用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头和带有单动力双向多层搅拌头的搅拌桩机.pdf

本发明公开了一种用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头和带有单动力双向多层搅拌头的搅拌桩机，包括联结盘、叶片套、钻头叶片、前钻头，上部叶片套与改变不同层的钻头叶片旋转方向的周转轮系机构的传动轴上端相联，传动轴下端与另一下部叶片套相连；在上部叶片套、下部叶片套和周转轮系机构的被动齿轮上分别焊接有至少一组钻头叶片；在周转轮系机构上连接有与钻头叶片平行的，使周转轮系变成定轴轮系的，插入到桩周土中的反向推力板。在不改变原有搅拌桩桩机结构及操作方法条件下，实现桩机钻头正、反转双向钻进与搅拌；提高成桩速度与成桩质量。

1.  一种用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，包括与桩机电机带动的钻杆连接的联结盘(1)，位于联结盘(1)下方的叶片套，连接在叶片套外部侧面的多个多层钻头叶片和位于底部的前钻头(22)，其特征在于，还包括改变不同层的钻头叶片旋转方向的周转轮系机构(40)，周转轮系机构(40)的传动轴上端与上部叶片套(31)相连，传动轴下端与另一下部叶片套(21)相连；在上部叶片套(31)、下部叶片套(21)和周转轮系机构(40)的被动齿轮上分别焊接有至少一组钻头叶片；在周转轮系机构(40)上连接有与钻头叶片平行的、使周转轮系变成定轴轮系的、插入到桩周土中的反向推力板(24)；反向推力板(24)比钻头叶片长。

2.  根据权利要求1所述的用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，其特征在于，所述的上部叶片套(31)通过螺栓(5)与上部连接套(4)连接，上部连接套(4)通过内花键与周转轮系机构(40)的传动轴上端连接，下部叶片套(21)通过螺栓(35)与下部连接套(20)连接，下部连接套(20)通过内花键与周转轮系机构(40)的传动轴下端连接。

3.  根据权利要求1所述的用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，其特征在于，所述的周转轮系机构(40)由主动齿轮(18)、小伞轮(15)、被动齿轮(11)、支撑套(14)和起传动轴作用的花键轴(2)构成周转轮系，所述的反向推力板(24)焊接在支撑套(14)上。

4.  根据权利要求2所述的用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，其特征在于，采用多组周转轮系机构(40)依次连接在一起。

5.  根据权利要求4所述的用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，其特征在于，所述的周转轮系机构(40)为2组。

6.  根据权利要求1所述的用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，其特征在于，所述的前钻头(22)直径大于叶片套端面直径。

7.  根据权利要求1所述的用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，其特征在于，所述的周转轮系机构(40)为锥齿或直齿周转轮系机构。

8.  一种带有单动力双向多层搅拌头的搅拌桩机，包括钻杆、动力头、桩架、搅拌罐、泥浆泵和连接在钻杆下部的搅拌头，其特征在于，搅拌头包括与桩机电机带动的钻杆连接的联结盘(1)，位于联结盘(1)下方的叶片套，连接在叶片套外部侧面的多个多层钻头叶片、位于底部的前钻头(22)和改变不同层的钻头叶片旋转方向的周转轮系机构(40)，周转轮系机构(40)的传动轴上端与上部叶片套(31)相连，传动轴下端与另一下部叶片套(21)相连；在上部叶片套(31)、下部叶片套(21)和周转轮系机构(40)的被动齿轮上分别焊接有至少一组钻头叶片；在周转轮系机构(40)上连接有与钻头叶片平行的、使周转轮系变成定轴轮系的、插入到桩周土中的反向推力板(24)；反向推力板(24)比钻头叶片长。

用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头和带有单动力双向多层搅拌头的搅拌桩机
技术领域
本发明涉及一种搅拌头和搅拌桩机，尤其是用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头和带有单动力双向多层搅拌头的搅拌桩机。
背景技术
在铁路、公路、建筑、市政、水利、港口工程的搅拌桩施工中，桩机成桩通常采用钻头单方向旋转钻进、搅拌，成桩，出现冒浆现象，效率低、质量不易保证。最近有文献表明采用双电机、双钻杆双向钻进、搅拌，虽然提高了钻进效率与成桩质量，但需要改造或重新制造桩机，成本高。
现有桩机单方向旋转钻进、搅拌，效率低、质量不易保证。而双电机、双钻杆需要改造或重新制造桩机，成本昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头和带有单动力双向多层搅拌头的搅拌桩机，搅拌头可以直接安装在现有的桩机上。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，包括与桩机电机带动的钻杆连接的联结盘，位于联结盘下方的叶片套，连接在叶片套外部侧面的多个多层钻头叶片和位于底部的前钻头，还包括改变不同层的钻头叶片旋转方向的周转轮系机构，周转轮系机构的传动轴上端与上部叶片套相连，传动轴下端与另一下部叶片套相连；在上部叶片套、下部叶片套和周转轮系机构的被动齿轮上分别焊接有至少一组钻头叶片；在周转轮系机构上连接有与钻头叶片平行的、使周转轮系变成定轴轮系的、插入到桩周土中的反向推力板；反向推力板比钻头叶片长。
所述的上部叶片套通过螺栓与上部连接套连接，上部连接套通过内花键与周转轮系机构的传动轴上端连接，下部叶片套通过螺栓与下部连接套连接，下部连接套通过内花键与周转轮系机构的传动轴下端连接。
所述的周转轮系机构由主动齿轮、小伞轮、被动齿轮、支撑套和起传动轴作用的花键轴构成周转轮系，所述的反向推力板焊接在支撑套上。
采用多组周转轮系机构依次连接在一起。
所述的周转轮系机构为2组。
所述的前钻头直径大于叶片套端面直径。
所述的周转轮系机构为锥齿或直齿周转轮系机构。
一种带有单动力双向多层搅拌头的搅拌桩机，包括钻杆、动力头、桩架、搅拌罐、泥浆泵和连接在钻杆下部的搅拌头，搅拌头包括与桩机电机带动的钻杆连接的联结盘，位于联结盘下方的叶片套，连接在叶片套外部侧面的多个多层钻头叶片、位于底部的前钻头和改变不同层的钻头叶片旋转方向的周转轮系机构，周转轮系机构的传动轴上端与上部叶片套相连，传动轴下端与另一下部叶片套相连；在上部叶片套、下部叶片套和周转轮系机构的被动齿轮上分别焊接有至少一组钻头叶片；在周转轮系机构上连接有与钻头叶片平行的、使周转轮系变成定轴轮系的、插入到桩周土中的反向推力板；反向推力板钻头叶片长。
本发明的有益效果是：
1)正、反转双向钻进搅拌效率高，使功效提高一倍以上。
2)搅拌头旋转，带动多组搅拌叶片同时双向旋转，能够保证水泥浆在桩体中的掺入量，不会出现冒浆现象；能够保证桩身水泥土充分搅拌均匀，确保成桩质量和桩身质量。
3)锥齿或直齿机构简单，外形尺寸小，传动效率高，寿命长。
4)不需改造原有桩机或制造新桩机，降低成本。
5)前钻头扩钻减少阻力。
附图说明
图1是本发明的用于软弱地基的单动力一组3层正反转搅拌头结构图。
图2是周转轮系的原理图。
图3是本发明的原理图。
图4是本发明用于软弱地基的单动力两组4层正反正反转搅拌头结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明的桩机工作原理与现有技术是相同的，所以不再叙述，本发明与现有技术的不同点是搅拌头结构不同，下面进行详细的说明：
实施例1一组3层正反转搅拌头
如图1所示，本发明实施例的用于软弱地基的单动力双向多层搅拌头，包括与桩机电机带动的钻杆连接的联结盘1，位于联结盘1下方的上部叶片套31和位于底部的前钻头22，还包括改变不同层钻头叶片旋转方向的周转轮系机构40，周转轮系机构40的传动轴上端与上部叶片套3 1相连，传动轴下端与另一下部叶片套21相连；在上部叶片套31、下部叶片套21和锥齿周转轮系机构40的被动齿轮11上分别焊接有一组第3层钻头叶片27、第1层钻头叶片23和第2层钻头叶片26；在锥齿周转轮系机构40上连接有与钻头叶片平行的、使周转轮系变成定轴轮系的、插入到桩周土中的反向推力板24；反向推力板24比钻头叶片长C。
所述的锥齿周转轮系机构40由主动齿轮18、小伞轮15、被动齿轮11、支撑套14和起传动轴作用的花键轴2构成周转轮系，所述的反向推力板24焊接在支撑套14上，所述的上部叶片套31通过螺栓5与上部连接套4连接，上部连接套4通过内花键与锥齿周转轮系机构40的起传动轴作用的花键轴2上端连接，下部叶片套21通过螺栓35与下部连接套20连接，下部连接套20通过内花键与锥齿周转轮系机构40的花键轴2下端连接。
前钻头22直径大于叶片套端面直径，达到了减小钻进阻力目的。
下面对本发明的具体过程进行详细说明：
反向推力板24插入到桩周土中，桩机电机带动钻杆正向旋转，钻杆与联接盘1联接，因第3层钻头叶片27焊接在联接盘1下的上部叶片套31的外壁上，实现第3层钻头叶片27正转，上部叶片套31通过螺栓5与上部连接套4连接起来，上部连接套4通过内花键与花键轴2连接，并用螺母3锁紧固定。花键轴2将运动传给主动齿轮18，主动齿轮18传给小伞轮15(中间介轮)，小伞轮15又将运动传给被动齿轮11，此时由主动齿轮18、小伞轮15、被动齿轮11及支撑套14和花键轴2，就构成了一个周转轮系，简化原理如图2、3，后面具体说明。反向推力板焊接在支撑套14上，用反向推力板24固定支撑套14，使被动齿轮11反转，第2层钻头叶片26焊接在被动齿轮11上，完成反转。花键轴2将动力传给主动齿轮18，同时也将动力传给下部连接套20，下部连接套20通过螺栓与焊有第1层钻头叶片23的下部叶片套21连接成一体，并用螺母28锁紧，实现第1层钻头叶片23正转。图中6、7、12为0型密封圈，起到密封锥齿周转轮系作用，他们能够使轴承10、19、29，主动齿轮18、小伞轮15、被动齿轮11在良好条件下工作，延长整个搅拌头的寿命。螺钉8、38、48起固定端盖9、13、33的作用，端盖9、13、33固定轴承10、19、29外圈，轴承10内圈由上部联结套4固定，轴承19内圈由被动齿轮11和主动齿轮18台阶固定，轴承19、29固定支撑套14，轴承10与位于上方的轴承19固定支撑被动齿轮11。轴16旋入支撑套14，利用凸出部分固定支撑小伞轮15，绕其旋转。为减小整个机构前端竖直向下钻进的阻力，前钻头22的直径大于叶片套端面直径，达到了减小钻进阻力目的。
由于周转轮系为本领域的通用机构，在此不多叙述。
上述实施例中第3层钻头叶片27、第2层钻头叶片26和第1层钻头叶片23分别进行正、反、正的旋转。
如果在上述上部叶片套31、下部叶片套21和锥齿周转轮系机构40的被动齿轮11上分别焊接有两组钻头叶片，那么6个钻头叶片从上到下依次为正正、反反、正正的旋转。所以通过钻头叶片组数的不同，可以进行多种组合。
本发明的单动力双向转动多层搅拌头工作原理如下：
图2为结构原理简图，该周转轮系具有两个自由度，一般需要给定两个构件以独立的运动，否则是不确定的运动，若将构件103固定，变成行星轮系，若将构件102固定变成定轴轮系。
如图3所示，在行星架H(相当于实施例1中的支撑套14)上装反向推力板24固定H，反向推力板24插入在桩周土105中。反向推力板24直径大于钻头叶片23直径差C部分插于未松动土壤或泥浆处起固定支撑作用，使周转轮系变成定轴轮系，如图，此时101，103传动比数值为1∶1。图中的Z表示正转，F表示反转。
实施例2两组4层正反正反转搅拌头
如图4所示，本实施例与实施例1的不同点在于，将二组锥齿周转轮系40用连接套25连接起来，并且在上部叶片套31上没有焊接钻头叶片，从下往上的4个钻头叶片达到正反正反转动组合目的。具体实施方式与图1相同，不再赘述。
当然，可以通过多个锥齿周转轮系40的组合，达到多个正反正反的组合。
上述实施例以锥齿周转轮系机构为例，当然，采用直齿周转轮系机构也可以。
本发明的单动力双向多层搅拌头安装在现有的搅拌桩机桩机上，搅拌桩机包括钻杆、动力头、桩架、搅拌罐、泥浆泵等，由于搅拌桩机为现有设备，不再赘述。
本发明利用反向推力板插入桩周土中，将周转轮系机构变成定轴轮系机构从而实现钻头正、反转双向旋转钻进、搅拌。由于本发明只是改变了下部搅拌头的结构，仍然采用单动力，在不改变原有搅拌桩桩机结构及操作方法条件下，实现桩机钻头正、反转双向钻进与搅拌；提高成桩速度与成桩质量。并且利用反向推力板插入桩周土中，通过软固定的方式，实现钻头叶片正反旋转。直接安装到原有桩机上，降低成本，并且能够保证水泥浆在桩体中的掺入量，不会出现冒浆现象，保证桩身水泥土充分搅拌均匀，确保成桩质量和桩身质量。正、反转双向钻进搅拌效率高，使功效提高。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。