[發明專利]一種變曲率螺旋打樁機鉆頭

有效

• 申請號: 201410477060.2
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104265179A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 郭志軍;倪利偉;余浩;馬海英;張陽;李濤
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 羅民健

技術領域

本發明涉及鉆探設備用破巖工具領域，具體的說是一種變曲率螺旋打樁機鉆頭。

背景技術

螺旋打樁機作為一種常見的工程機械，在橋梁、路基和隧道等工程中有著重要應用。目前，工程建設中常用的鉆頭由鉆桿、鉆尖、鉆鎬和螺旋導片等組成，螺旋刀片固定在鉆桿上，鉆尖和鉆鎬焊接在鉆桿頭部，與鉆桿成為不可分離的一體，鉆桿為空心結構。此種結構的打樁鉆頭存在以下問題：1、在打樁的過程中鉆尖和鉆鎬磨損嚴重；2、在打樁的過程中螺旋刀片粘土問題嚴重；3、鉆尖受力結構不合理，在實際的打樁過程中以上問題會嚴重影響打樁效率，延長施工時間，同時，降低了打樁機鉆頭的壽命。

發明內容

由于打樁機鉆頭在打樁過程中存在的問題不僅與鉆頭材料和結構有關，還和與土壤滑動接觸的鉆頭表面幾何形狀有關，本發明的目的是為了解決現有鉆頭結構不合理、粘土嚴重和壽命短的問題，重新設計鉆頭的形狀，提供了一種變曲率螺旋打樁機鉆頭。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案為：一種變曲率螺旋打樁機鉆頭，包括呈圓柱形的鉆桿、設在鉆桿入土端部的鉆尖、沿鉆桿外周面螺旋盤列的螺旋刀片以及固定在螺旋刀片入土端部的兩個鉆鎬，鉆鎬的兩側曲面分別為內觸土曲面和向內觸土曲面彎曲的外觸土曲面，鉆鎬的縱切斷面中的內觸土曲面的輪廓曲線分別符合方程????????????????????????????????????????????????和，t的取值范圍為5~12；外觸土曲面的輪廓曲線分別符合方程和，t的取值范圍為5~12；

所述的鉆尖由繞鉆桿入土端面的圓心中心對稱的三個鉆尖基體組成，鉆尖基體從鉆尖頂部中心到鉆尖底部的外輪廓曲線符合方程：，，t取值范圍為5~145。

本發明中，鉆鎬側面中過內觸土曲面與外觸土曲面的縱切斷面中，內觸土曲面的輪廓曲線末端與外觸土曲面的輪廓曲線末端圓弧相接，該圓弧半徑為30cm。

各鉆尖基體的側面均沿順時針或逆時針方向扭轉40°。

本發明的螺旋刀片由單線的副螺旋刀片和多線的主螺旋刀片通過圓弧連接而成，且副螺旋刀片和主螺旋刀片的螺旋直徑均為60cm，主螺旋刀片和副螺旋刀片的結構相同，螺旋刀片呈擺線型，螺旋刀片的外輪廓曲線方程為和，t取值范圍為3~147，螺旋刀片由該曲線方程在一定的螺旋直徑和導程下，繞鉆桿的外周面螺旋盤列而成。其中，主螺旋刀片的螺距為30cm，副螺旋刀片的導程為5cm，兩個鉆鎬以鉆桿中軸線為對稱軸，分別設在副螺旋刀片的入土端部。

本發明的打樁機鉆頭包括仿生型的鉆鎬、擺線型的螺旋刀片、扭曲型漸近線型的鉆尖和圓柱形的鉆桿四部分，打樁機鉆頭的工作直徑為60cm，鉆桿橫截斷面的直徑為25cm，鉆頭的工作長度可根據需要進行的設定，同時改變相關參數進行匹配。以上方程曲線均為原始曲線，在實際的生產加工中可根據實際工況需要進行縮放，曲線的內蘊幾何形式不發生改變。

本發明基于仿生和解析幾何的方法，達到延長使用壽命，提高生產效率的目的。應用于螺旋刀片的擺線型曲線，在螺旋刀片上表現為平緩的凹凸結構，這種特殊結構的應力場表現為連續的波動性能，應力場的持續波動導致土壤粘附刀盤的的幾率大大降低，此種結構在土槽實驗中表現出優良的減粘脫附性能。

有益效果：

（1）、本發明中，鉆頭所用方程曲線是基于試驗優化而來，具有特殊的幾何土壤性能。其中，應用于鉆鎬內外觸土曲面的仿生曲線源于公雞足趾觸土曲面，公雞在日常的覓食過程中，腳趾具有很強的土壤挖掘能力，且在長時間的進化過程中，其腳趾內外輪廓觸土曲線具有良好的土壤減阻脫附能力，將此結構應用在打樁機鉆頭的鉆鎬部位，不但使打樁機具有很好的挖掘土壤能力，同時減小鉆頭所受的土壤阻力，提高鉆頭的使用壽命和工作效率；

（2）、鉆尖基體的曲線方程為漸近線型曲線，在土壤仿真試驗中表現出優良的脫土性能，同時漸近線型幾何結構單體能夠對運動的土壤產生引導效應和對土壤顆粒產生滾動效應，這樣就降低了土壤與鉆尖表面的粘附幾率，同時，各鉆尖基體的側面均沿順時針或逆時針方向扭轉40°，鉆尖在工作時，挖掘的土壤能夠輕松的送進螺旋刀片，進而提高挖掘速度，降低鉆機粘附的可能，與現有技術相比，表現出優良的脫附減阻效果；