CN106869801A - 一种用于市政公用工程的钻井钻头 - Google Patents

Abstract

本发明属于市政钻井技术领域，尤其涉及一种用于市政公用工程的钻井钻头，它包括齿圈、环轴、齿圈侧壁、支撑顶盖、电机、环齿、电机转轴、内圈、卡块、卡块内块、外圈、顶块、离心块，其中本发明所述设备中内圈和外圈之间使用圈导环使得外圈与内圈可以相对转动，卡块与顶块之间相互配合实现了当内钻被卡死时，环钻壳能够以较大的功率反向旋转，将井底从外圆侧钻的疏松，使得内钻较容易的脱离卡死状态；当环钻壳被卡死后，环钻壳会限制内钻的旋转，同时内钻失去动力，环钻壳获得更大的动力并反向旋转，将井底从外圆侧钻的疏松，使得内钻和环钻壳较容易的恢复原来的旋转状态；本发明通过环钻壳的反向旋转，能够自动脱离卡死状态，使用效果较好。

Description

一种用于市政公用工程的钻井钻头

所属技术领域

本发明属市政钻井技术领域，尤其涉及一种用于市政公用工程的钻井钻头。

背景技术

目前对于钻头而言，目前钻井所用的钻头大多为整体铸造或者锻造，针对不同深度具有不同硬度的岩石层的钻井，或者单一的使用较硬的钻头或者根据所钻的岩石层实时更换钻头已达到钻井的目的。这两者均有一定的问题，对于前者在钻较软的岩石层时或多或少对钻头产生了磨耗，这个过程中所耗费的成本比用相对软的钻头钻较软的岩石层所耗费的成本要高，很不划算；对于后者，要使用经常更换钻头造成时间成本的提高，而且对于比硬钻头更硬的岩石，其极易使钻头卡死，当钻头卡死后，电机的旋转会促使钻头继续旋转，造成钻头的硬破坏，这时候还需要更高硬度的钻头，对于钻井工作者使用较软的钻头来钻较软、较硬或者更硬的岩石是很能提高作业效率的。

本发明设计一种用于市政公用工程的钻井钻头解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种用于市政公用工程的钻井钻头，它是采用以下技术方案来实现的。

一种用于市政公用工程的钻井钻头，其特征在于：它包括齿圈、环轴、齿圈侧壁、支撑顶盖、涡卷弹簧、第二支杆、电机、环齿、第一齿轮、底架板、电机转轴、第一支杆、第三支杆、第二齿轮、固定结构、支杆固定板、轴套、转轴孔、圈导环、内圈、卡块、卡块内块、外圈、环钻顶盖、环钻壳、钻柱、内钻、顶块、离心块、离心弹簧、圈导槽、弧形侧块、卡块弹簧、外圈卡槽、外圈弧形槽、内圈卡槽、内圈离心套、顶块斜面、卡块斜面，其中支撑顶盖中心开有一个孔，孔中安装有轴套，固定结构安装在电机上端面，涡卷弹簧安装在支撑顶盖下侧且内端与轴套外圆面连接，外端与固定结构连接；第一支杆一端安装在支撑顶盖下侧靠近支撑顶盖边缘处，另一端安装有底架板，第二支杆一端安装在支撑顶盖下侧，另一端与底架板上侧连接，且第二支杆上安装有第一齿轮；第三支杆一端安装在支撑顶盖下侧，支杆固定板安装在底架板与第二支杆连接一端的侧面；第三支杆另一端安装在支杆固定板上侧；第二齿轮安装在第三支杆外圆面且与第一齿轮啮合；齿圈安装在齿圈侧壁上侧边缘，齿圈的内齿与第二齿轮啮合，齿圈侧壁中心开有圆孔，环轴安装在齿圈侧壁下侧且内径与齿圈侧壁中心圆孔直径相同；内圈安装在环轴一端外圆面上，圈导环安装在内圈外圆面上；电机安装在支撑顶盖与底架板之间，电机转轴一端安装在轴套上，另一端穿过底架板中心开的圆孔、齿圈侧壁中心开的圆孔和环轴，环齿安装在电机外圆面下侧上且与第一齿轮啮合；外圈安装在内圈外圆面上，内侧开有圈导槽，圈导槽与内圈外圆面上的圈导环配合，内圈下侧开有径向方向的内圈卡槽，内圈卡槽处安装有内圈离心套，离心块安装在内圈离心套与内圈卡槽组成的腔体内，离心块一端安装有顶块，顶块一端具有顶块斜面；离心弹簧安装在离心块和内圈离心套内侧壁面之间；外圈下侧开有径向方向的外圈卡槽，且外圈卡槽与内圈卡槽相通；外圈下侧还开有外圈弧形槽，外圈卡槽一端与外圈弧形槽相通；卡块上端两侧分别安装有两个弧形侧块，且卡块与两个弧形侧块上端安装在外圈弧形槽中，弧形侧块和卡块一端均开有卡块斜面，卡块斜面和顶块斜面配合；卡块内块一端安装在卡块下端的方孔内，另一端安装在内钻上，内钻安装在电机转轴下端；卡块弹簧安装在卡块内块外侧，且在卡块与内钻之间；环钻顶盖安装在外圈的外圆面上，环钻壳安装在环钻顶盖下端，且嵌套在内钻外圆面上。

相对于传统的市政钻井技术，本发明中内钻安装在电机转轴上，这样设计的作用是电机转轴转动时可以带动内钻转动，内钻通过卡块内块、卡块带动外圈转动，外圈转动带动环钻壳转动。

第一支杆一端安装在支撑顶盖下侧靠近支撑顶盖边缘处，另一端安装在底架板上侧一端，第二支杆一端安装在支撑顶盖下侧，另一端与底架板上侧连接，且第二支杆外侧安装有第一齿轮，第三支杆一端安装在支撑顶盖下侧，另一端安装在支杆固定板上侧，第二齿轮安装在第三支杆外圆面且与第一齿轮、齿圈啮合；安装两个小齿轮的目的是当内钻被岩石卡死时，电机转轴不转动，电机外壳转动，通过两个齿轮带动齿圈沿与转轴转动方向相反的方向旋转，使得环钻壳反方向旋转，将井底从外圆侧钻的疏松，使得内钻较容易的脱离卡死状态。

外圈安装在内圈外圆面上，内侧开有圈导槽，圈导槽与内圈外圆面上的圈导环配合，内圈下侧开有径向方向的内圈卡槽，内圈卡槽处安装有内圈离心套，离心块安装在内圈离心套与内圈卡槽组成的腔体内，离心块一端安装有顶块，顶块一端具有顶块斜面；离心弹簧安装在离心块和内圈离心套内侧壁面之间；外圈下侧开有径向方向的外圈卡槽，且外圈卡槽与内圈卡槽相通；外圈下侧还开有外圈弧形槽，外圈卡槽一端与外圈弧形槽相通；卡块上端两侧分别安装有两个弧形侧块，且卡块与两个弧形侧块上端安装在外圈弧形槽中，弧形侧块和卡块一端均开有卡块斜面，卡块斜面和顶块斜面配合，卡块内块一端安装在卡块下端的方孔内，另一端安装有内钻，卡块弹簧安装在卡块内块外侧，且在卡块与内钻端面之间；这个结构的作用是：当内钻被卡死后，电机壳经过环轴带动内圈转动，当内圈开始转动时，离心块开始从内圈卡槽中滑出，起初随着内圈旋转的顶块的顶块斜面会与卡块、弧形侧块某一位置的卡块斜面接触，将卡块顶出外圈，使得内钻和环钻壳脱离传动关系；之后离心块从内圈卡槽中滑到外圈卡槽中卡住外圈，使得环轴能够带动环钻壳转动。

当使用本发明所述钻头钻井时，电机带动电机转轴转动，电机转轴带动内钻钻井，内钻旋转时内圈下侧的内圈离心套中的离心弹簧处于收缩状态，与之相连的离心块带动顶块收缩，顶块上的顶块斜面与卡块上的卡块斜面没有配合关系，卡块位于外圈下侧的外圈弧形槽中，内钻通过卡块带动外圈的转动，安装在外圈上的环钻壳开始随着内钻的转动而转动。当内钻被岩石卡死后，电机转轴停止转动，电机外壳开始转动，涡卷弹簧受到压缩，通过两个齿轮带动齿圈侧壁沿与电机转轴相反的方向转动，又带动与齿圈侧壁连接的环轴转动，环轴带动内圈开始转动，当内圈开始转动时，离心块开始从内圈卡槽中滑出，起初随着内圈旋转的顶块的顶块斜面会与卡块、弧形侧块某一位置的卡块斜面接触，将卡块顶出外圈，使得内钻和环钻壳脱离传动关系；之后离心块从内圈卡槽中滑到外圈卡槽中卡住外圈，使得环轴能够带动环钻壳转动。环钻壳反向转动，将井底从外圆侧钻的疏松，使得内钻较容易的脱离卡死状态；当环钻壳被卡死后，环钻壳通过外圈、卡块、卡块内块会限制内钻的旋转，电机转轴停止转动，电机外壳开始通过行星轮传动获得更大的功率并反向转动，当环钻壳反向旋转同时，内钻会及时获得动力，当内钻开始旋转后，电机壳失去动力，环钻壳会从反向旋转重新开始随着内钻开始旋转，并对原来卡死环钻壳的地方进行碰撞，当碰撞起到粉碎岩石的目的后，环钻壳开始随着内钻正常旋转；当碰撞没有粉碎岩石时，环钻壳继续卡死，然后环钻壳反向，之后再正向碰撞，如此反复的对卡死环钻壳的岩石进行碰撞，直到该出岩石被撞粉碎后，内钻和环钻壳恢复正常旋转。本发明通过环钻壳和内钻的功率转化传到和环钻壳的正反向旋转对卡死岩石进行撞击粉碎，能够以较软的钻头钻硬度较硬的井，而且因为电机始终在功率输出，电机是不会被卡死烧坏的。具有较好的使用效果。在内钻和环钻壳下端还安装有钻柱，起到与岩石直接接触碰撞的作用，另外钻柱之间的空隙起到了排土的作用。

涡卷弹簧的作用为起初的内钻旋转提供一定的扭矩，因为内钻旋转产生的反扭矩是通过涡卷弹簧传递到支撑顶盖上的，涡卷弹簧在电机与电机转轴之间建立了扭矩传递，一方面恢复电机旋转方向，另一方面通过自身压缩为电机转轴提供一定的工作扭矩。

附图说明

图1是整体部件分布示意图。

图2是整体部件剖视图。

图3是整体部件透视图。

图4是整体部件俯视图。

图5是环齿安装示意图。

图6是底架板安装示意图。

图7是齿圈安装示意图。

图8是内圈外圈连接结构示意图。

图9是内外圈结构示意图。

图10是卡块安装示意图。

图11是离心结构示意图。

图12是卡块结构示意图。

图中标号名称：4、齿圈，5、环轴，6、齿圈侧壁，8、支撑顶盖，9、涡卷弹簧，11、第二支杆，12、电机，13、环齿，14、第一齿轮，15、底架板，16、电机转轴，17、第一支杆，18、第三支杆，19、第二齿轮，20、固定结构，21、支杆固定板，22、轴套，23、转轴孔，25、圈导环，26、内圈，33、卡块，34、卡块内块，44、外圈，47、顶块，48、离心块，50、离心弹簧，51、圈导槽，54、弧形侧块，55、卡块弹簧，56、外圈卡槽，57、外圈弧形槽，58、内圈卡槽，59、内圈离心套，60、顶块斜面，61、卡块斜面，65、环钻顶盖，66、环钻壳，67、钻柱，68、内钻。

具体实施方式

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种用于市政公用工程的钻井钻头，它是采用以下技术方案来实现的。

如图1、2、3、4所示，它包括齿圈4、环轴5、齿圈侧壁6、支撑顶盖8、涡卷弹簧9、第二支杆11、电机12、环齿13、第一齿轮14、底架板15、电机转轴16、第一支杆17、第三支杆18、第二齿轮19、固定结构20、支杆固定板21、轴套22、转轴孔23、圈导环25、内圈26、卡块33、卡块内块34、外圈44、环钻顶盖65、环钻壳66、钻柱67、内钻68、顶块47、离心块48、离心弹簧50、圈导槽51、弧形侧块54、卡块弹簧55、外圈卡槽56、外圈弧形槽57、内圈卡槽58、内圈离心套59、顶块斜面60、卡块斜面61，其中如图2所示，支撑顶盖8中心开有一个孔，孔中安装有轴套22，固定结构20安装在电机12上端面，如图2、6所示，涡卷弹簧9安装在支撑顶盖8下侧且内端与轴套22外圆面连接，外端与固定结构20连接；第一支杆17一端安装在支撑顶盖8下侧靠近支撑顶盖8边缘处，另一端安装有底架板15，第二支杆11一端安装在支撑顶盖8下侧，另一端与底架板15上侧连接，且第二支杆11上安装有第一齿轮14；第三支杆18一端安装在支撑顶盖8下侧，支杆固定板21安装在底架板15与第二支杆11连接一端的侧面；第三支杆18另一端安装在支杆固定板21上侧；如图4所示，第二齿轮19安装在第三支杆18外圆面且与第一齿轮14啮合；如图2、7所示，齿圈4安装在齿圈侧壁6上侧边缘，如图4所示，齿圈4的内齿与第二齿轮19啮合，齿圈侧壁6中心开有圆孔，环轴5安装在齿圈侧壁6下侧且内径与齿圈侧壁6中心圆孔直径相同；如图2、7、8所示，内圈26安装在环轴5一端外圆面上，圈导环25安装在内圈26外圆面上；如图2所示，电机12安装在支撑顶盖8与底架板15之间，电机转轴16一端安装在轴套22上，另一端穿过底架板15中心开的圆孔、齿圈侧壁6中心开的圆孔和环轴5，如图5所示，环齿13安装在电机12外圆面下侧上且与第一齿轮14啮合；如图8、9所示，外圈44安装在内圈26外圆面上，内侧开有圈导槽51，圈导槽51与内圈26外圆面上的圈导环25配合，内圈26下侧开有径向方向的内圈卡槽58，内圈卡槽58处安装有内圈离心套59，如图9、10所示，离心块48安装在内圈离心套59与内圈卡槽58组成的腔体内，如图11所示，离心块48一端安装有顶块47，顶块47一端具有顶块斜面60；如图8所示，离心弹簧50安装在离心块48和内圈离心套59内侧壁面之间；如图9所示，外圈44下侧开有径向方向的外圈卡槽56，且外圈卡槽56与内圈卡槽58相通；外圈44下侧还开有外圈弧形槽57，外圈卡槽56一端与外圈弧形槽57相通；如图10、12所示，卡块33上端两侧分别安装有两个弧形侧块54，且卡块33与两个弧形侧块54上端安装在外圈弧形槽57中，弧形侧块54和卡块33一端均开有卡块斜面61，卡块斜面61和顶块斜面60配合；卡块内块34一端安装在卡块33下端的方孔内，另一端安装在内钻68上，内钻68安装在电机转轴16下端；卡块弹簧55安装在卡块内块34外侧，且在卡块33与内钻68之间；如图1、2所示，环钻顶盖65安装在外圈44的外圆面上，环钻壳66安装在环钻顶盖65下端，且嵌套在内钻68外圆面上。

本发明中的支撑顶盖8安装在钻杆上。

综上所述，本发明中内钻68安装在电机转轴16上，这样设计的作用是电机转轴16转动时可以带动内钻68转动，内钻68通过卡块内块34、卡块33带动外圈44转动，外圈44转动带动环钻壳66转动。

第一支杆17一端安装在支撑顶盖8下侧靠近支撑顶盖8边缘处，另一端安装在底架板15上侧一端，第二支杆11一端安装在支撑顶盖8下侧，另一端与底架板15上侧连接，且第二支杆11外侧安装有第一齿轮14，第三支杆18一端安装在支撑顶盖8下侧，另一端安装在支杆固定板21上侧，第二齿轮19安装在第三支杆18外圆面且与第一齿轮14、齿圈4啮合；安装两个小齿轮的目的是当内钻68被岩石卡死时，电机转轴16不转动，电机12外壳转动，通过两个齿轮带动齿圈4沿与转轴转动方向相反的方向旋转，使得环钻壳66反方向旋转，将井底从外圆侧钻的疏松，使得内钻68较容易的脱离卡死状态。

外圈44安装在内圈26外圆面上，内侧开有圈导槽51，圈导槽51与内圈26外圆面上的圈导环25配合，内圈26下侧开有径向方向的内圈卡槽58，内圈卡槽58处安装有内圈离心套59，离心块48安装在内圈离心套59与内圈卡槽58组成的腔体内，离心块48一端安装有顶块47，顶块47一端具有顶块斜面60；离心弹簧50安装在离心块48和内圈离心套59内侧壁面之间；外圈44下侧开有径向方向的外圈卡槽56，且外圈卡槽56与内圈卡槽58相通；外圈44下侧还开有外圈弧形槽57，外圈卡槽56一端与外圈弧形槽57相通；卡块33上端两侧分别安装有两个弧形侧块54，且卡块33与两个弧形侧块54上端安装在外圈弧形槽57中，弧形侧块54和卡块33一端均开有卡块斜面61，卡块斜面61和顶块斜面60配合，卡块内块34一端安装在卡块33下端的方孔内，另一端安装有内钻68，卡块弹簧55安装在卡块内块34外侧，且在卡块33与内钻68端面之间；这个结构的作用是：当内钻68被卡死后，电机12壳经过环轴5带动内圈26转动，当内圈26开始转动时，离心块48开始从内圈卡槽58中滑出，起初随着内圈26旋转的顶块47的顶块斜面60会与卡块33、弧形侧块54某一位置的卡块斜面61接触，将卡块33顶出外圈44，使得内钻68和环钻壳66脱离传动关系；之后离心块48从内圈卡槽58中滑到外圈卡槽56中卡住外圈44，使得环轴5能够带动环钻壳66转动。

当使用本发明所述钻头钻井时，电机12带动电机转轴16转动，电机转轴16带动内钻68钻井，内钻68旋转时内圈26下侧的内圈离心套59中的离心弹簧50处于收缩状态，与之相连的离心块48带动顶块47收缩，顶块47上的顶块斜面60与卡块33上的卡块斜面61没有配合关系，卡块33位于外圈44下侧的外圈弧形槽57中，内钻68通过卡块33带动外圈44的转动，安装在外圈44上的环钻壳66开始随着内钻68的转动而转动。当内钻68被岩石卡死后，电机转轴16停止转动，电机12外壳开始转动，涡卷弹簧9受到压缩，通过两个齿轮带动齿圈侧壁6沿与电机转轴16相反的方向转动，又带动与齿圈侧壁6连接的环轴5转动，环轴5带动内圈26开始转动，当内圈26开始转动时，离心块48开始从内圈卡槽58中滑出，起初随着内圈26旋转的顶块47的顶块斜面60会与卡块33、弧形侧块54某一位置的卡块斜面61接触，将卡块33顶出外圈44，使得内钻68和环钻壳66脱离传动关系；之后离心块48从内圈卡槽58中滑到外圈卡槽56中卡住外圈44，使得环轴5能够带动环钻壳66转动。环钻壳66反向转动，将井底从外圆侧钻的疏松，使得内钻68较容易的脱离卡死状态；当环钻壳66被卡死后，环钻壳66通过外圈44、卡块33、卡块内块34会限制内钻68的旋转，电机转轴16停止转动，电机12外壳开始通过行星轮传动获得更大的功率并反向转动，当环钻壳66反向旋转同时，内钻68会及时获得动力，当内钻68开始旋转后，电机12壳失去动力，环钻壳66会从反向旋转重新开始随着内钻68开始旋转，并对原来卡死环钻壳66的地方进行碰撞，当碰撞起到粉碎岩石的目的后，环钻壳66开始随着内钻68正常旋转；当碰撞没有粉碎岩石时，环钻壳66继续卡死，然后环钻壳66反向，之后再正向碰撞，如此反复的对卡死环钻壳66的岩石进行碰撞，直到该出岩石被撞粉碎后，内钻68和环钻壳66恢复正常旋转。本发明通过环钻壳66和内钻68的功率转化传到和环钻壳66的正反向旋转对卡死岩石进行撞击粉碎，能够以较软的钻头钻硬度较硬的井，而且因为电机12始终在功率输出，电机12是不会被卡死烧坏的。具有较好的使用效果。

涡卷弹簧9的作用为起初的内钻68旋转提供一定的扭矩，因为内钻68旋转产生的反扭矩是通过涡卷弹簧9传递到支撑顶盖8上的，涡卷弹簧9在电机12与电机转轴16之间建立了扭矩传递，一方面恢复电机12旋转方向，另一方面通过自身压缩为电机转轴16提供一定的工作扭矩。

Claims (1)

1.一种用于市政公用工程的钻井钻头，其特征在于：它包括齿圈、环轴、齿圈侧壁、支撑顶盖、涡卷弹簧、第二支杆、电机、环齿、第一齿轮、底架板、电机转轴、第一支杆、第三支杆、第二齿轮、固定结构、支杆固定板、轴套、转轴孔、圈导环、内圈、卡块、卡块内块、外圈、环钻顶盖、环钻壳、钻柱、内钻、顶块、离心块、离心弹簧、圈导槽、弧形侧块、卡块弹簧、外圈卡槽、外圈弧形槽、内圈卡槽、内圈离心套、顶块斜面、卡块斜面，其中支撑顶盖中心开有一个孔，孔中安装有轴套，固定结构安装在电机上端面，涡卷弹簧安装在支撑顶盖下侧且内端与轴套外圆面连接，外端与固定结构连接；第一支杆一端安装在支撑顶盖下侧靠近支撑顶盖边缘处，另一端安装有底架板，第二支杆一端安装在支撑顶盖下侧，另一端与底架板上侧连接，且第二支杆上安装有第一齿轮；第三支杆一端安装在支撑顶盖下侧，支杆固定板安装在底架板与第二支杆连接一端的侧面；第三支杆另一端安装在支杆固定板上侧；第二齿轮安装在第三支杆外圆面且与第一齿轮啮合；齿圈安装在齿圈侧壁上侧边缘，齿圈的内齿与第二齿轮啮合，齿圈侧壁中心开有圆孔，环轴安装在齿圈侧壁下侧且内径与齿圈侧壁中心圆孔直径相同；内圈安装在环轴一端外圆面上，圈导环安装在内圈外圆面上；电机安装在支撑顶盖与底架板之间，电机转轴一端安装在轴套上，另一端穿过底架板中心开的圆孔、齿圈侧壁中心开的圆孔和环轴，环齿安装在电机外圆面下侧上且与第一齿轮啮合；外圈安装在内圈外圆面上，内侧开有圈导槽，圈导槽与内圈外圆面上的圈导环配合，内圈下侧开有径向方向的内圈卡槽，内圈卡槽处安装有内圈离心套，离心块安装在内圈离心套与内圈卡槽组成的腔体内，离心块一端安装有顶块，顶块一端具有顶块斜面；离心弹簧安装在离心块和内圈离心套内侧壁面之间；外圈下侧开有径向方向的外圈卡槽，且外圈卡槽与内圈卡槽相通；外圈下侧还开有外圈弧形槽，外圈卡槽一端与外圈弧形槽相通；卡块上端两侧分别安装有两个弧形侧块，且卡块与两个弧形侧块上端安装在外圈弧形槽中，弧形侧块和卡块一端均开有卡块斜面，卡块斜面和顶块斜面配合；卡块内块一端安装在卡块下端的方孔内，另一端安装在内钻上，内钻安装在电机转轴下端；卡块弹簧安装在卡块内块外侧，且在卡块与内钻之间；环钻顶盖安装在外圈的外圆面上，环钻壳安装在环钻顶盖下端，且嵌套在内钻外圆面上。