CN104847270A - 一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，与现有技术相比解决了钻头在实际使用时可靠性差的缺陷。本发明包括钻具和钻头，所述钻具的内螺纹为粗牙螺纹结构，钻头包括钻头体，钻头体的一端连接有外螺纹接口，外螺纹接口为粗牙螺纹结构，钻头通过外螺纹接口安装在钻具上；钻头体的另一端固定安装有胎体凸台，胎体凸台上焊接胎体，胎体的数量至少为2个，相邻的胎体之间均设有水口，水口的高度与胎体相同。本发明通过改变钻头的结构设计，提高了钻头的使用可靠性。

Description

一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件

技术领域

本发明涉及钻机设备技术领域，具体来说是一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件。

背景技术

背包式岩芯钻机是近年由国外引进的一款便携式轻便钻机，它携带轻便（整套设备全部放在一个双肩背包中），操作简便（作业时仅单人即可完成勘探取样工作），适用于山区、丘陵等交通不便、水源缺乏地区的浅层地质勘查取样，可取代槽探、井探等费时费力的勘探方法，与机钻相比，具有“携带方便、操作简单、钻孔快捷”的特点，主要用于岩石层钻进。

该设备工作原理如下：由一台小型发动机输出动力，经变速箱、离合器带动连接的钻杆、钻具、金刚石在岩石表面回转钻进；供水系统同步工作，即用泵通过变水接头将水通过钻杆、钻具、钻头内腔送入孔底做为冲洗液冲排钻进产生的岩粉和冷却钻头，冲洗液经钻头底部沿钻头、钻具、钻杆的外壁与钻孔间歇返回孔口，实现正循环方式供水。钻头在钻进过程中，钻头唇面在岩面高速旋转钻进，钻头胎体不断磨损，金刚石不断出露克取岩石成岩粉，类似于砂轮磨削金属材料，冲洗液以正循环方式不断冲排岩粉和冷却钻头。其钻头采用孕镶人工金刚石，电镀加工成型；钻头胎体分无水槽、两水槽和三水槽等多种规格（按随岩石硬度增加而减少水口选用）；钻头与钻具采用细牙螺纹连接。

在实际使用中发现，背包式岩芯钻机的钻头、钻具磨损非常严重，常发生烧钻、掉钻和错丝现象，钻头报废率高，如图1、图2和图3所示，存在以下问题：

1、钻头与钻具接头使用细牙螺纹连接且连接长度短，在钻具、钻头丝扣部位稍有磨损变形，就会出现安装（拆卸）错扣和钻进时掉钻头现象，导致钻头、钻具甚至钻孔报废；

2、钻头胎体唇面较薄，金刚石浓度无法过高，导致胎体耐磨性差，特别是钻进极硬岩时若选用无水槽规格时，易造成钻头冷却不及时造成烧钻；

3、胎体水槽宽度窄，导致岩粉排除不及时造成钻具钻头磨损严重，钻头冷却不及时易造成烧钻，钻进时需不断提钻冲洗钻孔，钻进效率降低；

4、胎体水槽高度低，当胎体磨损一半高度时基本没有水口，继续使用由于岩粉无法排除，钻头无法及时冷却，造成胎体迅速磨损或者烧钻，钻头很快报废，无法正常使用；

5、钻头基本无内出刃，外出刃较小，造成钻进过程中钻孔与钻具、芯样与钻具的间隙较小，导致钻具磨损大；

6、钻头体长度过短，钻进过程中由于孔底粗粒岩粉沉淀多，高速钻进过程造成钻具与钻头连接丝扣部位磨损严重且易变形；

7、由于钻头胎体采用电镀方式加工，胎体水槽高度设置不能过大，钻进过程胎体与钻头体连接强度较差，在连接处易崩断。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中钻头在实际使用时可靠性差的缺陷，提供一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，包括钻具和钻头，所述钻具的内螺纹为粗牙螺纹结构，钻头包括钻头体，钻头体的一端连接有外螺纹接口，外螺纹接口为粗牙螺纹结构，钻头通过外螺纹接口安装在钻具上；

钻头体的另一端固定安装有胎体凸台，胎体凸台上焊接胎体，胎体的数量至少为2个，相邻的胎体之间均设有水口，水口的高度与胎体相同。

所述胎体凸台的内径小于钻头体的内径，胎体凸台的外径大于钻头体的外径。

所述的水口和胎体的俯视面均呈扇面结构。

所述水口的弧长为胎体的九分之二至九分之四。

所述的胎体为2个，水口的圆心角为50度至70度。

所述的胎体为3个，水口的圆心角为30度至50度。

所述胎体的厚度为钻头成孔直径的12%-20%。

所述胎体的厚度为4.5mm。

所述的外螺纹接口的长度与钻头体相同。

所述钻头体的壁厚为2.25mm，钻头体的长度与钻头外径比为1.3，钻头的内出刃和外出刃均为1mm。

有益效果

本发明的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，与现有技术相比通过改变钻头的结构设计，提高了钻头的使用可靠性，适用于各类小口径便携式钻机，具有较好的通用性，极大降低了使用成本，提高了使用效率。具有结构简单、成本低廉、使用便携的特点。

附图说明                      

图1为现有技术中钻头的结构立体图；

图2为图1的剖视立体图；

图3为现有技术中钻头横向状态时的正视图；

图4为本发明的结构立体图；

图5为图3的剖视立体图；

图6为本发明的正视图；

图7为图5的A面剖视图；

图8为本发明的使用示意图；

其中，1-唇面、2-胎体、3-水口、4-钻头体、5-外螺纹接口、6-钻具、7-胎体凸台、8-钻头。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图4、图5、图6和图7所示，本发明所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，包括钻具6和钻头8，钻头8安装在钻具6上，利用唇面1在岩面高速旋转，达到钻进取样的目的。钻具6的内螺纹为粗牙螺纹结构，用于配合外螺纹接口5，粗牙螺纹结构其螺距、螺纹深度更大，连接更牢固。钻头8包括钻头体4，钻头体4的一端连接有外螺纹接口5，外螺纹接口5可以为直接在钻头体4上加工而成，与钻头体4为一体结构。外螺纹接口5为粗牙螺纹结构，钻头8通过外螺纹接口5安装在钻具6上。外螺纹接口5可以采用矩形粗螺纹，加大其螺距，加长螺纹段长度，保证了钻头8与钻具6的连接性，避免钻进错丝的发生，降低了螺纹加工工艺要求。并且在对钻头体4进行粗牙螺纹制作时，无需精细化作业，钻头体4的材质也可以选用通用的钻头材料，如钢管的材质即可。

钻头体4的另一端固定安装有胎体凸台7，胎体凸台7可以焊接在钻头体4上，或直接与钻头体4为一体化结构。胎体凸台7用于焊接胎体2而设计，胎体凸台7的内径小于钻头体4的内径，胎体凸台7的外径大于钻头体4的外径，针对钻头体4内圈和外圈均凸出一截，即胎体2安装在胎体凸台7上时针对钻头体4内圈和外圈均凸出一截，形成了钻头8的内出刃和外出刃。钻头8的内出刃和外出刃宜为1mm，这样在钻进过程中，钻孔与钻具6外壁之间的间隔加大了、芯样与钻具6内壁之间的间隔也同样加大了，减少了钻进作业对钻具6的磨损。

胎体凸台7上焊接胎体2，在此胎体2可以不采用电镀方式制作，采用热熔加工工艺，胎体2采用高浓度低品质人造金刚石，胎体2直接采用铜焊方式安装在胎体凸台7上即可。胎体2的数量至少为2个，根据不同地质需要可以设计为2个、3个或4个。相邻的胎体2之间均设有水口3，即若为2个胎体2的情况下，水口3的数量则为2个；若为3个胎体2的情况下，水口3的数量则为3个。水口3的高度与胎体2相同，即水口3的高度加大了，水口3的一端与胎体2平齐，另一端则与胎体凸台7平齐。通过增加水口3的高度，将其与胎体2同高，使得在胎体磨损严重的情况下，水口3仍能及时排除岩粉，提高了钻头的使用寿命。

为了增加钻头8的钻进效果，水口3从俯视面看可以设计为扇面结构，由于水口3为扇面结构，则胎体2从俯视面看也同样为扇面结构。将水口3和胎体2设计为扇面结构，使得钻头8在钻进过程中，不仅利用唇面1进行研磨钻进，还可以利用胎体2的侧面（水口3位置）进行位于钻头8侧部的研磨，从而扩大了钻孔与钻具6之间的间隔，更好地减少对钻具6的磨损，方便取芯，同时扇形水口使得冲洗液更易带出岩粉沿钻具外壁带出钻孔。水口3的弧长可以为胎体2弧长的九分之二至九分之四，最好可以为三分之一，即加大了水口3的宽度，提高了岩粉排出效率和迅速冷却钻头，降低胎体磨损，减少烧钻的发生，同时也有效减少提钻冲洗次数。其中，当胎体2设计为2个时，水口3的圆心角可以为50度至70度，最好为60度；当胎体2设计为3个时，水口3的圆心角可以为30度至50度，最好为40度，形成水口3和胎体2均为扇面结构的设计。

胎体2的厚度可以为钻头8成孔直径的12%-20%，最好为16%，胎体2的厚度最好可以为4.5mm。胎体2厚度的增加，即代表唇面1的增加，在拥有水口3的情况下，胎体2可采用较高的金刚石浓度，提高钻进效率和提高胎体耐磨性，避免无水槽时易造成的烧钻现象。外螺纹接口5的长度与钻头体4相同，或者可以设计外螺纹接口5的长度接近钻头体4，进一步的保证了钻头8与钻具6的连接可靠。钻头体4的壁厚可以为2.25mm，钻头体4的长度与钻头8外径比为1.3。通过加大钻头体4的壁厚和长度，使得钻进过程中沉淀的粗粒岩粉仅磨损钻头体4，避免对钻具6及钻具6与钻头8连接丝扣部位的磨损。

如图8所示，在实际使用时，钻头8进行钻进作业，钻头8的唇面1在岩面高速旋转钻进，钻头8的胎体2不断磨损，金刚石不断出露克取岩石成岩粉，（类似于砂轮磨削金属材料）冲洗液以正循环方式不断冲排岩粉和冷却钻头，最终达到岩石取芯目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，包括钻具（6）和钻头（8），其特征在于：所述钻具（6）的内螺纹为粗牙螺纹结构，钻头（8）包括钻头体（4），钻头体（4）的一端连接有外螺纹接口（5），外螺纹接口（5）为粗牙螺纹结构，钻头（8）通过外螺纹接口（5）安装在钻具（6）上；

钻头体（4）的另一端固定安装有胎体凸台（7），胎体凸台（7）上焊接胎体（2），胎体（2）的数量至少为2个，相邻的胎体（2）之间均设有水口（3），水口（3）的高度与胎体（2）相同。

2.根据权利要求1所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述胎体凸台（7）的内径小于钻头体（4）的内径，胎体凸台（7）的外径大于钻头体（4）的外径。

3.根据权利要求1所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述的水口（3）和胎体（2）的俯视面均呈扇面结构。

4.根据权利要求3所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述水口（3）的弧长为胎体（2）的九分之二至九分之四。

5.根据权利要求3所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述的胎体（2）为2个，水口（3）的圆心角为50度至70度。

6.根据权利要求3所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述的胎体（2）为3个，水口（3）的圆心角为30度至50度。

7.根据权利要求1所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述胎体（2）的厚度为钻头（8）成孔直径的12%-20%。

8.根据权利要求1所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述胎体（2）的厚度为4.5mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述的外螺纹接口（5）的长度与钻头体（4）相同。

10.根据权利要求1所述的一种用于背包式岩芯钻机的钻头组件，其特征在于：所述钻头体（4）的壁厚为2.25mm，钻头体（4）的长度与钻头（8）外径比为1.3，钻头（8）的内出刃和外出刃均为1mm。