CN109403859A - 野外便携式钻进系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种野外便携式钻进系统，它包括：卡瓦装置，用于安装在钻杆的外壁，并与动力装置连接，以驱动钻杆旋转；激振装置，用于安装在卡瓦装置的外壁，并与动力装置连接，以通过偏心块提供沿轴向的激振力；动力装置，用于驱动卡瓦装置转动，用于可调速的驱动激振装置中的偏心块转动。本发明提供的一种野外便携式钻进系统，通过采用以上的结构，能够大幅减低钻探设备的复杂程度，只要小型农机，例如类似旋耕机或手扶拖拉机等小型农业机械能够到达的位置，即可完成钻探施工。大幅提高钻探效率，降低钻探成本。

Description

野外便携式钻进系统

技术领域

本发明涉及一种便携式施工设备领域，特别是一种野外便携式钻进系统。

背景技术

在野外钻探施工中，例如水利设施施工、矿物钻探施工、水源钻探施工中，需要在交通不便的位置采样，现有的钻机等设备运输不便，造成钻探施工的成本较高，效率较低。目前尚未见能够便携的钻探施工设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种野外便携式钻进系统，能够在交通不便，没有电源的位置完成钻探施工，大幅降低钻探施工成本，提高钻探效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种野外便携式钻进系统，它包括：

卡瓦装置，用于安装在钻杆的外壁，并与动力装置连接，以驱动钻杆旋转；

激振装置，用于安装在卡瓦装置的外壁，并与动力装置连接，以通过偏心块提供沿轴向的激振力；

动力装置，用于驱动卡瓦装置转动，用于可调速的驱动激振装置中的偏心块转动。

优选的方案中，所述的卡瓦装置中，输入齿轮和锁定齿轮可转动的安装在壳体内，输入齿轮与锁定齿轮啮合连接；

在锁定齿轮的内壁，设有多个圆柱滑槽，圆柱滑槽内活动安装有锁定齿，所述的锁定齿中，圆柱体活动安装在圆柱滑槽内，在圆柱体的侧壁设有正锁定齿和反锁定齿，用于在正转或反转时将钻杆锁定；

在输入齿轮的端头设有扭矩部。

优选的方案中，正锁定齿和反锁定齿齿尖至圆柱体旋转圆心的距离，大于正锁定齿和反锁定齿的中间位置至圆柱体旋转圆心的距离。

优选的方案中，正锁定齿和反锁定齿齿尖至圆柱滑槽底部的距离大于钻杆的外壁至圆柱滑槽底部的距离。

优选的方案中，所述的圆柱滑槽倾斜布置，各个圆柱滑槽的上端相距较远，下端相距较近；

正锁定齿和反锁定齿齿尖为与轴线平行的直线。

优选的方案中，还设有第一端盖，第一端盖与锁定齿轮通过螺纹连接，第一端盖与圆柱滑槽相距较远端的锁定齿的一端接触，用于限定锁定齿的轴向位置；

在锁定齿的另一端设有弹簧。

优选的方案中，所述的激振装置中，激振轴座与固定座固定连接，固定座用于与钻杆固定连接；

激振轴可转动的安装在激振轴座，激振轴的端头固设有偏心块，在激振轴的端头设有扭矩部。

优选的方案中，所述的激振轴座为两个，两个激振轴座对称布置，在激振轴的端头通过传动机构连接；

所述的激振轴座与激振环固定连接，激振环通过多个放射状布置的弹性柱与固定座固定连接。

优选的方案中，所述的动力装置中，第一输出轴的一端设有输入端，用于与驱动装置的输出轴连接，第一输出轴的另一端与第一软轴连接；

第一输出轴通过传动机构与中间轴连接；

中间轴与第一定锥轮固定连接，第一动锥轮以可轴向移动并随中间轴转动的方式与中间轴连接，第一动锥轮的外壁与第一拨杆连接；

还设有第二输出轴，第二输出轴与第二软轴连接，第二软轴用于连接激振装置；

第二输出轴与第二定锥轮固定连接，第二动锥轮以可轴向移动并随第二输出轴转动的方式与第二输出轴连接，在第二动锥轮的外壁与第二拨杆连接；

还设有传动带，传动带绕过第一定锥轮和第一动锥轮相对布置的锥形面，传动带绕过第二定锥轮和第二动锥轮相对布置的锥形面。

优选的方案中，还设有反力拉杆，反力拉杆用于和预埋的锚杆连接，并使钻杆进给；

在反力拉杆的一端设有反力缓冲套筒，另一端设有手柄，反力拉杆穿过端头挡板的位置设有螺纹段，螺纹段与端头挡板螺纹连接，以使端头挡板压紧钻杆；

所述的反力缓冲套筒中，筒体的一端设有用于和预埋的锚杆连接螺纹孔，另一端设有活塞腔，反力拉杆的端头穿过上端盖与活塞固定连接，活塞安装在活塞腔，在活塞与上端盖之间设有弹簧。

本发明提供的一种野外便携式钻进系统，通过采用以上的结构，能够大幅减低钻探设备的复杂程度，只要小型农机，例如类似旋耕机或手扶拖拉机等小型农业机械能够到达的位置，即可完成钻探施工。大幅提高钻探效率，降低钻探成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中反力拉杆的结构示意图。

图3为本发明中激振装置的结构示意图。

图4为本发明中激振装置优选方案的结构示意图。

图5为本发明中卡瓦装置的结构示意图。

图6为本发明中卡瓦装置顺时针旋转驱动时的横截面示意图。

图7为本发明中卡瓦装置逆时针旋转驱动时的横截面示意图。

图8为本发明中卡瓦装置主视剖视示意图。

图9为本发明中动力装置的结构示意图。

图中：钻杆1，锚杆2，反力拉杆3，手柄31，反力缓冲套筒32，上端盖321，筒体322，活塞腔323，弹簧324，活塞325，螺纹孔326，导套327，螺纹段328，卡瓦装置4，壳体41，输入齿轮42，扭矩部43，锁定齿轮44，传动齿441，圆柱滑槽442，阶台部443，轴瓦444，第一端盖445，弹簧446，第二端盖447，锁定齿45，圆柱体451，正锁定齿452，反锁定齿453，激振装置5，偏心块51，激振轴座52，激振轴53，同步带54，固定座55，激振环56，弹性柱57，端头挡板6，动力装置7，第一输出轴71，第二输出轴72，传动机构73，第一定锥轮74，第一动锥轮75，第二定锥轮76，第二动锥轮77，第一拨杆78，第二拨杆79，中间轴700，传动带70，第一软轴8，第二软轴9，变速箱10，发动机11。

具体实施方式

如图1中，一种野外便携式钻进系统，它包括：

卡瓦装置4，用于安装在钻杆1的外壁，并与动力装置7连接，以驱动钻杆1旋转；

激振装置5，用于安装在卡瓦装置4的外壁，并与动力装置7连接，以通过偏心块51提供沿轴向的激振力；

动力装置7，用于驱动卡瓦装置4转动，用于可调速的驱动激振装置5中的偏心块51转动。由以上的结构，由卡瓦装置4驱动钻杆1旋转，而激振装置5提供的振动频率，通过调节到与岩层的固有频率相同，从而实现利用共振破碎岩层，大幅降低钻进难度。

优选的方案如图5~8中，所述的卡瓦装置4中，输入齿轮42和锁定齿轮44可转动的安装在壳体41内，输入齿轮42与锁定齿轮44啮合连接；

在锁定齿轮44的内壁，设有多个圆柱滑槽442，圆柱滑槽442内活动安装有锁定齿45，所述的锁定齿45中，圆柱体451活动安装在圆柱滑槽442内，在圆柱体451的侧壁设有正锁定齿452和反锁定齿453，用于在正转或反转时将钻杆1锁定；

在输入齿轮42的端头设有扭矩部43，所述的扭矩部43为四方柱、六方柱或六方孔这类用于传递扭矩的结构。由上述的结构，以非常简洁的结构实现锁定齿轮44到钻杆1的传动，且松开和调节轴向位置都非常方便，且体积小巧，便于携带。

优选的方案如图7中，正锁定齿452和反锁定齿453齿尖至圆柱体451旋转圆心的距离，大于正锁定齿452和反锁定齿453的中间位置至圆柱体451旋转圆心的距离。

优选的方案如图7中，正锁定齿452和反锁定齿453齿尖至圆柱滑槽442底部的距离大于钻杆1的外壁至圆柱滑槽442底部的距离。进一步优选的，在正锁定齿452与反锁定齿453之间的位置设有摩擦层，由此结构，当锁定齿轮旋转时，锁定齿45很容易随之旋转，从而将钻杆1越锁越紧。

优选的方案如图8中，所述的圆柱滑槽442倾斜布置，各个圆柱滑槽442的上端相距较远，下端相距较近；

正锁定齿452和反锁定齿453齿尖为与轴线平行的直线。该倾斜角度的倾角低于3°，该结构能够补偿齿尖的磨损，延长设备的使用寿命。

优选的方案中，还设有第一端盖445，第一端盖445与锁定齿轮44通过螺纹连接，第一端盖445与圆柱滑槽442相距较远端的锁定齿45的一端接触，用于限定锁定齿45的轴向位置；

在锁定齿45的另一端设有弹簧。由此结构，通过调节第一端盖445即可方便调节锁定齿45的轴向位置，从而补偿锁定齿45的磨损。

优选的方案如图1、3、4中，所述的激振装置5中，激振轴座52与固定座55固定连接，固定座55用于与钻杆1固定连接；

激振轴53可转动的安装在激振轴座52，激振轴53的端头固设有偏心块51，在激振轴53的端头设有扭矩部。由此结构，动力装置7通过第二软轴9即可驱动激振装置5，当激振装置5的频率被调节到岩层的固有频率，钻进效率能够大幅提高。

优选的方案如图4中，所述的激振轴座52为两个，两个激振轴座52对称布置，在激振轴53的端头通过传动机构连接，本例中的传动机构采用同步带传动机构；进一步优选的，所述的激振轴53两端的端头都设有偏心块51。由此结构，能够大幅减少整个激振装置5的体积，尤其确保激振装置5在激振过程中的受力平衡。进一步优选的，偏心块51与激振轴53之间为圆周可调的结构，由此方案，激振曲线和激振力能够被调节成多种不同的组合，以应对不同的工况。

如图4中所示，所述的激振轴座52与激振环56固定连接，激振环56通过多个放射状布置的弹性柱57与固定座55固定连接。设置的弹性柱57能够增大激振装置5的振幅，使激振块能够同时起到配重块的作用，将轴向冲力传递至岩层。

优选的方案如图9中，所述的动力装置7中，第一输出轴71的一端设有输入端，用于与驱动装置的输出轴连接，第一输出轴71的另一端与第一软轴8连接；

第一输出轴71通过传动机构73与中间轴700连接；

中间轴700与第一定锥轮74固定连接，第一动锥轮75以可轴向移动并随中间轴700转动的方式与中间轴700连接，第一动锥轮75的外壁与第一拨杆78连接；

还设有第二输出轴72，第二输出轴72与第二软轴9连接，第二软轴9用于连接激振装置5；

第二输出轴72与第二定锥轮76固定连接，第二动锥轮77以可轴向移动并随第二输出轴72转动的方式与第二输出轴72连接，在第二动锥轮77的外壁与第二拨杆79连接；

还设有传动带70，传动带70绕过第一定锥轮74和第一动锥轮75相对布置的锥形面，传动带70绕过第二定锥轮76和第二动锥轮77相对布置的锥形面。由上述的结构，第一输出轴71用于通过第一软轴8与卡瓦装置4连接，以驱动钻杆1旋转。而第二输出轴72用于通过第二软轴9与激振装置5连接，以驱动偏心块51旋转。通过调节第一拨杆78和第二拨杆79，使传动带70位于各个锥轮锥面的不同位置，从而实现不同的传动比，从而便于调节偏心块51的转速与岩层的固有频率接近，例如50~60Hz/分钟。本例中完全采用燃油机作为输入的动力源，避免了野外施工，电力能源继航能力不足的缺陷。

优选的方案如图1、2中，还设有反力拉杆3，反力拉杆3用于和预埋的锚杆2连接，并使钻杆1进给；

在反力拉杆3的一端设有反力缓冲套筒32，另一端设有手柄31，反力拉杆3穿过端头挡板6的位置设有螺纹段328，螺纹段328与端头挡板6螺纹连接，以使端头挡板6压紧钻杆1；

所述的反力缓冲套筒32中，筒体322的一端设有用于和预埋的锚杆2连接螺纹孔326，另一端设有活塞腔323，反力拉杆3的端头穿过上端盖321与活塞325固定连接，活塞325安装在活塞腔323，在活塞325与上端盖321之间设有弹簧324。由此结构，能够为钻杆1提供一个进给力，尤其是为激振装置5的冲击力提供基础，进一步提高钻进效率。

以下为采用本发明装置的具体步骤：

如图1中，动力装置7、卡瓦装置4和激振装置5等设备运输至施工现场，动力装置7的驱动可以采用柴油机，也可以采用小型农机的动力替代。而且小型农机，例如旋耕机通行力强，安装挂斗后也可以作为山区运输车辆运送设备。在现场施工位置先打入锚杆2，锚杆2轴线需与钻进方向一致，将反力缓冲套筒32与锚杆2尾部螺纹连接，反力缓冲套筒32与反力拉杆3连接，装入钻杆1。安装卡瓦装置4，在卡瓦装置4的下方安装轴向限位装置。本例中采用抱箍。在卡瓦装置4上安装激振装置5。安装端头挡板6，转动手柄31，反力拉杆3上的螺纹段328使端头挡板6将钻杆1压紧。立临时桩，用于为卡瓦装置4提供支撑，以传递扭矩。

将农机的输出轴与动力装置7的第一输出轴71连接，试车，确保输出良好。将第一软轴8和第二软轴9的一端分别与第一输出轴71和第二输出轴72连接，第一软轴8和第二软轴9的另一端分别与卡瓦装置4和激振装置5装置连接。在钻杆1内灌入用于降温和润滑的泥浆，启动第一软轴8，先使卡瓦装置4驱动钻杆1钻进10-20cm，然后启用第二软轴9，调节第一拨杆78和第二拨杆79，使激振装置5的频率达到预设值，驱动激振装置5以50~60Hz/分钟振动，隔一段时间更换一次膨润土泥浆，并转动手柄31使端头挡板6将钻杆1压紧。直至完成钻进施工。随着钻杆1的钻进，不断调整卡瓦装置4和轴向限位装置的位置。直至完成钻探作业，达到预定深度后，利用手动或柴油机驱动的液压拔管器将钻杆1起出，即完成钻探施工操作。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种野外便携式钻进系统，其特征是它包括：

卡瓦装置（4），用于安装在钻杆（1）的外壁，并与动力装置（7）连接，以驱动钻杆（1）旋转；

激振装置（5），用于安装在卡瓦装置（4）的外壁，并与动力装置（7）连接，以通过偏心块（51）提供沿轴向的激振力；

动力装置（7），用于驱动卡瓦装置（4）转动，用于可调速的驱动激振装置（5）中的偏心块（51）转动。

2.根据权利要求1所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：所述的卡瓦装置（4）中，输入齿轮（42）和锁定齿轮（44）可转动的安装在壳体（41）内，输入齿轮（42）与锁定齿轮（44）啮合连接；

在锁定齿轮（44）的内壁，设有多个圆柱滑槽（442），圆柱滑槽（442）内活动安装有锁定齿（45），所述的锁定齿（45）中，圆柱体（451）活动安装在圆柱滑槽（442）内，在圆柱体（451）的侧壁设有正锁定齿（452）和反锁定齿（453），用于在正转或反转时将钻杆（1）锁定；

在输入齿轮（42）的端头设有扭矩部（43）。

3.根据权利要求2所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：正锁定齿（452）和反锁定齿（453）齿尖至圆柱体（451）旋转圆心的距离，大于正锁定齿（452）和反锁定齿（453）的中间位置至圆柱体（451）旋转圆心的距离。

4.根据权利要求2所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：正锁定齿（452）和反锁定齿（453）齿尖至圆柱滑槽（442）底部的距离大于钻杆（1）的外壁至圆柱滑槽（442）底部的距离。

5.根据权利要求2~4任一项所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：所述的圆柱滑槽（442）倾斜布置，各个圆柱滑槽（442）的上端相距较远，下端相距较近；

正锁定齿（452）和反锁定齿（453）齿尖为与轴线平行的直线。

6.根据权利要求5所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：还设有第一端盖（445），第一端盖（445）与锁定齿轮（44）通过螺纹连接，第一端盖（445）与圆柱滑槽（442）相距较远端的锁定齿（45）的一端接触，用于限定锁定齿（45）的轴向位置；

在锁定齿（45）的另一端设有弹簧。

7.根据权利要求1所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：所述的激振装置（5）中，激振轴座（52）与固定座（55）固定连接，固定座（55）用于与钻杆（1）固定连接；

激振轴（53）可转动的安装在激振轴座（52），激振轴（53）的端头固设有偏心块（51），在激振轴（53）的端头设有扭矩部。

8.根据权利要求7所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：所述的激振轴座（52）为两个，两个激振轴座（52）对称布置，在激振轴（53）的端头通过传动机构连接；

所述的激振轴座（52）与激振环（56）固定连接，激振环（56）通过多个放射状布置的弹性柱（57）与固定座（55）固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：所述的动力装置（7）中，第一输出轴（71）的一端设有输入端，用于与驱动装置的输出轴连接，第一输出轴（71）的另一端与第一软轴（8）连接；

第一输出轴（71）通过传动机构（73）与中间轴（700）连接；

中间轴（700）与第一定锥轮（74）固定连接，第一动锥轮（75）以可轴向移动并随中间轴（700）转动的方式与中间轴（700）连接，第一动锥轮（75）的外壁与第一拨杆（78）连接；

还设有第二输出轴（72），第二输出轴（72）与第二软轴（9）连接，第二软轴（9）用于连接激振装置（5）；

第二输出轴（72）与第二定锥轮（76）固定连接，第二动锥轮（77）以可轴向移动并随第二输出轴（72）转动的方式与第二输出轴（72）连接，在第二动锥轮（77）的外壁与第二拨杆（79）连接；

还设有传动带（70），传动带（70）绕过第一定锥轮（74）和第一动锥轮（75）相对布置的锥形面，传动带（70）绕过第二定锥轮（76）和第二动锥轮（77）相对布置的锥形面。

10.根据权利要求1所述的一种野外便携式钻进系统，其特征是：还设有反力拉杆（3），反力拉杆（3）用于和预埋的锚杆（2）连接，并使钻杆（1）进给；

在反力拉杆（3）的一端设有反力缓冲套筒（32），另一端设有手柄（31），反力拉杆（3）穿过端头挡板（6）的位置设有螺纹段（328），螺纹段（328）与端头挡板（6）螺纹连接，以使端头挡板（6）压紧钻杆（1）；

所述的反力缓冲套筒（32）中，筒体（322）的一端设有用于和预埋的锚杆（2）连接螺纹孔（326），另一端设有活塞腔（323），反力拉杆（3）的端头穿过上端盖（321）与活塞（325）固定连接，活塞（325）安装在活塞腔（323），在活塞（325）与上端盖（321）之间设有弹簧（324）。