，克服地层阻力推动整个冲击器在土层中前行。
本实用新型的双向潜孔锤具有如下优点：一方面挤土钻进挤密土层，提高滑坡地层的致密性及承载力，进而提高其自稳能力，减小地层滑坡趋势；另一方面通过挤密钻孔孔壁，使钻孔孔壁保持稳定，防止垮孔事故，提高成孔速度；成孔后即使遇到钻孔掉块、缩径现象，利用双向空气潜孔锤的反向冲击作用也可顺利退出孔内钻具，防止孔内事故，并进一步挤密孔壁及地层，保证成孔质量。
附图说明
图1为本实用新型的双向潜孔锤的结构示意图；
图2为图1所示的双向潜孔锤的左半部分的放大示意图；
图3为图1所示的双向潜孔锤的右半部分的放大示意图；
图4为本实用新型的双向潜孔锤的活塞的结构示意图；
图5为本实用新型的双向潜孔锤的花键轴的结构示意图；
图6为本实用新型的双向潜孔锤的钻头的结构示意图。
附图标记如下所示：1-花键轴；2-后轴套；3-上芯管；4-上接头；5-单向阀；6-外管；7-配气套；8-上芯管的环腔；9-上芯管的进气孔；10-上芯管的进气孔；11-气缸上的进气孔；12-下芯管；13-气缸上的环腔；14-后气室；15-上芯管的环腔；16-联接螺纹；17-上芯管的排气孔；18-上芯管的环腔；19-下芯管的排气孔；20-下芯管的环腔；21-下芯管的排气孔；22-气缸内环槽的前棱线；23-气缸；24-下芯管上的排气孔；25-活塞的后棱线；26-气缸上的进气孔；27-活塞；28-气缸与活塞的环腔；29-活塞的前棱线；30-前气室；31-衬套上的轴向孔；32-衬套上的径向孔；33-下芯管上的排气孔；34-衬套；35-下芯管上的排气孔； 36-钻头；37-合金柱齿。
具体实施方式
该双向潜孔锤包括依次连接的传扭结构、钻杆和钻头，所述钻杆包括外管和在所述外管内设置的气动冲击机构，如图1~3所示，所述气动冲击机构包括设置在所述外管内的气缸23、设置在所述气缸23中央的芯管（包括上芯管3和下芯管12）和套在下芯管12上的活塞27，所述传扭机构由花键轴1和后轴套2组成，所述后轴套2与所述外管6通过上接头4用螺纹16连接，所述花键轴1与上芯管3连接，所述花键轴1和后轴套2为可轴向相对移动式连接，所述芯管具有中心通道，所述芯管在靠近所述花键轴的一端设置有配气套7，所述芯管在靠近所述钻头36的一端设置有衬套34，所述芯管设置配气套7的一端设置有进气环腔，所述气缸23设置有进气环腔，所述芯管的进气环腔与所述气缸23的进气环腔相连通，所述气缸23在靠近所述活塞27两端的部位分别具有与所述气缸23的进气环腔相连通的进气孔，所述芯管在靠近所述活塞两端的部位分别具有与所述芯管的中心通道相连通的排气孔，所述外管上设置有排气用的单向阀5，所述芯管的中心通道与所述单向阀5连通。图4和图5分别表示了双向潜孔锤的活塞27和花键轴1的结构示意图，图6表示了钻头36的结构示意图，钻头36为阶梯式的挤密钻头，37为钻头上的合金柱齿，所述钻头36与所述外管6螺纹连接。
下面结合图1~3进一步描述该双向潜孔锤的进气排气通路：高压空气通过钻杆，包括花键轴1，经上芯管3 的中心通道、进气孔9、环腔8、进气孔10、气缸 23 上的进气孔11、环腔13、气缸23上的进气孔26、环腔28到达前气室 30，此通路为前气室进气通路；前气室30内的气体经衬套34上的轴向孔31、径向孔32、下芯管12上的排气孔33和35、下芯管12的中心通道、排气孔21、环腔20、排气孔19、上芯管的环腔18、排气孔17、环腔15，再经过单向阀5排出潜孔锤体外，此通路为前气室排气通路；当活塞27向后运动，其后棱线25越过气缸23内环槽的前棱线22之后，高压空气由花键轴1，经上芯管3 的中心通道、进气孔9、环腔8、进气孔10、气缸 23 上的进气孔11、环腔13、气缸23上的进气孔26到达后气室14，此通路为后气室进气通路；后气室14内的气体经下芯管12 上的排气孔24、下芯管12的中心通道、排气孔21、环腔20、排气孔19、环腔18、排气孔17、环腔16，再经过单向阀5排出潜孔锤体外，此通路为后气室排气通路。
本实用新型实现正打与反打的工作原理如下：双向气动潜孔锤可以工作于两种状态：a.正常工作时，潜孔锤处于向前钻孔施工的状态；b.遇到难以回拉潜孔锤或发生卡钻等孔内事故时，通过回拉芯管，可以使潜孔锤处于往后反打的工作状态。
当往前钻孔施工时：压缩空气经前气室进气通路进入前气室30，推动活塞27作回程运动，同时后气室14内的气体经后气室排气通路排气，直至活塞27大端堵塞下芯管12上的排气孔24,后气室排气结束。活塞27继续作回程运动，直至活塞27前棱线29与气缸23接触，堵塞了前气室30的进气通路。此时前气室30 气体膨胀做功，活塞27继续加速后行，直到活塞后棱线25与气缸23脱离，后气室14进气，活塞27减速后行，最后，在后气室14内形成的气垫作用下活塞27停止运动，完成回程运动。此时，活塞27的前端面已经越过衬套34上的径向排气孔32，前气室30内的气体经前气室排气通路排气。然后，活塞27在后气室14的高压气体作用下开始冲程运动，加速前行。前气室30仍处于排气状态，直至活塞27的小径端堵塞了衬套34上的径向排气孔32，前气室30排气结束。活塞27继续高速前行，直至活塞后棱线25与气缸23接触，堵塞了后气室14的进气通路。但后气室14气体膨胀做功，活塞27继续加速前行。然后活塞前棱线29与气缸23脱离，前气室进气通路被打开，压缩空气进入前气室30，活塞27减速前行。随后，活塞27的后端面越过下芯管12上的排气孔24，后气室排气通路被打开，后气室14排气。活塞27在自身的惯性作用下，高速撞击挤密钻头36，完成一个回次的运动。然后，活塞 27在前气室30高压气体的作用下，又开始回程运动，这样周而复始，活塞27不断冲击挤密钻头36，从而克服地层阻力推动整个冲击矛在土层中前行。
当潜孔锤处于反打状态时：当潜孔锤需要进行回打时，通过与钻杆连接的花键轴使上芯管和下芯管都往回移动一定的距离，这时，下芯管12上的排气孔24已经越过了气缸23内环槽的前棱线22，当越过的距离保持在适当大小的时候，就可以更改气动冲击机构的配气行程，实现潜孔锤反打的功能。压缩空气经前气室进气通路进入前气室30，推动活塞27作加速运动，直至活塞27前棱线29与气缸23接触，堵塞了前气室30的进气通路。此时, 活塞27后棱线25还没脱离与气缸23的接触，压缩空气暂时停留在活塞的前棱线和后棱线之间，因为前气室30气体膨胀做功，活塞27继续加速后行，直到活塞后棱线25与气缸23脱离，后气室排气通路打开，压缩空气由下芯管12上的排气孔24排出潜孔锤外，活塞27在自身的惯性作用下继续高速后行，直至活塞27的后端面越过下芯管的上的排气孔24，后气室排气通路关闭，进入后气室14的压缩气体对活塞做功，活塞减速后行。此时，活塞27的前端面已经越过衬套34上的径向排气孔32，前气室30内的气体经前气室排气通路排气。最后，在活塞27依靠自身的惯性作用高速撞击配气套7，实现冲程运动。活塞向后撞击配器套之后，在后气室14内形成的高压气体作用下，活塞27加速前进，直至活塞的后端面越过下芯管上的排气孔24。此时，后气室排气通路打开，活塞依靠自身的惯性作用继续前行，前气室30仍处于排气状态。直至活塞27的小径端堵塞了衬套34上的径向排气孔32，前气室30排气结束。活塞27继续高速前行，直至活塞后棱线25与气缸23接触，堵塞了后气室14的进气通路，此时，活塞27减速后行，最后，在前气室30内形成的气垫作用下活塞27停止运动，完成回程运动。然后，活塞 27在前气室30高压气体的作用下，又开始冲程运动，这样周而复始，活塞27不断冲击配气套，从而使潜孔锤克服阻力实现后退。
以上所述为本实用新型的实施的详细说明，并非用来限制本实用新型，本实用新型的范围以权利要求书并结合说明书及附图所界定为准，凡符合本专利的精神或与其类似的变化实施例与近似结构，皆包含于本专利的保护范围之中。
Claims (2)
1.一种双向潜孔锤，包括依次连接的传扭结构、钻杆和钻头，所述钻杆包括外管和在所述外管内设置的气动冲击机构，其特征是，所述气动冲击机构包括设置在所述外管内的气缸、设置在所述气缸中央的芯管和套在所述芯管上的活塞，所述传扭机构由花键轴和后轴套组成，所述后轴套与所述外管连接，所述花键轴与所述芯管连接，所述花键轴和后轴套为可轴向相对移动式连接，所述芯管具有中心通道，所述芯管在靠近所述花键轴的一端设置有配气套，所述芯管在靠近所述钻头的一端设置有衬套，所述芯管设置配气套的一端设置有进气环腔，所述气缸设置有进气环腔，所述芯管的进气环腔与所述气缸的进气环腔相连通，所述气缸在靠近所述活塞两端的部位分别具有与所述气缸的进气环腔相连通的进气孔，所述芯管在靠近所述活塞两端的部位分别具有与所述芯管的中心通道相连通的排气孔，所述外管上设置有排气用的单向阀，所述芯管的中心通道与所述单向阀连通。
2.根据权利要求1所述的双向潜孔锤，其特征是，所述钻头为阶梯式的挤密钻头，所述挤密钻头与所述双向潜孔锤外管螺纹连接。
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