仿生非光滑螺旋钻具.pdf

本发明涉及一种钻掘土层的螺旋钻探机具，尤其是具有非光滑表面的仿生螺旋钻具。仿生非光滑螺旋钻具是在普通螺旋钻具叶片上有规律的设有凸包构成非光滑表面，叶片上的凸包的总面积占叶片面积的15％-30％，凸包在叶片上呈同心圆式、菱形、正三角形、放射状形、均匀或随机分布。本发明提供的仿生非光滑螺旋钻具与现有的普通螺旋钻具进行了对比性钻进试验，仿生非光滑叶片螺旋钻具比光滑叶片螺旋钻具更不易粘土，防粘、减阻极其显著，脱土率提高了70％，减少了钻机功率消耗，钻机耗油量降低53.3％，极大地提高了钻进效率，降低了钻掘成本。本发明的技术方案适用于洛阳铲。

1、  一种仿生非光滑螺旋钻具，其特征在于，在普通螺旋钻具叶片(1)上有规律的设有凸包(2)构成非光滑表面。

2、  按照权利要求1所述的仿生非光滑螺旋钻具，其特征在于，叶片(1)上的凸包(2)面积占叶片(1)面积的15％-30％，凸包(2)与凸包(2)的中心间距10-20mm，凸包(2)高2-5mm，凸包(2)底面直径3-5mm。

3、  按照权利要求1所述的仿生非光滑螺旋钻具，其特征在于，凸包(2)在叶片(1)上呈同心圆式、菱形、正三角形、放射状形、均匀或随机分布。

4、  按照权利要求1所述的仿生非光滑螺旋钻具，其特征在于，叶片(1)上的凸包(2)采用锰钢焊条直接在叶片上堆焊出凸包。

5、  按照权利要求1所述的仿生非光滑螺旋钻具，其特征在于，本发明的技术方案适用于洛阳铲。

仿生非光滑螺旋钻具
技术领域
本发明涉及一种钻掘土层的螺旋钻探机具，尤其是具有非光滑表面的仿生螺旋钻探机具。
背景技术
在岩土工程钻孔施工中所遇到的地质体有岩层、卵砾石层、沙土层和土层，通常采用的钻具有亚轮钻、冲击钻、螺旋钻。冲击钻仅适用于坚硬岩层和卵砾石层，亚轮钻不仅适用于坚硬岩层和卵砾石层，还适用于沙土层和土层，但钻进土层尤其是粘土层是效率较低，螺旋钻或洛阳产是钻进土层特别是粘土层的有效工具。现有的螺旋钻具排土是靠螺旋钻具的叶片旋转输送至地表，钻起的土屑在上升的土中必然与叶片产生摩擦，尤其是在钻进粘土地层时候，由于粘性较大土紧紧的黏附在螺旋叶片上，使输土阻力增加，致使排土困难，提钻后还需花大量时间去除螺旋钻具上的土，大大降低了钻进效率；再者，由于粘土土块黏附在螺旋叶片上，增大扭力，增大钻机功率消耗。国内有关螺旋钻具排土工作机理的研究表明，叶片上土块或者土球在离心力作用下被甩到孔壁上与孔壁产生摩擦力，这个摩擦力只有克服了土随叶片一起上升的摩擦力后，土块才能延孔壁自动上升，所以，土块与叶片的摩擦力的大小也决定了钻机的功率消耗。螺旋钻具在粘土地层钻进中的大阻力和提离钻孔后的除土处理使钻进的效率大大降低。因此，减阻和脱附土屑粘接螺旋叶片是螺旋钻具提高钻进工作效率的关键，现有的螺旋钻具都存在这一问题。
自然界中，一些生活在土壤中的动物，经过数百万年至数亿年的进化，生成了适应环境的体表，如蜣螂、蝼蛄和蚯蚓等都是钻土专家，在极其粘性的土中能活动自如，而自身体表却点土不粘，具有非凡的减阻脱附功能。从事仿生学研究的专家经过大量试验和研究，结果表明，这些土壤动物的体表存在的非光滑的形态，这种生物非光滑形态表面具有防粘、减阻、耐磨等特性，并形成了一种有悖常理的仿生非光滑新理论。生物非光滑防粘减阻理论已被众多试验所证实，产生了一系列节省材料、提高效率、降低成本的仿生新技术。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种仿生非光滑螺旋钻具。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
仿生非光滑螺旋钻具是在普通螺旋钻具叶片1上有规律的设有凸包2构成非光滑表面。
本发明的技术方案适用于洛阳铲。
本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：
叶片1上的凸包2的总面积占叶片1面积的15％-30％，凸包2与凸包2的中心间距10-20mm，凸包2高2-5mm，凸包2底面直径3-5mm；凸包2在叶片1上呈同心圆式、菱形、正三角形、放射状形、均匀或随机分布；叶片1上的凸包2采用锰钢焊条直接在叶片上堆焊出凸包。
有益效果；本发明提供的仿生非光滑螺旋钻具与现有的普通螺旋钻具进行了对比性钻进试验，仿生非光滑叶片螺旋钻具比光滑叶片螺旋钻具更不易粘土，防粘、减阻极其显著，脱土率提高了70％，减少了钻机功率消耗，钻机耗油量降低53.3％，极大地提高了钻进效率，降低了钻掘成本。
附图说明
附图1为仿生非光滑螺旋钻具结构图
附图2为螺旋叶片1单螺距内凸包2平面分布图
附图3为叶片1上单个凸包2球冠状剖视图，
附图4为仿生非光滑螺旋钻具效果图
1.螺旋钻具叶片，2.非光滑凸包，3.螺旋钻杆
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
仿生非光滑螺旋钻具是在普通螺旋钻具叶片1上有规律的设有凸包2构成非光滑表面。
叶片1上的凸包2的总面积占叶片1面积的15％-30％，凸包2的间距10-20mm，凸包2中心高2-5mm，凸包2底面直径5-10mm；凸包2在叶片1上呈同心圆式、菱形、正三角形、放射状形、均匀或随机分布；叶片1上的凸包2采用锰钢焊条直接在叶片上堆焊出凸包。
实施例1
仿生非光滑螺旋钻具是凸包2为球冠状，占叶片1种面积的15％，凸包2在叶片1上以钻杆为圆心平面呈同心圆式分布，凸包2中心高5mm，底面直径10mm，凸包之间的距离为20mm，凸包2采用锰钢焊条直接在叶片上堆焊出凸包2。
实施例2
仿生非光滑螺旋钻具是凸包2为球冠状，占叶片1种面积的20％，凸包2在叶片1上以钻杆为圆心呈平面菱形式分布，凸包2中心高3mm，底面直径8mm，凸包之间的距离为18mm，凸包2采用锰钢焊条直接在叶片上堆焊出凸包2。
实施例3
仿生非光滑螺旋钻具是凸包2为球冠状，占叶片1种面积的20％，凸包2在叶片1上随机分布，凸包2中心高2mm，底面直径5mm，凸包之间的距离为15mm，凸包2采用锰钢焊条直接在叶片上堆焊出凸包2。
实施例4
仿生非光滑螺旋钻具是凸包2为球冠状，占叶片1种面积的20％，凸包2在叶片1上均匀分布，凸包2中心高4mm，底面直径6mm，凸包之间的距离为10mm，凸包2采用锰钢焊条直接在叶片上堆焊出凸包2。