冲击钻头设计

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1、冲击钻头设计1、冲击钻头的构造在岩溶地段进行钻孔桩成孔时，大都使用冲击钻施工。在冲击钻成孔过程中，尽管时常发生这样或那样的故障，但最大的故障应属打烂钻头。因此，钻头的设计合理与否是成败的关键。所以应该根据地层的状况，岩石的强度和孔径，正确取用各个参数对钻头进行精心的设计。其冲击钻钻头的构造，由中柱、翼板、刃脚、刃爪及吊点等五大部分组成，其次还有导向、刃锥、打捞绳孔、钨金套护窗或转向器等部分。（见图1）以上部分重量的代数和，组成了钻头的重量。重量大时，进尺效果要好，但过重会无味地加大卷扬机的起重吨位。故应根据孔径及岩层的强度合理计算而得。公式为：G=K1(π×D

2、2/4)σ式中：G——钻头重量D——钻孔桩设计孔径σ——岩层中的最高强度K1——系数⑴中柱位于钻头的中心，与翼板连为一体。吊点设在其顶部，底端为刃锥，断面形状有圆形、方形、五边形及六边形，尺寸由钻头的重量和翼板的分配厚度而定。高度H代表了钻头的全高。太高时重心偏上容易失稳，一旦突然倾斜，顶部碰至坚硬孔壁时，极易断颈，太低时则易造成斜孔或弯孔。计算公式为：H=K2D式中：D——钻孔桩设计孔径K2——系数⑵翼板图1.“十”字钻头翼板是冲击钻成孔的主要部位。翼板的片数根据孔径的大小及地层的构造、强度而定，一般由四片（俗称“十”字钻头）、五片及六片组成，与中柱连为一体

3、。底端为刃脚，外侧下部为导向，导向下端为刃爪。翼板的厚度有等厚与不等厚两种，一般情况下，厚度B值越大，钻头越牢。但也相应地加大了钻头的重量。计算公式为：B=K3D式中：D——钻孔桩设计孔径K3——系数翼板的片数多时，其覆盖面较广，但在重量G已确定时，增加其数量必相应地减小了厚度B值，反而不牢。因此，在倾斜严重、坚硬的地层及岩溶地区钻进时，应尽量采用四爪——即“十”字钻头。⑶刃脚在翼板和中柱的底端连为一体，尖角通常为90°，但根据地层的软弱程度可适当地扩大或减小，即在坚硬岩层中可小于90°。⑷刃爪、第3页布于翼板外侧底端，与刃脚垂直，为水平（圆周）导向，是保证孔

4、壁圆顺和平整的一个部位。其长度L值大时效果较好，但过长容易断爪。计算公式为：L=K4D式中：D——钻孔桩设计孔径K4——系数⑸吊点设于中柱的顶部，由小窗和主绳孔组成。其尺寸根据钨金套的大小和钢丝绳及转向器的直径而定。①钨金套的设计（见图2）Φ外=K7ΦsΦ内上=K8ΦsΦ内下=K9Φsh=K10Φ外式中：Φs——主钢丝绳直径h——钨金套的高度②铁护窗的设计用钨金套系钻头时，其小窗两侧应设铁护窗，以防钨金套频繁反复出进，容易导致主绳根部因疲劳而过早地大量断丝。护窗可用50角铁与M16螺杆组成。（见图3）③卡环接转向器时，其主绳寿命较用钨金套时间要长。⑹导向h2即

5、翼板外侧的直线段，与刃爪垂直，为竖导图2.钨金套向，是保证成孔顺直的部位，它能使钻头在冲击过程中突然遇到不平的坚硬岩层时，不至于顺势倾倒而造成斜孔、卡钻、或断颈等故障。因此，该段越高越好，但同时也加大了钻头的重量或因此减小了翼板的厚度。计算公式为：h2=K5（h1-h3）式中：h1——翼板高度h2——导向高度h3——刃锥高度K5——遇岩溶地段，取最大值⑺刃锥h3即翼板的底边延长至钻头中心与地平面的夹角，通常用高差h3表示。根据地层情况和岩石强度计算公式为：h3=K6D式中：h3——刃锥高度D——钻孔桩设计孔径K6——遇岩溶地段，取最大值⑻打捞绳孔图3.铁护窗第

6、3页为横向环穿打捞绳而预留的小孔，留于翼板的上部，孔位在平面位置上但靠外时，其打捞绳环径较大，打捞时便于钩住。但在起吊时钻头会严重倾斜而卡壁，且太靠翼板边缘时容易震裂，故打捞绳孔不宜太靠外侧。第3页