CN105443036B - 一种高频液压动力头及应用该动力头的土壤修复取样钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高频液压动力头及应用该动力头的土壤修复取样钻机，高频液压动力头包括支撑架及设置在支撑架上的动力头传动箱、液压动力锤和传动轴，液压动力锤安装在动力头传动箱的上方，传动轴设置在动力头传动箱的内部，传动轴的下端连接有钻杆；动力头传动箱包括上支架、箱体、提管组件、拔管机构、托板组件、下支架、轴承和密封套。本发明设计合理，结构紧凑，通过合理的参数匹配，设计了独特的液压冲击锤，解决了原有土壤取样钻机标本的质量差的问题；特殊的传动轴解决了高频冲击和回转复合工作问题；动力头传动箱结构与转动轴巧妙地配合在一起，解决了冲击下压钻杆时推力传导路线和受力结构的优化问题。

Description

一种高频液压动力头及应用该动力头的土壤修复取样钻机

技术领域

本发明具体涉及一种高频液压动力头及应用该动力头的土壤修复取样钻机，属于工程机械的技术领域。

背景技术

振动钻孔技术是一种通过在钻孔过程中附加一种振动运动而改善钻削过程的加工技术，然而现有的振动钻孔机构中，大多结构复杂，工作机制不尽人意。

传统回转式钻机和传统低频钻机，在土壤取样及修复过程中，获得土壤标本的质量很差，破坏了其原有特性，无法满足检测研究及工程技术人员的要求。此外，现有钻机也存在高频冲击和回转复合工作问题以及冲击下压钻杆时推力传导路线和受力结构的优化问题等。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明提供了一种高频液压动力头及应用该动力头的土壤修复取样钻机，其解决了原有土壤取样钻机土壤标本的质量差的问题、工作中高频冲击和回转复合工作问题、冲击下压钻杆时推力传导路线和受力结构的优化问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高频液压动力头包括支撑架及设置在支撑架上的动力头传动箱、液压动力锤和传动轴，液压动力锤安装在动力头传动箱的上方，传动轴设置在动力头传动箱的箱体内部，传动轴的下端连接有钻杆；

所述动力头传动箱包括上支架、箱体、抽管装置、托板组件、下支架、轴承和密封套，托板组件安装在上支架的下面，并与上支架相垂直，托板组件用于卡住所述传动轴使其轴向固定，箱体安装在托板组件的上面，轴承固定设置在箱体的内部，密封套固定在托板组件的上端，下支架设置在箱体的下面，抽管装置用于拔出钻杆；

所述液压动力锤包括回转马达和冲击锤，回转马达设置在冲击锤的侧面，在冲击锤的底部设有冲击段，冲击段上套设有所述传动轴，冲击段包括圆柱段和六边形段，六边形段位于圆柱段的底部；

所述传动轴的外侧设有轴承，传动轴的内侧设有通孔，通孔设置有多段不同的形状。

进一步地，所述通孔设为三段式结构，通孔的第一段设为圆孔段，第二段设为小等边六边形段，第三段设为大等边六边形段，小等边六边形段内接于圆孔段，小等边六边形段的上侧截止边与所述圆柱段之间的距离大于所述液压动力锤的冲击行程。

进一步地，所述抽管装置包括提管组件和拔管机构，提管组件安装在箱体的前侧，拔管机构安装在托板组件的下面。

进一步地，所述冲击锤的下方设有固定法兰，固定法兰设置在动力头传动箱的箱体上侧。

进一步地，所述传动轴的外周设有轴肩，用于安装轴承。所述轴肩上下设置，呈阶梯分布。

进一步地，所述传动轴的下侧设有卡扣，用于安装所述密封套。

应用所述高频液压动力头的土壤修复取样钻机包括操纵控制台、推力油缸、工作支架和所述高频液压动力头，高频液压动力头、操纵控制台和推力油缸均设置在工作支架上，所述推力油缸的推力支架与高频液压动力头的上支架相连，推力油缸可带动高频液压动力头相对于工作支架作上下运动。

本发明高频液压动力头及应用该动力头的土壤修复取样钻机的优点如下：

(1)本发明的高频液压动力头及应用该动力头的土壤修复取样钻机设计合理，结构紧凑：通过合理的参数匹配，本发明设计了独特的液压冲击锤，解决了原有土壤取样钻机土壤标本的质量差的问题；特殊的传动轴解决了高频冲击和回转复合工作问题；动力头传动箱结构与转动轴巧妙地配合在一起，设计合理，解决了冲击下压钻杆时推力传导路线和受力结构的优化问题。

(2)现有的振动动力头会通过双驱旋转偏心轮产生高频激震力，而本发明的高频液压动力头则是通过液压活塞和高压油路设计相结合，能够产生高频冲击，最高振动频率可达50Hz，作业效率高，极大地节省工期和成本，具有较优的经济价值，特别适合环境工程、岩土、地热和勘察等方面的需求；

此外，高频液压动力头还可以在回转马达的带动下进行旋转，形成冲击和旋转的复合动作，以适应某些特殊的工况，如环境工程、岩土、地热和勘察等。

(3)液压动力锤的下方设有冲击锤固定法兰，冲击锤固定法兰固定在动力头传动箱的箱体上侧，能够有效地解决冲击锤冲击不稳，毁坏设备的问题。

(4)动力头传动箱中的提管组件和拔管机构可以通过不同的方式将钻杆拔起，使得操作更加方便、可靠，针对性更强。

(5)传动轴外部安装密封套(如骨架密封)，可防止润滑脂泄漏和灰尘进入。

(6)本发明的土壤修复取样钻机不仅可以完成泥浆钻井环境下的作业，还能完成岩石、砾石和沼泽和其他不易成井地区的钻井施工，一台设备可以完成它可以到达地层的钻井施工任务，实用性更强。

附图说明

图1为去除底盘装置后的土壤取样工作装置的结构示意图；

图2(a)为高频液压动力头的主视图，图2(b)为图2(a)逆时针旋转90°的示意图；

图3(a)为液压动力锤的侧视图，图3(b)为液压动力锤的主视图；

图4(a)和(b)分别为传动轴整体示意图和剖视图；

图5(a)为动力头传动箱的的主视图，图5(b)为图5(a)逆时针旋转90°的示意图；

其中，1-高频液压动力头，2-操纵控制台，3-推力油缸，4-工作支架，5-动力头传动箱，6-液压动力锤(61-冲击锤，62-回转马达，63-圆柱段，64-六边形段)，7-传动轴(71-圆孔段，72-小等边六边形段，73-大等边六边形段，74-轴肩，75-卡扣)，8-上支架，9-提管组件，10-拔管机构，11-托板组件，12-下支架，13-箱体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例的应用高频液压动力头的土壤修复取样钻机包括高频液压动力头1、操纵控制台2、推力油缸3和工作支架4；其中，高频液压动力头1为整个设备的核心部分，它可以提供高频的冲击力，使得钻杆快速的进入地下预定的位置，并且在必要的时候，动力头可以在回转马达62的带动下进行旋转，形成冲击和旋转的复合动作，以适应某些特殊的工况，比如环境工程、岩土、地热和勘察等。操纵控制台2为整个设备的指令中心，工作人员通过对操纵控制台2的控制，可以达到想要的工作和效果。推力油缸3可以提供下压和起拔的力，它能够带动高频液压动力头1相对于工作支架4进行上下运动，这样可以将钻杆压入地下或者快速的拔出。工作支架4作为载体，确保了设备的正常工作，以及在工作过程中的人员和设备的安全。

图2为本实施例的高频液压动力头1的结构示意图，高频液压动力头1包括动力头传动箱5、液压动力锤6、传动轴7和下支撑架等，液压动力锤6安装在动力头传动箱5的上方，传动轴7设置在动力头传动箱5的内部。冲击力由液压动力锤6经敲击帽传输给钻杆；回转马达32的扭矩则由齿轮啮合传给钎杆，钎杆转动扭矩经传动轴7传给钻杆；推力油缸3在钻井工作时，会产生很大的下压力，此下压力通过刚性结构与动力头传动箱5相连，由动力头传动箱5传输给传动轴7，再由传动轴7传输给钻杆。其中钻杆可以自由拆卸、安装。

如图3所示，液压动力锤6包括冲击锤61和回转马达62，回转马达62设置在冲击锤61的侧面，在冲击锤61的底部设有冲击段，冲击段上套设传动轴7，冲击段包括圆柱段63和六边形段64，六边形段64位于圆柱段63的底部，在工作中，液压冲击锤6可以产生高频液压冲击，再加上推力油缸3的下压力，两者共同作用，使得土壤取样标本几乎无扰动，所以土壤取样标本质量较高。

根据设备现实工作环境，通过参数匹配，液压动力锤6的下方设有冲击锤固定法兰，冲击锤固定法兰固定在动力头传动箱5的箱体13的上侧，能够有效地解决冲击锤61冲击不稳，毁坏设备的问题。

传动轴7的结构如图4(a)所示，传动轴7的外侧设有两个轴肩74，轴肩74上下设置，呈阶梯分布，用于安装圆锥滚子轴承；通过上述轴肩74可以支撑上下两个轴承(轴承安装在传动轴7的外周，轴承固定在动力头传动箱5的内部)，将推力传导给钻杆，使钻杆受到冲击的同时也有向下的推力。传动轴7的下侧设有卡扣75，用于安装密封套(如骨架密封)，骨架密封套在传动轴7上，骨架密封固定在托盘组件11的上端，防止润滑脂的泄漏和灰尘的进入。

如图4(b)所示，传动轴7的内侧为通孔，分为三段，每一段的形式都不一样：第一段为圆孔段71，第二段为小等边六边形段72，第三段为大等边六边形段72，小等边六边形段72是圆孔段71的内接六边形，冲击锤61的圆柱段63和六边形段64插入到通孔的圆孔段71和小等边六边形段72中，小等边六边形段72的左侧截止边到圆柱段63之间的距离，必须要大于液压动力锤6的冲击行程，这样的设计避免了冲击和回转复合动作时液压动力锤6中冲击锤61和回转马达62的相互干涉，上述传动轴7的设计结构紧凑，应用方便。

如图5所示，动力头传动箱5包括上支架8、箱体13、提管组件9、拔管机构10、托板组件11、下支架12、轴承和骨架密封等；托板组件11安装在上支架8的下面，并与上支架8相垂直，箱体13安装在托板组件11的上面，轴承固定设置在箱体13的内部，骨架密封固定在托板组件11的上端，提管组件9和拔管机构10组成抽管装置，提管组件9安装在箱体13的前侧，拔管机构10安装在托板组件11的下面；上支架8为主要载体，与推力油缸3的推力支架相连，起到固定和传递推力的作用；提管组件9是在钻杆拔出的过程中，使用工装，将钻杆夹在它与工装之间，然后慢慢向上提，操作方便、安全；拔管机构10是应用于另一种不同的带帽钻杆的拔起工作；托板组件11主要卡住传动轴7，使传动轴7在轴向固定；下支架12有两个作用，一个是固定整个箱体13，承受向下的压力，另一个是对拔管机构10起到位置固定作用。

当在环境场地进行土样取样工作时，高频液压动力头1提供高频冲击力，推力油缸3产生下压力，将钻杆打入地下，当打到一定的深度并完成土壤取样后，将带有内螺纹的提取帽拧在钻杆的最上端，然后，用拔管机构10卡住提取帽，便可顺利将钻杆快速拔出。

提管组件9则可以不需要提取帽，当打到一定的深度并完成土壤取样后，而是用配套的夹管机构将钻杆夹在它与提管组件9之间，然后慢慢上提，以满足检测人员的工作需要，此处和上述拔管机构10快速将钻杆拔出的方式不同。

以上所述仅为本发明一个优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高频液压动力头，其特征在于，所述高频液压动力头包括支撑架及设置在支撑架上的动力头传动箱、液压动力锤和传动轴，液压动力锤安装在动力头传动箱的上方，传动轴设置在动力头传动箱的箱体内部，传动轴的下端连接有钻杆；

所述动力头传动箱包括上支架、箱体、抽管装置、托板组件、下支架、轴承和密封套，托板组件安装在上支架的下面，并与上支架相垂直，托板组件用于卡住所述传动轴使其轴向固定，箱体安装在托板组件的上面，轴承固定设置在箱体的内部，密封套固定在托板组件的上端，下支架设置在箱体的下面，抽管装置用于拔出钻杆；

所述液压动力锤包括回转马达和冲击锤，回转马达设置在冲击锤的侧面，在冲击锤的底部设有冲击段，冲击段上套设有所述传动轴，冲击段包括圆柱段和六边形段，六边形段位于圆柱段的底部；

所述传动轴的外侧设有轴承，传动轴的内侧设有通孔，通孔设置有多段不同的形状。

2.如权利要求1所述的一种高频液压动力头，其特征在于，所述通孔设为三段式结构，通孔的第一段设为圆孔段，第二段设为小等边六边形段，第三段设为大等边六边形段，小等边六边形段内接于圆孔段，小等边六边形段的上侧截止边与所述圆柱段之间的距离大于所述液压动力锤的冲击行程。

3.如权利要求1所述的一种高频液压动力头，其特征在于，所述抽管装置包括提管组件和拔管机构，提管组件安装在箱体的前侧，拔管机构安装在托板组件的下面。

4.如权利要求1、2或3所述的一种高频液压动力头，其特征在于，所述冲击锤的下方设有固定法兰，固定法兰设置在动力头传动箱的箱体上侧。

5.如权利要求1、2或3所述的一种高频液压动力头，其特征在于，所述传动轴的外周设有轴肩，用于安装轴承。

6.如权利要求5所述的一种高频液压动力头，其特征在于，所述轴肩上下设置，呈阶梯分布。

7.如权利要求1、2或3所述的一种高频液压动力头，其特征在于，所述传动轴的下侧设有卡扣，用于安装所述密封套。

8.应用如权利要求1-7任意之一所述的一种高频液压动力头的土壤修复取样钻机，其特征在于，所述土壤修复取样钻机包括操纵控制台、推力油缸、工作支架和所述高频液压动力头，高频液压动力头、操纵控制台和推力油缸均设置在工作支架上，所述推力油缸的推力支架与高频液压动力头的上支架相连，推力油缸可带动高频液压动力头相对于工作支架作上下运动。