CN102985230A - 钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻机，该钻机包括钎柄适配器（3）；具有前端面（18）的减震活塞（5）；用于减震活塞（5）的止挡端面（14）；具有前端面（16）的旋转夹盘衬套（4）；用于旋转夹盘衬套的止挡端面（17）；具有带有前端面（19）的制动挡圈（10）的冲击活塞（2）；和用于在空载冲击期间制动冲击活塞（2）的冲击速度的制动腔（8），该制动腔（8）具有后边缘（21）。根据本发明，减震活塞的实际空载冲击行程长度（L1、L2）比冲击活塞的空载冲击制动距离（L3）长，其中，减震活塞的实际空载冲击行程长度（L1、L2）是减震活塞的空载冲击行程长度（L1）和旋转夹盘衬套的空载冲击行程长度（L2）中较短的一个。

Description

钻机

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的钻机。

背景技术

冲击式岩石钻机包括壳体，在该壳体中，冲击活塞前后移动并且撞击在钎柄适配器。另外，进给力从进给部还按照来自旋转马达的的旋转通过驱动件传递至该钎柄适配器。冲击能、进给力和旋转随后从钎柄适配器通过一个或若干个钻杆或钻头传递至岩石，从而形成钻孔。

一个或若干个减震活塞被放置成与旋转夹盘衬套接触，该旋转夹盘衬套进而在某些时段与钎柄适配器接触。减震活塞的主要功能是吸收反射的冲击波并将其转换为热量。另外，减震活塞帮助将钎柄适配器放置在适当的位置中，以为下次冲击做好准备。在借助于钻机的进给部进行的钻探期间，钎柄适配器被压到钻机中。在钻机内，钎柄适配器通过旋转夹盘衬套接触该减震活塞，由此减震活塞平衡来自进给部的力。

止挡环用作用于钎柄适配器的向前轴向运动的端部止挡件。在没有将钎柄适配器压入到钻机中的进给力的情况下，钎柄适配器可向前行进，直到它接触止挡环。这可发生例如在钻头遇到岩石中的空穴的情况中、或需要使钻杆之间的螺纹免受锤击的情况中。在钻头不再与岩石接触的情况下，钎柄适配器可在止挡环与旋转夹盘衬套之间随意地移动。如果冲击活塞在该位置中进行冲击，则钎柄适配器将以不可控的方式在止挡环与旋转夹盘衬套之间反跳。这会导致钻机前部的元件受损。

发明内容

本发明的目的是通过一种钻机来解决现有技术的问题，该钻机具有正常冲击位置和空载冲击位置，在该正常冲击位置中，该钻机的部件位于用于冲击岩石的位置中，在该空载冲击位置中，空载冲击是对空气进行的冲击。该钻机包括下列部件：钎柄适配器；具有前端面的减震活塞；用于减震活塞的止挡端面；具有前端面的旋转夹盘衬套；用于旋转夹盘衬套的止挡端面；具有带有前端面的制动挡圈的冲击活塞；和用于在空载冲击的情况下制动冲击活塞的冲击速度的制动腔，该制动腔具有后边缘。

根据本发明，该减震活塞具有空载冲击行程长度，该空载冲击行程长度被定义为减震活塞的止挡端面与减震活塞的前端面在钻机处于正常冲击位置时所处的位置之间的距离。该旋转夹盘衬套具有空载冲击行程长度，该空载冲击行程长度被定义为旋转夹盘衬套的止挡端面与旋转夹盘衬套的前端面在钻机处于该正常冲击位置时所处的位置之间的距离。减震活塞的实际空载冲击行程长度是减震活塞的空载冲击行程长度和旋转夹盘衬套的空载冲击行程长度中较短的一个。该冲击活塞具有空载冲击行程长度，该空载冲击行程长度被定义为制动腔的后边缘与制动挡圈的前端面在钻机处于正常冲击位置时所处的位置之间的距离。

减震活塞的实际空载冲击行程长度比冲击活塞的空载冲击制动距离长。其优点是在空载冲击的情况下钎柄适配器不能向后弹回通过任何相当长的距离。在空载冲击发生之前，冲击活塞具有足够的时间进行制动，并且这以简单且有效的方式降低了对钻机造成损坏的风险，并延长了钻机的寿命。冲击活塞的冲击速度在空载冲击发生之前被制动至冲击速度的40%-60%、优选地50%是适当的。减震活塞的空载冲击行程长度比旋转夹盘衬套的空载冲击行程长度短是优选的。

附图说明

现将借助于优选实施方式并参考附图更为详细地描述本发明，附图为：

图1在横截面中示出了第一实施方式；

图2在横截面中示出了第二实施方式。

具体实施方式

图1和图2示出了用于在岩石中钻探的钻机的不同实施方式，该钻机包括多个部件。附图已被略微地缩短，使得细节不会变得过小。钻机的前端被定义为紧靠在岩石上使用的端部，而钻机的后端被定义为背离该岩石使用的端部。钻机包括壳体1，冲击活塞2是可在该壳体1中以往复运动移位的。冲击活塞2通过冲击作用在钎柄适配器3的后端面11上，其中，钎柄适配器3连接至未在图中示出的钻杆和同样未在图中示出的钻头。通过旋转夹盘20和驱动件15而将旋转传递至钎柄适配器3。钻机还受到前向进给力的影响。钎柄适配器3通过钻杆和钻头将冲击能、进给力和旋转传递至岩石。

在径向方向上位于适配器的冲击接收后端面11的外侧的表面处，钎柄适配器3具有用于旋转夹盘衬套4的前端面16的接触区域12。旋转夹盘衬套4还具有后端面13，该后断面13进而受到减震活塞5的影响。在图1的示例中，减震活塞5环绕旋转夹盘衬套4，但减震活塞5还可单独地影响旋转夹盘衬套4的后端面13，如图2中所示。还存在可使用的双减震活塞的其它变型。减震活塞5和旋转夹盘衬套4主要作为单个单元移动并且可由此被单个单元所替换。然而，使其作为分离的单元具有经济优势和耐用性的优势。减震活塞5进而受到一个或若干个减震腔6中的一个或若干个驱动区域上的液压流体的影响。

在正常的钻探期间，减震活塞5具有下列功能（其若干个变型是可能的）：该钻机受到朝向岩石的前向进给力的影响。在第一阶段中，在钻头和岩石之间有接触，同时冲击活塞2向前移动。减震活塞5与旋转夹盘衬套4相结合帮助平衡该进给力，从而将钎柄适配器3保持在适当的位置中，以为冲击做好准备。在第二阶段中，冲击活塞2继续向前并冲击在钎柄适配器3上。这是图1和图2中所示的阶段。钻机的部件随后处于其正常的冲击位置中。冲击导致钻柱和钻头向前移动到岩石中。同时，钎柄适配器3与旋转夹盘衬套4之间的接触消失。

在第三阶段中，冲击活塞2反转其方向并向后移动。到减震腔6中的减震活塞5的驱动区域的持续油流迫使减震活塞5向前压靠在旋转夹盘衬套4上，这恢复了旋转夹盘衬套4与钎柄适配器3的接触。在第四阶段中，进给力迫使钻机不断向前，但是来自岩石的反作用力导致钎柄适配器3、旋转夹盘衬套4和减震活塞5向后移动。当减震活塞5在减震腔6中向后移动时，减震腔6中的油被压缩，从而制动该运动并将该运动转换成热量。

只要该钻头与岩石接触，该减震作用就顺利执行。

止挡环7设置成保护钎柄适配器3。如果钻头冲击空气而非岩石——称之为空载冲击或后锤击（back hammering）——由于例如钻头遇到岩石中的空穴，或者由于有必要使钻杆之间的螺纹免受锤击，止挡环7部分地防止钎柄适配器3沿轴向方向向前移动得过多，并且这降低了损坏的危险。

在空载冲击期间发生的是冲击活塞2冲击在钎柄适配器3上，使得钎柄适配器3向前移动而不被岩石止挡，并且钎柄适配器3改为被止挡环7所阻止。继发的情况随后被随机地确定。由此不存在被定义好的正常的空载冲击位置。或者钎柄适配器3向前保持处于止挡环7、或者钎柄适配器3向后弹回或长或短的一定距离。

如果冲击活塞2以未减小的力再次冲击在钎柄适配器3上，则钻机的前部中产生损坏是可能的。在钎柄适配器3保持处于止挡环7处的前向位置处的情况下，可在冲击之前制动该冲击活塞2。这在带有后部边缘21的制动腔8的帮助下发生。图2中的制动腔8是非常窄的。

冲击活塞2具有带有前端面19的制动挡圈10。在对岩石进行正常冲击的情况下，适当的是该正常位置使得冲击活塞2对于致动挡圈的前端面19而言并未向前移动足够远以经过制动腔的后边缘21，并且由此未发生制动。在对岩石进行正常冲击期间发生制动并不是合乎需要的。

然而，在发生空载冲击的情况下，如果钎柄适配器3继续向前设置于止挡环7处，则冲击活塞2在冲击发生之前就必须移动较长的距离。这意味着制动挡圈10的前端面19经过制动腔的后边缘21。当制动挡圈的前端面19已经经过了制动腔的后边缘21时，制动腔8中的油被压缩，并且这制动该冲击活塞2，使得在冲击发生前降低冲击速度。空载冲击行程长度L2被定义为制动腔的后边缘21与处于正常冲击位置处的制动挡圈的前端面19的位置之间的距离L2，即制动挡圈的前端面19可从正常冲击位置移动至制动腔的后边缘21的距离L2。

如果钎柄适配器3继续向前设置于止挡环7处，则这本身最好地起作用，但是如果钎柄适配器3已经弹回通过过长的距离，则冲击活塞2以全力冲击该钎柄适配器3。

然而，在发生空载冲击的情况下，本发明通过防止钎柄适配器3能够弹回通过过长的距离来防止冲击活塞2能够以全力冲击该钎柄适配器3。

减震活塞的空载冲击行程长度L1被定义为用于减震活塞的止挡端面14与减震活塞的前端面16在钻机处于正常冲击位置时所处的位置之间的距离L1，即减震活塞5可从正常冲击位置至减震活塞的止挡端面14向前移动的最大距离L1。减震活塞的止挡端面14设置于旋转夹盘20的后端面处，如图1和图2中所示，或设置于壳体1处是适当的。

通过旋转夹盘衬套4来阻挡减震活塞5的运动，旋转夹盘衬套的前端面16抵靠在驱动件的后端面17上，或者通过用于旋转夹盘衬套4的另一止挡端面17来阻挡减震活塞5的运动也是可能的。然而，由于驱动件15通常不如旋转夹盘20或壳体1抵抗磨损的效果好，因此这是较差的解决方案。旋转夹盘衬套的空载冲击行程长度L2被定义为旋转夹盘衬套的止挡端面17与旋转夹盘衬套的前端面16在钻机处于正常冲击位置时所处的位置之间的距离L2，即旋转夹盘衬套4（以及由此减震活塞5）可从正常冲击位置至旋转夹盘衬套的止挡端面17向前移动的最大距离L2。也可以设想到带有类似功能的其它设计。

注意，表述“端面”并不以如此受限的方式解释成它仅限定具有垂直于钻机的轴线的平面的端面。这些端面可在不同的部件上具有不同的外观，如可在图1和图2中所看到的那样。所指示的距离是最短距离，即部件4、5在其受迫停止之前将会能够移动的距离。

减震件的实际空载冲击行程长度L1、L2被定义为减震活塞的空载冲击行程长度L1和旋转夹盘衬套的空载冲击行程长度L2中的较短的一个。由此在实际操作中，正是减震件的实际空载冲击行程长度L1、L2限制了减震活塞5可在空载冲击发生时移动的距离。

如上文中已经解释清楚的那样，在冲击之前和冲击期间，减震活塞5和旋转夹盘衬套4将钎柄适配器3保持在正确的位置中。在发生空载冲击的情况下，当没有岩石以防止它时，减震活塞5向前移动，直到减震活塞5被该减震活塞的止挡端面14阻止、或者直到减震活塞5被旋转夹盘衬套4阻止，该旋转夹盘衬套4进而由旋转夹盘衬套的止挡端面17阻止。根据发明，减震活塞的实际空载冲击行程长度L1、L2比空载冲击制动长度L3长。这确保了在发生空载冲击时钎柄适配器3不能弹回通过不确定的距离。为了更加精确，确保在冲击发生前制动挡圈的前端面19具有足够的时间经过制动腔的后边缘21，即在冲击发生前无论钎柄适配器3恰好位于何处，冲击活塞2总是具有足够的时间进行制动。

具有较大制动度的情形未必是一种优势。这会是根据环境进行判断的问题。偶尔会发生钻机被卡住的情况，并且在这种情况下，所想要的是能够在无需将钻机向后拉的同时，冲击钎柄适配器。

因此，能够制动冲击活塞使得该冲击活塞的冲击速度在空载冲击发生前降低约40%-60%、优选地50%，即从8m/s制动到4m/s会是适当的。然而，所有的制动显然具有一定的保护效果。

作为示例，空载冲击制动长度L3可以是约10mm，而减震活塞的实际空载冲击行程长度L1、L2是约15mm。

自然地，本发明并不限制于上述示例：它可在所附专利权利要求的范围内进行更改。

Claims (6)

1.一种钻机，所述钻机具有正常冲击位置和空载冲击位置，在所述正常冲击位置中，所述钻机的部件位于用于冲击岩石的位置中，在所述空载冲击位置中，空载冲击是对空气进行的冲击，所述钻机包括下列部件：

钎柄适配器（3）；

具有前端面（18）的减震活塞（5）；

用于所述减震活塞（5）的止挡端面（14）；

具有前端面（16）的旋转夹盘衬套（4）；

用于所述旋转夹盘衬套的止挡端面（17）；

具有制动挡圈（10）的冲击活塞（2），所述制动挡圈（10）具有前端面（19）；和

制动腔（8），所述制动腔（8）用于在空载冲击的情况下制动所述冲击活塞（2）的冲击速度，所述制动腔（8）具有后边缘（21）；

其特征在于

所述减震活塞（5）具有空载冲击行程长度（L1），所述空载冲击行程长度（L1）被定义为所述减震活塞的所述止挡端面（14）与所述减震活塞的所述前端面（18）在所述钻机处于所述正常冲击位置时所处的位置之间的距离（L1）；

所述旋转夹盘衬套（4）具有空载冲击行程长度（L2），所述空载冲击行程长度（L2）被定义为所述旋转夹盘衬套的所述止挡端面（17）与所述旋转夹盘衬套的所述前端面（16）在所述钻机处于所述正常冲击位置时的位置之间的距离（L2）；

所述减震活塞的实际空载冲击行程长度（L1、L2）是所述减震活塞的所述空载冲击行程长度（L1）和所述旋转夹盘衬套的所述空载冲击行程长度（L2）中较短的一个；

所述冲击活塞（2）具有空载冲击制动长度（L3），所述空载冲击制动长度（L3）被定义为所述制动腔的所述后边缘（21）与所述制动挡圈的所述前端面（19）在所述钻机处于所述正常冲击位置时的位置之间的距离（L3）；以及

所述减震活塞的所述实际空载冲击行程长度（L1、L2）比所述冲击活塞的所述空载冲击制动长度（L3）长。

2.如权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述钻机包括旋转夹盘（20），所述旋转夹盘（20）具有后端面（14），所述后端面（14）被设置为所述减震活塞的所述止挡端面（14）。

3.如权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述钻机包括壳体（1），所述减震活塞的所述止挡端面（14）设置在所述壳体（1）中。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的钻机，其特征在于，所述钻机包括驱动件（15），所述驱动件（15）的所述后端面（17）被用作所述旋转夹盘衬套的所述止挡端面（17）。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的钻机，其特征在于，所述减震活塞的所述空载冲击行程长度（L1）比所述旋转夹盘衬套的所述空载冲击行程长度（L2）短。

6.一种钻探设备，其特征在于，所述钻探设备包括如权利要求1-5中的任一项所述的钻机。

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