CN111794684A - 一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，包括钻头罩,所述钻头罩内设有开口向下的转动腔，所述转动腔内转动设有钻头，所述钻头罩上侧设有与钻井设备支架固定的升降板，所述钻头罩上端面内左侧转动设有升降螺杆，所述升降螺杆上端与所述升降板之间螺纹连接，所述转动腔上侧连通设有脱离腔，所述脱离腔上壁内转动设有主动轴，所述主动轴外圆面花键连接有主动轮，所述钻头上端面内左右对称设有开口向上的转动连接腔，本发明能够在钻井钻头进行钻井工作中遇到坚硬岩层时，自动切断钻头的动力源并进行制动，保护钻头的安全，同时本装置能够对岩层进行破坏，利用振动和锤击快速清理阻挡岩层，方便钻井施工的进行。

Description

一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头

技术领域

本发明涉及钻井设备相关技术领域，具体为一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头。

背景技术

在钻井施工过程中，钻井钻头向下钻进会遇到坚硬的岩层，而导致钻头无法向下继续钻进，岩层坚硬的石块也会对钻头造成损坏，出现磨损，甚至断裂的情况，通过一般的破碎方法需要将钻头抬升出来后在利用破碎设备进行破碎，使得作业过程比较复杂，浪费了设备资源，而破碎效果也不佳。本发明阐明的一种能解决上述问题的装置。

发明内容

技术问题：

坚硬的岩层会对钻头造成损坏，出现磨损，甚至断裂的情况。

为解决上述问题，本例设计了一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，本例的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，包括钻头罩,所述钻头罩内设有开口向下的转动腔，所述转动腔内转动设有钻头，所述钻头罩上侧设有与钻井设备支架固定的升降板，所述钻头罩上端面内左侧转动设有升降螺杆，所述升降螺杆上端与所述升降板之间螺纹连接，所述转动腔上侧连通设有脱离腔，所述脱离腔上壁内转动设有主动轴，所述主动轴外圆面花键连接有主动轮，所述钻头上端面内左右对称设有开口向上的转动连接腔，所述主动轮下端面左右两侧对称且固定设有转动连接杆，所述转动连接杆下端面与所述转动连接腔之间滑动连接，所述钻头内上下贯通设有升降筒腔，所述升降筒腔内能上下滑动的设有升降筒，所述升降筒上端延伸至所述钻头上侧且外圆面固定设有顶板，所述顶板下端面与所述钻头上端面之间固定连接有绕于所述升降筒外圆面的复位弹簧，所述升降筒内上下贯通设有连通腔，所述主动轴下端延伸至所述连通腔内，所述连通腔内能上下滑动的设有往复升降筒，所述往复升降筒下端延伸至所述升降筒腔内且下端面固定设有敲碎锤，所述敲碎锤与所述升降筒腔之间滑动连接且所述敲碎锤上端面与所述升降筒 下端面之间固定连接有绕于所述往复升降筒外圆面的往复弹簧，所述敲碎锤下端面固定设有锤头，所述敲碎锤下端面内圆周阵列设有开口向下的振动腔，所述振动腔内能上下滑动的设有振动杆，所述锤头内连通分别连通每一个所述振动腔设有开口向下的振动杆连通腔，所述振动杆与所述振动杆连通腔之间滑动连接。

可优选地，所述钻头罩内且在所述齿轮腔上侧设有齿轮腔，所述主动轴上端延伸至所述齿轮腔上壁内且转动连接，所述齿轮腔上下壁之间且在所述主动轴左侧转动设有传动轴，所述主动轴外圆面固定设有主动齿轮，所述传动轴外圆面固定设有与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，所述齿轮腔上壁内右侧固定设有动力电机，所述主动轴上端动力连接于所述动力电机下端面。

可优选地，所述钻头罩内且在所述齿轮腔左上侧设有切换腔，所述传动轴上端延伸至所述切换腔内且外圆面固定设有固定切换板，所述升降螺杆下端延伸至所述切换腔内且外圆面固定设有固定板，所述固定板外圆面且在所述固定板下侧花键连接有移动切换轴套，所述移动切换轴套上端面与所述固定板下端面之间固定连接有切换弹簧，所述移动切换轴套下端面与所述固定切换板上端面分别固定设有切换电磁铁。

可优选地，所述转动腔左右两侧分别连通设有制动腔，所述制动腔内能左右滑动的设有制动块，所述制动块右侧与所述钻头外圆面接触时能够阻止所述钻头发生转动，所述制动块远离所述钻头一端面与所述制动腔远离所述钻头一侧壁之间固定连接有制动弹簧，所述制动块远离所述钻头一端面与所述制动腔远离所述钻头一侧壁分别固定设有制动电磁铁。

可优选地，所述往复升降筒上端面固定设有转动连接轴，所述转动连接轴外圆面转动连接有复位转筒，所述复位转筒外圆面左右两侧分别设有开口朝向远离所述 复位转筒中心轴方向的上升滑槽，左右两侧所述上升滑槽之间且在所述复位转筒外圆面前后两侧分别连通设有与所述上升滑槽螺旋方向相反的下降滑槽，所述连通腔圆周壁上固定设有能在所述上升滑槽与所述下降滑槽内滑动的固定块，所述复位转筒上端面内设有开口向上的花键连接腔，所述主动轴下端与所述花键连接腔之间花键连接。

可优选地，所述连通腔左右两侧且在所述复位转筒上侧分别连通设有限位腔，所述限位腔内能左右滑动的设有限位块，所述限位块下端面能与所述复位转筒上端面相抵，所述限位块远离所述复位转筒一端面与所述限位腔远离所述复位转筒一侧壁之间固定连接有限位弹簧，所述限位块远离所述复位转筒一端面与所述限位腔远离所述复位转筒一侧壁上分别固定设有限位电磁铁。

可优选地，所述升降筒内右侧且在所述限位腔上侧连通设有左右贯通的锁定口，所述钻头内且在所述锁定口上侧连通所述连通腔设有锁定腔，所述锁定腔内能左右滑动的设有锁定梢，所述锁定梢能够进入所述锁定口内，所述锁定梢右端面与所述锁定腔右壁之间固定连接有锁定弹簧，所述锁定梢右端面与所述锁定腔右壁分别固定设有锁定电磁铁。

可优选地，所述敲碎锤内且在所述振动腔上侧设有活塞腔，所述活塞腔内能上下滑动的设有活塞，所述活塞下端面与每一个所述振动杆上端面之间分别固定连接有振动连接杆。

可优选地，所述活塞腔上壁内固定设有气泵，所述气泵下端面与所述活塞腔上侧之间连通设有连通腔，所述气泵能够通过连通腔将活塞腔内的气体不断排出吸入。

本发明的有益效果是：本发明能够在钻井钻头进行钻井工作中遇到坚硬岩层时，自动切断钻头的动力源并进行制动，保护钻头的安全，同时本装置能够对岩层进行破坏，利用振动和锤击快速清理阻挡岩层，方便钻井施工的进行。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。

图1为本发明的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头的整体结构示意图；

图2为图1的“A”的结构放大示意图；

图3为图1的“B”的结构放大示意图；

图4为图1的“C”的结构放大示意图；

图5为图1的“D”的结构放大示意图；

图6为图1的“E”的结构放大示意图。

具体实施方式

下面结合图1-图6对本发明进行详细说明，为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下：下文所说的上下左右前后方向与图1本身投影关系的上下左右前后方向一致。

本发明所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，包括钻头罩11,所述钻头罩11内设有开口向下的转动腔14，所述转动腔14内转动设有钻头15，所述钻头罩11上侧设有与钻井设备支架固定的升降板12，所述钻头罩11上端面内左侧转动设有升降螺杆19，所述升降螺杆19上端与所述升降板12之间螺纹连接，所述转动腔14上侧连通设有脱离腔13，所述脱离腔13上壁内转动设有主动轴16，所述主动轴16外圆面花键连接有主动轮17，所述钻头15上端面内左右对称设有开口向上的转动连接腔20，所述主动轮17下端面左右两侧对称且固定设有转动连接杆18，所述转动连接杆18下端面与所述转动连接腔20之间滑动连接，所述钻头15内上下贯通设有升降筒腔21，所述升降筒腔21内能上下滑动的设有升降筒22，所述升降筒22上端延伸至所述钻头15上侧且外圆面固定设有顶板24，所述顶板24下端面与所述钻头15上端面之间固定连接有绕于所述升降筒22外圆面的复位弹簧25，所述升降筒22内上下贯通设有连通腔23，所述主动轴16下端延伸至所述连通腔23内，所述连通腔23内能上下滑动的设有往复升降筒32，所述往复升降筒32下端延伸至所述升降筒腔21内且下端面固定设有敲碎锤34，所述敲碎锤34与所述升降筒腔21之间滑动连接且所述敲碎锤34上端面与所述升降筒22 下端面之间固定连接有绕于所述往复升降筒32外圆面的往复弹簧33，所述敲碎锤34下端面固定设有锤头61，所述敲碎锤34下端面内圆周阵列设有开口向下的振动腔58，所述振动腔58内能上下滑动的设有振动杆60，所述锤头61内连通分别连通每一个所述振动腔58设有开口向下的振动杆连通腔62，所述振动杆60与所述振动杆连通腔62之间滑动连接。

有益地，所述钻头罩11内且在所述齿轮腔38上侧设有齿轮腔38，所述主动轴16上端延伸至所述齿轮腔38上壁内且转动连接，所述齿轮腔38上下壁之间且在所述主动轴16左侧转动设有传动轴40，所述主动轴16外圆面固定设有主动齿轮37，所述传动轴40外圆面固定设有与所述主动齿轮37啮合的从动齿轮39，所述齿轮腔38上壁内右侧固定设有动力电机36，所述主动轴16上端动力连接于 所述动力电机36下端面。

有益地，所述钻头罩11内且在所述齿轮腔38左上侧设有切换腔41，所述传动轴40上端延伸至所述切换腔41内且外圆面固定设有固定切换板42，所述升降螺杆19下端延伸至所述切换腔41内且外圆面固定设有固定板45，所述固定板45外圆面且在所述固定板45下侧花键连接有移动切换轴套44，所述移动切换轴套44上端面与所述固定板45下端面之间固定连接有切换弹簧46，所述移动切换轴套44下端面与所述固定切换板42上端面分别固定设有切换电磁铁43。

有益地，所述转动腔14左右两侧分别连通设有制动腔47，所述制动腔47内能左右滑动的设有制动块48，所述制动块48右侧与所述钻头15外圆面接触时能够阻止所述钻头15发生转动，所述制动块48远离所述钻头15一端面与所述制动腔47远离所述钻头15一侧壁之间固定连接有制动弹簧50，所述制动块48远离所述钻头15一端面与所述制动腔47远离所述钻头15一侧壁分别固定设有制动电磁铁49。

有益地，所述往复升降筒32上端面固定设有转动连接轴31，所述转动连接轴31外圆面转动连接有复位转筒26，所述复位转筒26外圆面左右两侧分别设有开口朝向远离所述复位转筒26中心轴方向的上升滑槽28，左右两侧所述上升滑槽28之间且在所述复位转筒26外圆面前后两侧分别连通设有与所述上升滑槽28螺旋方向相反的下降滑槽30，所述连通腔23圆周壁上固定设有能在所述上升滑槽28与所述下降滑槽30内滑动的固定块29，所述复位转筒26上端面内设有开口向上的花键连接腔27，所述主动轴16下端与所述花键连接腔27之间花键连接。

有益地，所述连通腔23左右两侧且在所述复位转筒26上侧分别连通设有限位腔51，所述限位腔51内能左右滑动的设有限位块52，所述限位块52下端面能与所述复位转筒26上端面相抵，所述限位块52远离所述复位转筒26一端面与所述限位腔51远离所述复位转筒26一侧壁之间固定连接有限位弹簧54，所述限位块52远离所述复位转筒26一端面与所述限位腔51远离所述复位转筒26一侧壁上分别固定设有限位电磁铁53。

有益地，所述升降筒22内右侧且在所述限位腔51上侧连通设有左右贯通的锁定口63，所述钻头15内且在所述锁定口63上侧连通所述连通腔23设有锁定腔64，所述锁定腔64内能左右滑动的设有锁定梢65，所述锁定梢65能够进入所述锁定口63内，所述锁定梢65右端面与所述锁定腔64右壁之间固定连接有锁定弹簧66，所述锁定梢65右端面与所述锁定腔64右壁分别固定设有锁定电磁铁67。

有益地，所述敲碎锤34内且在所述振动腔58上侧设有活塞腔56，所述活塞腔56内能上下滑动的设有活塞57，所述活塞57下端面与每一个所述振动杆60上端面之间分别固定连接有振动连接杆59。

有益地，所述活塞腔56上壁内固定设有气泵35，所述气泵35下端面与所述活塞腔56上侧之间连通设有连通腔55，所述气泵35能够通过连通腔55将活塞腔56内的气体不断排出吸入。

以下结合图1至图6对本文中的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头的使用步骤进行详细说明：

初始状态时，钻头罩11位于上极限位置，切换电磁铁43通电，移动切换轴套44位于下极限位置，切换弹簧46处于拉伸状态，主动轮17位于上极限位置，升降筒22位于下极限位置，制动电磁铁49通电，制动块48最大程度收纳于制动腔47内，制动弹簧50处于压缩状态，左右两侧限位块52相互靠近至最近且下端面与复位转筒26上端面相抵，锁定梢65最大程度收纳于锁定腔64内，锁定弹簧66处于压缩状态复位转筒26位于下极限位置。

工作时，启动动力电机36，进而通过动力连接带动主动轴16转动并带动主动齿轮37转动，进而通过齿轮啮合带动从动齿轮39转动并带动传动轴40转动，进而带动固定切换板42转动并带动移动切换轴套44转动，进而带动升降螺杆19转动并通过螺纹连接带动钻头罩11向下移动，进而带动钻头15向下移动并带动升降筒22向下移动，进而带动敲碎锤34向下移动并带动锤头61向下移动，同时主动轴16转动带动主动轮17转动并带动转动连接杆18转动，进而带动钻头15转动，从而将土壤钻取出来，当锤头61下端面遇到岩石层时，锤头61被阻挡向下移动，进而带动锤头61相对钻头15向上移动，进而带动敲碎锤34相对钻头15向上移动，进而带动往复升降筒32相对钻头15向上移动并带动复位转筒26相对钻头15向上移动，进而带动限位块52相对钻头15向上移动并带动升降筒22相对钻头15向上移动，进而带动顶板24相对钻头15向上移动并拉伸复位弹簧25，当顶板24上升至上端面与主动轮17下端面相抵时带动主动轮17向上移动并带动转动连接杆18向上移动，当转动连接杆18完全脱离转动连接腔20时，钻头15失去动力，开始减速，此时将制动电磁铁49断电，进而通过制动弹簧50弹力作用带动左右两侧制动块48向靠近钻头15方向移动并与钻头15外圆面相抵，进而将钻头15制动，此时切换电磁铁43断电，进而通过切换弹簧46的弹力作用断电移动切换轴套44向上移动脱离固定切换板42，进而传动轴40转动无法传递至升降螺杆19，从而钻头罩11不再向下移动，钻头15也不在向下移动，同时主动轴16向下移动至进入花键连接腔27内，此时锁定口63与锁定腔64正对，锁定梢65由于锁定弹簧66的弹力作用向左移动进入锁定口63内将升降筒22锁定，此时限位电磁铁53通电，进而通过磁力异性相吸带动左右两侧限位块52相互远离至最大程度收纳于限位腔51内，限位块52下端面不在与复位转筒26上端面相抵，此时主动轴16转动带动复位转筒26转动，由于往复弹簧33的弹力作用带动敲碎锤34向上移动并带动往复升降筒32向上移动，进而带动复位转筒26向上移动，进而固定块29沿着左侧上升滑槽28向下移动，然后复位转筒26转动，固定块29沿着上升滑槽28移动至下极限位置后继续沿着下降滑槽30移动，进而带动复位转筒26向下移动并带动往复升降筒32向下移动，进而带动敲碎锤34向下移动并带动锤头61向下移动，重复上述运动使锤头61不断上下移动对岩层进行敲击，同时启动气泵35，进而通过连通腔55不断吸入和排出活塞腔56内的气体，进而带动活塞57上下移动并带动振动连接杆59上下移动，进而带动振动杆60上下移动，通过高频率的转动加速岩层的破碎，岩层破碎后将锁定电磁铁67通电，进而通过磁力异性相吸带动锁定梢65向右移动，进而锁定梢65移出锁定口63后升降筒22解除锁定，此时由于复位弹簧25弹力作用带动顶板24向下移动复位，并带动转动连接杆18下端进入转动连接腔20内带动钻头15转动，此时切换电磁铁43再次通电，通过传动带动升降螺杆19转动，进而带动钻头15向下移动继续钻井。

本发明的有益效果是：本发明能够在钻井钻头进行钻井工作中遇到坚硬岩层时，自动切断钻头的动力源并进行制动，保护钻头的安全，同时本装置能够对岩层进行破坏，利用振动和锤击快速清理阻挡岩层，方便钻井施工的进行。

通过以上方式，本领域的技术人员可以在本发明的范围内根据工作模式做出各种改变。

Claims (9)

1.一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，包括钻头罩，其特征在于：所述钻头罩内设有开口向下的转动腔，所述转动腔内转动设有钻头，所述钻头罩上侧设有与钻井设备支架固定的升降板，所述钻头罩上端面内左侧转动设有升降螺杆，所述升降螺杆上端与所述升降板之间螺纹连接，所述转动腔上侧连通设有脱离腔，所述脱离腔上壁内转动设有主动轴，所述主动轴外圆面花键连接有主动轮，所述钻头上端面内左右对称设有开口向上的转动连接腔，所述主动轮下端面左右两侧对称且固定设有转动连接杆，所述转动连接杆下端面与所述转动连接腔之间滑动连接，所述钻头内上下贯通设有升降筒腔，所述升降筒腔内能上下滑动的设有升降筒，所述升降筒上端延伸至所述钻头上侧且外圆面固定设有顶板，所述顶板下端面与所述钻头上端面之间固定连接有绕于所述升降筒外圆面的复位弹簧，所述升降筒内上下贯通设有连通腔，所述主动轴下端延伸至所述连通腔内，所述连通腔内能上下滑动的设有往复升降筒，所述往复升降筒下端延伸至所述升降筒腔内且下端面固定设有敲碎锤，所述敲碎锤与所述升降筒腔之间滑动连接且所述敲碎锤上端面与所述升降筒下端面之间固定连接有绕于所述往复升降筒外圆面的往复弹簧，所述敲碎锤下端面固定设有锤头，所述敲碎锤下端面内圆周阵列设有开口向下的振动腔，所述振动腔内能上下滑动的设有振动杆，所述锤头内连通分别连通每一个所述振动腔设有开口向下的振动杆连通腔，所述振动杆与所述振动杆连通腔之间滑动连接。

2.如权利要求1所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，其特征在于：所述钻头罩内且在所述齿轮腔上侧设有齿轮腔，所述主动轴上端延伸至所述齿轮腔上壁内且转动连接，所述齿轮腔上下壁之间且在所述主动轴左侧转动设有传动轴，所述主动轴外圆面固定设有主动齿轮，所述传动轴外圆面固定设有与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，所述齿轮腔上壁内右侧固定设有动力电机，所述主动轴上端动力连接于 所述动力电机下端面。

3.如权利要求2所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，其特征在于：所述钻头罩内且在所述齿轮腔左上侧设有切换腔，所述传动轴上端延伸至所述切换腔内且外圆面固定设有固定切换板，所述升降螺杆下端延伸至所述切换腔内且外圆面固定设有固定板，所述固定板外圆面且在所述固定板下侧花键连接有移动切换轴套，所述移动切换轴套上端面与所述固定板下端面之间固定连接有切换弹簧，所述移动切换轴套下端面与所述固定切换板上端面分别固定设有切换电磁铁。

4.如权利要求1所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，其特征在于：所述转动腔左右两侧分别连通设有制动腔，所述制动腔内能左右滑动的设有制动块，所述制动块右侧与所述钻头外圆面接触时能够阻止所述钻头发生转动，所述制动块远离所述钻头一端面与所述制动腔远离所述钻头一侧壁之间固定连接有制动弹簧，所述制动块远离所述钻头一端面与所述制动腔远离所述钻头一侧壁分别固定设有制动电磁铁。

5.如权利要求1所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，其特征在于：所述往复升降筒上端面固定设有转动连接轴，所述转动连接轴外圆面转动连接有复位转筒，所述复位转筒外圆面左右两侧分别设有开口朝向远离所述 复位转筒中心轴方向的上升滑槽，左右两侧所述上升滑槽之间且在所述复位转筒外圆面前后两侧分别连通设有与所述上升滑槽螺旋方向相反的下降滑槽，所述连通腔圆周壁上固定设有能在所述上升滑槽与所述下降滑槽内滑动的固定块，所述复位转筒上端面内设有开口向上的花键连接腔，所述主动轴下端与所述花键连接腔之间花键连接。

6.如权利要求5所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，其特征在于：所述连通腔左右两侧且在所述复位转筒上侧分别连通设有限位腔，所述限位腔内能左右滑动的设有限位块，所述限位块下端面能与所述复位转筒上端面相抵，所述限位块远离所述复位转筒一端面与所述限位腔远离所述复位转筒一侧壁之间固定连接有限位弹簧，所述限位块远离所述复位转筒一端面与所述限位腔远离所述复位转筒一侧壁上分别固定设有限位电磁铁。

7.如权利要求6所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，其特征在于：所述升降筒内右侧且在所述限位腔上侧连通设有左右贯通的锁定口，所述钻头内且在所述锁定口上侧连通所述连通腔设有锁定腔，所述锁定腔内能左右滑动的设有锁定梢，所述锁定梢能够进入所述锁定口内，所述锁定梢右端面与所述锁定腔右壁之间固定连接有锁定弹簧，所述锁定梢右端面与所述锁定腔右壁分别固定设有锁定电磁铁。

8.如权利要求1所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，其特征在于：所述敲碎锤内且在所述振动腔上侧设有活塞腔，所述活塞腔内能上下滑动的设有活塞，所述活塞下端面与每一个所述振动杆上端面之间分别固定连接有振动连接杆。

9.如权利要求8所述的一种具有破碎岩石功能的钻井设备用钻头，其特征在于：所述活塞腔上壁内固定设有气泵，所述气泵下端面与所述活塞腔上侧之间连通设有连通腔，所述气泵能够通过连通腔将活塞腔内的气体不断排出吸入。

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