[发明专利]一种多叶轮被动旋转搅拌式沉井旋挖钻头

说明书

本发明公开了一种多叶轮被动旋转搅拌式沉井旋挖钻头。包括空心钻杆、钻头、切削刃、叶轮轴、被动叶轮和旋转支架；本发明的钻头主要用于反循环钻机在桥梁中塔沉井的钻孔灌注施工，通过在钻头周围均布四组叶轮，使其在钻头工作的过程中，通过与孔壁的接触，被动产生与钻头旋转方向相反的相对转动，从而加快钻孔过程中淤泥与水充分混合形成泥浆，增强钻孔过程中钻头对泥浆的搅拌作用。本发明在不增加额外动力的情况下，提高钻孔过程中对泥浆的排出效率，进而提高钻孔的效率，避免钻孔过程中因淤泥排出不畅导致的吸泥管堵塞以及钻头淤塞甚至折断。

技术领域

本发明主要用于桥梁中塔沉井施工领域的大型液压反循环钻机，具体涉及一种多叶轮被动旋转搅拌式沉井旋挖钻头。

背景技术

反循环钻机的施工方法：将原始泥浆由钻杆外注入井孔，用真空泵或其他方法(如空气吸泥泵机)将与淤泥混合后的泥浆从钻杆中吸出，以达到排出淤泥的目的。

桥梁中塔沉井施工过程中，常见的主要软土有淤泥及淤泥质黏土，其主要性质为厚度较大，孔隙比、压缩性及灵敏度较高，具有高压缩性，片面含较多粉粒，具触变性，工程性质差。现有的用于桥梁中塔沉井钻孔灌注施工的液压钻机对淤泥和水的混合效果不好，吸泥效率低，泥浆难以排出，导致钻孔效率低、堵塞吸泥管以及淤塞甚至折断钻头。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种多叶轮被动旋转搅拌式沉井旋挖钻头，主要用于反循环钻机在桥梁中塔沉井的钻孔灌注施工。

在钻孔施工过程中，旋转支架随钻头和空心钻杆同步转动，带动四根叶轮轴围绕钻头的中心轴线同步转动。在叶轮轴的转动过程中，叶轮与孔壁接触，在旋转支架转动和静止孔壁的作用下，叶轮绕其各自的叶轮轴产生与钻头旋转方向相反的相对转动。利用这种切削刃与叶轮之间的相对转动，增强钻孔过程中对孔内泥浆的搅拌作用，使钻孔产生的淤泥与水更充分的混合形成泥浆，通过吸泥口和中空钻柄内的负压，将泥浆排出。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括空心主钻杆、钻头、切削刃、叶轮轴、被动叶轮和旋转支架；旋转支架主要由中心圆盘、四根短横梁和四个外围圆盘组成，中心圆盘外侧面沿周向均布有四根短横梁，每根短横梁末端均连接有一个外围圆盘；空心主钻杆穿过中心圆盘且通过中心圆盘与旋转支架固定相连，空心主钻杆底部开有前后贯穿空心主钻杆的吸泥口，空心主钻杆底端同轴固定有钻头，钻头沿周向均布有四片切削刃，每片切削刃沿切削方向的外侧均匀分布有若干刀齿；四个外围圆盘与四片切削刃上下相对布置。

每个外围圆盘下表面和其对应的切削刃上表面均安装有两个上下相对内置密封圈的密封端盖，密封端盖与外围圆盘之间、密封端盖与切削刃之间均安装有轴承，用于承载叶轮轴的轴向载荷。每根短横梁与其对应的切削刃之间连接有一根叶轮轴，叶轮轴上下两端穿过密封端盖后分别通过轴承与外围圆盘和切削刃连接；每根叶轮轴中间均固定连接有被动叶轮，每个被动叶轮包括六片以叶轮轴为中心沿叶轮轴周向均布的叶片，相邻两叶片之间的夹角间隔60°。

钻孔过程中，空心主钻杆带动切削刃和旋转支架轴向移动的同时绕空心主钻杆中心轴线转动，从而带动叶轮轴绕空心主钻杆中心轴线转动，被动叶轮的叶片在旋转支架转动过程中与孔壁接触，孔壁给予被动叶轮沿旋转支架转动方向相反的作用力，被动叶轮产生与旋转支架旋转方向相反的相对转动。

所述密封端盖用于限制叶轮轴径向位移且具有密封作用。

所述空心主钻杆为空心主钻杆，钻杆中间为与地面排泥设备直通的空心排泥管道，用以排出桥梁中塔沉井钻孔过程中产生的淤泥与水混合而形成的泥浆。

所述吸泥口呈椭圆形且与空心主钻杆中间的空心排泥管相连通；吸泥口与被动叶轮位于同一水平高度。

所述被动叶轮旋转过程中，被动叶轮叶片末端的工作范围略超出切削刃的最大工作范围，以确保被动叶轮产生被动旋转。

本发明的有益效果：