一种多动力钻头的制作方法

本发明涉及桩基钻头领域，尤其涉及一种多动力钻头。

背景技术：

深层水泥搅拌桩是一种利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌桩机在地基将软土或沙等和喷入土体的固化剂强制拌和，使固化剂与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的高强度优质地基。因而适用于淤泥、砂土、淤泥质土、泥炭土和粉土等软基处理，效果显著，处理后可成桩、墙等。水泥搅拌桩按主要使用的施工做法和深层搅拌桩机的钻杆数量分为单轴、双轴、多轴搅拌桩。

现有技术中，多轴搅拌桩通常通常采用主钻与多根次钻组合的形式，比如现有技术公开的一种多钻头组合钻机，包括驱动装置、主机架、组合钻杆和组合钻头，组合钻杆和驱动装置连接，组合钻头与组合钻杆连接，组合钻头包括齿轮箱、上排钻头、下排钻头和固定支架，上排钻头和下排钻头分别和一组齿轮箱的输出轴连接，齿轮箱输入轴和组合钻杆连接。该技术方案采用齿轮传动机构实现多钻头工作，但是齿轮传动机构存在结构及安装复杂，体积大等问题。

再有现有技术中除了采用齿轮传动机构实现多轴搅拌外，还通过为每个次钻配置一动力头的方式实现多轴搅拌，此方式通常次钻采用外置于主钻，与主钻之间相互独立工作。此技术方案必然需要为每一个次钻配备动力头，存在能耗大的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有多轴桩基钻头存在结构复杂、能耗大的问题。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种多动力钻头，包括主钻,所述主钻沿轴向排列设置有至少一组动力搅拌装置，每组动力搅拌装置包括套装在所述主钻上的中空动力装置和与所述中空动力装置连接的搅拌机构，搅拌机构在中空动力装置的驱动下绕所述主钻轴线转动。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：所述中空动力装置固定套装在所述主钻上，所述中空动力装置采用中空液压马达、中空电机、中空气动马达、中空旋转平台、中空回转缸中的任意一种；

优选，中空动力装置采用中空液压马达中的中空外旋转液压马达，中空外旋转液压马达的固定内筒与所述主钻连接固定，中空外旋转液压马达的外旋转筒作为输出旋转筒与搅拌机构连接。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：所述的搅拌机构包括至少一个转动套装在所述主钻上的搅拌套，所述搅拌套的外周壁上设置有若干呈放射状布置的第一搅拌叶片；

和/或，所述的搅拌机构还包括至少一个平行于所述主钻设置的搅拌杆，所述搅拌杆的外周壁上设置有若干呈放射状布置的第二搅拌叶片；

优选，所述第一搅拌叶片上设置有迎向被搅拌物体的第一斜面，所述第一搅拌叶片还具有设置于底部的第一下刃和设置于顶部的第一上刃；所述第二搅拌叶片上设置有迎向被搅拌物体的第二斜面，所述第二搅拌叶片还具有设置于底部的第二下刃和设置于顶部的第二上刃；转动过程中，所述第一斜面、第二斜面用于带动物料上行。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：每组动力搅拌装置还包括轴承机构和密封机构，所述搅拌机构通过轴承机构与所述主钻转动连接，所述轴承机构的未密封端面上设置有所述密封机构。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：所述轴承机构包括与搅拌机构连接固定的基座和安装在所述基座内的轴承，所述基座通过轴承与主钻转动配合连接；所述的密封机构包括套装在所述主钻上的密封套筒和设置在所述密封套筒内的密封件，所述密封套筒通过密封件与所述主钻密封连接，并且密封套筒和基座之间通过密封圈密封连接。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：所述密封套筒的端面为沿轴向外凸的锥台型结构；所述基座的横截面外廓形状为星形结构。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：所述主钻的下端设置有切削头，所述切削头上设置有具有钻刃的钻尖以及至少一个配置于所述切削头外周壁上且靠近所述钻尖的螺旋翼；所述螺旋翼在迎向被切削物体的端部形成有连续的刀刃；

优选，所述螺旋翼于靠近钻尖的径向端面上排列有多个铲齿。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：所述主钻的外周壁上安装有线浆管，所述线浆管上开设有扩口状的线浆口，所述主钻内设置有与所述线浆口相通且贯通至主钻顶部的输浆管；

优选，线浆管的安装高度高于螺旋翼的末端高度；所述线浆口的喷射方向向下且喷射距离覆盖主钻中心至主钻的钻削区域边缘。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：所述主钻在未设置动力搅拌装置区段的外周壁上呈放射状布置有若干主钻搅拌叶片；

优选，所述主钻搅拌叶片上设置有迎向被搅拌物体的倾斜面，所述主钻搅拌叶片还具有设于底部的进钻切削刃和设于顶部的退钻切削刃。

进一步的，上述的多动力钻头中，还具有如下特征：所述主钻内还设置有用以布设中空动力装置控制管路的管道，并且主钻在每个中空动力装置的安装位置上设置有连通管道和外部的通孔，控制管路经过管道和通孔后与对应的中空动力装置连接。

本发明提供的多动力钻头，具有如下优点：

1)、中空动力装置作为每组动力搅拌装置的驱动源，其直接套装并固定在主钻上，且没有齿轮传动机构等复杂的结构，占用空间少，有利于降低挤土面积，且控制调节方便；

2)、搅拌机构套装在主钻上，并由中空动力装置直接驱动，非外置于主钻并能独立于主钻运行，有助于提高浆料与泥土的混合搅拌效果，提高成桩质量；

3)、搅拌机构可以是套装在主钻上的搅拌套，也可以是平行于主钻设置的搅拌杆，或者两者的组合，多个搅拌部件可通过一个中空动力装置驱动，不需要每个配置一动力头，有助于降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是实施例一中采用一组动力搅拌装置的多动力钻头的立体图；

图2是实施例一中采用两组动力搅拌装置的多动力钻头的立体图；

图3是实施例一中采用4个第一搅拌叶片形成的搅拌叶片组件结构示意图；

图4是图1中a部分放大结构示意图；

图5是实施例一中具有铲齿的切削头的结构示意图；

图6是实施例一中切削头的半剖结构示意图；

图7是实施例一中采用4个主钻搅拌叶片形成的主钻搅拌叶片组结构示意图；

图8是实施例二中多动力钻头的立体图；

图9是图8中b部分放大结构示意图；

图10是实施例三中多动力钻头的立体图；

图11是实施例四中轴承机构和密封机构的爆炸示意图；

图12是实施例四中采用锥台型结构的密封套筒的结构示意图；

图13是实施例四中为星形结构的基座的横截面示意图；

图14是实施例五中多动力钻头的局部旋转剖视图。

附图中：

1、主钻；11、钻尖；11a、钻刃；12、螺旋翼；12a、刀刃；12b、铲齿；13、线浆管；13a、线浆口；14、输浆管；15、主钻搅拌叶片；15a、倾斜面；15b、进钻切削刃；15c、退钻切削刃；16、管道；17、通孔；

2、搅拌机构；21、搅拌套；22、第一搅拌叶片；22a、第一斜面；22b、第一下刃；22c、第一上刃；23、搅拌杆；24、第二搅拌叶片；24a、第二斜面；24b、第二下刃；24c、第二上刃；

3、中空动力装置；

4、轴承机构；41、基座；42、轴承；

5、密封机构；51、密封套筒；52、密封件、53、密封圈。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

<实施例一>

如图1和图2所示，本实施例提供的多动力钻头用于水泥土搅拌桩情形下的桩基础施工，该多动力钻头包括主钻1,沿主钻1轴向排列设置的至少一组的动力搅拌装置，每组动力搅拌装置包括套装在主钻1上的中空动力装置3和与中空动力装置3连接的搅拌机构2，搅拌机构2在中空动力装置3的驱动下绕主钻1轴线转动。在本实施例中，中空动力装置3与主钻1共轴设置。

具体地，中空动力装置3中心具有贯通的通孔，用以主钻1穿过，中空动力装置3固定套装在主钻1上，可以通过不可拆卸的方式(比如焊接方式等)固定在主钻1上，或通过可拆卸的方式(比如采用图中未示出的紧固件连接方式等)固定在主钻1上，方便中空动力装置3发生故障时可以卸下维修或更换。本实施例中，中空动力装置3采用中空液压马达、中空电机、中空气动马达、中空旋转平台、中空回转缸等中的任意一种。不同动力搅拌装置上的中空动力装置3可以相同也可以不同。其中，中空旋转平台由具有中心贯穿孔的外壳、安装在外壳内的动力头、安装在动力头输出轴上的齿轮、与齿轮外啮合的外齿圈、与外齿圈固定连接的旋转盘构成，外齿圈由外壳轴向限位，旋转盘、外齿圈与中心贯穿孔共轴设置，动力头通过齿轮、外齿圈传动带动旋转盘旋转，旋转盘与外壳之间通过密封机构密封连接，以防止杂质进入外壳内影响齿轮、外齿圈啮合，动力头可以采用液压马达、气动马达、电马达中的任意一种；安装时主钻1穿过外壳的中心贯穿孔，并通过紧固件等连接方式将外壳固定在主钻1上。

优选，中空动力装置3采用中空液压马达中的中空外旋转液压马达，中空外旋转液压马达的固定内筒与所述主钻1连接固定，中空外旋转液压马达的外旋转筒作为输出旋转筒与搅拌机构2连接。在工作过程中，外旋转筒由于存在旋转运动，也具有一定的搅拌效果。

进一步地，搅拌机构2为至少一个沿主钻1轴向套设在主钻1上的搅拌套21，当采用两个及以上的搅拌套21时，相邻搅拌套21之间连接固定。一个或多个搅拌套21构成的搅拌机构2的一端与同组动力搅拌装置2上中空动力装置3的输出旋转筒连接固定。

其中，搅拌套21的外周壁上设置有若干呈放射状布置的第一搅拌叶片22，设置方式可以是焊接、螺接等。可以是以第一搅拌叶片22为单位间隔设置在搅拌套21上或螺旋设置在搅拌套21上；也可以以2～5个第一搅拌叶片22为一组形成搅拌叶片组件，以搅拌叶片组件为单位沿搅拌套21轴向间隔设置，如图3所示。

优选，请参阅图3，第一搅拌叶片22上设置有迎向被搅拌物体的第一斜面22a，第一搅拌叶片22还具有设置于底部的第一下刃22b和设置于顶部的第一上刃22c。转动过程中，由第一下刃22b或第一上刃22c先切向搅拌物，降低阻力；同时，由于第一搅拌叶片22具有第一斜面22a，随着搅拌套21的转动易将浆料中部分多余的水分离出，并顺着第一斜面22a上行，通过每一个第一搅拌叶片22的带动作用，使部分水螺旋上行，如图1和图2中叶片部分的箭头所示，逐渐将浆料中多余的水带出至桩基钻孔顶部，可以对带出的水进行排除，避免因浆料含水过多而导致钻孔塌孔的问题。在本实施例中，第一斜面22a与竖直面的夹角在0°～90°之间，优选，35°～55°。

请参阅图4，在本实施例中，主钻1的下端设置有切削头，具体地，切削头上设置有具有钻刃11a的钻尖11以及至少一个配置于切削头外周壁上且靠近所述钻尖11的螺旋翼12。作为优选的技术方案，钻尖11呈上大下小的倒锥状结构，钻刃11a至少为两条且环绕钻尖11中轴线间隔分布，钻刃11a的螺旋角为5°～85°。切削头与主钻1通过焊接固定，或者由图中未显示的紧固件旋接固定，或者在主钻1的生产制造过程中一体成型。

请同时参阅图5，另外，螺旋翼12在迎向被切削物体的端部形成有连续的刀刃12a，降低进钻过程中的切削阻力；螺旋翼12于靠近钻尖11的径向端面上排列有多个铲齿12b，进而提高行星式正反钻头的破岩切割能力。

如图5和图6所示，主钻1于切削头的外周壁上安装有线浆管13，线浆管13上开设有扩口状的线浆口13a，主钻1内设置有与所述线浆口13a相通且贯通至主钻1顶部的输浆管14。

优选，线浆管13的安装高度高于螺旋翼12的末端高度，避免进钻过程中线浆管13先接触土体；线浆口13a的的喷射方向向下且喷射距离覆盖主钻1中心至主钻1钻削区域边缘。本实施例中，线浆口13a的底部无其他部件遮挡，以便喷出的浆料直接与切削后的泥土混合。

请结合图7，在本实施例中，主钻1在未设置动力搅拌装置区段的外周壁上呈放射状布置有若干主钻搅拌叶片15；优选，主钻搅拌叶片15上设置有迎向被搅拌物体的倾斜面15a，主钻搅拌叶片15还具有设于底部的进钻切削刃15b和设于顶部的退钻切削刃15c。主钻搅拌叶片15上设置的倾斜面15a具有同第一搅拌叶片22上第一斜面22a的效果，不仅起到搅拌的效果，还能带动浆料中的部分多余的水上行，避免浆料过稀导致塌孔问题。

进钻时，主钻搅拌叶片15上的进钻切削刃15b先切向混合物；退钻时，主钻1在动力装置的驱动下反转，并由桩机进行提升，主钻搅拌叶片15上的退钻切削刃15c先切向混合物，降低行径阻力。可以是以主钻搅拌叶片15为单位间隔设置在主钻1上或呈螺旋状设置在主钻1上；也可以以2～5个主钻搅拌叶片15为一组形成主钻搅拌叶片组，以主钻搅拌叶片组为单位沿主钻1轴向间隔设置，如图7所示。

本实施例在工作过程中，主钻1由钻机上的动力装置进行驱动，中空动力装置3连接液压系统的动力元件和控制元件后，由动力元件将液压油泵送至中空动力装置3中，由外力矩驱动中空动力装置3的输出旋转筒旋转，进而带动搅拌套21转动，通过控制元件调控中空动力装置3的转速等。由于在进钻时，主钻1切削土体，转速较低，通过在主钻1上设置由中空动力装置3驱动的搅拌机构2以高于主钻1转速的速度转动，有助于提高浆料与泥土的搅拌均匀度，提高混合搅拌效果。当然，中空动力装置3的输出旋转筒转向可以与主钻1的转向相同，也可以相反，优选，与同动力搅拌装置上第一搅拌叶片22上第一斜面22a的朝向相同。

<实施例二>

本实施例中，与实施例一相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

如图8所示，相对于实施例一，本实施例提供的多动力钻头还有这样的区别结构设计：

搅拌机构2为至少一个平行于主钻1设置的搅拌杆23，每根搅拌杆23均与中空动力装置3的输出旋转筒连接固定，搅拌杆22的外周壁上设置有若干呈放射状布置的第二搅拌叶片24。可以是以第二搅拌叶片24为单位间隔设置在各自的搅拌杆23上；也可以以2～5个第二搅拌叶片24为一组形成搅拌叶片组件，以搅拌叶片组件为单位沿各自的搅拌杆23轴向间隔设置。

请结合图9，在本实施例中，第二搅拌叶片24上设置有迎向被搅拌物体的第二斜面24a，第二搅拌叶片24还具有设置于底部的第二下刃24b和设置于顶部的第二上刃24c。转动过程中，由第二下刃24b或第二上刃24c先切向搅拌物，降低阻力；同时，由于第二搅拌叶片24具有第二斜面24a，随着搅拌套21的转动易将浆料中部分多余的水分离出，并顺着第二斜面24a上行，通过每一个第二斜面24a的带动作用，使部分水螺旋上行，逐渐将浆料中多余的水带出至桩基钻孔顶部，避免因浆料含水过多而导致钻孔塌孔的问题。在本实施例中，第二斜面24a与竖直面的夹角在0°～90°之间，优选，35°～55°。

具体地，相邻搅拌杆23上的第二搅拌叶片24交错设置，使得搅拌杆23上的第二搅拌叶片24与相邻的搅拌杆23及其上的第二搅拌叶片24互不干涉。

优选，第二搅拌叶片24的径向长度为相邻搅拌杆23之间间距的0.51倍～0.99倍，通过增加各搅拌杆23的搅拌面积以增强搅拌效果。

本实施例相较于实施例一，同水平高度能设置多个搅拌杆23，提高搅拌效果。

<实施例三>

本实施例中，与实施例一、二相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

如图10所示，相对于实施例一、二，本实施例提供的多动力钻头还有这样的区别结构设计：

搅拌机构2既包括实施例一中至少一个套设在主钻1上的搅拌套21，又包括实施例二中至少一个平行于主钻1设置的搅拌杆23。

具体地，搅拌杆23上的第二搅拌叶片24与搅拌套21及搅拌套21上的第一搅拌叶片22、相邻搅拌杆23及其上的第二搅拌叶片24互不干涉，并且第二搅拌叶片24与第一搅拌叶片22的搅拌范围部分重叠。

本实施例相较于实施例一和二，由于中间设置搅拌套21，外圈设置搅拌杆23，搅拌范围大，避免存在局部搅拌不到的问题，提高搅拌效果。

<实施例四>

本实施例中，与实施例一、二、三相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

请结合图8至图11，相对于实施例一、二、三，本实施例提供的多动力钻头还有这样的区别结构设计：

每组动力搅拌装置还包括连接搅拌机构2的轴承机构4和设置在轴承机构4未密封端的密封机构5，轴承机构4包括与搅拌机构2连接固定的基座41和安装在基座41内的轴承42，基座41通过轴承42与主钻1转动配合连接；密封机构5包括套装在主钻1上的密封套筒51和设置在密封套筒51内的密封件52，密封套筒51通过密封件52与主钻1密封连接，并且密封套筒51和基座41之间通过密封圈53密封连接，密封件52可以采用密封圈、油封或几种组合。

当搅拌机构2为实施例一中的搅拌套21和实施例三中的搅拌套21+搅拌杆23时，搅拌套21的末端可以通过密封圈等与基座41的上端面固定连接，只需要在基座41的下端面设置密封机构5即可。

另外，为了防止轴承机构4轴向窜动，可以在主钻1上设置卡簧等限位机构对轴承机构4进行轴向窜动限位。

进一步地，密封套筒51的端面为沿轴向外凸的锥台型结构，如图12所示，增强浆料与泥土的混合物在密封套筒51端面上的流动性，防止堆土。

更进一步地，基座41的横截面外廓形状为星形结构，如图13所示，在连接搅拌杆23的部位径向外凸，未连接搅拌杆23的部位形成凹陷，尽可能减少不必要面积的占用，降低挤土面积。

相较于实施例一、二、三，本实施例增设轴承机构4，有助于提高搅拌机构2转动过程中的稳定性，增设密封机构5能防止泥浆进入轴承影响轴承使用寿命，还能防止泥浆进入搅拌套21内，防止泥浆在搅拌套21内固结而导致搅拌套21无法相对主钻1转动。

<实施例五>

本实施例中，与实施例一、二、三、四相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

如图14所示，相对于实施例一、二、三、四，本实施例提供的多动力钻头还有这样的区别结构设计：

主钻1内还设置有用以布设控制管路的管道16，并且主钻1在每个中空动力装置3的安装位置上设置有连通管道16和外部的通孔17，控制管路经过管道16和通孔17后与对应的中空动力装置3连接。

若中空动力装置3采用中空液压马达、中空回转液压缸、液动中空旋转平台时，则控制管路采用输油管穿过管道16、通孔17后与对应的中空动力装置3连接；若中空动力装置3采用中空电机、电动中空旋转平台时，则控制管路采用控制电线穿过管道16、通孔17后与对应的中空动力装置3连接；若中空动力装置3采用中空气动马达、中空回转气缸、气动中空旋转平台时，则控制管路采用输气管穿过管道16、通孔17后与对应的中空动力装置3连接。

相较于实施例一、二、三、四，本实施例通过在主钻1内部设置用以布设中空动力装置3控制管路的管道16，相较于控制管路从外部走线，能避免中空动力装置3的控制管路被各搅拌叶片碰撞、切断的情况发生。

上述实施例一至实施例五中，在工作过程中，随着进钻深度的增加，主钻1的顶部叠加安装同主钻1主体部分同结构的连接轴，以满足桩基施工需求。实施例一至实施例五的部分技术实施方式可以组合或者替换。

以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的具体限制。基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本发明的保护范围。

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