CN108252652A - 一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机 - Google Patents

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郭东辉
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，包括钻机底座、钻机支架和钻机，钻机底座底部设在有行走装置和承重装置，钻机上连接有钻机旋转装置，钻机旋转装置包括设置于钻机支架上的旋转轴，旋转轴上连接有钻机安装架，所述钻机安装架上连接有弧形螺旋杆，所述弧形螺旋杆上啮合有主动齿轮，主动齿轮通过皮带连接有电机，钻机安装于钻机安装架上，钻机的机头朝向旋转轴中心位置，钻机底座中心位置设置有底部固定孔，所述底部固定孔轴线穿过旋转轴中心线并垂直。本发明的适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，本钻机结构简单，体积小，重量轻，挪动方便，对地表扰动较小，适合地表较松或冻土区地质勘查。

Description

一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机
技术领域
本发明属于钻机领域，更具体的说涉及一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机。
背景技术
青藏高原是中国最大、世界海拔最高的高原，被称为“世界屋脊”、“第三极”等，南起喜马拉雅山脉南缘，与印度、尼泊尔、不丹毗邻；北至昆仑山、阿尔金山和祁连山北缘，以4000米左右的高差与塔里木盆地及河西走廊相连，约占我国陆地面积的四分之一，是气候上一个独特的区域。该区域内多年冻土面积约150×104平方公里，约占我国冻土面积的70％，年平均气温零下2～零下6℃，是我国多年冻土的代表，也是世界中、低纬度(北纬32°～36°)地区高海拔多年冻土的代表。该区域内具有空气稀薄、气温低、太阳福射强(辐射量约为0.5～0.8MJ·cm-2a-1)及全年干旱少雨等独特的气候特征。其中，大部分地区年日照时数在2600h以上。气温在季节和区域上的差异十分显著，主要表现在冬季严寒、夏季温暖。同时，绝大多数地区最暖月气温在15℃以下，比同一维度的东部地区1月、7月平均气温低15～20℃。降水主要受西南季风控制，年平均降水量在20～450mm之间不等，季节(主要集中在5～9月份)和区域(自东向西、自南向北呈逐渐减少趋势)分配极不平衡。独特的地理环境与严酷的气候条件造成其上生长发育的高寒生态系统非常脆弱，轻微的扰动都将造成其生态系统大的波动和毁坏，而且其生态系统一旦遭到破坏后很难在短期内恢复。
随着青藏公路、铁路的陆续建设，广大科研工作者围绕着青藏高原多年冻土区环境生态问题已经或者拟将开展大量的科研工作，这些工作或多或少的涉及到多年冻土地质勘查，而我们目前常规的冻土地质勘察手段主要为钻探法和坑探法，这两种手段一般都能较好的满足我们科研工作需求，但对于一些对地表环境要求扰动性较小的生态环境项目，传统的钻探法和坑探法都无法达到科研要求。
近年来，围绕上述技术问题，科技工作者根据野外调查实际需求，在原有钻探设备的基础上做了一些改进，如中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室林战举课题组在TGQ-30轻型钻机的基础上进行升级改造，在很大程度减轻了TGQ-30钻机在地质勘查时对地表植被的影响和破坏，但还存在以下问题：
1)钻机和支架分离，每次使用或挪动都要将钻机和支架套装或拆卸开来，而且由于钻机电机沉重，约200kg，因此组装或拆卸钻机和支架皆需要2～3人，这对于在青藏高原多年冻土区作业，比较危险、麻烦，常常发生磕碰事故，甚至砸伤事故；
2)钻机底座延续使用原来的槽钢平台，钻机在挪动时，由于钻机自重较大，仍然对地表造成一定的扰动，难以满足一些精度较高仪器需求。
所以综上所述，亟需一种简易轻便，对地表扰动较小的轻型钻机来完成青藏高原多年冻土区生态环境地质勘查取样工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，本钻机结构简单，体积小，重量轻，挪动方便，对地表扰动较小，适合地表较松或冻土区地质勘查。
本发明技术方案一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，包括钻机底座、钻机支架和钻机，
所述钻机底座底部设在有行走装置和承重装置，所述钻机支架设置于钻机底座上部，钻机设置于钻机支架上，所述钻机上连接有钻机旋转装置，
所述钻机旋转装置包括设置于钻机支架上的旋转轴，所述旋转轴上连接有钻机安装架，所述钻机安装架上连接有弧形螺旋杆，所述弧形螺旋杆上啮合有主动齿轮，所述主动齿轮通过皮带连接有电机，
所述钻机安装于钻机安装架上，钻机的机头朝向旋转轴中心位置，钻机底座中心位置设置有底部固定孔，所述底部固定孔轴线穿过旋转轴中心线并垂直。
优选的，所述旋转轴包括两端的直部和中间的半圆形曲轴，所述曲轴相对位置设置有半圆形活动曲轴，所述曲轴和活动曲轴组成圆形的机头孔，所述机头孔轴线与底部固定孔轴线及机头轴线重合。
优选的，所述钻机支架包括两相对设置的支撑腿，两支撑腿上部固定有固定支梁，所述旋转轴两端分别穿过两固定支梁并连接，所述钻机安装架包括两相对设置的承重板，两承重板一端部分别套接于旋转轴两端。
优选的，所述两承重板相对的侧面上分别设置有燕尾卡槽，两承重板之间连接有钻机升降支梁，所述钻机升降支梁两端分别卡接于两承重板的燕尾卡槽内，所述钻机固定于钻机升降支梁上。
优选的，所述弧形螺旋杆与其中一承重板固定，所述弧形螺旋杆内侧面上设置有与主动齿轮啮合的齿槽，所述主动齿轮设置于固定支梁上。
优选的，所述两支撑腿中间部位连接有加强板，所述加强板中心位置设置有中部固定孔，所述中部固定孔轴线与底部固定孔轴线重合。
优选的，所述行走装置包括设置于行走轮，所述行走轮为橡胶轮并设置有四个，所述承重装置包括承重支柱，所述承重支柱上连接有液压缸。
本发明技术方案的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，有益效果是：
1、行走装置的设计，便于钻机进行挪动，且在挪动中对地表的扰动较小；
2、承重装置的设计，既增加了钻机工作时的稳定性，又保护了地表植被免受人为机械破坏；
3、钻机旋转装置的设计，简化了原来钻机和钻机支架的安装、拆卸过程，大大提高了勘查取样工作效率，并提高了勘查取样工作安全系数。
附图说明
图1为本发明一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机结构示意图，
其中：1、钻机升降支梁，2、承重板，3、钻机，4、钻机支架，5、主动齿轮，6、皮带，7、弧形螺旋杆，8、电机，9、旋转轴，10、中部固定孔，11、底部固定孔，12、钻机底座，13、承重支柱，14、机头，15、活动曲轴，16、固定支梁，17、支撑腿，18、固定曲轴，19、加强板，20、行走轮，21、燕尾卡槽，22、齿槽，23、钻机安装架，24、机头孔，25、液压缸。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
如图1所示，一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，包括钻机底座12、钻机支架4和钻机3，所述钻机底座12底部设在有行走装置和承重装置，所述钻机支架4设置于钻机底座12上部，钻机3设置于钻机支架4上，所述钻机3上连接有钻机旋转装置，
所述钻机旋转装置包括设置于钻机支架4上的旋转轴9，所述旋转轴9上连接有钻机安装架23，所述钻机安装架23上连接有弧形螺旋杆7，所述弧形螺旋杆7上啮合有主动齿轮5，所述主动齿轮5通过皮带6连接有电机8，
所述钻机3安装于钻机安装架23上，钻机3的机头朝向旋转轴9中心位置，钻机底座12中心位置设置有底部固定孔11，所述底部固定孔11轴线穿过旋转轴9中心线并垂直。
所述旋转轴9包括两端的直部和中间的半圆形曲轴18，所述曲轴18相对位置设置有半圆形活动曲轴15，所述曲轴18和活动曲轴15组成圆形的机头孔24，所述机头孔24轴线与底部固定孔11轴线及机头14轴线重合。
所述钻机支架4包括两相对设置的支撑腿17，两支撑腿17上部固定有固定支梁16，所述旋转轴9两端分别穿过两固定支梁16并连接，所述钻机安装架24包括两相对设置的承重板2，两承重板2一端部分别套接于旋转轴9两端。
所述两承重板2相对的侧面上分别设置有燕尾卡槽21，两承重板2之间连接有钻机升降支梁1，所述钻机升降支梁1两端分别卡接于两承重板2的燕尾卡槽21内，所述钻机3固定于钻机升降支梁1上。
所述弧形螺旋杆7与其中一承重板固定2，所述弧形螺旋杆7内侧面上设置有与主动齿轮5啮合的齿槽22，所述主动齿轮5设置于固定支梁16上。
所述两支撑腿17中间部位连接有加强板19，所述加强板19中心位置设置有中部固定孔10，所述中部固定孔10轴线与底部固定孔11轴线重合。
所述行走装置包括设置于行走轮20，所述行走轮20为橡胶轮并设置有四个，所述承重装置包括承重支柱13，所述承重支柱13上连接有液压缸25。
本发明技术方案的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，钻机旋转装置包括弧形螺旋杆7、主动齿轮5、电机8和皮带6，电机8带动主动齿轮5旋转，主动齿轮5带动与其啮合的弧形螺旋杆7运动，与弧形螺旋杆7连接的承重板2带动钻机升降支梁1、钻机3整体沿着旋转轴9转动，实现钻机3的旋转；本钻机旋转装置能够实现钻机3由水平方向旋转90°和地面垂直，或者由与地面垂直状态转动90°后呈水平方向。
本发明技术方案的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，机头14呈水平状态时，实现对机头14上钻头或钻杆的安装与拆卸，钻机3的机头14上安装有钻头或钻杆后，机头14带动钻头或钻杆转向竖直向下位置时，电机停止工作，钻头或钻杆穿过中部固定孔10和底部固定孔11实现对钻机整体底部环境的取样。
本发明技术方案的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，钻头或钻杆安装时，首先保持钻机3和机头14呈水平状态，拆下活动曲轴15，将钻头或钻杆搭靠在曲轴18上，将钻头或钻杆与机头连接，然后固定上活动曲轴15即可。
本发明技术方案的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，野外地质勘查取样时，将本钻机平推至取样点，收起行走轮20，放下承重支柱13，使得钻机整体固定不晃动，安装钻头或钻杆，调节钻机3和钻头、钻杆呈竖直方向，打开钻机3，工作。
本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，包括钻机底座、钻机支架和钻机，其特征在于，
所述钻机底座底部设在有行走装置和承重装置，所述钻机支架设置于钻机底座上部，钻机设置于钻机支架上，所述钻机上连接有钻机旋转装置，
所述钻机旋转装置包括设置于钻机支架上的旋转轴，所述旋转轴上连接有钻机安装架，所述钻机安装架上连接有弧形螺旋杆，所述弧形螺旋杆上啮合有主动齿轮，所述主动齿轮通过皮带连接有电机，
所述钻机安装于钻机安装架上，钻机的机头朝向旋转轴中心位置，钻机底座中心位置设置有底部固定孔，所述底部固定孔轴线穿过旋转轴中心线并垂直。
2.根据权利要求1所述的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，其特征在于，所述旋转轴包括两端的直部和中间的半圆形曲轴，所述曲轴相对位置设置有半圆形活动曲轴，所述曲轴和活动曲轴组成圆形的机头孔，所述机头孔轴线与底部固定孔轴线及机头轴线重合。
3.根据权利要求1所述的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，其特征在于，所述钻机支架包括两相对设置的支撑腿，两支撑腿上部固定有固定支梁，所述旋转轴两端分别穿过两固定支梁并连接，所述钻机安装架包括两相对设置的承重板，两承重板一端部分别套接于旋转轴两端。
4.根据权利要求3所述的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，其特征在于，所述两承重板相对的侧面上分别设置有燕尾卡槽，两承重板之间连接有钻机升降支梁，所述钻机升降支梁两端分别卡接于两承重板的燕尾卡槽内，所述钻机固定于钻机升降支梁上。
5.根据权利要求4所述的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，其特征在于，所述弧形螺旋杆与其中一承重板固定，所述弧形螺旋杆内侧面上设置有与主动齿轮啮合的齿槽，所述主动齿轮设置于固定支梁上。
6.根据权利要求3所述的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，其特征在于，所述两支撑腿中间部位连接有加强板，所述加强板中心位置设置有中部固定孔，所述中部固定孔轴线与底部固定孔轴线重合。
7.根据权利要求1所述的一种适用于冻土区地质勘查的半自动轻型钻机，其特征在于，所述行走装置包括设置于行走轮，所述行走轮为橡胶轮并设置有四个，所述承重装置包括承重支柱，所述承重支柱上连接有液压缸。
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