CN110952918B - 一种冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击器，包括端部套接的钻头和卡纤套，所述卡纤套的另一端部外周套设有外缸，所述钻头和所述卡纤套的贴合面之间设有沿轴向延伸的导向槽和导向键以及用以实现轴向定位的锁定部；所述卡纤套与所述外缸之间设有第一垫片；所述第一垫片设有沿横截面分布的环状凹槽。上述冲击器利用导向槽、导向键和锁定部实现外缸于卡纤套的固定连接和快速拆分，利用设有环状凹槽的第一垫片实现卡纤套与外缸之间的快速拆分，在保证各个零部件的连接强度的前提下，降低了拆卸难度，简化了该冲击器的维护和更换。

Description

一种冲击器

技术领域

本发明涉及钻探工程领域，尤其涉及一种冲击器。

背景技术

近些年来，随着我国不断加大对基础设施以及各类矿场的投入，气动潜孔冲击器凭借其结构简单、操作方便、便于维修、可有效清除井底岩屑、不受钻孔深度限制、可减少钻具磨损等优点，在岩石破碎机械技术领域受到了巨大的重视。随着气动潜孔冲击器钻进技术的迅速发展，其应用领域不断拓宽,从初始的爆破孔施工,逐步发展到水文水井钻凿,地质岩芯勘探,水库坝基帷幕灌浆,工程地质勘查,非开挖管线铺设,建筑基础及岩土工程等几乎所有钻孔施工领域。

气动潜孔冲击器利用高压空气作为动力源，驱动冲击器内的活塞高速度、高频率地做往复运动，使活塞获得足够的能量冲击钻头而进行钻孔作业。冲击力以应力波的形式作用于钻头，极短的时间内产生巨大的冲击能量，能有效地破碎岩石，快速成孔，达到凿岩钻孔的目的。

现有的气动潜孔冲击器例如潜孔冲击器，钻头与卡纤套、卡纤套与外缸之间均通过螺纹连接。螺纹连接太松时，零部件之间容易振幅过大甚至分散开来，影响该冲击器的使用，为此，螺纹连接时会施加较大的预紧力，但这样又会导致螺纹连接太紧、咬合力太大，不便拆卸。例如拆卸卡纤套与钻头时需要对卡纤套进行加热，待卡纤套受热变形后再通过敲打的方式将钻头和卡纤套分开，这种拆卸方式一则操作繁琐、耗时，二则卡纤套加热后，其材料组织发生变化、性能改变；而拆卸卡纤套与外缸时需要切掉卡纤套或外缸的局部，使二者的连接处产生间隙，而这一拆卸方式明显增加了维修更换的成本。

综上所述，如何简化冲击器的拆卸难度、提高冲击器的维护水平，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲击器，可以降低拆卸难度，简化冲击器的维护和更换。

为实现上述目的，本发明提供一种冲击器，包括端部套接的钻头和卡纤套，所述卡纤套的另一端部外周套设有外缸，所述钻头和所述卡纤套的贴合面之间设有沿轴向延伸的导向槽和导向键以及用以实现轴向定位的锁定部；所述卡纤套与所述外缸之间设有第一垫片；所述第一垫片设有沿横截面分布的环状凹槽。

优选地，所述锁定部包括设置于所述钻头外周的第一凹槽以及设置于所述卡纤套内壁的第二凹槽；所述第一凹槽和所述第二凹槽在所述钻头插入所述卡纤套时相向拼合成沿径向延伸的限位孔；还包括用以插入所述限位孔内的限位销。

优选地，所述锁定部还包括用以设置于所述限位孔的入口端内的止挡件；所述止挡件在所述限位销插入所述入口端时抵压在所述限位销靠近所述入口端一侧的端面。

优选地，所述止挡件包括同轴且端部连接的弹簧和挡销；所述弹簧的另一端固定于所述钻头外周或卡纤套内壁，所述挡销的另一端用以插入所述入口端。

优选地，所述钻头和所述卡纤套的贴合面之间设有两个对称分布的锁定部。

优选地，所述环状凹槽包括设置于所述第一垫片外周的第一环状凹槽和设置于所述第一垫片的内壁的第二环状凹槽；所述第一环状凹槽和所述第二环状凹槽设置于所述第一垫片轴向中部的同一横截面。

优选地，所述外缸的另一端部套设以固定于接头的端部；所述外缸与所述接头之间设有第二垫片；所述第二垫片的结构与所述第一垫片的结构相同。

优选地，所述外缸的另一端部套设以固定于接头的端部；所述接头与插设于所述外缸内的内缸一体成型；所述接头与所述插设于接头内的配气座通过定位销固定连接。

优选地，所述接头的接头腔壁设有第一定位孔；所述配气座设有用以与所述第一定位孔同轴以供所述定位销末端插入的安装槽或第二定位孔。

优选地，还设有辅气路；所述接头的接头腔壁设有自内而外朝向所述内缸一端倾斜的斜孔，所述斜孔的外侧孔端与所述辅气路流通。

相对于上述背景技术，本发明所提供的冲击器包括外缸、连接于外缸一端的钻头、设置于外缸与钻头之间的卡纤套。

钻头的端部和卡纤套的端部套接，钻头和卡纤套的贴合面之间设有沿轴向延伸的导向槽、导向键和用以实现轴向定位的锁定部。导向槽和导向键沿钻头的轴向也即卡纤套的轴向延伸，导向槽和导向键约束钻头与卡纤套的相对转动，使得钻头和卡纤套只能沿轴向拉拔，而锁定部又在此基础上实现了钻头与卡纤套的轴向定位，最终实现钻头与卡纤套的固定连接。

卡纤套与外缸之间设有第一垫片，第一垫片的环状凹槽沿横截面分布。

对于上述冲击器而言，拆卸过程中可以沿环状凹槽切断第一垫片，利用第一垫片取出后空留在卡纤套与外缸之间的间隙实现卡纤套与外缸的拆卸；进一步通过拆除锁定部来拆卸钻头与卡纤套，其中，锁定部在卸掉钻头与卡纤套之间的轴向定位后，被导向槽和导向键约束的钻头与卡纤套通过轴向拉拔即可实现拆分。

综上，本发明对外缸、卡纤套和钻头之间的连接方式和连接结构加以改进，利用导向槽、导向键和锁定部实现外缸于卡纤套的固定连接和快速拆分，利用设有环状凹槽的第一垫片实现卡纤套与外缸之间的快速拆分。由于导向槽、导向键和锁定部并非通过钻头与卡纤套之间的过盈配合确保连接强度，因此在拆卸时极大地降低了拆卸难度；将第一垫片设置在外缸与卡纤套之间，冲击器工作时能够调节外缸与卡纤套之间的间隙，避免外缸与卡纤套直接锁紧且锁紧力过大，从而降低拆卸难度，拆卸冲击器又能够取代外缸和卡纤套被切割，避免损坏外缸和卡纤套，进而避免提高成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的第一种冲击器的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的第一种冲击器在工作过程中空气的流通示意图；

图3为本发明实施例所提供的第一种第一垫片的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的第二种第一垫片的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的钻头与卡纤套装配时的局部剖视图；

图6为本发明实施例所提供的卡纤套的结构示意图。

其中，1-钻头、2-卡纤套、3-外缸、41-导向键、42-限位孔、421-入口端、422-出口端、423-挡销孔、43-限位销、44-止挡件、441-弹簧、442-挡销、45-导向槽、5-第一垫片、51-环状凹槽、511-第一环状凹槽、512-第二环状凹槽、6-接头、61-斜孔、62-第一定位孔、7-第二垫片、8-内缸、9-配气座、91-第二定位孔、101-辅气路、102-主气路、11-第一密封圈、12-第二密封圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图6，图1为本发明实施例所提供的第一种冲击器的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的第一种冲击器在工作过程中空气的流通示意图；图3为本发明实施例所提供的第一种第一垫片的结构示意图；图4为本发明实施例所提供的第二种第一垫片的结构示意图；图5为本发明实施例所提供的钻头与卡纤套装配时的局部剖视图；图6为本发明实施例所提供的卡纤套的结构示意图。

本发明提供一种冲击器，包括外缸3、卡纤套2和钻头1。卡纤套2设置于外缸3和钻头1之间，卡纤套2的一端插入并固定于外缸3的端部内，卡纤套2的另一端套设并固定于钻头1的端部。钻头1位于该冲击器的端部，用于在工作过程中冲击岩石等物体，实现钻探。

本发明所提供的冲击器在外缸3与卡纤套2之间设置第一垫片5，第一垫片5具有至少一道沿横截面分布的环状凹槽51。

安装外缸3与卡纤套2时，第一垫片5间隔在外缸3的端面与卡纤套2的外周的台阶面之间，起到调整外缸3与卡纤套2之间的连接间隙的作用，同时还能够在钻头1冲击岩石时起到缓冲和减震的作用。

拆卸外缸3与卡纤套2时，利用切割工具将第一垫片5切断，使得外缸3的端面与卡纤套2的台阶面之间的间隙空留出来，再利用工具插入前述间隙时拆卸外缸3与卡纤套2。切割第一垫片5时，切割工具可沿环状凹槽51切入，环状凹槽51一方面起到引导切割路径的作用，避免切割路径偏移时划伤外缸3或卡纤套2，另一方面起到减小第一垫片5的局部壁厚的作用，继而减少切割工具的切割量，实现快速切割和拆卸。

本发明所提供的冲击器在卡纤套2与钻头1的贴合面之间设有导向槽45、导向键41和锁定部，导向槽45和导向键41沿钻头1的轴向也即卡纤套2的轴向延伸，卡纤套2套接在钻头1的钻柄外周，导向槽45和导向套约束卡纤套2与钻头1绕轴线方向的相对转动；进一步地，结合锁定部实现卡纤套2与钻柄在轴向的定位。综上，对于具有套接关系的钻头1和卡纤套2而言，导向槽45、导向套和锁定部约束了钻头1与卡纤套2之间剩余的两个自由度，实现了钻头1与卡纤套2的相对固定。

安装卡纤套2与钻头1时，使卡纤套2的端部和钻柄的端部相对分布，调节前述两端部之间的相对角度，令导向槽45与导向键41分别对准，再沿卡纤套2和钻柄的轴向使二者靠近并套接，最后通过锁定部实现钻头1与卡纤套2之间的轴向定位。

拆卸卡纤套2与钻头1时，首先卸除锁定部对钻头1与卡纤套2的轴向定位，再沿钻头1与卡纤套2的轴向拉拔二者，使导向槽45和导向键41逐渐分离，最终实现钻头1与卡纤套2的拆卸。

相比于现有技术而言，本发明以导向键41、导向槽45和锁定部取代了现有技术中钻头1与卡纤套2的螺纹连接，钻头1与卡纤套2的固定连接不必依靠钻头1外周与卡纤套2内壁之间的过盈配合以及螺纹的预紧力实现，也就不会导致因螺纹过于锁紧而难以拆分钻头1与卡纤套2的问题。导向键41、导向槽45和锁定部通过形状结构以及连接关系约束钻头1与卡纤套2之间的自由度，拆装方便。本发明还以设有环状凹槽51的第一垫片5取代了外缸3端面与卡纤套2的台阶面之间的直接接触，第一垫片5的两侧端面分别贴合外缸3端面与卡纤套2的台阶面，无论外缸3与卡纤套2之间的预紧力如何，一旦第一垫片5被破坏并拆除后，外缸3与卡纤套2之间的预紧力随之消失，并且在外缸3端面与卡纤套2的台阶面之间还留有一定间隙，方便操作者借助工具插入该间隙内辅助拆卸。

综上，本发明所提供的冲击器在保证各个零部件的连接强度的前提下，具有拆装方便、快速的优点，大大简化了该冲击器的维护和更换。

下面结合附图和实施方式，对本发明所提供的冲击器做更进一步的说明。

在上述实施例的基础上，本发明所提供的冲击器通过限位销43和限位孔42实现卡纤套2和钻头1的轴向定位。

示例性的，锁定部包括设置于钻头1外周的第一凹槽以及设置于卡纤套2内壁的第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽在钻头1插入卡纤套2时相向拼合成沿径向延伸的限位孔42。

需要说明的是，限位孔42沿径向延伸具体指限位孔42沿卡纤套2的径向也就是钻头1的径向延伸，此时，限位孔42的轴线方向垂直于钻头1和卡纤套2的轴线方向。当然，除了垂直以外，限位孔42的轴线方向还可倾斜相交于钻头1与卡纤套2的轴线方向。

限位销43插入限位孔42内，位于第一凹槽内的部分限位销43受到第一凹槽内壁的约束，而位于第二凹槽内的部分限位销43受到第二凹槽内壁的约束，该冲击器在工作时，钻头1与卡纤套2之间具有沿轴向相对运动的趋势，这一状态下的限位销43受到第一凹槽和第二凹槽的剪切力作用，反过来说，第一凹槽的内壁和第二凹槽的内壁分别受到限位销43的作用力且方向相反，因此，被限位销43所约束的第一凹槽和第二凹槽无法沿钻头1和卡纤套2的轴向分离。

为了避免限位销43从限位孔42中脱离，限位孔42的出口端422的径向尺寸小于限位销43的径向尺寸，以避免限位销43从出口端422脱离限位孔42。

进一步地，锁定部还包括用以设置于限位孔42的入口端421内的止挡件44，止挡件44在限位销43插入入口端421时抵压在限位销43靠近入口端421一侧的端面。

止挡件44用于阻挡限位销43从入口端421脱离。止挡件44可填充于入口端421，使入口端421完全封闭，从而起到阻挡作用，例如止挡件44设置为圆柱塞；止挡件44也可以安装于入口端421，在限位销43插入限位孔42时，令止挡件44脱离限位孔42或者在限位孔42内偏移，避开限位销43插入时的路径，待限位销43彻底插入后，令止挡件44回到入口端421并抵压在限位销43的端面，例如止挡件44可设置为弹性拨片。

以下给出一种止挡件44的具体实施方式。

止挡件44包括同轴且端部连接的弹簧441和挡销442。弹簧441远离挡销442的一端固定于钻头1的钻柄外周，或者固定于卡纤套2的内壁；挡销442远离弹簧441的一端用以插入入口端421。

为了简化该冲击器的结构，弹簧441和挡销442垂直于限位孔42设置，限位孔42还设有用以供挡销442插入限位孔42内的挡销孔423，插入限位销43之前，挤压弹簧441，使挡销442从挡销孔423内退出限位孔42；限位销43插入完成后，松开弹簧441，挡销442从挡销孔423内插入限位孔42内，挡销442的端部与限位销43的端面交叉。

为了改善钻头1和卡纤套2的受力，本发明所提供的冲击器在钻头1和卡纤套2的贴合面之间设有两个对称分布的锁定部，两个锁定部以钻头1端面的任一直径为对称轴对称分布于前述贴合面之间。当然，锁定部的数量还可多于两个，例如设置为三个等间距环绕于钻头1外周和卡纤套2内壁的锁定部，或者对称设置多对锁定部。

针对本发明所提供的第一垫片5的具体设置形式，可包括多道环状凹槽51，例如，环状凹槽51包括设置于第一垫片5外周的第一环状凹槽511和设置于第一垫片5内壁的第二环状凹槽512。

设置于第一垫片5外周的第一环状凹槽511能够作为切割工具的切割标记，方便操作者快速找到切入口并沿第一环状凹槽511所在的横截面切入第一垫片5。

设置于第一垫片5内壁的第二环状凹槽512与插入该第一垫片5内的工件表面存在间隙，能够避免切割工具切入过深造成前述工件表面划损。

进一步地，第一环状凹槽511和第二环状凹槽512设置于第一垫片5轴向中部的同一横截面。沿第一环状凹槽511和第二环状凹槽512切割第一垫片5的切割路径垂直于第一垫片5的轴线方向。

外缸3的另一端部套设以固定于接头6的端部。在前述实施例的基础上，外缸3与接头6之间设有第二垫片7，第二垫片7的结构与第一垫片5的结构相同。这样一来，拆卸接头6和外缸3时同样可以通过切断第二垫片7简化拆卸难度。

本发明还提供一种冲击器的具体实施例，在该实施例中，除了设置导向槽45、导向键41和锁定部以外，外缸3的另一端套设于接头6的端部，外缸3内还设有内缸8，接头6与内缸8一体成型，接头6的内腔与内缸8的内腔连接，配气座9插入前述两个内腔中。

由于该实施例中接头6与内缸8一体设置，因此接头6的接头腔壁于内缸8的侧壁自然过渡，接头6的内腔与内缸8的内腔连通成一体，插入接头6和内缸8的配气座9形状与前述两个内腔的形状相匹配，方便采用定位销固定连接配气座9与前述两个内腔。

相比于现有技术而言，简化配气座9的形状有利于定位销的连接，具体来说，接头6的接头腔壁与配气座9的侧壁的形状规则、厚度相较于现有技术中得以增大，而且接头腔壁与配气座9的侧壁之间的贴合面面积也适当扩大，设置定位销不会影响到接头6和配气座9的结构强度，也不会影响接头6和配气座9的工作状态；而采用定位销连接又反过来简化了配气座9的形状结构，具体来说，相比于现有技术中通过接头6、内缸8与配气座9的过盈装配而言，定位销的连接可靠，无需另外设置其他用于密封、用于补偿间隙的辅助零件，明显减少了该冲击器的零件数量，相应地，配气座9也无需再针对这些辅助零件设置成特殊的形状结构。

这一实施例不仅通过导向槽45、导向键41和锁定部简化了外缸3、卡纤套2和钻头1的拆卸，还通过简化配气座9的形状结构以及配气座9与接头6、内缸8和外缸3的固定连接方式简化了配气座9的安装与拆卸。

为了提高定位销的连接强度，在上述实施例的基础上，接头6的接头腔壁设有第一定位孔62，配气座9设有用以与第一定位孔62同轴以供定位销末端插入的安装槽或第二定位孔91。

接头6与配气座9装配后，安装槽或第二定位孔91的中心轴于第一定位孔62的中心轴重合。相比于第二定位孔91而言，定位槽并未贯穿配气座9的侧壁，伸入第二定位孔91的定位销不会伸入到配气座内腔中，不会影响配气座内腔中空气的流动。

本发明所提供的冲击器还设有辅气路101，辅气路101在接头6内与冲击器的主气路102分叉，主气路102沿冲击器的中心轴向钻头1流动，使得冲击器的活塞往复运动以冲击钻头1，而辅气路101沿冲击器的轴向流动至钻头1的周侧，在钻头1冲击岩石的过程中将破碎的石块吹散，方便钻头1持续工作。

为了改善空气在辅气路101内的流通，接头6还设有自内而外朝向内缸8一端倾斜的斜孔61，斜孔61的外侧孔端与辅气路101流通。接头6内的部分空气进入斜孔61后，沿斜孔61向外且朝向钻头1流动，减少了空气对接头6、内缸8以及外缸3等零部件的冲击力。

斜孔61的设置基于接头6与内缸8一体设置这一结构特征。由于接头6的接头腔壁与内缸8的侧壁平滑过渡，斜孔61可沿接头腔壁和内缸8的侧壁倾斜设置，倾斜角度不再受到接头腔壁的长度限制，进而空气流经斜孔61时方向骤变。

进一步地，该冲击器还设有用以提高气密性的密封圈，例如在接头6的台阶面与外缸3的端面之间设置第一密封圈11，在配气座9的外周与接头腔壁的内壁之间设置第二密封圈12。第一密封圈11和第二密封圈12均可设置为O型密封圈。

以上对本发明所提供的冲击器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种冲击器，包括端部套接的钻头(1)和卡纤套(2)，所述卡纤套(2)的另一端部外周套设有外缸(3)，其特征在于，所述钻头(1)和所述卡纤套(2)的贴合面之间设有沿轴向延伸的导向槽(45)和导向键(41)以及用以实现轴向定位的锁定部；所述卡纤套(2)与所述外缸(3)之间设有第一垫片(5)；所述第一垫片(5)设有沿横截面分布的环状凹槽(51)；

所述锁定部包括设置于所述钻头(1)外周的第一凹槽以及设置于所述卡纤套(2)内壁的第二凹槽；所述第一凹槽和所述第二凹槽在所述钻头(1)插入所述卡纤套(2)时相向拼合成沿径向延伸的限位孔(42)；还包括用以插入所述限位孔(42)内的限位销(43)；

所述锁定部还包括用以设置于所述限位孔(42)的入口端(421)内的止挡件(44)；所述止挡件(44)在所述限位销(43)插入所述入口端(421)时抵压在所述限位销(43)靠近所述入口端(421)一侧的端面；

所述止挡件(44)包括同轴且端部连接的弹簧(441)和挡销(442)；所述弹簧(441)的另一端固定于所述钻头(1)的外周或所述卡纤套(2)的内壁，所述挡销(442)的另一端用以插入所述入口端(421)；

所述钻头(1)和所述卡纤套(2)的贴合面之间设有两个对称分布的锁定部；

外缸（3）的另一端套设于接头（6）的端部，接头（6）的台阶面与外缸（3）的端面之间设置第一密封圈（11）。

2.根据权利要求1所述的冲击器，其特征在于，所述环状凹槽(51)包括设置于所述第一垫片(5)外周的第一环状凹槽(511)和设置于所述第一垫片(5)的内壁的第二环状凹槽(512)；所述第一环状凹槽(511)和所述第二环状凹槽(512)设置于所述第一垫片(5)轴向中部的同一横截面。

3.根据权利要求2所述的冲击器，其特征在于，所述外缸(3)的另一端部套设以固定于接头(6)的端部；所述外缸(3)与所述接头(6)之间设有第二垫片(7)；所述第二垫片(7)的结构与所述第一垫片(5)的结构相同。

4.根据权利要求1所述的冲击器，其特征在于，所述接头(6)与插设于所述外缸(3)内的内缸(8)一体成型；所述接头(6)与所述插设于所述接头(6)内的配气座(9)通过定位销固定连接。

5.根据权利要求4所述的冲击器，其特征在于，所述接头(6)的接头腔壁设有第一定位孔(62)；所述配气座(9)设有用以与所述第一定位孔(62)同轴以供所述定位销末端插入的安装槽或第二定位孔(91)。

6.根据权利要求4所述的冲击器，其特征在于，还设有辅气路(101)；所述接头(6)的接头腔壁设有自内而外朝向所述内缸(8)一端倾斜的斜孔(61)，所述斜孔(61)的外侧孔端与所述辅气路(101)流通。