CN118128422A - 一种高效的双向振动冲击动力头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了地质钻探技术领域的一种高效的双向振动冲击动力头，包括动力接头、上轴承座、两个定位环、下轴承座和注水套筒依次连接为稳定的支撑套筒，输出轴、传动轴和驱动轴依次组成完整的转动轴，转动轴套装在支撑套筒进行转动，通过压缩连接两个振冲环的冲击弹簧对动力头进行双向冲击振动，能够具有向下钻进和向上起拨双向振动冲击功能，可实现浅孔钻探的无介质冲击回转钻进的功能，以提高钻探工作效率。特别适用于浅层卵石层钻探取芯或者取样和浅层沙土层钻探取芯或者取样。也适用于浅层杂填土层的取芯或者取样，以及浅层坚硬岩层取芯钻探提高效率；可适应不取芯施工钻孔的浅孔施工，特别是场地窄小的钻探施工钻孔。
Description
技术领域
本发明涉及地质钻探技术领域，特别是涉及一种高效的双向振动冲击动力头。
背景技术
现有地质钻探动力头多种多样，但均为驱动钻杆旋转的动力头，鲜有振动冲击动力头，现有的冲击动力头为液压冲击动力头，这种液压冲击头，需要的冲击力大的情况使用，而且这种冲击动力头，需要液压装置提供驱动力。
液压冲击力度大，但是回转的抽吸结构复杂，不仅要确保液压装置运转正常，还需要给液压装置提供更大的安装和冲击空间，并且有些液压冲击动力头，还需要设计单独的液压冲击腔体，来确保液压的冲击力度，并且液压装置维护困难，使用环境限制多，尤其是杂质较多，土层相对松散的卵石层，使用液压冲击动力头，冲击力过大，不变操作，但是没有冲击力，又会导致钻孔时难度增加。
对于这种冲击动力头冲击时，力度过大，但是松散的卵石层，会吸收较大的冲击力，导致冲击力度大也无法带来理想的效果，对于这种土层结构，需要通过钻头钻孔，并辅以较高频的冲击，才能更好的对土层进行更有效的钻孔。
基于此，本发明设计了一种高效的双向振动冲击动力头，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的双向振动冲击动力头，能够具有向下钻进和向上起拨双向振动冲击功能，可实现浅孔钻探的无介质冲击回转钻进的功能，以提高钻探工作效率。特别适用于浅层卵石层钻探取芯或者取样和浅层沙土层钻探取芯或者取样。也适用于浅层杂填土层的取芯或者取样，以及浅层坚硬岩层取芯钻探提高效率；可适应不取芯施工钻孔的浅孔施工，特别是场地窄小的钻探施工钻孔。
本发明是这样实现的：一种高效的双向振动冲击动力头，包括：
动力接头、油缸、导向滑块、振冲环、冲击弹簧、注水套筒和输出轴；
所述动力接头为稳定的底座，所述动力接头底部锁紧了上轴承座，所述上轴承座下方设置了下轴承座，所述上轴承座和下轴承座之间还卡装了定位环；
所述输出轴上端连接了传动轴，所述传动轴连接了驱动轴，所述输出轴、传动轴和驱动轴轴线重合，所述驱动轴与上端的驱动装置连接传动，所述驱动轴通过轴承架设在上轴承座内，所述输出轴通过轴承架设在下轴承座内部；所述传动轴不接触的设置在振冲环内部；
所述注水套筒为圆筒结构，所述注水套筒锁紧在下轴承座底部，所述注水套筒套装在输出轴外部，所述输出轴和注水套筒之间设置了密封环，所述注水套筒侧壁还开设了进水管，所述进水管与外接冷却水连接；
所述油缸为双向伸缩的液压缸，所述油缸的上下两端各设有一个伸缩杆，每个所述伸缩杆的伸缩端各连接了一个导向滑块；
所述振冲环有两个，两个所述振冲环之间通过冲击弹簧连接，两个所述振冲环抵靠在上轴承座和下轴承座之间，所述振冲环套装在定位环内部，所述定位环套装在传动轴外部，所述定位环通过花键与传动轴传动；
所述振冲环为侧壁设置了花键的圆筒结构，所述振冲环的外壁上还贴合设置了一个圆管状的导向滑台，所述导向滑台的外端面为螺旋状环面，所述导向滑台的一端与限位凸台衔接，所述导向滑台的另一端与振冲环的外端齐平；
所述导向滑台贴合套装在振冲环外部，所述导向滑台上竖向开设了避让槽，所述避让槽竖向切断导向滑台的上下两端；
每个所述导向滑块都能分离的滑设在导向滑台螺旋端面上；所述导向滑块能向内推进的设置在振冲环外壁。
进一步地，所述振冲环与传动轴同步转动；
所述振冲环的上下两端分别能分离的与上轴承座和下轴承座抵靠紧密；
所述振冲环外壁底部还凸设了圆环形的限位凸台，所述限位凸台阻挡在导向滑台的内端，所述限位凸台不阻挡振冲环的内孔。
进一步地，所述密封环为机械密封或者填料密封。
进一步地，所述定位环有两个，一个所述定位环稳定卡装在上侧的振冲环顶部，另一个所述定位环稳定卡装在下侧的振冲环底部，上下两个定位环通过支撑板固定连接为整体结构。
本发明的有益效果是：1、本发明通过增加机械式的振冲环，能够不需要冲击介质，不需要额外的液压介质和动力，只使用机械式振动冲击器，提高取芯钻探效率，不需要对液压装置进行维护，纯机械装置便于维护保养，降低钻探成本，适用于缺水干钻或者水压不足的环境使用，也适用于干旱地区；
2、双冲击的振冲环，使依靠轴的旋转产生动力，进而压缩弹簧，从而对弹簧进行蓄能，再通过弹簧进行回弹将振冲环对冲击头进行撞击，而且本装置可以从两个方向进行冲击，既可以向上起拔钻头，也可以向下冲击钻进；
3、结构简单，维护简单，没有液压介质进行冲击，也没有落锤击打钻具，不需要压缩水或者空气，结构简单，纯机械结构，更加安全可靠。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明整体内部装配结构示意图；
图2为本发明转动轴架装支撑空间结构示意图；
图3为本发明单个振冲环结构示意图；
图4为本发明振冲环结构俯视示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-动力接头，11-上轴承座，12-下轴承座，13-定位环，14-轴承，15-支撑板，2-油缸，21-伸缩杆，22-导向滑块，3-振冲环，31-冲击弹簧，32-避让槽，33-导向滑台，34-限位凸台，4-注水套筒，41-进水管，42-密封环，5-输出轴，51-冷却孔，52-驱动轴，53-传动轴。
具体实施方式
请参阅图1至4所示，本发明提供一种高效的双向振动冲击动力头，在本发明技术方案的一个具体实施例中：
包括动力接头1、油缸2、导向滑块22、振冲环3、冲击弹簧31、注水套筒4和输出轴5；
动力接头1为稳定的底座，动力接头1底部锁紧了上轴承座11，上轴承座11下方设置了下轴承座12，上轴承座11和下轴承座12之间还卡装了定位环13；
输出轴5上端连接了传动轴53，传动轴53连接了驱动轴52，输出轴5、传动轴53和驱动轴52轴线重合，驱动轴52与上端的驱动装置连接传动，驱动轴52通过轴承14架设在上轴承座11内，输出轴5通过轴承14架设在下轴承座12内部；传动轴53不接触的设置在振冲环3内部；
注水套筒4为圆筒结构，注水套筒4锁紧在下轴承座12底部，注水套筒4套装在输出轴5外部，输出轴5和注水套筒4之间设置了密封环42，密封环42为机械密封或者填料密封。
注水套筒4侧壁还开设了进水管41，进水管41与外接冷却水连接；
油缸2为双向伸缩的液压缸，油缸2的上下两端各设有一个伸缩杆21，每个伸缩杆21的伸缩端各连接了一个导向滑块22；
振冲环3有两个，两个振冲环3之间通过冲击弹簧31连接，也就是两个振冲环3共用一个冲击弹簧31进行弹性冲击，两个振冲环3分别对接在冲击弹簧31的外端，也就是冲击弹簧31的上下两端，两个振冲环3抵靠在上轴承座11和下轴承座12之间，两个所述振冲环3在滑块和振冲环螺旋状端面的导向滑台33的共同作用下压缩冲击弹簧31，并在滑块经过缺口处时释放弹簧，冲击驱动轴52或者输出轴5，两个振冲环3不可同时工作，避免双向同时冲击发生故障。
定位环13有两个，一个定位环13稳定卡装在上侧的振冲环3顶部，另一个定位环13稳定卡装在下侧的振冲环3底部，上下两个定位环13通过支撑板15固定连接为整体结构，只需要将上下两个定位环13固定连接锁紧即可，支撑板15也可以换做圆管结构或者框架结构，便于钻孔和支撑定位即可，确保两个定位环13之间的高度位置固定，并且两个定位环13需要卡装锁定在上轴承座11和下轴承座12之间进行支撑固定，而两个振冲环3需要安装在定位环13内部，并且振冲环3需要能够沿着传动轴53上下滑动，振冲环3还要能通过花键跟随传动轴53转动。
振冲环3套装在定位环13内部，定位环13套装在传动轴53外部，定位环13通过花键与传动轴53传动；振冲环3与传动轴53同步转动；
振冲环3的上下两端分别能分离的与上轴承座11和下轴承座12抵靠紧密；
所述振冲环3外壁底部还凸设了圆环形的限位凸台34，所述限位凸台34阻挡在导向滑台33的内端，所述限位凸台34不阻挡振冲环3的内孔；
限位凸台34阻挡在导向滑块22的内侧。
所述振冲环3为侧壁设置了花键的圆筒结构，所述振冲环3的外壁上还贴合设置了一个圆管状的导向滑台33，所述导向滑台33的外端面为螺旋状环面，所述导向滑台33的一端与限位凸台34衔接，所述导向滑台33的另一端与振冲环3的外端齐平；
振冲环3内侧是花键，外侧有一螺旋上升的凸台34，凸台34最高处侧面有一定圆周向范围的缺口，用做避让槽，滑块22在螺旋面上滑动，振冲环3在传动轴外侧的花键中轴向滑动，压缩冲击弹簧31，并在滑块经过避让槽时脱离凸台34，冲击轴承座。振冲环3与压缩弹簧31连接的端面有凸起，用于安装冲击弹簧31。
所述导向滑台33贴合套装在振冲环3外部，所述导向滑台33上竖向开设了避让槽32，所述避让槽32竖向切断导向滑台33的上下两端；
每个所述导向滑块22都能分离的滑设在导向滑台33螺旋端面上；所述导向滑块22能向内推进的设置在振冲环3外壁。但外部上下两端的两个导向滑块22一般不能同时向内收缩，对振冲环3进行限定，但可以同时分离，同时失去导向作用；所述导向滑块22能通过振冲环3上的避让槽32直接竖直滑动，也可以沿着导向滑台33的螺旋端面沿轴向滑动；
本发明实施例通过提供一种高效的双向振动冲击动力头，本发明所遇到的技术问题是：1、冲击回转钻进是钻探技术人员和钻探工人梦寐以求的钻探技术，这在空气潜孔锤钻探中得以很好的验证，效率是常规回转钻探的数倍甚至数十倍；2、现有的空气潜孔锤钻探不适用于取芯和取样钻探，如遇到深厚卵石层或者抛石填筑层时只能用空气潜孔锤钻穿该层再改用常规钻探取芯，麻烦且增加设备投入，而且设备巨大，不便于搬迁或者运输，场地限制时不好能应用；3、市政施工时经常不允许使用噪音大的空气潜孔锤；4、缺水地区浅孔钻探时常使用打击方式取样，安全隐患多且工效低。
本发明所解决的技术问题是：通过本装置能不需要介质，可以在缺水环境下使用，使用纯机械式的振冲作用，能实现冲击回转钻进，也能采用孔口接头实现单纯的冲击钻进，而且既可以向下冲击钻探，也可以向上冲击拔套管，可以自由灵活调整，使用更加便捷，结构简单维护方便。
实现了的技术效果为：1、本发明通过增加机械式的振冲环3，能够不需要冲击介质，不需要额外的液压介质和动力，只使用本身动力实现振动冲击，可适用于缺水的环境，尤其是卵石层，难以蓄水，提高取芯钻探效率，不需要对液压装置进行维护，纯机械装置便于维护保养，降低钻探成本，适用于缺水干钻或者水压不足的环境使用，也适用于干旱地区；
2、双冲击的振冲环3，使依靠传动轴53的旋转与花键对振冲环3产生动力，进而使振冲环3跟随旋转而发生升降，从而压缩冲击弹簧31，对冲击弹簧31进行蓄能，再通过冲击弹簧31进行回弹将振冲环3对冲击头进行撞击，而且本装置的振冲环3有两个，可以通过油缸2双头控制双向伸缩，两个方向都可以进行冲击，既可以向上冲击起拔钻头，也可以向下冲击进行钻进，但是不可同时双向冲击，避免反作用冲击力将驱动轴52和输出轴5冲击损坏；
3、结构简单，维护简单，没有液压介质进行冲击，也不需要压缩液体介质的密封空腔，更加不需要阀体控制，也没有落锤击打钻具，不需要压缩水或者空气，结构简单，纯机械结构，更加安全可靠，使用也简单，不需要考虑钻具的水路压缩结构。
本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明在使用时，动力接头1与钻机上端的底座对接，而驱动轴52与上端的驱动装置对接传动，动力接头1、上轴承座11、两个定位环13、下轴承座12和注水套筒4由上至下依次连接为稳定的整体结构，而两个定位环13通过一个完整的支撑板15进行固定锁定。
如此上述结构形成一个完整的筒体，用于支撑轴的转动，并提供一个整体的支撑空腔，输出轴5、传动轴53和驱动轴52由下至上依次组成完整的转动轴。
而驱动轴52是通过上方的轴承14安装在上轴承座11上，而下方的输出轴5是通过下方的轴承14安装在下轴承座12上，使得驱动轴52和输出轴5都能够稳定的转动，而传动轴53是锁定在驱动轴52和输出轴5之间同步转动的；并且传动轴53不与其他结构接触，只是通过花键能够对振冲环3进行驱动，使得振冲环3跟随转动。
油缸2下端的伸缩杆21向上缩回时，带动导向滑块22贴合在振冲环3的外壁向上滑动，并且只能在限位凸台34下方的振冲环3外壁上上滑动，而当滑动进入导向滑槽33时，产生凸轮运动作用，当滑块22在油缸2索引到位后，振动环3上的滑槽33在滑块22不动时，在驱动轴52的驱动下旋转时将向上滑动压缩冲击弹簧31，当到达振动环上的缺口时，滑块22从缺口处滑出，振动环3在冲击弹簧31的压缩力作用下向下冲击，将冲击力传递给输出轴5，完成一次冲击过程，以此类推。同样地，油缸2上端的伸缩杆21缩回时，此时通常下端油缸处于伸出状态，带动上方滑块22下滑，进而驱动上方振动环3向下压缩冲击弹簧31，到达振动环3上的缺口时，冲击上方的传动轴53，冲击力向上提供冲击的上拨力。
本装置纯机械结构，依靠对冲击弹簧31的压缩和释放形成冲击，并且通过双向油缸2能够对上下两个导向滑块22进行伸缩，也能单独压迫对上下两个不同的振冲环3进行导向，迫使两个振冲环3都可以向内压缩冲击弹簧31，再释放冲击弹簧31，使振冲环3形成双向冲击，对钻头的钻进和起拔都能起到辅助作用。
同时外部的冷却水能够通过进水管41进入注水套筒4内部，给密封环2提供冷却和润滑，同时冷却水会顺着进水管41进入输出轴5内部的冷却孔51，冷却孔51下端开口，使用于安装钻具或者取样的钻芯，本装置能够有效起到冷却作用，只需要少量的水即可达到冷却效果，不需要大量的液压水进行驱动，只是冷却用水，需求量小，即使干旱地区也足够使用，而且从钻孔中灌入的水，也足够使用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (4)
1.一种高效的双向振动冲击动力头，其特征在于，包括：动力接头(1)、油缸(2)、导向滑块(22)、振冲环(3)、冲击弹簧(31)、注水套筒(4)和输出轴(5)；
所述动力接头(1)为稳定的底座，所述动力接头(1)底部锁紧了上轴承座(11)，所述上轴承座(11)下方设置了下轴承座(12)，所述上轴承座(11)和下轴承座(12)之间还卡装了定位环(13)；
所述输出轴(5)上端连接了传动轴(53)，所述传动轴(53)连接了驱动轴(52)，所述输出轴(5)、传动轴(53)和驱动轴(52)轴线重合，所述驱动轴(52)与上端的驱动装置连接传动，所述驱动轴(52)通过轴承(14)架设在上轴承座(11)内，所述输出轴(5)通过轴承(14)架设在下轴承座(12)内部；所述传动轴(53)不接触的设置在振冲环(3)内部；
所述注水套筒(4)为圆筒结构，所述注水套筒(4)锁紧在下轴承座(12)底部，所述注水套筒(4)套装在输出轴(5)外部，所述输出轴(5)和注水套筒(4)之间设置了密封环(42)，所述注水套筒(4)侧壁还开设了进水管(41)，所述进水管(41)与外接冷却水连接；
所述油缸(2)为双向伸缩的液压缸，所述油缸(2)的上下两端各设有一个伸缩杆(21)，每个所述伸缩杆(21)的伸缩端各连接了一个导向滑块(22)；
所述振冲环(3)有两个，两个所述振冲环(3)之间通过冲击弹簧(31)连接，两个所述振冲环(3)抵靠在上轴承座(11)和下轴承座(12)之间，所述振冲环(3)套装在定位环(13)内部，所述定位环(13)套装在传动轴(53)外部，所述定位环(13)通过花键与传动轴(53)传动；
所述振冲环(3)为侧壁设置了花键的圆筒结构，所述振冲环(3)的外壁上还贴合设置了一个圆管状的导向滑台(33)，所述导向滑台(33)的外端面为螺旋状环面，所述导向滑台(33)的一端与限位凸台(34)衔接，所述导向滑台(33)的另一端与振冲环(3)的外端齐平；
所述导向滑台(33)贴合套装在振冲环(3)外部，所述导向滑台(33)上竖向开设了避让槽(32)，所述避让槽(32)竖向切断导向滑台(33)的上下两端；
每个所述导向滑块(22)都能分离的滑设在导向滑台(33)螺旋端面上；所述导向滑块(22)能向内推进的设置在振冲环(3)外壁。
2.根据权利要求1所述的一种高效的双向振动冲击动力头，其特征在于：所述振冲环(3)与传动轴(53)同步转动；
所述振冲环(3)的上下两端分别能分离的与上轴承座(11)和下轴承座(12)抵靠紧密；
所述振冲环(3)外壁底部还凸设了圆环形的限位凸台(34)，所述限位凸台(34)阻挡在导向滑台(33)的内端，所述限位凸台(34)不阻挡振冲环(3)的内孔。
3.根据权利要求1所述的一种高效的双向振动冲击动力头，其特征在于：所述密封环(42)为机械密封或者填料密封。
4.根据权利要求1所述的一种高效的双向振动冲击动力头，其特征在于：所述定位环(13)有两个，一个所述定位环(13)稳定卡装在上侧的振冲环(3)顶部，另一个所述定位环(13)稳定卡装在下侧的振冲环(3)底部，上下两个定位环(13)通过支撑板(15)固定连接为整体结构。
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| CN202410188039.4A Pending CN118128422A (zh) | 2024-02-20 | 2024-02-20 | 一种高效的双向振动冲击动力头 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118128422A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118481519A (zh) * | 2024-07-15 | 2024-08-13 | 洛阳驰宇地质勘查有限公司 | 一种地质工程勘探用钻机 |
-
2024
- 2024-02-20 CN CN202410188039.4A patent/CN118128422A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118481519A (zh) * | 2024-07-15 | 2024-08-13 | 洛阳驰宇地质勘查有限公司 | 一种地质工程勘探用钻机 |
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