CN111719105B - 一种水利水电施工用钻孔设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水利水电施工用钻孔设备，其改进在于设备所用钻头表面采用热喷涂法涂覆一层金属陶瓷涂层，所用金属陶瓷涂层原料由碳化物作为原料内核，金属或合金作为原料的外壳。当采用特定喷涂速率将金属陶瓷颗粒喷涂到钻头表面之后，得到的金属钻头具有良好的硬度，从而有效提高了钻头的使用寿命。同时，本发明还提供了一种钻头的预处理工艺，一种具有减震结构的钻孔设备。上述技术的改进适用于各种岩石开凿，孔洞钻探领域，特别适用于水利水电施工时使用，一方面有效提高了钻头的使用寿命，另一方面减少机器在工作过程时所产生的震动，有效减少由于震动对机器的损害，提高钻孔作业的效率。

Description

一种水利水电施工用钻孔设备
技术领域
本发明涉及一种水利水电施工用钻孔设备的钻头的改进，以及使用该钻头的钻孔设备。
背景技术
钻孔是指用钻头在实体材料上加工出孔的操作，钻孔机是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。
在水利水电工程施工过程中常使用钻孔设备进行岩石的开凿，由于设备使用条件严劣，钻探过程所使用钻孔装置常常在工作过程中由于剧烈的碰撞和长时间磨擦，极易造成钻头的损伤，而钻孔钻头的使用寿命对于设备长期稳定运行是至关重要的。
此外，钻孔设备在钻孔时由于产生剧烈震动，也会对设备本体产生极大的损害，且无法有效减弱钻孔作业过程中产生的震动，在造成大量噪音的同时，对机器也有一定的损害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水利水电施工用钻孔设备，以解决现有技术中钻头寿命短，以及钻孔设备减震效果差的技术问题，以期得到具有长效使用寿命的水利水电施工用钻孔设备。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下。
一种水利水电施工用钻孔设备的制备方法，包括使用热喷涂法在钻孔设备所使用的钻头表面涂覆一层金属陶瓷涂层。
一种水利水电施工用钻孔设备，在其所使用的钻孔设备的钻头表面采用热喷涂法涂覆一层金属陶瓷涂层。
热喷涂时所使用的金属陶瓷涂层所使用的原料由碳化物、以及金属或合金组成。
其中金属陶瓷涂层原料中碳化物的含量不低于80wt％，且作为喷涂料的原料内核。金属陶瓷涂层原料中金属或合金的含量不高于30wt％，且作为喷涂料的原料外壳。并且内核原料和外壳原料的用量之和为100wt％(实际中原料含有不可避免杂质的含量范围应该控制在小于0.1％之内)。优选方案中，碳化物的含量不低于85wt％，金属陶瓷涂层原料中金属或合金的含量不高于20wt％。
经热喷涂得到的钻头上金属陶瓷涂层的厚度为10-100μm，优选厚度为20-50μm。
其中所使用的金属陶瓷原料为金属陶瓷颗粒，金属陶瓷颗粒为近似球形或近似椭圆形。并且每个颗粒使用金属外壳或合金外壳包覆陶瓷内核，金属陶瓷颗粒的尺寸控制在100-500nm之间。当颗粒尺寸超过一定范围后，半熔化状态的颗粒撞击到基体时容易崩弹脱落。
所使用的金属陶瓷颗粒的陶瓷内核为碳化硅，所使用的金属陶瓷颗粒的金属外壳可以选自镍或铬或钴，或者所使用的合金外壳为镍、铬、钴至少两种金属所组成的合金，例如镍铬合金、镍钴合金、铬钴合金、镍铬钴合金，并且上述合金的组成可以为任意比例。
对于将金属陶瓷颗粒热喷涂到钻头的方法，包括火焰热喷涂法，爆炸热喷涂法等。操作时使颗粒喷射速度达到500m/s以上，将热流气体和粉末一起喷射向钻头表面，金属颗粒原料在接触钻头时熔融并均匀覆盖在钻头表面。较低的热喷射速度会使得到覆层的结合力下降。
为了使金属陶瓷层均匀并且紧密粘附在钻头表面，在喷涂前需要进行必要的预处理步骤。在本发明中预处理的方法选择预热处理，即在没有金属陶瓷原料的情况下，使用热喷枪的热气流对钻头进行预处理。预处理时使用热喷枪将工艺射流(可选择热空气或者加热的惰性气体)直接对钻头表面进行喷射，预处理的温度控制在400-500℃条件下保温10-20min，保温结束后再使用含有金属陶瓷颗粒进行热喷涂镀覆处理，从而在钻头工作区域的表面得到金属陶瓷涂层。
相对于使用双流热喷涂的工艺，使用圆球包覆的金属陶瓷原料更有利于控制所得涂层的成份含量，能够使得钻头表面金属陶瓷涂层的成份含量组份偏差控制在1％以内。
本发明的改进点之二还在于热喷涂前的预处理技术。这种预热处理的方法可以有效提高镀覆后金属陶瓷覆膜与钻头基体的结合力，并且也消除了对原有待涂覆表面污染物的影响。比如原钻头表面所残留的有机物，或者颗粒，或者粉尘等。较高的温度可以有效地将钻头表面的有机物消除，预处理时高速气流(与热喷涂时的气流相同，均为500m/s以上)，可以有效去除污染物表面的颗粒及粉尘污染。从本发明的附图2可见，在相同喷射速度的条件下，经预热处理后的钻头表面硬度均高于未经预热处理的钻头表面硬度(图2中对于钻头表面硬度测量采用HV0.3维氏硬度测量方法)。这种硬度的提高并不仅仅是由于高温预处理对于表面污染物去除所产生的，而是通过预处理使钻头表面得到近α相结构，以期使后期的覆层与基体有更良好的结合力。这种预处理工艺有别于现有加热炉热处理工艺的主要原因在于仅对钻头表层进行预处理，而热处理不会影响钻头内部结构，从最小程度上减少热处理对钻头内部金相结构的影响。
本发明所提及的上述钻头可有效应用于各种钻探设备中，在本发明中特别适用于水利水电工程施工的钻孔设备中，可有效提高钻头在严劣工况下的使用寿命，减少由于长期工作而导致表面涂覆层的脱落，并对基底形成良好的保护作用。
以下部分对使用钻头的钻孔设备进行详细描述，在此说明，钻孔设备的结构仅为示意性结构，而并不能理解成对前述钻头特征的限定。
水利水电施工用钻孔设备，包括设备外壳，所述设备外壳前端固定连接有操控面板，所述操控面板外侧活动连接有操作按钮，且操作按钮关于操控面板的垂直中心线等间隔矩形分布有六组，所述设备外壳下端固定连接有减震套管，且减震套管关于设备外壳的垂直中心线环形分布有四组，所述减震套管下端固定连接有万向轮，所述万向轮外侧活动连接有锁扣。
所述设备外壳顶端固定连接有气缸，且气缸位于设备外壳的中心，所述气缸输出端活动连接有设备内壳，所述设备外壳内侧固定连接有复位弹簧，且复位弹簧关于设备外壳的垂直中心线等间隔矩形分布，所述复位弹簧上端固定连接有设备内壳。
所述设备内壳内侧固定连接有第一固定块，所述第一固定块顶端固定连接有第一电机，所述第一电机输出端固定连接有螺杆，所述螺杆外侧螺纹连接有内螺纹套管，且螺杆与内螺纹套管相适配，所述内螺纹套管另一端固定连接有第二固定块，所述第二固定块顶端固定连接有第二电机。
所述第二电机输出端固定连接有输出轴，所述输出轴另一端固定连接有钻孔杆，所述钻孔杆外侧活动连接有支撑块，所述支撑块上端固定连接有支撑杆，所述支撑杆顶端固定连接有设备内壳，所述钻孔杆另一端固定连接有钻头。
所述设备外壳顶端固定连接有储水箱，所述储水箱上端开设有注水口，所述储水箱右侧固定连接有喷水管，所述喷水管另一端固定连接有喷水头。
所述设备外壳后侧转动连接有检修门，所述检修门外侧固定连接有拉扣。
所述设备外壳外侧固定连接有散热板，且散热板关于设备外壳的垂直中心线对称分布有八组。
所述设备外壳右侧开设有限位孔，且限位孔与钻孔杆相适配。所述设备外壳左侧固定连接有行动手推杆。
首先，该钻孔设备通过在四组万向轮处设置有减震套管，通过减震套管的减震作用，可有效吸收钻孔作业中产生的震动，从而减弱噪声，并能够有效保护设备，防止设备因长时间的震动造成损坏。
其次，该钻孔设备在机器顶端设置有储水箱，通过喷水管末端的喷水头的喷淋，可有效防止灰尘的飞扬，同时喷淋可使钻孔作业更加稳定，可有效降低钻孔作业钻裂的概率。
再者，该钻孔设备中设置有两组电机，可通过操作控制面板上的控制按钮，控制第一电机调整钻头的伸缩，可通过操作控制面板上的控制按钮，控制第二电机带动钻头旋转，通过两组电机的配合，使钻孔作业的效率得到显著的提升。
最后，该钻孔设备通过气缸与复位弹簧的配合，可调整钻头竖直方向的高度，气缸下压设备内壳，即可下移钻孔位置，气缸上移，通过复位弹簧的复位作用，即可上移钻孔位置，使钻孔杆在限位孔的限位作用下，在限位孔内活动从而调整钻孔高度。
附图说明
图1是对钻头热喷涂工艺示意图。
图2是经预处理及未经预处理的钻头镀覆表面硬度对比示意图(Hv0.3)。
图3为钻孔设备结构侧视图一。
图4为钻孔设备结构侧视图二。
图5为钻孔设备截面图。
图6为减震套管结构示意图。
图7为内壳仰视示意图。
图8为内壳横截面结构示意图。
图中：1、设备外壳；2、行动手推杆；3、操控面板；4、操作按钮；5、减震套管；6、万向轮；7、锁扣；8、第一固定块；9、第一电机；10、螺杆；11、内螺纹套管；12、第二固定块；13、第二电机；14、输出轴；15、钻孔杆；16、支撑块；17、支撑杆；18、钻头；19、储水箱；20、喷水管；21、喷水头；22、检修门；23、拉扣；24、散热板；25、复位弹簧；26、设备内壳；27、气缸；28、注水口；29、限位孔。
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。
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种水利水电施工用钻孔设备，包括设备外壳1，设备外壳1前端固定连接有操控面板3，操控面板3外侧活动连接有操作按钮4，且操作按钮4关于操控面板3的垂直中心线等间隔矩形分布有六组，设备外壳1下端固定连接有减震套管5，且减震套管5关于设备外壳1的垂直中心线环形分布有四组，减震套管5下端固定连接有万向轮6，万向轮6外侧活动连接有锁扣7。
进一步的，设备外壳1顶端固定连接有气缸27，且气缸27位于设备外壳的1中心，气缸27输出端活动连接有设备内壳26，设备外壳1内侧固定连接有复位弹簧25，且复位弹簧25关于设备外壳1的垂直中心线等间隔矩形分布，复位弹簧25上端固定连接有设备内壳26，从而控制钻杆的竖直方向调整高度。
进一步的，设备内壳26内侧固定连接有第一固定块8，第一固定块8顶端固定连接有第一电机9，第一电机9输出端固定连接有螺杆10，螺杆10外侧螺纹连接有内螺纹套管11，且螺杆10与内螺纹套管11相适配，内螺纹套管11另一端固定连接有第二固定块12，第二固定块12顶端固定连接有第二电机13，从而控制钻杆的横向伸缩进行深度钻孔。
进一步的，第二电机13输出端固定连接有输出轴14，输出轴14另一端固定连接有钻孔杆15，钻孔杆15外侧活动连接有支撑块16，支撑块16上端固定连接有支撑杆17，支撑杆17顶端固定连接有设备内壳26，钻孔杆15另一端固定连接有钻头18，从而带动钻杆旋转进行钻孔作业。
进一步的，设备外壳1顶端固定连接有储水箱19，储水箱19上端开设有注水口28，储水箱19右侧固定连接有喷水管20，喷水管20另一端固定连接有喷水头21，从而有效减少钻孔过程中的扬尘，同时降低钻孔作业钻裂的概率。
进一步的，设备外壳1后侧转动连接有检修门22，检修门22外侧固定连接有拉扣23，便于对设备进行检修，可缩短检修时间、增加工作效率。
进一步的，设备外壳1外侧固定连接有散热板24，且散热板24关于设备外壳1的垂直中心线对称分布有八组，可及时散发装置运行产生的热量，防止内部过热对设备造成损害。
进一步的，设备外壳1右侧开设有限位孔29，且限位孔29与钻孔杆15相适配，实现钻杆的垂直方向上下活动。设备外壳1左侧固定连接有行动手推杆2，从而推动设备进行移动。
其中，钻孔设备中所使用的钻头18优选采用经热喷涂涂覆金属陶瓷涂层的钻头，如图1所示，其金属陶瓷涂层厚度10-100μm。金属陶瓷的组成为碳化硅、金属或合金。在涂覆时，使用热喷枪将含有金属陶瓷原料的镀覆料通过不低于500m/s的喷射速率喷涂到钻头表面，从而在表面形成金属陶瓷涂层。优选地，在热喷涂前使用不含原料的热喷枪对钻头进行预热处理，以达到提高涂层与基体结合力的技术效果。
水利水电施工用钻孔设备在工作时，通过人力或机械设备推动行动手推杆2，通过万向轮6的活动从而移动设备，将钻头18对准钻孔点，锁死万向轮6外侧的锁扣7，固定设备外壳1的位置，通过控制操控面板3外侧的操作按钮4，可控制第一电机9，第一电机9固定在第一固定块8上，第一电机9带动螺杆10转动，通过螺杆10与内螺纹套管11的螺纹连接，可控制第二固定块12的伸缩，从而控制钻头18的伸缩，通过控制操控面板3外侧的操作按钮4，可控制气缸27的运作，气缸27下压设备内壳26，即可下移钻孔位置，气缸27上移，通过复位弹簧25的复位作用，即可上移钻孔位置，使钻孔杆15在限位孔29的限位作用下，在限位孔29内活动，通过控制操控面板3外侧的操作按钮4，可控制第二电机13转动，第二电机13输出端连接输出轴14，通过输出轴14带动钻孔杆15转动，钻孔杆15外侧的支撑块16通过支撑杆17的牵引，可给予钻孔杆15有效的支撑，钻孔杆15带动末端的钻头18进行钻孔，通过注水口28可向储水箱19内加入水，在钻孔作业时，使储水箱19外侧的喷水管20对准钻孔作业点，使水流从喷水头21处喷出，可有效防止灰尘的飞扬，同时使钻孔作业更加稳定，可有效降低钻孔作业钻裂的概率，钻孔过程中，减震套管5可有效吸收钻孔作业中产生的震动，从而减弱噪声，并有效保护设备，散热板24可及时散发设备运行产生的热量，防止内部过热对设备造成损害，在设备出现故障时，可通过拉动检修门22外侧的拉扣23打开检修门22，便于进行维修。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种水利水电施工用钻孔设备，包括设备外壳，所述设备外壳前端固定连接有操控面板，所述操控面板外侧活动连接有操作按钮，且操作按钮关于操控面板的垂直中心线等间隔矩形分布有六组，所述设备外壳下端固定连接有减震套管，且减震套管关于设备外壳的垂直中心线环形分布有四组，所述减震套管下端固定连接有万向轮，所述万向轮外侧活动连接有锁扣；
所述设备外壳顶端固定连接有气缸，且气缸位于设备外壳的中心，所述气缸输出端活动连接有设备内壳，所述设备外壳内侧固定连接有复位弹簧，且复位弹簧关于设备外壳的垂直中心线等间隔矩形分布，所述复位弹簧上端固定连接有设备内壳；
所述设备内壳内侧固定连接有第一固定块，所述第一固定块顶端固定连接有第一电机，所述第一电机输出端固定连接有螺杆，所述螺杆外侧螺纹连接有内螺纹套管，且螺杆与内螺纹套管相适配，所述内螺纹套管另一端固定连接有第二固定块，所述第二固定块顶端固定连接有第二电机；
所述第二电机输出端固定连接有输出轴，所述输出轴另一端固定连接有钻孔杆，所述钻孔杆外侧活动连接有支撑块，所述支撑块上端固定连接有支撑杆，所述支撑杆顶端固定连接有设备内壳，所述钻孔杆另一端固定连接有钻头；
所述设备外壳顶端固定连接有储水箱，所述储水箱上端开设有注水口，所述储水箱右侧固定连接有喷水管，所述喷水管另一端固定连接有喷水头；
其特征在于：钻孔设备所用钻头表面采用热喷涂法涂覆一层金属陶瓷涂层；
热喷涂时所使用的金属陶瓷涂层所使用的原料由碳化物、以及金属或合金组成；
其中金属陶瓷涂层原料中碳化物的含量不低于80wt％，且作为喷涂料的原料内核；金属陶瓷涂层原料中金属或合金的含量不高于30wt％，且作为喷涂料的原料外壳；并且内核原料和外壳原料的用量之和为100wt％，并且原料含有不可避免杂质的含量范围控制在小于0.1％范围之内。
2.根据权利要求1所述的水利水电施工用钻孔设备，所述碳化物选自碳化硅；所述原料外壳所使用的金属选自镍或铬或钴，或者所述原料外壳所使的合金选自镍铬合金或镍钴合金或铬钴合金或镍铬钴合金。
3.根据权利要求2所述的水利水电施工用钻孔设备，对钻头进行热喷涂金属陶瓷涂层之前，需要对钻头进行预热处理。
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