《一种变曲率螺旋打桩机钻头.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种变曲率螺旋打桩机钻头.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104265179A43申请公布日20150107CN104265179A21申请号201410477060222申请日20140918E21B10/4320060171申请人河南科技大学地址471000河南省洛阳市涧西区西苑路48号72发明人郭志军倪利伟余浩马海英张阳李涛74专利代理机构洛阳公信知识产权事务所普通合伙41120代理人罗民健54发明名称一种变曲率螺旋打桩机钻头57摘要一种变曲率螺旋打桩机钻头，包括钻杆、钻尖、螺旋刀片以及钻镐，钻镐的两侧曲面分别为内触土曲面和外触土曲面，钻镐的纵切断面中的内触土曲面的轮廓曲线和外触土曲面的轮廓曲线分别符合不同的方程；所述的钻尖由。
2、绕钻杆入土端面的圆心中心对称的三个钻尖基体组成。本发明中，钻头所用方程曲线是基于试验优化而来，应用于钻镐内外触土曲面的仿生曲线源于公鸡足趾触土曲面，其脚趾内外轮廓触土曲线具有良好的土壤减阻脱附能力，将此结构应用在打桩机钻头的钻镐部位，不但使打桩机具有很好的挖掘土壤能力，同时减小钻头所受的土壤阻力，提高钻头的使用寿命和工作效率。51INTCL权利要求书2页说明书4页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图2页10申请公布号CN104265179ACN104265179A1/2页21一种变曲率螺旋打桩机钻头，包括呈圆柱形的钻杆（1）、设在钻杆（1）入土端。
3、部的钻尖（2）、沿钻杆（1）外周面螺旋盘列的螺旋刀片以及固定在螺旋刀片入土端部的两个钻镐（3），其特征在于钻镐（3）的两侧曲面分别为内触土曲面（301）和向内触土曲面（301）弯曲的外触土曲面（302），钻镐（3）的纵切断面中的内触土曲面的轮廓曲线分别符合方程和，T的取值范围为512；外触土曲面的轮廓曲线分别符合方程和，T的取值范围为512；所述的钻尖（2）由绕钻杆（1）入土端面的圆心中心对称的三个钻尖基体（201）组成，钻尖基体（201）从钻尖（2）顶部中心到钻尖（2）底部的外轮廓曲线符合方程和，T取值范围为5145。2根据权利要求1所述的一种变曲率螺旋打桩机钻头，其特征在于钻镐（3）侧面的。
4、纵切断面中，内触土曲面的轮廓曲线末端与外触土曲面的轮廓曲线末端圆弧相接，该圆弧半径为30CM。3根据权利要求1所述的一种变曲率螺旋打桩机钻头，其特征在于各钻尖基体（201）的侧面均沿顺时针或逆时针方向扭转40。4根据权利要求1所述的一种变曲率螺旋打桩机钻头，其特征在于所述的螺旋刀片由单线的副螺旋刀片（5）和多线的主螺旋刀片（4）通过圆弧连接而成，主螺旋刀片（4）和副螺旋刀片（5）的螺旋直径相同，所述的两个钻镐（3）以钻杆（1）中轴线为对称轴，分别设在副螺旋刀片（5）的入土端部。5根据权利要求1或4所述的一种变曲率螺旋打桩机钻头，其特征在于所述的螺旋刀片的外轮廓曲线方程为和，T取值范围为3147。
5、，螺旋刀片由该曲线方程在一定的螺旋直径和导程下，绕钻杆（1）的外周面螺旋盘列而成。6根据权利要求4所述的一种变曲率螺旋打桩机钻头，其特征在于所述主螺旋刀片（4）的螺距为30CM，副螺旋刀片（5）的导程为5CM，且副螺旋刀片（5）和主螺旋刀片（4）的权利要求书CN104265179A2/2页3螺旋直径均为60CM。7根据权利要求1所述的一种变曲率螺旋打桩机钻头，其特征在于所述钻杆（1）的横截断面的直径为25CM。权利要求书CN104265179A1/4页4一种变曲率螺旋打桩机钻头技术领域0001本发明涉及钻探设备用破岩工具领域，具体的说是一种变曲率螺旋打桩机钻头。背景技术0002螺旋打桩机作为一。
6、种常见的工程机械，在桥梁、路基和隧道等工程中有着重要应用。目前，工程建设中常用的钻头由钻杆、钻尖、钻镐和螺旋导片等组成，螺旋刀片固定在钻杆上，钻尖和钻镐焊接在钻杆头部，与钻杆成为不可分离的一体，钻杆为空心结构。此种结构的打桩钻头存在以下问题1、在打桩的过程中钻尖和钻镐磨损严重；2、在打桩的过程中螺旋刀片粘土问题严重；3、钻尖受力结构不合理，在实际的打桩过程中以上问题会严重影响打桩效率，延长施工时间，同时，降低了打桩机钻头的寿命。发明内容0003由于打桩机钻头在打桩过程中存在的问题不仅与钻头材料和结构有关，还和与土壤滑动接触的钻头表面几何形状有关，本发明的目的是为了解决现有钻头结构不合理、粘土严。
7、重和寿命短的问题，重新设计钻头的形状，提供了一种变曲率螺旋打桩机钻头。0004本发明为实现上述目的所采用的技术方案为一种变曲率螺旋打桩机钻头，包括呈圆柱形的钻杆、设在钻杆入土端部的钻尖、沿钻杆外周面螺旋盘列的螺旋刀片以及固定在螺旋刀片入土端部的两个钻镐，钻镐的两侧曲面分别为内触土曲面和向内触土曲面弯曲的外触土曲面，钻镐的纵切断面中的内触土曲面的轮廓曲线分别符合方程和，T的取值范围为512；外触土曲面的轮廓曲线分别符合方程和，T的取值范围为512；所述的钻尖由绕钻杆入土端面的圆心中心对称的三个钻尖基体组成，钻尖基体从钻尖顶部中心到钻尖底部的外轮廓曲线符合方程，T取值范围为5145。0005本发明。
8、中，钻镐侧面中过内触土曲面与外触土曲面的纵切断面中，内触土曲面的说明书CN104265179A2/4页5轮廓曲线末端与外触土曲面的轮廓曲线末端圆弧相接，该圆弧半径为30CM。0006各钻尖基体的侧面均沿顺时针或逆时针方向扭转40。0007本发明的螺旋刀片由单线的副螺旋刀片和多线的主螺旋刀片通过圆弧连接而成，且副螺旋刀片和主螺旋刀片的螺旋直径均为60CM，主螺旋刀片和副螺旋刀片的结构相同，螺旋刀片呈摆线型，螺旋刀片的外轮廓曲线方程为和，T取值范围为3147，螺旋刀片由该曲线方程在一定的螺旋直径和导程下，绕钻杆的外周面螺旋盘列而成。其中，主螺旋刀片的螺距为30CM，副螺旋刀片的导程为5CM，两个钻。
9、镐以钻杆中轴线为对称轴，分别设在副螺旋刀片的入土端部。0008本发明的打桩机钻头包括仿生型的钻镐、摆线型的螺旋刀片、扭曲型渐近线型的钻尖和圆柱形的钻杆四部分，打桩机钻头的工作直径为60CM，钻杆横截断面的直径为25CM，钻头的工作长度可根据需要进行的设定，同时改变相关参数进行匹配。以上方程曲线均为原始曲线，在实际的生产加工中可根据实际工况需要进行缩放，曲线的内蕴几何形式不发生改变。0009本发明基于仿生和解析几何的方法，达到延长使用寿命，提高生产效率的目的。应用于螺旋刀片的摆线型曲线，在螺旋刀片上表现为平缓的凹凸结构，这种特殊结构的应力场表现为连续的波动性能，应力场的持续波动导致土壤粘附刀盘的。
10、的几率大大降低，此种结构在土槽实验中表现出优良的减粘脱附性能。0010有益效果（1）、本发明中，钻头所用方程曲线是基于试验优化而来，具有特殊的几何土壤性能。其中，应用于钻镐内外触土曲面的仿生曲线源于公鸡足趾触土曲面，公鸡在日常的觅食过程中，脚趾具有很强的土壤挖掘能力，且在长时间的进化过程中，其脚趾内外轮廓触土曲线具有良好的土壤减阻脱附能力，将此结构应用在打桩机钻头的钻镐部位，不但使打桩机具有很好的挖掘土壤能力，同时减小钻头所受的土壤阻力，提高钻头的使用寿命和工作效率；（2）、钻尖基体的曲线方程为渐近线型曲线，在土壤仿真试验中表现出优良的脱土性能，同时渐近线型几何结构单体能够对运动的土壤产生引导。
11、效应和对土壤颗粒产生滚动效应，这样就降低了土壤与钻尖表面的粘附几率，同时，各钻尖基体的侧面均沿顺时针或逆时针方向扭转40，钻尖在工作时，挖掘的土壤能够轻松的送进螺旋刀片，进而提高挖掘速度，降低钻机粘附的可能，与现有技术相比，表现出优良的脱附减阻效果；（3）、本发明将打桩机钻头进行重新设计，将一种渐近线型曲线应用于钻尖设计，将一种仿生型曲线应用于钻镐设计，钻尖和钻镐所对应的曲线分别具有特殊的土壤几何性能，能够改变土壤与其接触表面的运动状态，对运动的土壤产生平滑的切削效应，从而降低打桩机的工作阻力；此种结构还能够使土壤的应力场表现为连续的波动性能，应力场的持续波动会导致土壤粘附钻头的的几率大大降低。
12、，使钻头具有较强的入土能力和较好的脱土效果，同时，在作业时，能够分散土壤压力，减小触土面积，从而减少土壤粘附，降低土壤阻力；本发明不但使打桩机具有很好的土壤挖掘能力，同时减小了土壤的挖掘阻力，提高了钻头的使用寿命和工作效率。说明书CN104265179A3/4页6附图说明0011图1为钻头的整体结构图；图2为图1的俯视图；图3为扭曲后渐近线型的钻尖正视图；图4为钻镐纵切断面的轮廓曲线图；图5为钻镐的立体图；图6为螺旋刀片的部分示意图。0012附图标记1、钻杆，2、钻尖，201、钻尖基体，3、钻镐，301、内触土曲面，302、外触土曲面，4、主螺旋刀片，5、副螺旋刀片。具体实施方式0013一种变。
13、曲率螺旋打桩机钻头，如图1所示，包括呈圆柱形的钻杆1、设在钻杆1入土端部的钻尖2、沿钻杆1外周面螺旋盘列的螺旋刀片以及固定在螺旋刀片入土端部的两个钻镐3。0014其中，两个钻镐3对称于钻杆1的中轴线对称设置，且两个钻镐3均向钻杆1的中轴线方向弯曲，钻镐3的其中两个相对侧面为弯曲曲面，分别为内触土曲面301以及向内触土曲面301弯曲的外触土曲面302；钻镐3的另两个相对侧面为竖直平面。沿钻镐3竖直平面的断面中的内触土曲面的轮廓曲线分别符合方程和，T取值范围为512；外触土曲面的轮廓曲线分别符合方程和，T取值范围为512；钻镐3侧面的纵切断面中，内触土曲面的轮廓曲线末端与外触土曲面的轮廓曲线末端圆。
14、弧相接，该圆弧半径为30CM。0015钻尖2由绕钻杆入土端面的圆心中心对称的三个钻尖基体201组成，钻尖基体201从钻尖2顶部中心到钻尖2底部的外轮廓曲线符合方程和，T取值范围为5145；各钻尖基体201的侧面均沿顺时针或逆时针方向扭转40。0016其中，如图1所示，螺旋刀片由单线的副螺旋刀片5和多线的主螺旋刀片4通过圆弧连接而成，副螺旋刀片5和主螺旋刀片4的螺旋直径相同，所述的两个钻镐3以钻杆1中轴线为对称轴，分别设在副螺旋刀片5的入土端部。说明书CN104265179A4/4页70017进一步的，螺旋刀片的外轮廓曲线方程为和，T取值范围为3147，螺旋刀片由该曲线方程在一定的螺旋直径和导程。
15、下，绕钻杆1的外周面螺旋盘列而成。0018如图1所示，钻头包括仿生型钻镐3、摆线型螺旋刀片、扭曲型渐近线钻尖2和圆柱形的钻杆1四部分，钻尖曲线在渐近线的基础上创新性的顺时针扭曲40，钻尖在工作时挖掘的土壤能够轻松的送进螺旋刀片，进而提高挖掘速度，降低钻机粘附的可能。钻头刀片的工作直径为60CM，即副螺旋刀片5和主螺旋刀片4的螺旋直径均为60CM，钻杆1的横截断面的直径为25CM，主螺旋刀片4的螺距为30CM，副螺旋刀片5的导程为5CM。钻尖2与钻杆1为无缝焊接，螺旋刀片与钻杆1为无缝焊接，旋转角度为180度，各刀片均经圆角处理。钻镐3焊接在副螺旋刀片5的入土端部，两钻镐3为对称结构，钻头的工作。
16、长度可根据需要进行的设定，同时改变相关参数进行匹配。0019由于生物经过长期与自然界进行的物质、能量及信息交换，造就了适应生态环境的系统，许多科学技术难题在生物界已经获得圆满解决，本发明中，应用于钻镐内外触土曲面的仿生曲线源于公鸡足趾触土曲面，在公鸡足趾与土壤的主动适应过程中，形成的最大特点是挖掘足发达，将此结构应用在打桩机钻头的钻镐部位，不但使打桩机具有很好的挖掘土壤能力，同时减小钻头所受的土壤阻力，提高钻头的使用寿命和工作效率。0020以上方程曲线均为原始曲线，在实际的生产加工中可根据轮廓尺寸需要进行缩放，曲线的内蕴几何形式不发生改变。上述几何结构实体的具体尺寸和分布间距还应根据具体的工作环境和土壤性质来确定；同时，应考虑到加工工艺性的好坏以及使用成本的高低。加工工艺路线应根据材料特性，现有加工方法来具体制定。说明书CN104265179A1/2页8图1图2图3图4说明书附图CN104265179A2/2页9图5图6说明书附图CN104265179A。