專利名稱：用于將鉆探件引入到土壤中的鉆進(jìn)設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將鉆探件引入到土壤中的鉆進(jìn)設(shè)備，其包括支撐在鉆架上以引入鉆探件的驅(qū)動裝置，以及具有可通過至少一個工作缸體而被轉(zhuǎn)動的夾頭的夾頭轉(zhuǎn)動裝置。本發(fā)明還涉及一種用于將鉆探件引入到土壤中的方法，其中可通過夾頭轉(zhuǎn)動裝置來在鉆探件上施加扭矩。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道了多種鉆土機，其尤其用于針對地基測量的專家地基工程中。利用這些鉆土機就可通過鉆具來得到鉆孔，然后例如用混凝土來填充該孔，以便生成基樁。此外，利用鉆進(jìn)設(shè)備還可以將帶有螺旋尖端的錨定螺栓或螺旋鉆孔樁直接旋入到土壤中。尤其是在后一種情況下，對于較大的樁長來說需要有較大的鉆進(jìn)扭矩，以便將樁旋入到土壤中。
鉆進(jìn)設(shè)備的驅(qū)動裝置按照預(yù)期的最大扭矩來設(shè)計，因此，驅(qū)動裝置構(gòu)成了鉆進(jìn)設(shè)備中的最大成本因素。
另外，為了生產(chǎn)出加固的鉆孔，已經(jīng)知道可以采用另外設(shè)有所謂的鉆孔加固機的鉆進(jìn)設(shè)備。鉆孔加固機用于擰入到支撐套管中。這種鉆孔加固機具有可通過工作缸體而轉(zhuǎn)動的夾頭。
在德國專利DE3809626C2中公開了一種帶有相連的鉆孔加固機的可動鉆進(jìn)設(shè)備。該鉆孔加固機包括可由液壓缸來提升和放下的支撐臺?？尚D(zhuǎn)地支撐于支撐臺中的支承環(huán)通過固定在支撐臺上的兩個液壓缸而來回轉(zhuǎn)動。支承環(huán)在一個上側(cè)面上承載有兩個夾緊爪，它們可相互間相向地運動，并通過液壓缸來打開和閉合。作為支承環(huán)旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，可通過夾緊爪來夾緊管柱的端部，并將其引入到土壤中或從中抽出來。
在德國專利DE1215624B中公開了另一種用于將套管鉆進(jìn)到鉆出的深井筒中的設(shè)備。在該設(shè)備中，套管在循環(huán)交替的旋轉(zhuǎn)運動的相應(yīng)方向變化的瞬時之前向下運動。該循環(huán)交替的旋轉(zhuǎn)運動通過固定在鉆桿上的套管夾來實現(xiàn)，套管夾的兩個臂通過壓力缸而交替地來回運動。套管夾和壓力缸的框架可通過壓力缸而在垂直方向上運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鉆進(jìn)設(shè)備，利用這種設(shè)備就可以通過低成本的結(jié)構(gòu)來有效地進(jìn)行需要有特別大動力的鉆進(jìn)操作。此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種用于將鉆探件引入到土壤中的有效的方法。
關(guān)于裝置方面的目的可通過這樣一種用于將鉆探件引入到土壤中的鉆進(jìn)設(shè)備來實現(xiàn)，其包括支撐在鉆架上以引入鉆探件的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，以及具有可通過至少一個工作缸體而被轉(zhuǎn)動的夾頭的夾頭轉(zhuǎn)動裝置。關(guān)于方法方面的目的可通過其中由夾頭轉(zhuǎn)動裝置來將扭矩施加到鉆探件上的方法來實現(xiàn)。在下文中還闡述了本發(fā)明的優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的鉆進(jìn)設(shè)備的特征在于，設(shè)置了至少兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置，它們可與鉆探件相接合以實現(xiàn)扭矩傳遞。本發(fā)明的基本思想在于，除了施加到通常由液壓電動機構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置上之外，扭矩還施加到鉆探件上，或者，扭矩僅由兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置來施加。因此，除了正常的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動之外，至少可在一些特定時間點處在鉆探件上施加額外的扭矩加強。鉆探件可以是在引入后可從鉆孔中再次抽出的鉆具、將被引入的支撐套管，或者是直接用作地基件并留在土壤中的螺旋鉆孔樁或錨固件。
使用帶有工作缸體以使其自身轉(zhuǎn)動的夾頭可允許在有限的轉(zhuǎn)動角度下產(chǎn)生非常大的扭矩。由于經(jīng)驗表明，在鉆進(jìn)期間，最大鉆進(jìn)扭矩并不需要存在于整個鉆進(jìn)期間內(nèi)，而是只需在非常有限的時間點處針對峰值載荷而存在，因此對于正常的鉆進(jìn)扭矩來說，鉆進(jìn)設(shè)備的驅(qū)動裝置能夠以成本效率合算的方式來設(shè)置。為了渡過存在有扭矩峰值的期間，可以使用夾頭轉(zhuǎn)動裝置。
關(guān)于這一點，根據(jù)本發(fā)明，為了實現(xiàn)扭矩傳遞，夾頭轉(zhuǎn)動裝置可以同時地和/或在時間上相互錯開地與鉆探件接合。作為所述至少兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置在時間上明確錯開的操作的結(jié)果，就可在調(diào)整出更加均勻的扭矩加強，在某些情況下甚至可調(diào)整出準(zhǔn)連續(xù)的鉆進(jìn)操作，而這與夾頭轉(zhuǎn)動裝置的有限轉(zhuǎn)動角度無關(guān)。在存在有非常高的特定扭矩峰值時，原則上應(yīng)當(dāng)同時操作所述若干個夾頭轉(zhuǎn)動裝置，以便使最大扭矩相應(yīng)地增加。
為了實現(xiàn)夾頭轉(zhuǎn)動裝置的所需同步，根據(jù)本發(fā)明提供了聯(lián)接器，通過它便可協(xié)調(diào)夾頭轉(zhuǎn)動裝置的運動。聯(lián)接器可由機械聯(lián)接器構(gòu)成，當(dāng)在扭矩加強期間沿著鉆進(jìn)方向移動其中一個夾頭轉(zhuǎn)動裝置時，同時會使處于相應(yīng)的自由運動位置中的第二夾頭轉(zhuǎn)動裝置復(fù)位到其起始位置。因此，第二夾頭便可隨后夾緊鉆探件，在鉆探件被驅(qū)動到土壤中時在鉆探件上施加扭矩，或者，第一夾頭轉(zhuǎn)動裝置通過聯(lián)接器尤其是連桿來復(fù)位。除了這種純機械式的聯(lián)接器之外，還可以設(shè)置受控操作的電子聯(lián)接器。為了使帶有鉆探件的單個夾頭轉(zhuǎn)動裝置移動，設(shè)置了單獨的操作裝置如液壓工作缸，其由中央控制裝置按照預(yù)定的程序來控制，以便實現(xiàn)所需的同步。連桿本身也可設(shè)計成工作缸體，尤其是液壓缸。
根據(jù)本發(fā)明，夾頭轉(zhuǎn)動裝置優(yōu)選固定在鉆架的下端部分上。即使鉆探件幾乎完全地插入到土壤內(nèi)，這也允許實現(xiàn)扭矩加強。
根據(jù)本發(fā)明所實現(xiàn)的一項有效的鉆進(jìn)操作是，夾頭轉(zhuǎn)動裝置在鉆進(jìn)方向上被可樞軸轉(zhuǎn)動地和/或可動地支撐。結(jié)果，即使在鉆探件的進(jìn)給運動期間，扭矩加強也可以作用在鉆探件上。
本發(fā)明的另一實施例的特征在于，夾頭具有兩個夾緊爪，它們可通過夾緊缸體而在夾緊位置和自由運動位置之間進(jìn)行調(diào)節(jié)?？烧{(diào)節(jié)的夾頭允許在整個長度上夾緊鉆探件，還能夠補償鉆探件的直徑差異。夾緊爪可適配于相應(yīng)的夾緊件，以便在夾緊位置中保證良好的傳動力，并在自由運動位置中維持距鉆探件的充足距離。夾頭轉(zhuǎn)動裝置的夾緊缸體和工作缸體優(yōu)選設(shè)計為液壓缸，其能夠產(chǎn)生非常大的作用力。
最后，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置了控制裝置，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、進(jìn)給驅(qū)動裝置和夾頭轉(zhuǎn)動裝置可通過該控制裝置而以協(xié)調(diào)的方式工作。因此，控制裝置能夠使連續(xù)式旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、尤其是液壓電動機與非連續(xù)式夾頭轉(zhuǎn)動裝置協(xié)調(diào)地工作。
根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，設(shè)置了至少兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置，通過該夾頭轉(zhuǎn)動裝置便可將扭矩施加到鉆探件上。通過這種結(jié)構(gòu)相對簡單的鉆進(jìn)設(shè)備，就可通過這些夾頭轉(zhuǎn)動裝置以簡單的方式在鉆探件上施加相對較大的扭矩。
關(guān)于這一點，根據(jù)本發(fā)明，夾頭轉(zhuǎn)動裝置可以同時地和/或在時間上相互錯開地將扭矩傳遞給鉆探件。因此，通過該夾頭轉(zhuǎn)動裝置，就可以實現(xiàn)特別大的最大扭矩或更均勻的扭矩加強，或者甚至可實現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)的鉆進(jìn)操作。
本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例基于這樣的事實，即在扭矩傳遞期間，夾頭轉(zhuǎn)動裝置可沿著鉆進(jìn)方向至少部分地與鉆探件一起運動，直到所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置復(fù)位到其起始位置時為止，并且其中一個夾頭轉(zhuǎn)動裝置可與鉆探件一起運動，而另一夾頭轉(zhuǎn)動裝置復(fù)位到其起始位置。作為單個夾頭轉(zhuǎn)動裝置的這種錯開操作模式的結(jié)果，可以調(diào)整出改進(jìn)的扭矩加強，而這與有限的轉(zhuǎn)動角度無關(guān)。根據(jù)夾頭轉(zhuǎn)動裝置的轉(zhuǎn)動角度以及它們的可能總計為兩個以上的數(shù)量，就可以實現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)的轉(zhuǎn)動操作。
為了協(xié)調(diào)不連續(xù)的和連續(xù)的驅(qū)動裝置或者使它們同步，根據(jù)本發(fā)明，對于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的旋轉(zhuǎn)而言，可通過協(xié)調(diào)的方式來控制鉆探件的進(jìn)給運動以及夾頭轉(zhuǎn)動裝置的操作。這可以通過一般由計算機構(gòu)成的中央控制裝置來實現(xiàn)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，扭矩加強僅在特定的時期才進(jìn)行，尤其是在最終鉆進(jìn)階段的期間。當(dāng)鉆探件鉆入到土壤中時，扭矩載荷隨鉆進(jìn)深度的增加以及摩擦表面的增大而增加。因此，扭矩加強優(yōu)選在最終階段進(jìn)行，以便在該時間點處也能保證可靠的轉(zhuǎn)動運動。
一般來說，鉆探件可由能夠再次從鉆孔中取出的鉆具構(gòu)成，例如鉆探螺桿或任何其它能夠以連續(xù)或非連續(xù)方式工作的鉆具或支撐套管。然而，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用螺旋樁、尤其是具有錐形螺旋尖端的螺旋樁來用作鉆探件。尤其是在這種帶有螺桿螺紋的基樁的鉆入期間，通常必須施加很大的扭矩，這是因為有相當(dāng)大量的土壤被排出，因此產(chǎn)生了很大的表面摩擦。
本發(fā)明的另一實施例在于，在進(jìn)行地基測量時，應(yīng)驅(qū)動螺旋樁穿過松散土層直至實心土層，并進(jìn)行扭矩加強以便將其引入到實心土層中。因此，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，螺旋樁便可螺旋式穿過松散土層，并在鉆孔加固機的幫助下有效地錨固于實心土層中。


在下文中將通過由附圖示意性示出的優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明。在附圖中圖1是顯示了包括有夾頭轉(zhuǎn)動裝置的鉆進(jìn)設(shè)備的側(cè)視圖；圖2是顯示了根據(jù)本發(fā)明的夾頭轉(zhuǎn)動裝置的頂視圖；和圖3是顯示了具有機械聯(lián)接器的兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置的設(shè)置的側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1所示的鉆進(jìn)設(shè)備10具有設(shè)計成履帶的鉆架車20，在其上鉸接了鉆架14，該鉆架可樞軸轉(zhuǎn)動地鉸接于水平傳送位置和所示出的垂直工作位置之間。鉆架14可通過已知的方式并通過液壓缸而樞軸轉(zhuǎn)動，其被設(shè)計成所謂的導(dǎo)桿，并帶有固定的鉆架基部16，在鉆架基部16上可滑動地支撐了包括有可動裝置的可動鉆架15。
在可動鉆架15上通過進(jìn)給驅(qū)動裝置26可滑動地支撐了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置12，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置用于驅(qū)動這里未示出的鉆探件。在鉆架14的下端設(shè)置了夾頭轉(zhuǎn)動裝置，為更清楚起見，在圖1中只顯示了一個夾頭轉(zhuǎn)動裝置30。
在圖2中顯示了帶有夾頭32的轉(zhuǎn)動裝置30的基本結(jié)構(gòu)，夾頭32包圍了鉆探件50。圖2所示的夾頭32處于可自由運動的位置，其中夾頭32與被包圍的鉆探件50的所有側(cè)面均間隔開，使得鉆探件50可穿過夾頭32而在鉆進(jìn)方向上自由地運動，該鉆進(jìn)方向垂直于圖面延伸。
夾頭32包括弧形的夾頭基體31，在其兩端處分別可樞軸轉(zhuǎn)動地鉸接了夾緊爪33，34。這兩個夾緊爪33，34的自由端設(shè)置成彼此相對，并通過夾緊缸體46相連。通過使夾緊缸體46收回，夾緊爪33，34便可彼此相對地運動，因此便可與鉆探件50建立起強制鎖定連接。
夾頭基體31經(jīng)由長度可調(diào)節(jié)的支撐臂38并通過支承軸承40而固定在鉆架14上。對于萬向懸架來說，支承軸承40具有水平樞銷42，其可旋轉(zhuǎn)地支撐在支承塊45中。在水平樞銷42上設(shè)有垂直定向的垂直樞銷44，在該樞銷44上可樞軸轉(zhuǎn)動地支撐了支撐臂38的朝向鉆架的端部以及兩個工作缸體35，36的朝向鉆架的端部。工作缸體35，36用于使夾頭32相對于支承軸承40轉(zhuǎn)動，并且工作缸體35，36的朝向夾頭的端部分別在其中夾緊爪33，34也支撐于夾頭基體31上的位置點處可樞軸轉(zhuǎn)動地支撐于夾頭基體31上。
支承軸承40使得夾頭32能夠在鉆探件50沿鉆進(jìn)方向運動時隨從被夾緊的鉆探件而運動。當(dāng)在鉆進(jìn)操作期間鉆探件50產(chǎn)生進(jìn)給運動時，處于夾緊位置中的夾頭32與其工作缸體35，36一起隨從鉆探件50朝向土地的運動。在夾緊缸體46打開之后，夾頭32通過重新開始的轉(zhuǎn)動操作來向上復(fù)位。
在圖3所示的示意圖中，第一夾頭轉(zhuǎn)動裝置30和第二夾頭轉(zhuǎn)動裝置70沿著鉆進(jìn)方向一個設(shè)置在另一個之上，它們均只是部分地示出。兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置30，70的基本結(jié)構(gòu)均對應(yīng)于結(jié)合圖2所作的描述，不同之處在于到鉆架上的連接。
兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置30，70均安裝到搖臂84上，搖臂84圍繞著水平軸線可樞軸轉(zhuǎn)動地支撐在支承塊82上，而支承塊82又固定在橫梁形承載件80a或80b上。在圖3所示的停止位置中，兩個橫梁形承載件80a，80b均處于水平，并且通過相應(yīng)的水平樞軸承86而被可動地支撐在基部框架88上?；靠蚣?8固定地連接到鉆進(jìn)設(shè)備的鉆架上。
為了機械式地協(xié)調(diào)兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置30，70的運動或者使它們的運動同步，設(shè)置了連桿90，其一方面鉸接到上承載件80a上的水平樞軸承86和支承塊82之間。另一方面，連桿90鉸接到下承載件80b的杠桿臂81上。杠桿臂81以剛性的方式設(shè)計在橫梁形承載件80b上，但是通過背離水平樞軸承86的方式而在與承載件80b相反的方向上延伸。
由于連桿90的對角線式地聯(lián)接，因此就可以實現(xiàn)在上承載件80a的向下樞軸轉(zhuǎn)動的期間下承載件80b同時地向上樞軸轉(zhuǎn)動。或者，下承載件80b再次向下樞軸轉(zhuǎn)動，同時上承載件80a向上復(fù)位。作為兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置30，70的樞軸轉(zhuǎn)動的這種協(xié)調(diào)的結(jié)果，可以實現(xiàn)更加均勻的扭矩加強。因此，在通過夾頭轉(zhuǎn)動裝置30來進(jìn)行扭矩加強的期間，處于其夾緊位置中的夾頭轉(zhuǎn)動裝置30可沿著鉆進(jìn)方向與鉆探件一起樞軸轉(zhuǎn)動，而處于其自由運動位置中的另一夾頭轉(zhuǎn)動裝置70樞軸轉(zhuǎn)動回到其向上的起始位置。之后，兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置30，70的夾緊位置可以改變，使得鉆探件的進(jìn)給運動使之后被夾緊的第二夾頭轉(zhuǎn)動裝置70向下運動，而處于其自由運動位置中的上方的第一夾頭轉(zhuǎn)動裝置30同時復(fù)位到其起始位置。
權(quán)利要求
1.一種用于將鉆探件引入到土壤中的鉆進(jìn)設(shè)備，包括支撐在鉆架上以引入所述鉆探件的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，以及具有可通過至少一個工作缸體而被轉(zhuǎn)動的夾頭的夾頭轉(zhuǎn)動裝置，其中，設(shè)置了至少兩個所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置，和所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置可與由所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置所驅(qū)動的鉆探件相接合，以便加強扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆進(jìn)設(shè)備，其特征在于，所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置可同時地和/或在時間上相互錯開地與所述鉆探件接合，以便實現(xiàn)扭矩傳遞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆進(jìn)設(shè)備，其特征在于，設(shè)置了可通過它來協(xié)調(diào)所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置的運動的聯(lián)接器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆進(jìn)設(shè)備，其特征在于，所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置固定在所述鉆架的下端部分上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆進(jìn)設(shè)備，其特征在于，所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置可在所述鉆進(jìn)方向上被可樞軸轉(zhuǎn)動地和/或可動地支撐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆進(jìn)設(shè)備，其特征在于，所述夾頭設(shè)有兩個夾緊爪，所述夾緊爪可通過夾緊缸體而在夾緊位置和自由運動位置之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆進(jìn)設(shè)備，其特征在于，設(shè)置了控制裝置，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、進(jìn)給驅(qū)動裝置和夾頭轉(zhuǎn)動裝置可通過所述控制裝置而以協(xié)調(diào)的方式工作。
8.一種尤其是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆進(jìn)設(shè)備來將鉆探件引入到土壤中的方法，其中通過夾頭轉(zhuǎn)動裝置來將扭矩施加到所述鉆探件上，設(shè)置了至少兩個所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置，通過所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置來在時間上相互錯開地將扭矩施加到所述鉆探件上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在扭矩傳遞期間，所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置可至少部分地與所述鉆探件一起運動到所述鉆進(jìn)方向上，直到它們復(fù)位到其起始位置時為止，和其中一個所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置可與所述鉆探件一起運動，而另一所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置復(fù)位到其起始位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的旋轉(zhuǎn)、所述鉆探件的進(jìn)給運動以及所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置的操作可通過協(xié)調(diào)的方式來進(jìn)行控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述扭矩加強僅在特定的時期才進(jìn)行，尤其是在最終鉆進(jìn)階段期間進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，采用螺旋樁、尤其是具有錐形螺旋尖端的螺旋樁來用作所述鉆探件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行地基測量時，驅(qū)動所述螺旋樁穿過松散土層直至實心土層，并進(jìn)行扭矩加強以便引入到實心土層中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆進(jìn)設(shè)備和一種用于將鉆探件引入到土壤中的方法，該鉆進(jìn)設(shè)備包括支撐在鉆架上以引入鉆探件的驅(qū)動裝置，以及具有可通過至少一個工作缸體而被轉(zhuǎn)動的夾頭的夾頭轉(zhuǎn)動裝置。為了提高扭矩傳遞，設(shè)置了至少兩個夾頭轉(zhuǎn)動裝置，所述夾頭轉(zhuǎn)動裝置可與鉆探件相接合以傳遞扭矩。
文檔編號E21B19/00GK1637229SQ20041001150
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者N·格拉斯, P·J·昂萊爾特 申請人:包爾機械有限公司