冲抓钻孔装置及其使用方法

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2024-01-18 13:20:55

权利要求书： 1.一种冲抓钻孔装置，其特征在于，包括：上筒体，其上端面上设置有吊环，在上筒体内设置有容纳配重的空间；

下筒体，与上筒体同轴连接；

多个抓铲，沿圆周方向布置在下筒体的下端，所述抓铲的上端与下筒体的下端通过第一铰接点铰接，多个抓铲分别绕对应的第一铰接点转动至聚拢，形成下端封闭的空间，或分别绕对应的第一铰接点转动至分离开，形成岩土进入的通路；

多个连杆，对应每个抓铲设置有一个连杆；

多个直线驱动机构，对应每个抓铲，在下筒体的外壁上设置有直线驱动机构，直线驱动机构的活塞杆与连杆的一端通过第二铰接点铰接，连杆的另一端通过第三铰接点铰接在抓铲的外壁上，

所述上筒体与下筒体之间具有分隔板，所述上筒体具有上盖，所述配重为球体，且球体的直径比上筒体的内部高度小20cm 30cm，球体的直径比上筒体的内径小1cm 2cm，~ ~

其中，上筒体的内壁上设置有多条竖向间隔设置的环形凸起，在下筒体的外壁上设置有多条间隔设置的环形凹槽，且环形凹槽的数量比环形凸起的数量多至少一个，各环形凸起嵌入在各环形凹槽内，使得上筒体和下筒体连接在一起。

2.根据权利要求1所述的冲抓钻孔装置，其特征在于，所述球体为铁球，桩径小于1.2m的桩孔采用实心铁球，桩径大于1.2m的桩孔采用空心铁球，所述球体的重量在5?15吨之间。

3.根据权利要求1所述的冲抓钻孔装置，其特征在于，抓铲从上至下逐渐缩小为尖端，当抓铲聚拢至各尖端接触时，形成锥形的下端封闭的空间。

4.根据权利要求1所述的冲抓钻孔装置，其特征在于，抓铲相互临近的接合面上具有相互配合的台阶。

5.根据权利要求1所述的冲抓钻孔装置，其特征在于，所述直线驱动机构为液压缸、气缸、电动推杆中的一种。

6.一种冲抓钻孔装置的使用方法，采用权利要求1的冲抓钻孔装置进行冲抓钻孔，其特征在于，包括以下步骤：

S1，直线驱动机构的活塞杆收缩，将抓铲调整至分离的状态，根据灌注桩孔位置的地层结构，向上筒体内添加匹配的配重；

S2，卷扬机通过钢丝绳吊起冲抓钻孔装置，移动至灌注桩孔的位置；

S3，卷扬机放松钢丝绳，使得由钢丝绳吊起的冲抓钻孔装置下落；

S4，冲抓钻孔装置在重力和配重的作用下向下冲击岩土，抓铲插入到岩土中；

S5，直线驱动机构的活塞杆伸出，带动抓铲聚拢，将岩土抓取到下端封闭的空间中；

S6，启动卷扬机上提冲抓钻孔装置至孔外，控制直线驱动机构的活塞杆收缩，使得抓铲再次分离开，将岩土卸放下来；

S7，重复步骤S2至S6，直至完成灌注桩孔的成孔作业。

说明书：一种冲抓钻孔装置及其使用方法技术领域[0001] 本发明涉及建筑工程机械设备领域，具体地说，涉及一种冲抓钻孔装置及其使用方法。

背景技术[0002] 冲抓钻机是灌注桩基础施工的一种重要钻孔机械，冲抓钻机主要用于水利工程、建筑基础、铁路公路桥梁桩基础建设、地质勘探及深水井钻孔，该钻机对泥沙层、粘土层、卵

石层、岩层都有较好的钻进效果。冲抓钻机能够适应各种不同地质情况，特别是卵石层和岩

层中钻孔，具有结构简单，适应性强的特点。冲抓钻机是通过卷扬机将冲抓钻头提起，在泥

浆护壁的条件下，利用冲抓钻头的重量冲击破碎孔底岩土，并由冲抓钻头的抓铲抓取岩土

并提出孔外，卸土。其钻进速度随地层软硬及冲抓的冲击势能决定。

[0003] 目前的冲抓钻头的重量一般都是固定的，且其抓铲收紧夹土需要由卷扬机拉动钢丝绳来操作，可能造成抓铲闭合不严，时常有砂土岩渣散落到孔底，影响冲抓钻机的工作效

率和施工速度。

发明内容[0004] 为解决以上问题，本发明提供一种冲抓钻孔装置，包括：[0005] 上筒体，其上端面上设置有吊环，在上筒体内设置有容纳配重的空间；[0006] 下筒体，与上筒体同轴连接；[0007] 多个抓铲，沿圆周方向布置在下筒体的下端，所述抓铲的上端与下筒体的下端通过第一铰接点铰接，多个抓铲分别绕对应的第一铰接点转动至聚拢，形成下端封闭的空间，

或分别绕对应的第一铰接点转动至分离开，形成岩土进入的通路；

[0008] 多个连杆，对应每个抓铲设置有一个连杆；[0009] 多个直线驱动机构，对应每个抓铲，在下筒体的外壁上设置有直线驱动机构，直线驱动机构的活塞杆与连杆的一端通过第二铰接点铰接，连杆的另一端通过第三铰接点铰接

在抓铲的外壁上。

[0010] 本发明还提供一种冲抓钻孔装置的使用方法，采用如上所述的冲抓钻孔装置进行冲抓钻孔，包括以下步骤：

[0011] S1，直线驱动机构的活塞杆收缩，将抓铲调整至分离的状态，根据灌注桩孔位置的地层结构，向上筒体内添加匹配的配重；

[0012] S2，卷扬机通过钢丝绳吊起冲抓钻孔装置，移动至灌注桩孔的位置；[0013] S3，卷扬机放松钢丝绳，使得由钢丝绳吊起的冲抓钻孔装置下落；[0014] S4，冲抓钻孔装置在重力和配重的作用下向下冲击岩土，抓铲插入到岩土中；[0015] S5，直线驱动机构的活塞杆伸出，带动抓铲聚拢，将岩土抓取到下端封闭的空间中；

[0016] S6，启动卷扬机上提冲抓钻孔装置至孔外，控制直线驱动机构的活塞杆收缩，使得抓铲再次分离开，将岩土卸放下来；

[0017] S7，重复步骤S2至S6，直至完成灌注桩孔的成孔作业。[0018] 本发明的冲抓钻孔装置的上筒体为空心结构，通过在上筒体中添加配重来适用不同的地层结构，可以节约能耗，使冲抓钻孔装置发挥最大效率，避免冲抓钻孔装置过重使卷

扬机能耗浪费，避免冲抓钻孔装置过轻下落势能不够，抓铲不能完全切入土体，影响冲抓成

孔的效率。采用液压缸在底部直接控制抓铲的聚拢和分离，动作速度快，闭合空间严密，可

以提高工作效率。采用球体配重，利用球体在上筒体内的上下振荡来增大抓铲切入土体的

深度，结构简单，效果非常好。

附图说明[0019] 通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

[0020] 图1是表示本发明实施例的冲抓钻孔装置的结构示意图；[0021] 图2是表示本发明实施例的冲抓钻孔装置抓取岩土后的示意图；[0022] 图3是表示本发明实施例的抓铲的接合面示意图；[0023] 图4是表示本发明实施例的冲击结构的示意图；[0024] 图5是表示本发明实施例的冲抓钻孔装置位于桩孔内的示意图；[0025] 图6是表示本发明实施例的牵引绳将冲抓钻孔装置牵引至运输车的示意图；[0026] 图7是配重为球体的冲抓钻孔装置的结构示意图。具体实施方式[0027] 下面将参考附图来描述本发明所述的冲抓钻孔装置及其使用方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同

的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不

是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附

图标记表示相同的部分。

[0028] 如图1、图2所示，本实施例的冲抓钻孔装置300包括上筒体1和下筒体2以及设置在下筒体2上的液压缸21、连杆22和抓铲23。同轴连接的上筒体1与下筒体2之间用分隔板9分

隔开。在上筒体1的上端面上设置有吊环，用于与钢丝绳8连接。在下筒体2的下端面上，沿圆

周方向布置有多个抓铲23，所述抓铲23的上端与下筒体2的下端通过第一铰接点铰接，使得

抓铲23可以绕第一铰接点转动。多个抓铲23可以分别绕其第一铰接点231转动至聚拢，形成

下端封闭的空间。也可以分别绕其第一铰接点231转动至分离开，形成岩土7进入的通路。抓

铲23可以是例如图1所示，抓铲23从上至下逐渐缩小为尖端，当抓铲23聚拢至各尖端接触

时，形成锥形的下端封闭的空间。

[0029] 在下筒体2的外壁上，对应每个抓铲23，都设置有一个液压缸21，液压缸21的活塞杆与连杆22的一端通过第二铰接点221铰接，连杆22的另一端通过第三铰接点222铰接在抓

铲23的外壁上。需要说明的是，虽然图1、图2中的液压缸是突出在下筒体2的外壁上的，为了

使得冲抓钻孔装置的外壁平滑一致，可以将液压缸21嵌入在下筒体2内(如图7所示)。

[0030] 在上筒体1内设置有容纳配重的空间，在所述上筒体1内可以根据施工需要放入配重砂6，当然，也可以用不同重量的配重块来代替。在上筒体1的上端面上设置有上盖10，在

上盖10上还设置有注砂孔11，用于向上筒体1内注入配重砂。在所述上盖10上设置有油泵4

和电动机5，所述电动机5用于驱动油泵4工作，使得油泵4给液压缸21供油。

[0031] 在一个可选实施例中，所述配重为实心或空心球体14，例如铁球，如图7所示。实心或空心球体的直径比上筒体1的内部的高度小20cm～30cm，实心或空心球体的直径比上筒

体1的内径小1cm～2cm，冲抓钻孔装置300自由下落到与桩孔底面发生冲撞后，铁球会被振

荡弹起，在上筒体的上盖10与分隔板9之间来回上下振荡，从而对冲抓钻孔装置有效产生激

振，使下筒体及抓铲23有效快速入土。优选地，桩径小于1.2m的桩孔采用实心铁球，桩径大

于1.2m的桩孔采用空心铁球，铁球的重量保持在5?15吨之间，桩径越大配重铁球越重。

[0032] 在一个可选实施例中，抓铲23相互接触的接合面上都设置有密封条，在抓铲23聚拢到一起的时候，通过密封条密封其接触的间隙，防止岩土从缝隙落下。

[0033] 在一个可选实施例中，抓铲23相互接触的接合面上设置有台阶。具体说，抓铲23相互临近的接合面上具有相互配合的台阶，图3是抓铲23聚拢后的一侧的台阶的配合示意图。

通过台阶的曲折结构，能够防止岩土从接合的缝隙中落下。图3是以一级台阶为例来说明，

也可以设置多级台阶。

[0034] 在一个可选实施例中，抓铲23的内壁上设置有轴线沿圆周切线方向的棘轮(未示出)，在抓铲23下落过程中，如果遇到较大的石头，棘轮沿石头外壁滚动帮助抓铲23顺利落

下，并且，通过液压缸21的活塞杆收缩，抓铲23聚拢，夹紧石头的外壁，在上提冲抓钻孔装置

的过程中，棘轮不会滚动，可以通过棘轮夹取石头，将石头提取到地面。

[0035] 在一个可选实施例中，上筒体1和下筒体2的侧壁以凹凸的结构相互配合，形成冲击结构，举例来说，上筒体1的内壁上设置有多条竖向间隔设置的环形凸起16，在下筒体2的

外壁上设置有多条间隔设置的环形凹槽26，且环形凹槽26的数量比环形凸起16的数量多至

少一个，各环形凸起16嵌入在各环形凹槽26内，使得上筒体1和下筒体2连接在一起。在卷扬

机放松悬吊冲抓钻孔装置的钢丝绳，冲抓钻孔装置向下掉落，当下筒体2的抓铲接触到孔底

部时，在上筒体1和配重砂的重力作用下，抓铲23向下冲入岩土中，并且，在重力冲击孔底的

过程中，由于抓铲23逐渐切入岩土至不能再动，所以上筒体1对下筒体2的冲击力也是逐渐

增大至最大。当抓铲23切入岩土至不动位置，此时冲击力达到最大。在重力冲击孔底的过程

中，由于下筒体2的环形凹槽26对上筒体1的环形凸起16的阻挡作用，使得上筒体1储存一定

的弹性能量。当冲击力达到最大的时候，环形凸起16从环形凹槽26内滑脱，并进入下一个环

形凹槽26内，上筒体1的弹性能量释放，从而使得上筒体1对下筒体2具有再一次弹性冲击，

其效果相当于是在抓铲23切入到岩土中不动后，再一次给予抓铲23一次冲击，使得其更进

一步切入岩土中。只要设计相应的环形凹槽和环形凸起的配合尺寸，使得当达到一定的冲

击力时，环形凸起16能够从环形凹槽26中滑脱即可。本发明还提供一种冲抓钻孔装置的使

用方法，包括以下步骤：

[0036] S1，直线驱动机构的活塞杆收缩，将抓铲调整至分离的状态，根据灌注桩孔位置的地层结构，向上筒体内添加匹配的配重；

[0037] S2，卷扬机通过钢丝绳吊起冲抓钻孔装置，移动至灌注桩孔的位置；[0038] S3，卷扬机放松钢丝绳，使得由钢丝绳吊起的冲抓钻孔装置下落；[0039] S4，冲抓钻孔装置在重力和配重的作用下向下冲击岩土，抓铲插入到岩土中；[0040] S5，直线驱动机构的活塞杆伸出，带动抓铲聚拢，将岩土抓取到下端封闭的空间中；

[0041] S6，启动卷扬机上提冲抓钻孔装置至孔外，控制直线驱动机构的活塞杆收缩，使得抓铲再次分离开，将岩土卸放下来；

[0042] S7，重复步骤S2至S6，直至完成灌注桩孔的成孔作业。[0043] 下面结合一个工程实例来说明冲抓钻孔装置的工作过程。[0044] 冲抓钻孔装置的采用配重铁球，其外径为1.7m，内径为1.2m，重13吨，上筒体高2.0m，壁厚30mm，其底部为40mm的钢板封底。下筒体高0.7m，壁厚为30mm。下筒体2采用6个抓

铲沿圆周方向均布，抓铲23的长度为0.7m，抓铲23完全分离开的状态时，抓铲23组成的圆周

的外径为1.8m。对应的，在下筒体2上，对应每个抓铲23的位置都设置有液压缸21。

[0045] 如图5所示，卷扬机100吊起冲抓钻孔装置300进入桩孔400内的护筒200内，通过下放冲抓钻孔装置完成岩土抓取，通过上提并利用牵引绳500将冲抓钻孔装置引导到运输车

的上方，液压缸21收缩，抓铲23分离开，将岩土卸放到图6的运输车600上。

[0046] 需要说明的是，以上所说的液压缸21当然也可以利用气缸、电动推杆这样的直线驱动机构来代替。采用其他直线驱动机构来代替液压缸的方式，也属于本发明实施例的保

护范围之内。

[0047] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、

等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。