[发明专利]一种适用于自钻式中空锚固系统的三刃凹面球齿钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质工程用钻头，特别是一种适用于自钻式中空锚固系统的三刃凹面球齿钻头。

背景技术

随着水利、能源、交通、矿业、城市基础建设力度的加大，在隧道、边坡中锚杆支护应用越来越广泛。锚杆支护充分的利用了岩体自稳能力。尤其是自钻式中空锚杆系统，可以快速成孔并注浆，能确保岩体开挖后立即提供支护力（预应力），防止围岩的变形和松动，增强了岩土工程的稳定性。

自钻式锚杆系统中钻头众多，常用的有“一”字型、“十”字型、球齿型，每种钻头都有其特点。根据不同的地形和岩土特征，选择不同的钻头类型。在泥灰岩、白垩土、砾石、软弱泥岩的应用中，由于钻进效率高，缺乏一种定心效果好的钻头，钻进过程中钻头易偏离既定线路，造成杆体弯折，影响钻头的支护性能和效果。对于球齿全钢钻头来说，边齿的磨损速度成倍于内部球齿，边齿易先磨损而出现打滑、降低钻进效率等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于自钻式中空锚固系统的三刃凹面球齿钻头，在软弱岩土的施工中，具有边齿耐磨损，成孔稳定性好的优点，且具有自定心功能，不容易偏移，凿岩效率高，成孔精度好。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

一种适用于自钻式中空锚固系统的三刃凹面球齿钻头，属于全钢钻头，包括头部和裤体两部分；头部设有三个互不相连的切削刃、1个位于该三个互不相连的切削刃中间的下凹槽和分布在下凹槽中的4个球齿；三个切削刃底部互不连接，位于该三个切削刃中间的部位即为下凹槽；

所述三个切削刃均为三角形刀刃，凸出在头部，三个切削刃的底部在凹槽所在平面上以钻头轴线为中心呈120°角均匀分布；切削刃的刃尖呈圆弧线形，刃两侧一面为内凹圆弧面，另一面为外凸圆弧面；刀刃两侧面凹凸方向不同形成刀刃的方向；三个切削刃中两个刀刃方向相同，并凹向旋转方向，称之为主切削刃，另一切削刃凹向旋转方向的反向，称为副切削刃。主切削刃形状结构完全相同，任一主切削刃与副切削刃关于两切削刃之间的弧形排屑槽平分面相互对称；

裤体外壁上均布有三个形状相同的圆弧状排屑槽，使得在钻头与孔壁之间形成容屑和排屑空间，用于钻进时容屑和排屑；在两个主削刃旋转方向上方向的两个排屑槽中各分布有一个出水孔，出水孔的两端分别连通排屑槽和钻头内部的盲孔；出水孔在排屑槽的一端偏离排屑槽中心设置，相对于排屑槽的中心分别偏离两个主切削刃，出水孔角度斜向上，与钻头轴线夹角为60°～80°；与无出水孔排屑槽相邻的主切削刃下方，在钻头外壁上设有1个通水孔，通水孔方向垂直或近似垂直于钻头中心轴线设置，进通水孔一端与钻头内部的盲孔联通，另一端连通于排屑槽之外的钻头外壁；裤体内部设有螺纹腔体，可与自钻式杆体的外螺纹旋合，并实现钻进所需的能量传递，并通过内部腔体与通水孔相通，使压力水得以流通；头部下凹槽依次交替与切削刃底部、排屑槽相交形成六边状的下凹槽，六边均为圆弧状凹向钻头中心轴线；

4个半球型的球齿中的三个球齿中心分布在与钻头轴线同心的外侧圆周上，并且球齿的外缘贴近切削刃底部；三个外圈球齿分布角度与三个切削刃分别相同，靠近副切削刃的外圈球齿的中心到钻头中心的距离短于其他两个外圈球齿，使得该处球齿的外缘与切削刃间隙稍大；靠中心的为第四球齿，第四球齿的中心位于在下凹槽中心附近，距离钻头中心距离小于1个球齿半径，且第四球齿靠近主切削刃附近的两个外圈球齿，并与这两个球齿的中心距相等。

这些技术方案，包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。

本发明的适用于自钻式中空锚固系统的三刃凹面球齿钻头，各个部件作用的工作方式为：

两个主切削刃刀刃方向相同，可以迅速嵌入破坏岩土结构，并将破碎后的岩土碎屑剥入排屑槽中，然后迅速与水流混合成泥浆排出孔外；

副切削刃的刀刃方向与主切削刃相反，对于岩土粒块的作用方向与主切削刃相反，嵌入岩土中并向外拨动岩土粒块，对于较为坚硬顽固的岩土粒块，在主切削刃和副切削刃的交替作用下，更容易被破坏和排出；

在软弱的岩土地质条件下，如泥灰岩等，钻孔支护时，三个三角形刀刃凸出在头部，相比球齿钻头，工作时可迅速的嵌入土层，破坏土层结构，刀刃不滑动，剪切效果好；主切削刃和副切削刃交替作用，对于破坏坚硬顽固的粒块更为有效，起到增加钻进效率的目的。