CN109209221B - 一种潜孔锤设备及其冲击导向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种潜孔锤设备的冲击导向系统，包括用于与潜孔内壁固定的撑紧机构、活动连接于撑紧机构前端的壳体、可轴向移动地设置于壳体前端的锤头、设置于壳体内并用于驱动锤头沿轴向往复冲击运动的冲击发生机构、设置于撑紧机构上并用于驱动壳体沿其轴向移动的推进机构、分布于壳体的周向外壁上并与潜孔内壁抵接的若干个调向块，以及设置于壳体的周向外壁上、用于与潜孔内壁相抵接的若干个调向缸，各调向块与潜孔内壁抵接的表面为弧形面，且各调向缸的伸缩方向为壳体的径向。本发明可方便快捷地实现潜孔锤在作业过程中的冲击方向调节，始终保证具有持续稳定的导向功能，提高冲击精度和质量。本发明还公开一种潜孔锤设备，其有益效果如上所述。

Description

一种潜孔锤设备及其冲击导向系统

技术领域

本发明涉及矿产钻探技术领域，特别涉及一种潜孔锤设备的冲击导向系统。本发明还涉及一种包括上述冲击导向系统的潜孔锤设备。

背景技术

随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。

在矿产资源钻探领域，已经有各式各样的矿产机械设备投入生产和使用，比如勘探机、盾构机、钻井机、掘进机等。以潜孔锤为例，潜孔锤技术应用领域广泛、效果显著从小口径岩心钻探，正在向水文水井、锚固施工、水下炸礁、廊道施工、科学钻探等领域拓展，已取得良好的经济效益和社会效益。并且，潜孔锤钻探经过几开发和实践，证明是对付坚硬和复杂岩层的先进钻探技术。

潜孔锤是一种冲击回转钻进中冲击载荷的发生装置，其原理是利用钻进过程中泥浆供给的冲洗液中的能量或高压气体，驱动冲锤形成上下往复运动，并连续不断的对下部钻具施加一定的冲击载荷，实现冲击回转钻进，具有在硬岩地层钻进时效高的特点。随着我国地下空间工程建设不断推进，施工中遇到硬岩地层的情况不断提高，使得潜孔锤在地下工程施工的应用越来越多。

目前，现有的潜孔锤设备因为自身振动大的原因使得其施工时容易出现偏差，影响整个工程的质量。在现有技术中，普遍使用超前带导向功能的钻头来进行调向，其原理是在高频孔冲击器的持续平稳撞击下，超前端先于钻头本体破碎岩石，具有定心导向作用，改变传统的全端面钻进，改变了钻具与岩石受力状态及破碎机理。然而，此方法有很明显的缺点，一方面由于超前端先于钻头本体进行破碎岩石，承受岩石磨损大，更换较复杂，且增加了掘进成本；另一方面，在超前端磨损量超过某一限定值时，其超前导向功能丧失，潜孔锤钻头出现偏差，容易产生桩孔倾斜。

因此，如何方便、快捷地实现潜孔锤在作业过程中的冲击方向调节，始终保证具有持续稳定的导向功能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种潜孔锤设备的冲击导向系统，能够方便、快捷地实现潜孔锤在作业过程中的冲击方向调节，始终保证具有持续稳定的导向功能，提高潜孔冲击精度和质量。本发明的另一目的是提供一种包括上述冲击导向系统的潜孔锤设备。

为解决上述技术问题，本发明提供一种潜孔锤设备的冲击导向系统，包括用于与潜孔内壁固定的撑紧机构、活动连接于所述撑紧机构前端的壳体、可轴向移动地设置于所述壳体前端的锤头、设置于所述壳体内并用于驱动所述锤头沿轴向往复冲击运动的冲击发生机构、设置于所述撑紧机构上并用于驱动所述壳体沿其轴向移动的推进机构、分布于所述壳体的周向外壁上并与潜孔内壁抵接的若干个调向块，以及设置于所述壳体的周向外壁上、用于与潜孔内壁相抵接的若干个调向缸，各所述调向块与潜孔内壁抵接的表面为弧形面，且各所述调向缸的伸缩方向为所述壳体的径向。

优选地，所述撑紧机构包括撑紧盾和可垂向伸缩地设置于所述撑紧盾上、用于压紧潜孔内壁的撑靴。

优选地，所述冲击发生机构包括连接于所述锤头尾端的冲击器、连接于所述冲击器尾端的气动马达、与所述气动马达的气道连通的高压气管。

优选地，所述冲击发生机构包括连接于所述锤头尾端的冲击器、连接于所述冲击器尾端的液压马达、与所述液压马达连通的压力油管。

优选地，所述冲击发生机构还包括连接于所述冲击器与所述气动马达之间的减振器。

优选地，所述冲击发生机构还包括连接于所述气动马达的尾端上、用于使所述锤头周向旋转的回转接头。

优选地，所述壳体内还设置有若干条用于将所述锤头冲击时产生的碎渣吸出的吸渣管。

优选地，所述壳体的前端外缘上设置于有用于将其内部腔体与外界环境隔离的密封圈。

优选地，所述推进机构包括推进缸和防扭轴，所述推进缸的缸体转动连接在所述撑紧机构上，所述推进缸的杆体连接在所述壳体的内壁上，所述防扭轴的两端连接在所述壳体与所述撑紧机构之间，以承受调向时产生的扭矩。

本发明还提供一种潜孔锤设备，包括机身和设置于所述机身上的冲击导向系统，其中，所述冲击导向系统具体为上述任一项所述的冲击导向系统。

本发明所提供的潜孔锤的冲击导向系统，主要包括撑紧机构、壳体、锤头、冲击发生机构、推进机构、调向块和调向缸。其中，冲击导向系统的主体结构是壳体和撑紧机构，壳体一般为圆柱筒体，主要用于安装其余部件，撑紧机构一般设置于潜孔开口端，主要用于与潜孔的内壁固定，在冲击过程中保持静止，提供支撑反力。壳体连接在撑紧机构的前端，并且为活动连接，可以进行预设方向的运动。锤头设置在壳体的前端，并且可进行轴向移动，以实现往复冲击。冲击发生机构也设置在壳体内，主要用于为锤头的冲击运动提供动力，产生沿轴向的循环往复的冲力。推进机构设置在撑紧机构上，主要用于驱动壳体沿其轴向方向进行移动，以方便锤头前进冲击。重要的是，在壳体的周向外壁上(一般位于轴向中间部位)分布有若干个调向块，该调向块的表面与潜孔的内部相抵接，并且其表面为弧形面。同时，在壳体的周向外壁上还设置有若干个调向缸，各个调向缸均具有伸缩杆，其伸缩方向均为壳体的径向，主要用于伸出预设长度后与潜孔的内壁形成抵接，继续伸出后则对壳体自身产生推力反力。此时，各个调向块的弧形面与潜孔内壁的抵接点作为支点，在各个调向缸的伸缩杆对壳体形成的反力作用下，壳体将会朝对应方向进行翻转。而壳体在翻转一定角度后，壳体前端的锤头也同步翻转，从而改变了锤头的冲击方向。由于无需如现有技术中一般设置超前导向钻头等结构，仅由壳体上的调向块和调向缸共同作用实现锤头的冲击方向调节，无需冲击岩壁，大幅降低了生产和维修成本，调向方法简单易行，能够方便、快捷地实现潜孔锤在作业过程中的冲击方向调节，始终保证具有持续稳定的导向功能，提高潜孔冲击精度和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1中所示的调向缸调节锤头垂直向上扬升的结构示意图；

图3为图1中所示的调向缸调节锤头垂直向下俯冲的结构示意图；

图4为图1中所示的调向缸调节锤头水平左右偏转的结构示意图。

其中，图1—图4中：

撑紧机构—1，撑紧盾—101，撑靴—102，壳体—2，锤头—3，冲击发生机构—4，冲击器—401，气动马达—402，高压气管—403，减振器—404，回转接头—405，推进机构—5，推进缸—501，防扭轴—502，调向块—6，调向缸—7，靴板—701，吸渣管—8，密封圈—9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，潜孔锤的冲击导向系统主要包括撑紧机构1、壳体2、锤头3、冲击发生机构4、推进机构5、调向块6和调向缸7。

其中，冲击导向系统的主体结构是壳体2和撑紧机构1，壳体2一般为圆柱筒体，主要用于安装其余部件。撑紧机构1一般设置于潜孔开口端，主要用于与潜孔的内壁固定，在冲击过程中保持静止，提供支撑反力。

壳体2连接在撑紧机构1的前端，并且为活动连接，可以进行预设方向的运动。锤头3设置在壳体2的前端，并且可进行轴向移动，以实现往复冲击。冲击发生机构4也设置在壳体2内，主要用于为锤头3的冲击运动提供动力，产生沿轴向的循环往复的冲力。推进机构5设置在撑紧机构1上，主要用于驱动壳体2沿其轴向方向进行移动，以方便锤头3前进冲击。

重要的是，在壳体2的周向外壁上(一般位于轴向中间部位)分布有若干个调向块6，该调向块6的表面与潜孔的内部相抵接，并且其表面为弧形面。同时，在壳体2的周向外壁上还设置有若干个调向缸7，各个调向缸7均具有伸缩杆，并且在顶部可设置靴板701增大接触面积，其伸缩方向均为壳体2的径向，主要用于伸出预设长度后与潜孔的内壁形成抵接，继续伸出后则对壳体2自身产生推力反力。

如此，各个调向块6的弧形面与潜孔内壁的抵接点作为支点，在各个调向缸7的伸缩杆对壳体2形成的反力作用下，壳体2将会朝对应方向进行翻转。而壳体2在翻转一定角度后，壳体2前端的锤头3也同步翻转，从而改变了锤头3的冲击方向。由于无需如现有技术中一般设置超前导向钻头等结构，仅由壳体2上的调向块6和调向缸7共同作用实现锤头3的冲击方向调节，无需冲击岩壁，大幅降低了生产和维修成本，调向方法简单易行，能够方便、快捷地实现潜孔锤在作业过程中的冲击方向调节，始终保证具有持续稳定的导向功能，提高潜孔冲击精度和质量。

在关于调向缸7的一种优选实施方式中，在壳体2的周向外壁上可同时4个调向缸7，并且均匀分布，即相邻两个调向缸7的圆心角为90度。比如，其中2个调向缸7可水平正对分布，而另外2个调向缸7可垂直正对分布。

如图2-图4所示，图2为图1中所示的调向缸调节锤头垂直向上扬升的结构示意图，图3为图1中所示的调向缸调节锤头垂直向下俯冲的结构示意图，图4为图1中所示的调向缸调节锤头水平左右偏转的结构示意图。

当分布于上方的调向缸7垂直向上伸出时，伸缩杆抵接潜孔顶壁，继续施加压力后则对调向缸7本身产生正向反力，从而对壳体2形成垂直向下的压力，使得壳体2的外端(图示右端)向下压并翻转，而调向块6作为支点，壳体2的两端形成“跷跷板”式结构，如此壳体2的里端(图示左端)则向上抬头，改变了锤头3的冲击方向。而其余方向上的调向块6的调向原理相同，此处不再赘述。

在关于撑紧机构1的一种优选实施方式中，该撑紧机构1主要包括撑紧盾101和撑靴102。其中，撑紧盾101具体可呈圆形框体等结构，撑靴102设置在撑紧盾101上或内部，撑靴102的底部设置有伸缩结构，并且一般垂直立设在撑紧盾101上，当伸缩结构外伸时，撑靴102将伸出撑紧盾101并与潜孔开口端附近的内壁紧密抵接并压紧。此处优选地，该撑靴102可具有一定弹性，可产生一定程度的弹性形变，如此即可在正压力的作用下提高对潜孔内壁的压紧程度。

在关于冲击发生机构4的一种优选实施方式中，该冲击发生机构4主要包括冲击器401、气动马达402和高压气管403。其中，冲击器401的首端连接在锤头3的尾端上，主要用于对锤头3产生沿轴向的冲击力。气动马达402连接在冲击器401的尾端上，主要用于产生冲击力并传递至冲击器401上。高压气管403与气动马达402的气道连通，主要用于为气动马达402提供气源动力。如此，在高压气管403提供的压缩气体的高压作用下，气动马达402产生源源不断的冲击力作用在冲击器401上，使得冲击器401沿轴向往复冲击锤头3，带动锤头3同步运动。一般的，锤头3与冲击器401之间、冲击器401与气动马达402之间可通过石油钻杆接头螺纹连接。

进一步的，考虑到锤头3在作业时将产生巨大振动，为避免振动传递至壳体2上造成部件松动，本实施例在冲击器401与气动马达402之间增设了减振器404。如此，通过减振器404的形变吸收振动能量的特性，将锤头3作业时产生的振动大幅削弱，减小壳体2和内部的部件受到的振动影响。

更进一步的，考虑到在某些工况下，锤头3还需要同时进行旋转。为此，本实施例在气动马达402的尾端上增设了回转接头405，通过该回转接头405可与旋转驱动电机动力相连，从而将旋转运动传递至马达的输出轴上，进而传递至壳体2前端的锤头3上，带动锤头3进行同步旋转。

在关于冲击发生机构4的另一种优选实施方式中，该冲击发生机构4主要包括冲击器401、液压马达和压力油管。其中，冲击器401与前述实施例中的冲击器401作用相同，而液压马达依靠液压油工质进行工作，对冲击器401产生轴向冲击，而压力油管则为液压马达提供高压油。

另外，考虑到锤头3在冲击作业时，必然产生大量飞溅的碎渣，为防止碎渣飞溅至已开凿的潜孔通道内，本实施例在壳体2的前端外缘上设置了密封圈9。如此，通过密封圈9的密封作用即可将壳体2的内部腔体与外部的潜孔通道环境相隔离，保证碎渣只能掉入到壳体2内。

进一步的，为避免碎渣在壳体2内蓄积，本实施例在壳体2内增设了若干个吸渣管8，该吸渣管8可通过负压吸引作用将碎渣吸入管内，并排出至外界。同时，当冲击发生机构4使用高压气管403作为工质时，排出的压缩空气还能将碎渣吹入到吸渣管8内。

在关于推进机构5的一种优选实施方式中，该推进机构5主要包括推进缸501和防扭轴502。其中，该推进缸501的缸体连接在撑紧机构1上，并且可以在撑紧机构1上进行转动，同时该推进缸501的杆体连接在壳体2的内壁上，一方面可以通过杆体的伸缩运动带动壳体2进行轴向移动，另一方面在壳体2调向翻转时，缸体能够顺应其翻转进行对应方向的转动。而防扭轴502的两端分别连接在壳体2与撑紧机构1之间，主要用于承受壳体2调向翻转时产生的扭矩，防止调向失准。

本实施例还提供一种潜孔锤设备，主要包括机身和设置在机身上的冲击导向系统，其中，该冲击导向系统的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种潜孔锤设备的冲击导向系统，其特征在于，包括用于与潜孔内壁固定的撑紧机构(1)、活动连接于所述撑紧机构(1)前端的壳体(2)、可轴向移动地设置于所述壳体(2)前端的锤头(3)、设置于所述壳体(2)内并用于驱动所述锤头(3)沿轴向往复冲击运动的冲击发生机构(4)、设置于所述撑紧机构(1)上并用于驱动所述壳体(2)沿其轴向移动的推进机构(5)、分布于所述壳体(2)的周向外壁上并与潜孔内壁抵接的若干个调向块(6)，以及设置于所述壳体(2)的周向外壁上、用于与潜孔内壁相抵接的若干个调向缸(7)，各所述调向块(6)与潜孔内壁抵接的表面为弧形面，且各所述调向缸(7)的伸缩方向为所述壳体(2)的径向。

2.根据权利要求1所述的冲击导向系统，其特征在于，所述撑紧机构(1)包括撑紧盾(101)和可垂向伸缩地设置于所述撑紧盾(101)上、用于压紧潜孔内壁的撑靴(102)。

3.根据权利要求2所述的冲击导向系统，其特征在于，所述冲击发生机构(4)包括连接于所述锤头(3)尾端的冲击器(401)、连接于所述冲击器(401)尾端的气动马达(402)、与所述气动马达(402)的气道连通的高压气管(403)。

4.根据权利要求2所述的冲击导向系统，其特征在于，所述冲击发生机构(4)包括连接于所述锤头(3)尾端的冲击器(401)、连接于所述冲击器(401)尾端的液压马达、与所述液压马达连通的压力油管。

5.根据权利要求3所述的冲击导向系统，其特征在于，所述冲击发生机构(4)还包括连接于所述冲击器(401)与所述气动马达(402)之间的减振器(404)。

6.根据权利要求5所述的冲击导向系统，其特征在于，所述冲击发生机构(4)还包括连接于所述气动马达(402)的尾端上、用于使所述锤头(3)周向旋转的回转接头(405)。

7.根据权利要求6所述的冲击导向系统，其特征在于，所述壳体(2)内还设置有若干条用于将所述锤头(3)冲击时产生的碎渣吸出的吸渣管(8)。

8.根据权利要求7所述的冲击导向系统，其特征在于，所述壳体(2)的前端外缘上设置于有用于将其内部腔体与外界环境隔离的密封圈(9)。

9.根据权利要求8所述的冲击导向系统，其特征在于，所述推进机构(5)包括推进缸(501)和防扭轴(502)，所述推进缸(501)的缸体转动连接在所述撑紧机构(1)上，所述推进缸(501)的杆体连接在所述壳体(2)的内壁上，所述防扭轴(502)的两端连接在所述壳体(2)与所述撑紧机构(1)之间，以承受调向时产生的扭矩。

10.一种潜孔锤设备，包括机身和设置于所述机身上的冲击导向系统，其特征在于，所述冲击导向系统具体为权利要求1-9任一项所述的冲击导向系统。