CN110185395A - 高频双偏心声波振动钻进驱动器及其减振结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频双偏心声波振动钻进驱动器，包括动力头、减振结构和主轴，所述减振结构包括减振箱体、水平轴对称设置的两个驱动电机或者液压马达，两个驱动电机的输出轴分别连接有呈轴对称设置的偏心轴，两偏心轴在驱动电机驱动下旋转方向相反；所述动力头安装在两个驱动电机之间，且其轴线与两个驱动电机的对称轴重合，所述主轴竖直安装在动力头上，通过电机驱动其旋转；驱动电机通过充气式隔振器悬挂安装在减振箱体内，对应每个驱动电机设置四个充气式隔振器，分别位于驱动电机首尾两端远离动力头一侧的斜上方和斜下方。本发明采用四点支撑的双环形金属橡胶减振机构，可以在各个方向减振，整体通过减振支座支撑减振箱体。

Description

高频双偏心声波振动钻进驱动器及其减振结构
技术领域
本发明涉及勘查钻探领域，尤其涉及一种高频双偏心声波振动钻进驱动器及其减振结构。
背景技术
当前，环境勘查钻探取样过程中，通常要求所取样品完整程度好、钻进效率高，传统钻机对地层的适应性有限，面对坚硬松散软地层时钻进效率底下且岩心取样率不高，此时若采用适用地层广、钻进效率高、取心程度好的声波钻机将大大缩短施工周期、提升经济效益、为勘查人员了解地层信息提供可靠的依据，声波钻机主要依靠两或若干偏心块转动使水平方向的力抵消，竖直方向的力得以加强并且和被破碎物体产生共振来破碎物体，但是由于其在工作过程中会产生巨大的共振能量，因此易导致减振结构破坏；而偏心块不能同步转动会导致水平方向的力不能完全抵消，使机械产生偏移和振动，易损坏机械；因为不同工作场合所要求的样品直径不同，而传统钻机所取样品直径单调、不具有普遍性。
发明内容
针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高频双偏心声波振动钻进驱动器及其减振结构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高频双偏心声波振动钻进驱动器，包括动力头、减振结构和主轴，所述减振结构包括减振箱体、水平轴对称设置的两个驱动电机，两个驱动电机的输出轴分别连接有呈轴对称设置的偏心轴，两偏心轴在驱动电机驱动下旋转方向相反；所述动力头安装在两个驱动电机之间，且其轴线与两个驱动电机的对称轴重合，所述主轴竖直安装在动力头上，通过电机驱动其旋转；驱动电机通过充气式隔振器悬挂安装在减振箱体内，对应每个驱动电机设置四个充气式隔振器，分别位于驱动电机首尾两端远离动力头一侧的斜上方和斜下方。
优选地，所述充气式隔振器通过减振支座安装在减振箱体的箱壁和驱动电机之间，减振支座包括减振弹簧、导向杆和两块安装板，减振弹簧套在导向杆上，两块安装板通过导向杆和减振弹簧间隔设置，在导向杆端部旋上螺母预紧，所述充气式隔振器夹在两块安装板之间；所述减振支座固定安装在减振箱体上，所述驱动电机与靠近其的安装板抵接。
优选地，在减振箱体外侧设置有同步结构，同步结构包括同步带、两换向轮和分别与两驱动电机输出轴装配的同步轮，两换向轮位于一同步轮远离另一同步轮的一侧；所述同步带通过两换向轮的设置反向绕过与两换向轮靠近的同步轮。
优选地，在主轴下方下端安装有多级异径接头，所述多级异径接头与主轴法兰连接，多级异径接头具有不同直径的阶梯轴，在阶梯轴上均攻有螺纹。
优选地，所述充气式隔振器为两个环形金属橡胶隔振器，两个环形金属橡胶隔振器相对设置，夹在两安装板之间。
优选地，所述同步轮的内圈沿其轴向开有定位用键槽，所述同步轮与驱动电机输出轴之间通过键连接。
优选地，所述减振箱体为通过冷轧工艺一体成型的水平轴对称结构，减振箱体的水平端部加工为弧形段，对应内部安装有充气式隔振器的部位沿弧形段开口处切向倾斜设置，安装有动力头的部位水平设置。
优选地，所述同步结构还包括压紧轮，所述压紧轮压在所述同步带外侧面；所述同步轮、压紧轮和换向轮均为齿轮。
一种高频双偏心声波振动钻进驱动器的减振结构，包括减振箱体、水平轴对称设置的两个驱动电机，两个驱动电机的输出轴分别连接有呈轴对称设置的偏心轴，两偏心轴在驱动电机驱动下旋转方向相反；驱动电机通过充气式隔振器悬挂安装在减振箱体内，对应每个驱动电机设置四个充气式隔振器，分别位于驱动电机首尾两端远离对称轴一侧的斜上方和斜下方。
优选地，所述减振箱体为通过冷轧工艺一体成型的水平轴对称结构，减振箱体的水平端部加工为弧形段，对应内部安装有充气式隔振器的部位沿弧形段开口处切向倾斜设置，安装有动力头的部位水平设置；所述充气式隔振器通过减振支座安装在减振箱体的箱壁和驱动电机之间，减振支座包括减振弹簧、导向杆和两块安装板，减振弹簧套在导向杆上，两块安装板通过导向杆和减振弹簧间隔设置，在导向杆端部旋上螺母预紧，所述充气式隔振器夹在两块安装板之间；所述减振支座固定安装在减振箱体上，所述驱动电机与靠近其的安装板抵接；在减振箱体外侧设置有同步结构，同步结构包括同步带、两换向轮和分别与两驱动电机输出轴装配的同步轮，两换向轮位于一同步轮远离另一同步轮的一侧；所述同步带通过两换向轮的设置反向绕过与两换向轮靠近的同步轮。
与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：
1.减振结构：四点支撑的双环形金属橡胶减振机构，可以在各个方向减振；同时，整体通过减振支座弹性减振式支撑减振箱体；减振箱体利用一体化冷轧制造工艺可以避免应力较为集中的焊缝，且类椭圆形结构可以起到缓冲减振作用；
2.同步结构：除通过控制使两偏心轴保持同步反向运动外，还通过具有换向作用的轮系结构强制使两偏心轴同步反向运动，最大化的保证偏心运动产生的水平激振力相互抵消。
3.常见的接头只靠螺纹连接，在承受较大扭矩的时候可能会出现螺纹损伤等问题，加上法兰连接之后，法兰的连接靠螺栓，增大了抗剪能力，也间接增加了螺纹的耐受力，且多规格螺纹可以满足钻具级配需要。
附图说明
图1为本发明高频双偏心声波振动钻进驱动器的结构示意图；
图2为本发明展示减振箱体内部结构的示意图；
图3为本发明减振结构的示意图；
图4为本发明展示减振支座与充气式隔振器配合结构的示意图；
图5为本发明同步结构的示意图；
图6为本发明多级异径接头的结构示意图。
图中，1、减振箱体；2、充气式隔振器；3、偏心轴；4、驱动电机；5、动力头；6、多级异径接头；7、主轴；8、同步轮；9、换向轮；10、同步带；11、压紧轮；12、安装板；13、导向杆；14、动力电机。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种高频双偏心声波振动钻进驱动器，包括动力头5、减振结构和主轴7，所述减振结构包括减振箱体1、水平轴对称设置的两个驱动电机4(也可以是液压马达)，两个驱动电机4的输出轴分别连接有呈轴对称设置的偏心轴3，两偏心轴3在驱动电机4驱动下旋转方向相反；所述动力头5安装在两个驱动电机4之间，且其轴线与两个驱动电机4的对称轴重合，所述主轴7竖直安装在动力头5上，通过电机驱动其旋转；驱动电机4通过充气式隔振器2悬挂安装在减振箱体1内，对应每个驱动电机4设置四个充气式隔振器2，分别位于驱动电机4首尾两端远离动力头5一侧的斜上方和斜下方。
所述充气式隔振器2通过减振支座安装在减振箱体1的箱壁和驱动电机4之间，减振支座包括减振弹簧、导向杆13和两块安装板12，减振弹簧套在导向杆13上，两块安装板12通过导向杆13和减振弹簧间隔设置，在导向杆13端部旋上螺母预紧，所述充气式隔振器2夹在两块安装板12之间；所述减振支座固定安装在减振箱体1上，所述驱动电机4与靠近其的安装板12抵接。
在减振箱体1外侧设置有同步结构，同步结构包括同步带10、两换向轮9和分别与两驱动电机4输出轴装配的同步轮8，两换向轮9位于一同步轮8远离另一同步轮8的一侧；所述同步带10通过两换向轮9的设置反向绕过与两换向轮9靠近的同步轮8。
在主轴7下方下端安装有多级异径接头6，所述多级异径接头6与主轴7法兰连接，多级异径接头6具有不同直径的阶梯轴，在阶梯轴上均攻有螺纹。
所述充气式隔振器2为两个环形金属橡胶隔振器，两个环形金属橡胶隔振器相对设置，夹在两安装板12之间。
所述同步轮8的内圈沿其轴向开有定位用键槽，所述同步轮8与驱动电机4输出轴之间通过键连接。电机输出轴通过联轴器与偏心轮连接，偏心轴3与联轴器连接轴的轴面沿其轴向加工出键，在偏心轮的偏心孔上开键槽，通过键与键槽的配合确定偏心轴3的初始位置，保证两个偏心轴3为轴对称设置；同样的，位于减振箱体1外部的同步轮8也与该连接轴采用同一键进行连接，也是为了对内部的偏心轴3的初始位置进行定位。
所述减振箱体1为通过冷轧工艺一体成型的水平轴对称结构，减振箱体1的水平端部加工为弧形段，对应内部安装有充气式隔振器2的部位沿弧形段开口处切向倾斜设置，安装有动力头5的部位水平设置。
所述同步结构还包括压紧轮11，所述压紧轮11压在所述同步带10外侧面；所述同步轮8、压紧轮11和换向轮9均为齿轮。
一种高频双偏心声波振动钻进驱动器的减振结构，包括减振箱体1、水平轴对称设置的两个驱动电机4，两个驱动电机4的输出轴分别连接有呈轴对称设置的偏心轴3，两偏心轴3在驱动电机4驱动下旋转方向相反；驱动电机4通过充气式隔振器2悬挂安装在减振箱体1内，对应每个驱动电机4设置四个充气式隔振器2，分别位于驱动电机4首尾两端远离对称轴一侧的斜上方和斜下方。
所述减振箱体1为通过冷轧工艺一体成型的水平轴对称结构，减振箱体1的水平端部加工为弧形段，对应内部安装有充气式隔振器2的部位沿弧形段开口处切向倾斜设置，安装有动力头5的部位水平设置；所述充气式隔振器2通过减振支座安装在减振箱体1的箱壁和驱动电机4之间，减振支座包括减振弹簧(图中未示出，下同)、导向杆13和两块安装板12，减振弹簧套在导向杆13上，两块安装板12通过导向杆13和减振弹簧间隔设置，在导向杆13端部旋上螺母预紧，所述充气式隔振器2夹在两块安装板12之间；所述减振支座固定安装在减振箱体1上，所述驱动电机4与靠近其的安装板12抵接；在减振箱体1外侧设置有同步结构，同步结构包括同步带10、两换向轮9和分别与两驱动电机4输出轴装配的同步轮8，两换向轮9位于一同步轮8远离另一同步轮8的一侧；所述同步带10通过两换向轮9的设置反向绕过与两换向轮9靠近的同步轮8。
工作原理：
钻进时，两个驱动电机4带动两个偏心轴3旋转，偏心轴3属于耦合布置，在压紧轮11的作用下，保证两偏心轴3同步转动，产生的横向力相互抵消，只剩下周期性的纵向激振力，通过主轴7和钻杆的自然谐振频率重合产生共振结合动力电机14带动主轴7、钻杆的旋转来实现钻进。为了使产生的高频振动不传递至减振箱体1，采用了四个斜向布置的充气式隔振器2，偏心轴3产生的振动传递到充气式隔振器2，充气式隔振器2的器壁与其内气体之间产生的摩擦和气体分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使振动能量转化为气体热能散发到大气中，从而实现减振，面对不同地层或对岩心直径有不同要求时可随时更换不同直径钻杆，实现快速取心。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，包括动力头(5)、减振结构和主轴(7)，所述减振结构包括减振箱体(1)、水平轴对称设置的两个驱动电机(4)，两个驱动电机(4)的输出轴分别连接有呈轴对称设置的偏心轴(3)，两偏心轴(3)在驱动电机(4)驱动下旋转方向相反；所述动力头(5)安装在两个驱动电机(4)之间，且其轴线与两个驱动电机(4)的对称轴重合，所述主轴(7)竖直安装在动力头(5)上，通过电机驱动其旋转；驱动电机(4)通过充气式隔振器(2)悬挂安装在减振箱体(1)内，对应每个驱动电机(4)设置四个充气式隔振器(2)，分别位于驱动电机(4)首尾两端远离动力头(5)一侧的斜上方和斜下方。
2.根据权利要求1所述的高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，所述充气式隔振器(2)通过减振支座安装在减振箱体(1)的箱壁和驱动电机(4)之间，减振支座包括减振弹簧、导向杆(13)和两块安装板(12)，减振弹簧套在导向杆(13)上，两块安装板(12)通过导向杆(13)和减振弹簧间隔设置，在导向杆(13)端部旋上螺母预紧，所述充气式隔振器(2)夹在两块安装板(12)之间；所述减振支座固定安装在减振箱体(1)上，所述驱动电机(4)与靠近其的安装板(12)抵接。
3.根据权利要求1所述的高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，在减振箱体(1)外侧设置有同步结构，同步结构包括同步带(10)、两换向轮(9)和分别与两驱动电机(4)输出轴装配的同步轮(8)，两换向轮(9)位于一同步轮(8)远离另一同步轮(8)的一侧；所述同步带(10)通过两换向轮(9)的设置反向绕过与两换向轮(9)靠近的同步轮(8)。
4.根据权利要求1所述的高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，在主轴(7)下方下端安装有多级异径接头(6)，所述多级异径接头(6)与主轴(7)法兰连接，多级异径接头(6)具有不同直径的阶梯轴，在阶梯轴上均攻有螺纹。
5.根据权利要求2所述的高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，所述充气式隔振器(2)为两个环形金属橡胶隔振器，两个环形金属橡胶隔振器相对设置，夹在两安装板(12)之间。
6.根据权利要求3所述的高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，所述同步轮(8)的内圈沿其轴向开有定位用键槽，所述同步轮(8)与驱动电机(4)输出轴之间通过键连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，所述减振箱体(1)为通过冷轧工艺一体成型的水平轴对称结构，减振箱体(1)的水平端部加工为弧形段，对应内部安装有充气式隔振器(2)的部位沿弧形段开口处切向倾斜设置，安装有动力头(5)的部位水平设置。
8.根据权利要求3或6所述的高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，所述同步结构还包括压紧轮(11)，所述压紧轮(11)压在所述同步带(10)外侧面；所述同步轮(8)、压紧轮(11)和换向轮(9)均为齿轮。
9.一种高频双偏心声波振动钻进驱动器的减振结构，其特征在于，包括减振箱体(1)、水平轴对称设置的两个驱动电机(4)，两个驱动电机(4)的输出轴分别连接有偏心轴(3)，两偏心轴(3)的偏心方向相反且在驱动电机(4)驱动下旋转方向相反；驱动电机(4)通过充气式隔振器(2)悬挂安装在减振箱体(1)内，对应每个驱动电机(4)设置四个充气式隔振器(2)，分别位于驱动电机(4)首尾两端远离对称轴一侧的斜上方和斜下方。
10.根据权利要求9所述的高频双偏心声波振动钻进驱动器，其特征在于，所述减振箱体(1)为通过冷轧工艺一体成型的水平轴对称结构，减振箱体(1)的水平端部加工为弧形段，对应内部安装有充气式隔振器(2)的部位沿弧形段开口处切向倾斜设置，安装有动力头(5)的部位水平设置；所述充气式隔振器(2)通过减振支座安装在减振箱体(1)的箱壁和驱动电机(4)之间，减振支座包括减振弹簧、导向杆(13)和两块安装板(12)，减振弹簧套在导向杆(13)上，两块安装板(12)通过导向杆(13)和减振弹簧间隔设置，在导向杆(13)端部旋上螺母预紧，所述充气式隔振器(2)夹在两块安装板(12)之间；所述减振支座固定安装在减振箱体(1)上，所述驱动电机(4)与靠近其的安装板(12)抵接；在减振箱体(1)外侧设置有同步结构，同步结构包括同步带(10)、两换向轮(9)和分别与两驱动电机(4)输出轴装配的同步轮(8)，两换向轮(9)位于一同步轮(8)远离另一同步轮(8)的一侧；所述同步带(10)通过两换向轮(9)的设置反向绕过与两换向轮(9)靠近的同步轮(8)。
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