CN111622664A - 工业机器人专用土壤钻机高配冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械设备技术领域，具体来说，是工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，包括连接头、缸体和卡钎套，缸体内开有贯穿的第一通孔，缸体的一端与连接头连接，所述缸体的另一端与卡钎套连接，缸体内部还设有内缸，内缸置于所述第一通孔内，内缸侧面开有潜孔，且所述内缸开有贯穿的第二通孔，所述第二通孔内设有活塞，且所述活塞开有贯穿的第三通孔，所述活塞包括一体成型的活塞头部、活塞本体和活塞尾部，本发明目的是提供一种高频高效节能的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，增加了冲击器的冲击器频率，提升冲击器的频率。

Description

工业机器人专用土壤钻机高配冲击器

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，具体来说，是工业机器人专用土壤钻机高配冲击器。

背景技术

近年来，随着国家对石油天然气需求日益增加，同时对于页岩气的开采也是当今热点，也是一个挑战。因为在钻井过程中，常会因为司钻技术、经验问题以至于送钻不及时或送钻过快，或是因为井壁摩阻问题，造成施加给钻头的钻压不稳定，影响破岩效率，甚至有可能因为钻压突然增大而损坏钻头、崩裂钻头的切削齿等，影响钻进速度。另一方面PDC钻头在钻硬或研磨性地层时，通常没有足够的扭矩来破碎岩石，从而产生卡钻的现象，井下钻杆扭力释放导致钻头失效。油田深部地层岩石坚硬、研磨极值高，应用常规牙轮钻头钻进，单只钻头进尺少，需要多次起下钻且机械钻速较低；应用螺杆进行复合钻进时，由于深井中温度较高，螺杆寿命低、使用效果不理想；同时在钻探深井超深井中常出现粘滑振动现象，粘滑振动易造成钻具失效，导致机械钻速降低。此外，采用气体钻井技术钻进可较大程度提高机械钻速，但在地层出水的情况下易引起井下复杂情况发生，且气体钻井配套设备多，成本相对较大。

针对以上问题，国内外已尝试了多种工具，取得了一定的提速效果，其中高频扭转冲击类工具占提速工具的主导地位。现场实验和理论研究均表明，该类工具可以给钻头附加高频扭转冲击力，辅助钻头破岩，降低钻柱的粘滑现象，提高机械钻速，降低钻进成本，实现更大的经济效益，同时也更好地保证钻井的安全性。

公开号为CN201820224171.6的一种基于螺杆与齿轮的差速扭力冲击器，解决了钻井过程中钻头产生的粘滑振动现象。其技术方案为：由动力总成、万向轴总成、传动总成和冲击总成组成，动力总成上部与钻杆连接，下部依次连接万向轴总成、传动总成和冲击总成，动力总成带动法兰传动轴旋转；一方面法兰传动轴通过传动轴、传动销带动偏心冲击锤高速旋转，另一方面带动外齿轮转动，与内齿轮壳体啮合，将一个较低的转速传递给内齿轮壳体，进而带动冲击传动轴以一个较低的转速转动，从而与偏心冲击块形成转速差，产生冲击作用，并将碰撞产生的扭转振动通过冲击传动轴传递到下接头。本实用新型可以持续产生扭转冲击振动，提高钻头破岩效率，有效避免卡钻和粘滑现象产生。

但是同种规格的冲击器，在效率提升上主要是通过保证冲击频率不变的情况下提高冲击器核心部件活塞的单次冲击器功来实现，这样对活塞本身的材质性能等质量要求较高，这就大大增大了改进难度。

发明内容

本发明目的是旨在单次冲击器基本不变的情况下，提供一种高频高效节能的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，增加了冲击器的冲击器频率，提升冲击器的频率。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，包括连接头、缸体和卡钎套，所述缸体内开有贯穿的第一通孔，所述缸体的一端与连接头连接，所述缸体的另一端与卡钎套连接，所述缸体内部还设有内缸，所述内缸置于所述第一通孔内，所述内缸侧面开有潜孔，且所述内缸开有贯穿的第二通孔，所述第二通孔内设有活塞，且所述活塞开有贯穿的第三通孔，所述活塞包括一体成型的活塞头部、活塞本体和活塞尾部，所述活塞头部的横截面直径小于活塞本体的横截面直径，所述活塞头部与活塞本体连接处设有第一凸台，所述活塞头部朝向所述卡钎套，且所述活塞头部与所述卡钎套不接触，所述活塞本体置于所述内缸内，所述活塞尾部通过配气结构与所述连接头连接。

进一步，所述活塞头部端面与所述卡钎套端面之间的距离为第一冲击行程，所述第一冲击行程为51mm-89mm。

为了提高活塞冲击频率，缩短了活塞的冲击行程，压缩活塞的长度，从而使得活塞的重量降低，因为活塞重量降低，需要的做功气量随之减少。通过设计，以保证活塞运动的最小耗气量为依据，预留排渣风量，制定冲击器的最低耗气量，有效降低了对气量的需求。

使之在同样的压力下获得更高的冲击加速度，进而提高活塞的冲击器的末速度。

进一步，所述配气结构包括配气阀、弹簧和逆止阀，所述配气阀包括配气阀头部和配气阀尾部，所述配气阀头部的横截面直径小于所述配气阀尾部的横截面直径，且所述配气阀头部开有贯穿的通气孔，所述配气阀尾部开有贯穿的容置孔，所述弹簧置于所述容置孔内，所述逆止阀包括一体成型的逆止阀头部和逆止阀尾部，所述逆止阀尾部为开有第四通孔的圆柱体，所述弹簧一端置于所述容置孔内，所述弹簧的另一端置于逆止阀尾部的第四通孔内，且所述逆止阀尾部的另一端与逆止阀头部连接。

进一步，所述连接头内部开有贯穿的第五通孔，且所述第五通孔为阶梯状通孔，所述连接头包括连接头头部和连接头尾部，所述连接头头部的部分第五通孔的直径大于所述连接头尾部的部分第五通孔的直径，所述连接头头部为截断锥形，且所述连接头头部外表面设有一圈外螺纹，所述连接头头部与所述连接头尾部的连接处设有第二凸台，所述第二凸台的直径均大于所述连接头头部和连接头尾部，所述连接头尾部另一端与逆止阀头部连接，所述逆止阀头部封住所述逆止阀尾部的第四通孔，所述逆止阀头部处于所述第五通孔内，所述逆止阀的头部被所述第五通孔的小直径部分抵住。

进一步，所述逆止阀的头部通过橡胶垫与所述第五通孔接触，且所述逆止阀外部套有限位环。

进一步，所述配气阀尾部端面与连接头端面之间的距离为第二冲击行程，所述第二冲击行程的距离为30mm-40mm。

进一步，所述卡钎套包括限位端和固定端，所述固定端外表面的直径小于所述限位端外表面的直径，且所述固定端的外表面设有外螺纹，所述卡钎套与所述缸体连接时，所述固定端置于所述缸体内部，所述限位端置于所述缸体的外部，且所述缸体的外表面直径不大于所述限位端的外表面直径。

进一步，所述第一通孔为台阶孔，所述第一通孔包括依次连接的第一阶、第二阶、第三阶、第四阶、第五阶和第六阶，第一阶的直径大于第二阶的直径，第二阶的直径大于第三阶的直径，第三阶的直径小于第四阶的直径，第五阶的直径大于第四阶的直径，所述卡钎套与所述缸体连接时，所述固定端置于所述第一阶内，所述活塞、内缸均置于第四阶内，所述逆止阀置于所述第五阶内，所述连接头尾部置于所述第六阶内。

进一步，所述卡钎套抵在第一阶与第二阶的过渡处，且所述卡钎套与第二阶之间设有卡环，所述卡环由两个半圆环拼接而成。

进一步，所述卡环之间设有第二限位环。

本发明的工作原理及优点在于：缸体内设有轴向的可与连接头的配气阀；配气阀靠近连接头的位置设置有用于将配气阀气道与连接头气道之间进行启闭的逆止阀，第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔等的配合，在高压气体作用时，使气体通道面积得到有效控制，总体通道过气面积减少10％，实现各排气通道按照气流方向阶梯式缩小，去除气路瓶颈保证压降，也就保证了冲击器的工作压力，通过气路及各气路交换点的改进，将冲击器内部由原来的一个大气室分割为多个小气室，杜绝了了突然断气时外部泥浆进入冲击器内部，提高了冲击效率，导致冲击器堵塞的现象，解决了钻土过程中井下钻具容易造成的遇阻或遇卡的难题；该工具设计合理，性能可靠，产生周向冲击的有效保护钻头，消除钻头的粘滑和卡钻现象，提高机械钻速；该工具适应性强；该工具有动作无死点，提供高频扭转冲击；操作简单、寿命长、提速效果好等优点，可配合PDC钻头使用可有效提高深井硬地层机械钻速。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明工业机器人专用土壤钻机高配冲击器的主视图；

图2为图1的A-A的剖视图；

图3为本发明工业机器人专用土壤钻机高配冲击器的分解示意图；

图4为本发明工业机器人专用土壤钻机高配冲击器的活塞的主视图；

图5为图4中B-B剖面视图；

图6为本发明工业机器人专用土壤钻机高配冲击器的缸体的主视图；

图7为图6中C-C的剖视图；

图8为本发明工业机器人专用土壤钻机高配冲击器的内缸的立体结构图。

主要元件符号说明如下：连接头1，连接头头部101，第二凸台102，连接头尾部103，缸体2，第一阶201，第二阶202，第三阶203，第四阶204，第五阶205，第六阶206，第一限位环3，橡胶垫4，逆止阀5，第四通孔501，弹簧6，活塞7，活塞头部701，活塞尾部702，活塞本体703，第一凸台704，第三通孔705，配气阀8，内缸9，第二通孔901，潜孔902，卡环10，卡钎套11，,限位端1101，固定端1102，第二限位环12。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1至8所示，工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，包括连接头1、缸体2和卡钎套11，缸体2内开有贯穿的第一通孔，缸体2的一端与连接头1连接，缸体2的另一端与卡钎套11连接，缸体2内部还设有内缸9，内缸9置于第一通孔内，内缸9侧面开有潜孔902，且内缸9开有贯穿的第二通孔901，第二通孔901内设有活塞7，且活塞7开有贯穿的第三通孔705，活塞7包括一体成型的活塞头部701、活塞本体703和活塞尾部702，活塞头部701 的横截面直径小于活塞本体703的横截面直径，活塞头部701与活塞本体703连接处设有第一凸台704，活塞头部701朝向卡钎套11，且活塞头部701与卡钎套11不接触，活塞本体 703置于内缸9内，活塞尾部702通过配气结构与连接头1连接，活塞头部701端面与卡钎套11端面之间的距离为第一冲击行程，第一冲击行程为51mm-89mm，为了提高活塞7冲击频率，缩短了活塞7的冲击行程，压缩活塞7的长度，从而使得活塞7的重量降低，因为活塞 7重量降低，需要的做功气量随之减少。通过设计，以保证活塞7运动的最小耗气量为依据，预留排渣风量，制定冲击器的最低耗气量，有效降低了对气量的需求，使之在同样的压力下获得更高的冲击加速度，进而提高活塞7的冲击器的末速度。

配气结构包括配气阀8、弹簧6和逆止阀5，配气阀8包括配气阀8头部和配气阀8尾部，配气阀8头部的横截面直径小于配气阀8尾部的横截面直径，且配气阀8头部开有贯穿的通气孔，配气阀8尾部开有贯穿的容置孔，弹簧6置于容置孔内，逆止阀5包括一体成型的逆止阀5头部和逆止阀5尾部，逆止阀5尾部为开有第四通孔501的圆柱体，弹簧6一端置于容置孔内，弹簧6的另一端置于逆止阀5尾部的第四通孔501内，且逆止阀5尾部的另一端与逆止阀5头部连接。

连接头1内部开有贯穿的第五通孔，且第五通孔为阶梯状通孔，连接头1包括连接头头部101和连接头尾部103，连接头头部101的部分第五通孔的直径大于连接头尾部103的部分第五通孔的直径，连接头头部101为截断锥形，且连接头头部101外表面设有一圈外螺纹，连接头头部101与连接头尾部103的连接处设有第二凸台102，第二凸台102的直径均大于连接头头部101和连接头尾部103，连接头尾部103另一端与逆止阀5头部连接，逆止阀5头部封住逆止阀5尾部的第四通孔501，逆止阀5头部处于第五通孔内，逆止阀5的头部被第五通孔的小直径部分抵住，逆止阀5的头部通过橡胶垫4与第五通孔接触，且逆止阀5外部套有第一限位环3。

配气阀8尾部端面与连接头1端面之间的距离为第二冲击行程，第二冲击行程的距离为 30mm-40mm，卡钎套11包括限位端1101和固定端1102，固定端1102外表面的直径小于限位端1101外表面的直径，且固定端1102的外表面设有外螺纹，卡钎套11与缸体2连接时，固定端1102置于缸体2内部，限位端1101置于缸体2的外部，且缸体2的外表面直径不大于限位端1101的外表面直径，第一通孔为台阶孔，第一通孔包括依次连接的第一阶201、第二阶202、第三阶203、第四阶204、第五阶205和第六阶206，第一阶201的直径大于第二阶 202的直径，第二阶202的直径大于第三阶203的直径，第三阶203的直径小于第四阶204 的直径，第五阶205的直径大于第四阶204的直径，卡钎套11与缸体2连接时，固定端1102 置于第一阶201内，活塞7、内缸9均置于第四阶204内，逆止阀5置于第五阶205内，连接头尾部103置于第六阶206内。

卡钎套11抵在第一阶201与第二阶202的过渡处，且卡钎套11与第二阶202之间设有卡环10，卡环10由两个半圆环拼接而成，卡环10之间设有第二限位环12，缸体2内设有轴向的可与连接头1的配气阀8；配气阀8靠近连接头1的位置设置有用于将配气阀8气道与连接头1气道之间进行启闭的逆止阀5，第一通孔、第二通孔901、第三通孔705、第四通孔 501等的配合，在高压气体作用时，使气体通道面积得到有效控制，总体通道过气面积减少10％，实现各排气通道按照气流方向阶梯式缩小，去除气路瓶颈保证压降，也就保证了冲击器的工作压力，通过气路及各气路交换点的改进，将冲击器内部由原来的一个大气室分割为多个小气室，杜绝了了突然断气时外部泥浆进入冲击器内部，从而导致冲击器堵塞的现象，解决了钻土过程中井下钻具容易造成的遇阻或遇卡的难题。

具体使用时，连接头1连接高压输入装置，卡钎套11连接钻头，高压气体进入到冲击器内，先通过连接头1的第五通孔推开抵住第五通孔的逆止阀5，然后分为两份方向运动，一小部分的气体通过逆止阀5进入到配气阀8的通气孔内，通气孔为轴向孔，然后再依次通过活塞7、内缸9的潜孔902，再通过卡钎套11进入到钻孔孔底，实现吹渣，使岩渣排出孔外，而另外的大部分气体通过配气阀8的侧面、活塞7和内缸9，并且在这几个结构内形成气流通道、回程气室，回程气室内的高压气体推动活塞7向配气阀8的方向运动，当活塞7运动到活塞7与卡钎套11距离最大时，高压气体通过卡钎套11达到钻头钻孔的孔底。并与上述那一部分的气体回合，共同完成吹渣，同时气体压力迅速下降，而与此同时，由于活塞7回程运动关闭了回程进气通道，活塞7靠惯性力继续回程运动，直到活塞7的惯性力与活塞7 由进气压力形成的冲程力平衡时，活塞7才停止返程运动，在冲程压力作用下进行冲程运动中卡钎套11连接的钻头做功，完成破岩工作，如此反复，完成冲击器的钻进工作，气体反复的使用，提高了冲击的效率。

以上对本发明提供的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器进行了详细介绍。具体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 (10)

1.工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：包括连接头、缸体和卡钎套，所述缸体内开有贯穿的第一通孔，所述缸体的一端与连接头连接，所述缸体的另一端与卡钎套连接，所述缸体内部还设有内缸，所述内缸置于所述第一通孔内，所述内缸侧面开有潜孔，且所述内缸开有贯穿的第二通孔，所述第二通孔内设有活塞，且所述活塞开有贯穿的第三通孔，所述活塞包括一体成型的活塞头部、活塞本体和活塞尾部，所述活塞头部的横截面直径小于活塞本体的横截面直径，所述活塞头部与活塞本体连接处设有第一凸台，所述活塞头部朝向所述卡钎套，且所述活塞头部与所述卡钎套不接触，所述活塞本体置于所述内缸内，所述活塞尾部通过配气结构与所述连接头连接。

2.根据权利要求1所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述活塞头部端面与所述卡钎套端面之间的距离为第一冲击行程，所述第一冲击行程为51mm-89mm。

3.根据权利要求2所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述配气结构包括配气阀、弹簧和逆止阀，所述配气阀包括配气阀头部和配气阀尾部，所述配气阀头部的横截面直径小于所述配气阀尾部的横截面直径，且所述配气阀头部开有贯穿的通气孔，所述配气阀尾部开有贯穿的容置孔，所述弹簧置于所述容置孔内，所述逆止阀包括一体成型的逆止阀头部和逆止阀尾部，所述逆止阀尾部为开有第四通孔的圆柱体，所述弹簧一端置于所述容置孔内，所述弹簧的另一端置于逆止阀尾部的第四通孔内，且所述逆止阀尾部的另一端与逆止阀头部连接。

4.根据权利要求3所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述连接头内部开有贯穿的第五通孔，且所述第五通孔为阶梯状通孔，所述连接头包括连接头头部和连接头尾部，所述连接头头部的部分第五通孔的直径大于所述连接头尾部的部分第五通孔的直径，所述连接头头部为截断锥形，且所述连接头头部外表面设有一圈外螺纹，所述连接头头部与所述连接头尾部的连接处设有第二凸台，所述第二凸台的直径均大于所述连接头头部和连接头尾部，所述连接头尾部另一端与逆止阀头部连接，所述逆止阀头部封住所述逆止阀尾部的第四通孔，所述逆止阀头部处于所述第五通孔内，所述逆止阀的头部被所述第五通孔的小直径部分抵住。

5.根据权利要求4所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述逆止阀的头部通过橡胶垫与所述第五通孔接触，且所述逆止阀外部套有限位环。

6.根据权利要求5所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述配气阀尾部端面与连接头端面之间的距离为第二冲击行程，所述第二冲击行程的距离为30mm-40mm。

7.根据权利要求6所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述卡钎套包括限位端和固定端，所述固定端外表面的直径小于所述限位端外表面的直径，且所述固定端的外表面设有外螺纹，所述卡钎套与所述缸体连接时，所述固定端置于所述缸体内部，所述限位端置于所述缸体的外部，且所述缸体的外表面直径不大于所述限位端的外表面直径。

8.根据权利要求7所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述第一通孔为台阶孔，所述第一通孔包括依次连接的第一阶、第二阶、第三阶、第四阶、第五阶和第六阶，第一阶的直径大于第二阶的直径，第二阶的直径大于第三阶的直径，第三阶的直径小于第四阶的直径，第五阶的直径大于第四阶的直径，所述卡钎套与所述缸体连接时，所述固定端置于所述第一阶内，所述活塞、内缸均置于第四阶内，所述逆止阀置于所述第五阶内，所述连接头尾部置于所述第六阶内。

9.根据权利要求8所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述卡钎套抵在第一阶与第二阶的过渡处，且所述卡钎套与第二阶之间设有卡环，所述卡环由两个半圆环拼接而成。

10.根据权利要求9所述的工业机器人专用土壤钻机高配冲击器，其特征在于：所述卡环之间设有第二限位环。

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