CN102900354A - 一种液压超高频振动动力头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压超高频振动动力头，涉及浅层钻孔取样领域，包括回转马达、联轴器、联轴器箱体、振动器、减振装置、主轴、动力头背板和托板，回转马达通过联轴器与主轴上端连接，主轴上下贯穿于振动器中，振动器通过减振装置与联轴器箱体的底板连接，振动器包括振动器箱体、主轴两侧对称设置的两组高速液压马达、偏心轴、同步带/同步轮强制同步机构、高速轴承冷却润滑装置，高速液压马达通过键联接驱动偏心轴旋转，两根偏心轴通过同步带/同步轮强制同步机构实现同步运转，能够实现对多种覆盖层的快速、高效的浅层钻孔取样，提高了钻进速度，便于推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压超高频振动动力头，尤其是指一种用于浅层钻孔取样钻机用液压超高频振动动力头。
背景技术
目前，在油气、资源勘探和基础设施建设中都需要进行大量的浅层钻孔取样工作，浅层钻孔取样基本上采用以回转钻进为主的地质岩心钻机，这类钻机钻孔取样时需要冲洗液（泥浆、空气或泡沫）冲洗钻孔，泥浆中的水容易进入样品，对样品进行污染，造成样品的检测结果失真。同时空气钻进带来了大量的粉尘污染，对操作人员的健康和环境均不利。此外，在西部干旱地区和很多水源难以进入的地区（例如尾矿坝）施工，回转钻进无法采用，采用不需冲洗液循环的振动钻进成为一种理想的方法。
振动钻进可以解决缺水地区的浅层钻孔取样难题，在覆盖层的钻进速度约为回转钻进的2~3倍；地质样品仅在管壁极小范围内有轻微扰动，取样质量高、无污染；同时振动钻进可以容易下入套管以防孔壁坍塌；遇到复杂地层时，使用振动器可以容易解决钻具卡钻问题。振动钻进的核心装置是振动器，传统振动器的振动频率较低，如：中国有色金属工业总公司矿产地质研究院1987年设计的CSG-24型多功能工程砂钻钻机，该机配备了双轴四轮偏心块式振动器，它的振动频率是1350转/分钟，即角频率为22.5转/秒（Hz）；它产生的最大激振力是22kN。江苏省无锡探矿机械总厂有限公司生产的G系列工程地质勘察钻机采用双偏心块式振动器，该系列钻机中的最大激振力仅50kN。上述传统振动装置中，两根连接偏心块的旋转轴之间为机械式齿轮传动，偏心块的转动速度慢、即振动频率低，从而产生的激振力偏小，导致钻孔取样深度浅、地层适应性差、钻进速度慢、施工效率低等问题。
发明内容
为克服现有振动钻机振动频率低、钻孔取样深度浅、地层适应性差的缺点，本发明的目的在于提供一种液压超高频振动动力头，能够实现对多种覆盖层的快速、高效的浅层钻孔取样，提高了钻进速度，且结构简单，易于维修，便于推广应用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种液压超高频振动动力头，包括回转马达、联轴器、联轴器箱体、振动器、减振装置、主轴、动力头背板和托板，回转马达通过联轴器与主轴上端连接，主轴上下贯穿于振动器中，振动器通过减振装置与联轴器箱体的底板连接，主轴下端连接钻杆和钻具，动力头背板连接在钻机桅杆的链条背板上，振动器包括振动器箱体、主轴两侧对称设置的两组高速液压马达、偏心轴、同步带/同步轮强制同步机构、高速轴承冷却润滑装置，高速液压马达通过键联接驱动偏心轴旋转，两根偏心轴间无机械齿轮传动，通过同步带/同步轮强制同步机构实现同步运转，偏心轴的两端安装有高速轴承，高速轴承设置在振动器箱体两侧的轴孔内，靠近动力头背板一侧的高速轴承由后端压盖定位，远离动力头背板一侧的高速轴承由高速马达安装座定位。
进一步地，所述同步带/同步轮强制同步机构，置于靠近动力头背板一侧，包括同步轮、导向轮、压紧轮和同步带，同步轮与同步轮轴键联接，同步轮轴与偏心轴键联接，同步带设置在同步轮上。
进一步地，所述高速轴承冷却润滑机构包括油杯、空气过滤器和吸风叶轮，通过油杯注入润滑脂对高速轴承进行润滑，偏心轴驱动吸风叶轮高速旋转，吸入空气，对高速轴承进行风冷。
进一步地，所述减振装置包括减振销轴和减振组件，减振销轴与联轴器箱体底板连接，减振组件穿于减振销轴上，将振动器产生的超高频振动与上方的联轴器箱体隔开，减振组件由金属橡胶或减振弹簧制成。
优选地，所述主轴下部还设置有托板，托板置于振动器下方，防止振动器突然掉落而造成人员伤害。
本发明的液压超高频振动动力头，高速液压马达驱动偏心轴高速旋转，工作转速一般在9000转/分钟以上，实现了超高频率的振动，较传统振动装置产生更大的激振力，提高了钻进速度和取样深度，高速液压马达可以实现振动频率的无级调节，根据地层的软硬变化调整振动频率，可以更好的适应各种覆盖层的浅层钻进取样工作，同步带/同步轮强制同步机构可以使偏心轴容易实现完全的同步运转，提高了振动器的工作效率。
附图说明 图1为本发明的整体结构示意图；
图2为液压超高频振动动力头振动器的右侧结构示意图；
图3为液压超高频振动动力头振动器的俯视结构示意图；
图4为液压超高频振动动力头振动器的左侧结构示意图； 具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
实施例1
图1示意性的示出了本发明优选实施例的结构，如图所示，本优选实施例包括回转马达1、联轴器2、联轴器箱体3、动力头背板4、主轴5、振动器9、减振装置和托板10，回转马达1通过联轴器2与主轴5上端连接，主轴上下贯穿于振动器9中，主轴5下端连接钻杆和钻具（图中未标出）。振动器9通过减振装置与联轴器箱体3的底板连接，动力头背板4连接在钻机桅杆的链条背板上，可以在钻机桅杆上上下滑动，达到钻进和提钻的目的。托板10起到安全作用，防止振动器突然掉落而造成人员伤害。
振动器9包括振动器箱体11、两个对称布置的高速液压马达20和偏心轴16、同步带/同步轮强制同步机构、高速轴承冷却润滑装置。高速液压马达20与偏心轴16之间通过平键或花键19联接，驱动偏心轴16高速旋转，两根偏心轴16的结构完全相同、独立对称布置，两者之间无机械齿轮传动，能够实现自同步运转。偏心轴16的转速可达12000转/分钟，即转动角频率为200转/秒（200 Hz），工作时，偏心轴16的转动角频率可在0~200Hz范围变化，偏心轴16的两端安装有高速轴承14，高速轴承14设置在振动器箱体11两侧的轴孔内，靠近动力头背板4一侧的高速轴承14由后端压盖12定位，远离动力头背板一侧的高速轴承由高速马达安装座18定位。
实施例2
在实施例2中，其他结构都与实施例1结构相同，不同之处在于：
同步带/同步轮强制同步机构，置于靠近动力头背板4一侧，包括同步轮21、导向轮24、压紧轮23和同步带22，同步带/同步轮强制同步机构能够确保两根偏心轴16的转速完全同步，更好的实现自同步运转。
实施例3
在实施例3中，其他结构都与实施例2结构相同，不同之处在于：所述高速轴承冷却润滑机构包括油杯13、空气过滤器15和吸风叶轮17。通过油杯13注入润滑脂对高速轴承14进行润滑，偏心轴16驱动吸风叶轮17高速旋转，吸入空气，对高速轴承14进行风冷。
实施例4
在实施例4中，其他结构都与实施例3结构相同，不同之处在于：所述减振装置包括减振销轴6和减振组件8，减振销轴6与联轴器箱体3的底板连接，减振组件8穿于减振销轴6上，将振动器9产生的超高频振动与上面的联轴器箱体3隔开。减振组件由金属橡胶或减振弹簧制成。
实施例5
本发明还提供了一种液压超高频振动动力头的工作过程，具体是：
本发明液压超高频振动动力头在使用时，钻机作用在动力头背板4上的钻进静压力（即给进力）向下依次传递给联轴器箱体3、减振装置、振动器9、主轴轴承7、主轴5，再传递到钻杆、钻具，钻具在给进静压力的作用下向下钻进，实现静压快速钻进成孔或取样；当钻进阻力较大、进尺缓慢或不进尺时，启动两个高速马达20旋转，两个高速马达20驱动两根偏心轴16高速旋转，转速相同，转向相反，转速可达12000转/分钟，偏心轴16在高速旋转时所产生的离心力在水平方向的分力大小相等，方向相反，即水平方向的分力抵消，而垂直方向的分力大小相等，方向相同，两个垂直方向的分力叠加，产生向下的振动力，振动力依次传递给高速轴承14、振动器箱体11、主轴轴承7、主轴5，再传递到钻杆、钻具，向下钻进，实现超高频振动钻进成孔或取样，该动力头可以提高钻进速度，钻柱不旋转、无需冲洗液循环，对样品无污染，对松散软地层的采取率高，完整性好，提高了岩土样品的原状性。
实施例6
在实施例6中，其他结构都与实施例5的工作方法相同，不同之处在于：向上提钻时，作用在动力头背板4上的起拔力向上依次传递给联轴器箱体3、减振装置、振动器箱体11、主轴轴承7、主轴5，再传递到钻杆、钻具，并向上提钻，将钻具提到地面。若钻机的提升力不足以将钻杆和钻具提升，可以同时利用偏心轴16产生的向上振动力依次传递给高速轴承14、振动器箱体11、主轴轴承7、主轴5的下端以及钻杆、钻具，进行提钻，可解决钻具的卡阻问题。
实施例7
优选地，本发明中主轴5的上端连接回转马达1，该回转马达为钻柱提供旋转动力。在取样时，回转马达不工作，当钻进取样到坚硬地层时，超高频振动钻进缓慢，或者出现如卡钻事故需要旋转钻杆处理孔内事故时，转换取样方法，启动回转马达，驱动主轴5、钻杆和钻具回转取样或处理孔内事故。此时液压超高频振动器不工作，与普通回转式动力头功能一样。该装置也能实现在回转马达工作的同时，启动高速马达，实现振动+回转的复合钻进取样，进一步提高钻进速度。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (5)
1.一种液压超高频振动动力头，包括回转马达、联轴器、联轴器箱体、振动器、减振装置、主轴、动力头背板和托板，其特征在于：回转马达通过联轴器与主轴上端联接，主轴上下贯穿于振动器中，振动器通过减振装置与联轴器箱体的底板连接，主轴下端连接钻杆和钻具，动力头背板连接在钻机桅杆的链条背板上，振动器包括振动器箱体、主轴两侧对称设置的两组高速液压马达、偏心轴、同步带/同步轮强制同步机构、高速轴承冷却润滑装置，高速液压马达通过键联接驱动偏心轴旋转，两根偏心轴间无机械齿轮传动，通过同步带/同步轮强制同步机构实现同步运转，偏心轴的两端安装有高速轴承，高速轴承设置在振动器箱体两侧的轴孔内，靠近动力头背板一侧的高速轴承由后端压盖定位，远离动力头背板一侧的高速轴承由高速马达安装座定位。
2.如权利要求1所述的一种液压超高频振动动力头，其特征在于：所述同步带/同步轮强制同步机构，置于靠近动力头背板一侧，包括同步轮、导向轮、压紧轮和同步带，同步轮与同步轮轴键联接，同步轮轴与偏心轴键联接，同步带设置在同步轮上。
3.如权利要求2所述的一种液压超高频振动动力头，其特征在于：所述高速轴承冷却润滑机构包括油杯、空气过滤器和吸风叶轮，通过油杯注入润滑脂对高速轴承进行润滑，偏心轴驱动吸风叶轮高速旋转，吸入空气，对高速轴承进行风冷。
4.如权利要求1所述的一种液压超高频振动动力头，其特征在于：所述减振装置包括减振销轴和减振组件，减振销轴与联轴器箱体底板连接，减振组件穿于减振销轴上，将振动器产生的超高频振动与上方的联轴器箱体隔开，减振组件由金属橡胶或减振弹簧制成。
5.如权利要求1所述的一种液压超高频振动动力头，其特征在于：所述主轴下部还设置有托板，托板置于振动器下方，防止振动器突然掉落而造成人员伤害。
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