專利名稱：雙向潛孔錘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能夠在土層、砂層和礫石層中沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的氣動潛孔錘鉆 具，具體來講，涉及一種既能加壓正向沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，又能實現(xiàn)上提過程中反向沖擊的雙向 潛孔錘。
背景技術(shù)：
當(dāng)前各類邊坡尤其是地質(zhì)災(zāi)害治理的邊坡地質(zhì)條件越來越復(fù)雜、施工工藝越來越 煩瑣，注漿、錨固、高噴所采用的地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)造孔及單向空氣潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝， 常常出現(xiàn)鉆孔壁坍塌，鉆具埋沒無法正常工作甚至報廢，鉆進(jìn)造孔質(zhì)量較差、工效較低、成 本較高，即使采用目前廣泛應(yīng)用的偏心(同心)潛孔錘跟管鉆具鉆進(jìn)也會出現(xiàn)鉆孔速度慢、 機(jī)械設(shè)備配置和要求高、鉆孔材料消耗大等一系列的弊病。目前國內(nèi)外土層注漿錨固是一種廣泛采用的技術(shù)，該技術(shù)一般在土層中采用清水 沖洗回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)排土成孔，深入巖石后可采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或單向潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)排土 (巖 石)成孔，然后下入鋼筋或錨索注入水泥漿形成注漿錨桿(索)，將易滑動巖土體錨固。采用 上述施工方法，一方面由于采用排土鉆進(jìn)成孔使孔壁周圍土體應(yīng)力釋放，產(chǎn)生松動現(xiàn)象 ’另 一方面鉆進(jìn)中的清水進(jìn)入地層浸泡土體，使巖土體進(jìn)一步軟化、失穩(wěn)，造成孔壁掉塊、縮徑、 垮塌埋鉆，導(dǎo)致鉆具埋沒無法正常工作甚至報廢，直接影響工程質(zhì)量及工期；在土層采用不 排土擠土鉆進(jìn)，由于地層的回彈作用引起鉆孔縮徑，因為目前使用的單向潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn) 鉆進(jìn)系統(tǒng)只能向前鉆進(jìn)，不具備后退功能，使鉆具無法退出，導(dǎo)致鉆具埋沒無法正常工作甚 至報廢，因此該系統(tǒng)不具備不排土擠土鉆進(jìn)成孔功能。所以，在注漿錨固技術(shù)的實施過程 中，鉆進(jìn)成孔質(zhì)量及效率是影響錨固效果的關(guān)鍵工序。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種既能正向沖擊鉆進(jìn)也能反向沖擊回退的雙向潛孔
鍾ο本實用新型提供的雙向潛孔錘包括依次連接的傳扭結(jié)構(gòu)、鉆桿和鉆頭，所述鉆桿 包括外管和在所述外管內(nèi)設(shè)置的氣動沖擊機(jī)構(gòu)，所述氣動沖擊機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述外管內(nèi) 的氣缸、設(shè)置在所述氣缸中央的芯管和套在所述芯管上的活塞，所述傳扭機(jī)構(gòu)由花鍵軸和 后軸套組成，所述后軸套與所述外管連接，所述花鍵軸與所述芯管連接，所述花鍵軸和后軸 套為可軸向相對移動式連接，所述芯管具有中心通道，所述芯管在靠近所述花鍵軸的一端 設(shè)置有配氣套，所述芯管在靠近所述鉆頭的一端設(shè)置有襯套，所述芯管設(shè)置配氣套的一端 設(shè)置有進(jìn)氣環(huán)腔，所述氣缸設(shè)置有進(jìn)氣環(huán)腔，所述芯管的進(jìn)氣環(huán)腔與所述氣缸的進(jìn)氣環(huán)腔 相連通，所述氣缸在靠近所述活塞兩端的部位分別具有與所述氣缸的進(jìn)氣環(huán)腔相連通的進(jìn) 氣孔，所述芯管在靠近所述活塞兩端的部位分別具有與所述芯管的中心通道相連通的排氣 孔，所述外管上設(shè)置有排氣用的單向閥，所述芯管的中心通道與所述單向閥連通。較佳地，所述鉆頭為階梯式的擠密鉆頭，所述擠密鉆頭與所述雙向潛孔錘外管螺紋連接。本實用新型的花鍵軸傳遞回轉(zhuǎn)力到潛孔錘，而花鍵軸可以進(jìn)行軸向移動，實現(xiàn)傳 遞回轉(zhuǎn)力到潛孔錘，氣體由氣缸中央的排氣通道向外排出，通過拉動芯管上的排氣口的位 置實現(xiàn)由正向沖擊到反方向沖擊的切換。活塞不斷高速撞擊擠密鉆頭，克服地層阻力推動 整個沖擊器在土層中前行。本實用新型的雙向潛孔錘具有如下優(yōu)點一方面擠土鉆進(jìn)擠密土層，提高滑坡地 層的致密性及承載力，進(jìn)而提高其自穩(wěn)能力，減小地層滑坡趨勢；另一方面通過擠密鉆孔孔 壁，使鉆孔孔壁保持穩(wěn)定，防止垮孔事故，提高成孔速度；成孔后即使遇到鉆孔掉塊、縮徑現(xiàn) 象，利用雙向空氣潛孔錘的反向沖擊作用也可順利退出孔內(nèi)鉆具，防止孔內(nèi)事故，并進(jìn)一步 擠密孔壁及地層，保證成孔質(zhì)量。

圖1為本實用新型的雙向潛孔錘的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示的雙向潛孔錘的左半部分的放大示意圖；圖3為圖1所示的雙向潛孔錘的右半部分的放大示意圖；圖4為本實用新型的雙向潛孔錘的活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的雙向潛孔錘的花鍵軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型的雙向潛孔錘的鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記如下所示1_花鍵軸；2-后軸套；3-上芯管；4-上接頭；5-單向閥；6_外 管；7-配氣套；8-上芯管的環(huán)腔；9-上芯管的進(jìn)氣孔；10-上芯管的進(jìn)氣孔；11-氣缸上的 進(jìn)氣孔；12-下芯管；13-氣缸上的環(huán)腔；14-后氣室；15-上芯管的環(huán)腔；16-聯(lián)接螺紋； 17-上芯管的排氣孔；18-上芯管的環(huán)腔；19-下芯管的排氣孔；20-下芯管的環(huán)腔；21-下 芯管的排氣孔；22-氣缸內(nèi)環(huán)槽的前棱線；23-氣缸；24-下芯管上的排氣孔；25-活塞的后 棱線；26-氣缸上的進(jìn)氣孔；27-活塞；28-氣缸與活塞的環(huán)腔；29-活塞的前棱線；30-前氣 室；31-襯套上的軸向孔；32-襯套上的徑向孔；33-下芯管上的排氣孔；34-襯套；35-下芯 管上的排氣孔；36-鉆頭；37-合金柱齒。
具體實施方式
該雙向潛孔錘包括依次連接的傳扭結(jié)構(gòu)、鉆桿和鉆頭，所述鉆桿包括外管和在所 述外管內(nèi)設(shè)置的氣動沖擊機(jī)構(gòu)，如圖廣3所示，所述氣動沖擊機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述外管內(nèi) 的氣缸23、設(shè)置在所述氣缸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，所述傳扭機(jī)構(gòu)由花鍵軸1和后軸套2組成，所述后軸套2與所述外管6通過上 接頭4用螺紋16連接，所述花鍵軸1與上芯管3連接，所述花鍵軸1和后軸套2為可軸向 相對移動式連接，所述芯管具有中心通道，所述芯管在靠近所述花鍵軸的一端設(shè)置有配氣 套7，所述芯管在靠近所述鉆頭36的一端設(shè)置有襯套34，所述芯管設(shè)置配氣套7的一端設(shè) 置有進(jìn)氣環(huán)腔，所述氣缸23設(shè)置有進(jìn)氣環(huán)腔，所述芯管的進(jìn)氣環(huán)腔與所述氣缸23的進(jìn)氣環(huán) 腔相連通，所述氣缸23在靠近所述活塞27兩端的部位分別具有與所述氣缸23的進(jìn)氣環(huán)腔 相連通的進(jìn)氣孔，所述芯管在靠近所述活塞兩端的部位分別具有與所述芯管的中心通道相 連通的排氣孔，所述外管上設(shè)置有排氣用的單向閥5，所述芯管的中心通道與所述單向閥5連通。圖4和圖5分別表示了雙向潛孔錘的活塞27和花鍵軸1的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6表示了 鉆頭36的結(jié)構(gòu)示意圖，鉆頭36為階梯式的擠密鉆頭，37為鉆頭上的合金柱齒，所述鉆頭36 與所述外管6螺紋連接。下面結(jié)合圖廣3進(jìn)一步描述該雙向潛孔錘的進(jìn)氣排氣通路高壓空氣通過鉆桿， 包括花鍵軸1，經(jīng)上芯管3的中心通道、進(jìn)氣孔9、環(huán)腔8、進(jìn)氣孔10、氣缸23上的進(jìn)氣孔 11、環(huán)腔13、氣缸23上的進(jìn)氣孔26、環(huán)腔28到達(dá)前氣室30，此通路為前氣室進(jìn)氣通路；前 氣室30內(nèi)的氣體經(jīng)襯套34上的軸向孔31、徑向孔32、下芯管12上的排氣孔33和35、下 芯管12的中心通道、排氣孔21、環(huán)腔20、排氣孔19、上芯管的環(huán)腔18、排氣孔17、環(huán)腔15， 再經(jīng)過單向閥5排出潛孔錘體外，此通路為前氣室排氣通路；當(dāng)活塞27向后運(yùn)動，其后棱線 25越過氣缸23內(nèi)環(huán)槽的前棱線22之后，高壓空氣由花鍵軸1，經(jīng)上芯管3的中心通道、進(jìn) 氣孔9、環(huán)腔8、進(jìn)氣孔10、氣缸23上的進(jìn)氣孔11、環(huán)腔13、氣缸23上的進(jìn)氣孔26到達(dá)后 氣室14，此通路為后氣室進(jìn)氣通路；后氣室14內(nèi)的氣體經(jīng)下芯管12上的排氣孔24、下芯 管12的中心通道、排氣孔21、環(huán)腔20、排氣孔19、環(huán)腔18、排氣孔17、環(huán)腔16，再經(jīng)過單向 閥5排出潛孔錘體外，此通路為后氣室排氣通路。本實用新型實現(xiàn)正打與反打的工作原理如下雙向氣動潛孔錘可以工作于兩種狀 態(tài)a.正常工作時，潛孔錘處于向前鉆孔施工的狀態(tài)；b.遇到難以回拉潛孔錘或發(fā)生卡鉆 等孔內(nèi)事故時，通過回拉芯管，可以使?jié)摽族N處于往后反打的工作狀態(tài)。當(dāng)往前鉆孔施工時壓縮空氣經(jīng)前氣室進(jìn)氣通路進(jìn)入前氣室30，推動活塞27作回 程運(yùn)動，同時后氣室14內(nèi)的氣體經(jīng)后氣室排氣通路排氣，直至活塞27大端堵塞下芯管12 上的排氣孔24，后氣室排氣結(jié)束?；钊?7繼續(xù)作回程運(yùn)動，直至活塞27前棱線29與氣缸 23接觸，堵塞了前氣室30的進(jìn)氣通路。此時前氣室30氣體膨脹做功，活塞27繼續(xù)加速后 行，直到活塞后棱線25與氣缸23脫離，后氣室14進(jìn)氣，活塞27減速后行，最后，在后氣室 14內(nèi)形成的氣墊作用下活塞27停止運(yùn)動，完成回程運(yùn)動。此時，活塞27的前端面已經(jīng)越 過襯套34上的徑向排氣孔32，前氣室30內(nèi)的氣體經(jīng)前氣室排氣通路排氣。然后，活塞27 在后氣室14的高壓氣體作用下開始沖程運(yùn)動，加速前行。前氣室30仍處于排氣狀態(tài)，直至 活塞27的小徑端堵塞了襯套34上的徑向排氣孔32，前氣室30排氣結(jié)束?；钊?7繼續(xù)高 速前行，直至活塞后棱線25與氣缸23接觸，堵塞了后氣室14的進(jìn)氣通路。但后氣室14氣 體膨脹做功，活塞27繼續(xù)加速前行。然后活塞前棱線29與氣缸23脫離，前氣室進(jìn)氣通路 被打開，壓縮空氣進(jìn)入前氣室30，活塞27減速前行。隨后，活塞27的后端面越過下芯管12 上的排氣孔24，后氣室排氣通路被打開，后氣室14排氣?；钊?7在自身的慣性作用下，高 速撞擊擠密鉆頭36，完成一個回次的運(yùn)動。然后，活塞27在前氣室30高壓氣體的作用下， 又開始回程運(yùn)動，這樣周而復(fù)始，活塞27不斷沖擊擠密鉆頭36，從而克服地層阻力推動整 個沖擊矛在土層中前行。當(dāng)潛孔錘處于反打狀態(tài)時當(dāng)潛孔錘需要進(jìn)行回打時，通過與鉆桿連接的花鍵軸 使上芯管和下芯管都往回移動一定的距離，這時，下芯管12上的排氣孔24已經(jīng)越過了氣缸 23內(nèi)環(huán)槽的前棱線22，當(dāng)越過的距離保持在適當(dāng)大小的時候，就可以更改氣動沖擊機(jī)構(gòu)的 配氣行程，實現(xiàn)潛孔錘反打的功能。壓縮空氣經(jīng)前氣室進(jìn)氣通路進(jìn)入前氣室30，推動活塞 27作加速運(yùn)動，直至活塞27前棱線29與氣缸23接觸，堵塞了前氣室30的進(jìn)氣通路。此 時，活塞27后棱線25還沒脫離與氣缸23的接觸，壓縮空氣暫時停留在活塞的前棱線和后
5棱線之間，因為前氣室30氣體膨脹做功，活塞27繼續(xù)加速后行，直到活塞后棱線25與氣缸 23脫離，后氣室排氣通路打開，壓縮空氣由下芯管12上的排氣孔24排出潛孔錘外，活塞27 在自身的慣性作用下繼續(xù)高速后行，直至活塞27的后端面越過下芯管的上的排氣孔24，后 氣室排氣通路關(guān)閉，進(jìn)入后氣室14的壓縮氣體對活塞做功，活塞減速后行。此時，活塞27 的前端面已經(jīng)越過襯套34上的徑向排氣孔32，前氣室30內(nèi)的氣體經(jīng)前氣室排氣通路排氣。 最后，在活塞27依靠自身的慣性作用高速撞擊配氣套7，實現(xiàn)沖程運(yùn)動?；钊蚝笞矒襞淦?套之后，在后氣室14內(nèi)形成的高壓氣體作用下，活塞27加速前進(jìn)，直至活塞的后端面越過 下芯管上的排氣孔24。此時，后氣室排氣通路打開，活塞依靠自身的慣性作用繼續(xù)前行，前 氣室30仍處于排氣狀態(tài)。直至活塞27的小徑端堵塞了襯套34上的徑向排氣孔32，前氣室 30排氣結(jié)束。活塞27繼續(xù)高速前行，直至活塞后棱線25與氣缸23接觸，堵塞了后氣室14 的進(jìn)氣通路，此時，活塞27減速后行，最后，在前氣室30內(nèi)形成的氣墊作用下活塞27停止 運(yùn)動，完成回程運(yùn)動。然后，活塞27在前氣室30高壓氣體的作用下，又開始沖程運(yùn)動，這樣 周而復(fù)始，活塞27不斷沖擊配氣套，從而使?jié)摽族N克服阻力實現(xiàn)后退。 以上所述為本實用新型的實施的詳細(xì)說明，并非用來限制本實用新型，本實用新 型的范圍以權(quán)利要求書并結(jié)合說明書及附圖所界定為準(zhǔn)，凡符合本專利的精神或與其類似 的變化實施例與近似結(jié)構(gòu)，皆包含于本專利的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求一種雙向潛孔錘，包括依次連接的傳扭結(jié)構(gòu)、鉆桿和鉆頭，所述鉆桿包括外管和在所述外管內(nèi)設(shè)置的氣動沖擊機(jī)構(gòu)，其特征是，所述氣動沖擊機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述外管內(nèi)的氣缸、設(shè)置在所述氣缸中央的芯管和套在所述芯管上的活塞，所述傳扭機(jī)構(gòu)由花鍵軸和后軸套組成，所述后軸套與所述外管連接，所述花鍵軸與所述芯管連接，所述花鍵軸和后軸套為可軸向相對移動式連接，所述芯管具有中心通道，所述芯管在靠近所述花鍵軸的一端設(shè)置有配氣套，所述芯管在靠近所述鉆頭的一端設(shè)置有襯套，所述芯管設(shè)置配氣套的一端設(shè)置有進(jìn)氣環(huán)腔，所述氣缸設(shè)置有進(jìn)氣環(huán)腔，所述芯管的進(jìn)氣環(huán)腔與所述氣缸的進(jìn)氣環(huán)腔相連通，所述氣缸在靠近所述活塞兩端的部位分別具有與所述氣缸的進(jìn)氣環(huán)腔相連通的進(jìn)氣孔，所述芯管在靠近所述活塞兩端的部位分別具有與所述芯管的中心通道相連通的排氣孔，所述外管上設(shè)置有排氣用的單向閥，所述芯管的中心通道與所述單向閥連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向潛孔錘，其特征是，所述鉆頭為階梯式的擠密鉆頭，所述 擠密鉆頭與所述雙向潛孔錘外管螺紋連接。
專利摘要本實用新型提供了一種既能正向沖擊鉆進(jìn)也能反向沖擊回退的雙向潛孔錘。該雙向潛孔錘主要由傳扭結(jié)構(gòu)、氣動沖擊機(jī)構(gòu)組成，由花鍵軸、后軸套組成的傳扭機(jī)構(gòu)與鉆桿聯(lián)結(jié)，花鍵齒傳遞回轉(zhuǎn)力到潛孔錘，而花鍵軸可以進(jìn)行軸向移動，實現(xiàn)傳遞回轉(zhuǎn)力到潛孔錘，氣體由氣缸中央的排氣通道向外排出，通過拉動芯管上的排氣口的位置實現(xiàn)由正向沖擊到反方向沖擊的切換。利用本實用新型的雙向潛孔錘成孔后即使遇到鉆孔掉塊、縮徑現(xiàn)象，利用雙向空氣潛孔錘的反向沖擊作用也可順利退出孔內(nèi)鉆具，防止孔內(nèi)事故，并進(jìn)一步擠密孔壁及地層，保證成孔質(zhì)量。
文檔編號E21B4/06GK201723146SQ20102022812
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者史青松, 向?qū)W忠, 吳方明, 彭環(huán)云, 方成名, 涂建湘, 王清巖, 蘇冬九, 鄧樹密, 陳茂, 隆威, 馬利東, 高永民 申請人:中南大學(xué);中國水利水電第十工程局有限公司