[实用新型]一种变曲率螺旋打桩机钻头

说明书

技术领域

本实用新型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

螺旋打桩机作为一种常见的工程机械，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。

实用新型内容

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，本实用新型的目的是为了解决现有钻头结构不合理、粘土严重和寿命短的问题，重新设计钻头的形状，提供了一种变曲率螺旋打桩机钻头。

本实用新型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5~12；外触土曲面的轮廓曲线分别符合方程和，t的取值范围为5~12；

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5~145。

本实用新型中，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。

各钻尖基体的侧面均沿顺时针或逆时针方向扭转40°。

本实用新型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3~147，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。

本实用新型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。

本实用新型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。

有益效果：

（1）、本实用新型中，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；