CN104234629A - 一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于冰川钻探多层立体刀面钻头,其特征是:钻头与上层刀头连接,上层刀头居于钻身内,钻身呈筒体,筒体下部有三位刀头和钻身底部螺旋触面,三位刀头与钻身底部螺旋触面之间的夹角为45°,三位刀头在筒体底部呈120°等距间隔。下层刀头位于筒体内下部与筒壁连接,并与筒壁呈135°夹角,下层刀头所在平面与上层刀头所在平面相互交错。本发明设计钻身底部螺旋触面提高了钻孔作业的稳定性和安全性,上层刀头与下层刀头加强了钻头的使用寿命及破石碎冰能力,加之圆筒钻身保证了碎冰的垂直向上的抽离能力及钻孔孔径。
Description
技术领域
本发明属于汽油冰川花杆钻的钻头,是冰川物质平衡野观测作业点布设中使用的仪器配件,属于机械领域。
背景技术
冰川/冰盖作为气候变化的指示器,储存了全球淡水资源的75%,是气候变化及干旱区水文水资源研究的关注热点,具有重要的科学价值和社会意义。作为描述冰川特征和衡量冰川变化最基本的物理量,冰川物质平衡是联系大气圈-冰冻圈-水圈相互作用的关键要素。研究物质平衡变化及其与气候、水文间的关系亦成为最为当前气候、海洋、冰冻圈等学科关注的热点领域,也是国际“气候与冰冻圈研究计划”(CliC)、“全球变化与陆地生态计划”(LUCC)及中“国际冰川协会”(IGS)优先考虑的关键科学问题之一。花杆法是冰川学中物质平衡测量最传统、最基本的方法,也是最耗时、耗力、耗人的野外环节。在冰川上均匀布设和补充花杆,特别是对于半定位、定位监测的冰川,能高效、快捷且较少人参与的布置多根深度在3m左右(对于一般冰川而言,年消融量<3000mm.w.e.a)的花杆,是连续、均匀获取冰川物质平衡的关键所在。
目前,在山地冰川上多使用产生高压水蒸气的蒸汽钻钻取花杆孔。这种高压水蒸气的蒸汽钻存在负重大、操作时间长、操作人员多,危险性较高等一些不足。汽油冰川钻的发明,有效的克服了上述的不足。然而,这些钻的设计本身还存在一定问题,有待改进优化。例如其强劲的汽油动力,在冰面这样粗糙度较低的界面上垂直钻取,其安全性有待提升;此外,冰体中存在的碎石也有可能成为阻滞冰孔钻取的不利因素。因此,研制一种安全性高、能够破碎岩石、钻取强度大的钻头很有必要。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头。该钻头在用于冰孔钻取作业时具有安全、稳定、破碎岩石能力强的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头,主要包括:钻头与钻杆的衔接处、钻身、三位刀头、钻身底部螺旋触面、上层刀头和下层刀头。钻头与钻杆的衔接处与上层刀头连接,上层刀头居于钻身内,钻身呈筒体,筒体下部有三位刀头和钻身底部螺旋触面,三位刀头与钻身底部螺旋触面之间的夹角为45°,三位刀头在筒体底部呈120°等距间隔。下层刀头居于筒体内下部与筒壁连接,并与筒壁呈135°夹角,下层刀头所在平面与上层刀头所在平面相互交错。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
1、 三位刀头采用高强度钢轨硬质合金材质制作,提升了破碎岩石的能力。该三位刀头在筒体底面以120°等间距分布,保证了光滑面钻孔作业的稳定性和安全性。
2、三位刀头与螺旋触面呈45°夹角,从力学角度最大程度传递了垂直钻取作用力。
3、 圆筒钻身设计保证钻孔的孔径,同时增强了碎冰的抽离能力。
4、圆筒钻身内部的下层刀头与上层刀头交错设计,一方面实现了一定空间内的多碎冰触面,另一方面,也保证了下层钻刀毁坏的情形下上层刀头继续破冰。圆筒钻身、上层刀头和下层刀头相互配合,增强了碎冰在垂直向方向上的抽离能力。
5、本发明提高冰川钻探的效率,为气候变化及干旱区水文水资源研究提供了器械支撑。
附图说明
图1是本发明的钻身示意图。
图2是图1中A-A的俯视图。
图3是图1中B-B的仰视图。
图4是图1中侧视图。
图5是钻头与钻杆连接图。
图中:1、钻头;2、钻身;3、三位刀头; 4、钻身底部螺旋触面;5、上层刀头;6、下层刀头。
具体实施方式
下面,结合附图,对本发明的技术方案再作进一步的说明:
如图1-5所示,一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头,主要包括:钻头与钻杆的衔接处1、钻身2、三位刀头3、钻身底部螺旋触面4、上层刀头5和下层刀头6。钻头与钻杆的衔接处1与上层刀头5连接,上层刀头5置放于钻身2内,钻身2呈筒体,筒体下部由三位刀头3和钻身底部螺旋触面4围成。三位刀头3与钻身底部螺旋触面4之间的夹角为45°,三位刀头3在筒体底部呈120°等距间隔。下层刀头6位于筒体内下部与筒壁连接,并与筒壁呈135°夹角,下层刀头6所在平面与上层刀头5所在平面相互交错。
在钻取过程中,钻头与钻杆连接,钻身2底部的三位刀头3接触雪冰面,钻身底部螺旋触面4沿旋转方向,接触雪冰面,内置下层刀头6和内置上层刀头5先后触冰破冰,同时在旋转的过程中有效地将碎冰携带抽离出钻身2,并沿螺旋钻杆抽离。上层刀头5;下层刀头6采用高强度钢轨硬质合金材质制作,在钻取过程中有效处理遭遇碎石的突发情况。
Claims (1)
1.一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头,主要包括:钻头与钻杆的衔接处(1)、钻身(2)、三位刀头(3)、钻身底部螺旋触面(4)、上层刀头(5)和下层刀头(6);其特征是:钻头与钻杆的衔接处(1)与上层刀头(5)连接,上层刀头(5)居于钻身(2)内,钻身(2)呈筒体,筒体下部有三位刀头(3)和钻身底部螺旋触面(4),三位刀头(3)与钻身底部螺旋触面(4)之间的夹角为45°,三位刀头(3)在筒体底部呈120°等距间隔,下层刀头(6)居于筒体内下部与筒壁连接,并与筒壁呈135°夹角,下层刀头(6)所在平面与上层刀头(5)所在平面相互交错。
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