CN111852336B - 一种水平定向钻扩孔用钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水平定向钻扩孔用钻具，包括：导向钻头，其一侧连接有中空的钻杆；扩孔钻具，套设于钻杆上，扩孔钻具包括：传动轴，传动轴与钻杆可拆卸连接；其上套设有锥形凸轮；岩屑导向器，可转动地套设于传动轴的一端上，岩屑导向器的端部设置有若干牙轮钻头，岩屑导向器的内侧设置有锥形研磨盘；驱动部件，设置于传动轴的一端，用于驱动传动轴、岩屑导向器同步反向转动；锥形凸轮与锥形研磨盘之间设置有泥浆通道，随着锥形凸轮的旋转，泥浆通道的内径尺寸逐渐变大或者变小。通过锥形研磨盘与锥形凸轮组合形成泥浆块的研磨部件，通过锥形凸轮与锥形研磨盘的反向转动，使扩孔土质与清洗液能够研磨混合成泥浆，有助于扩孔过程中泥浆的输送。
Description
技术领域
本发明属于水平定向钻技术领域，具体涉及一种水平定向钻扩孔用钻具。
背景技术
水平定向钻技术是一种非开挖施工技术，在不开挖地表的条件下即可对各种地下公用设施，如管道、线缆等进行探测、检查、更换和铺设。尤其对大口径的管道铺设以及管线修复占据着非常重要的作用。
水平定向钻施工时，需要在钻杆前端加装一个传感元件，通过对传感元件的地面跟踪，有助于准确控制导向钻头的走向和深度。待一次钻孔成功后，需要在一次导向孔的基础上进行分级扩孔，并针对不同地质条件配置不同的泥浆，对孔道进行泥浆护壁。
但是在扩孔过程中，由于开挖的地下土质很难与钻杆输送的清洗液混合形成泥浆，导致泥浆输送困难，限制了扩孔的进度；而且在扩孔作业时，多次出现卡钻现象，导致扩孔钻具过载，产生严重的磨损，且随着孔道内部泥浆压力的增加，会进一步加剧钻具的磨损，使钻具的使用寿命降低，甚至还会出现孔道事故。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种水平定向钻扩孔用钻具，该装置通过岩屑导向器内壁上的锥形研磨盘与传动轴上的锥形凸轮组合形成泥浆块的研磨部件，通过锥形凸轮与锥形研磨盘的反向转动，使扩孔土质与清洗液能够研磨混合成泥浆，有助于扩孔过程中泥浆的输送，同时避免孔道内部泥浆压力增加导致的卡钻以及钻具磨损现象，提高了水平定向钻施工操作的安全性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种水平定向钻扩孔用钻具，包括：
导向钻头，所述导向钻头一侧连接有中空的钻杆；
扩孔钻具，所述扩孔钻具套设于所述钻杆上，所述扩孔钻具包括：
传动轴，所述传动轴与所述钻杆可拆卸连接；所述传动轴上套设有锥形凸轮；
岩屑导向器，可转动地套设于所述传动轴的一端上，所述岩屑导向器的端部设置有若干牙轮钻头，所述岩屑导向器的内侧设置有锥形研磨盘；
驱动部件，设置于所述传动轴的一端，用于驱动所述传动轴、所述岩屑导向器同步反向转动；
所述锥形凸轮与所述锥形研磨盘之间设置有泥浆通道，随着所述锥形凸轮的旋转，所述泥浆通道的内径尺寸逐渐变大或者变小。
进一步，所述钻杆与所述传动轴内设置有清洗液通道，且依次连通；
所述钻杆的外侧设置有若干喷头，每个所述喷头均与所述清洗液通道连通。
更进一步，所述钻杆内设置有用于控制喷头打开的连杆开关部件。
更进一步，所述连杆开关部件包括：
卡块，所述卡块的一端连接有一卡柱；
活塞套筒，所述活塞套筒的一端可滑动地套设于所述卡块上，另一端设置有斜向滑孔；
锥形活动块，所述锥形活动块可移动地设置于所述斜向滑孔内；所述锥形活动块上设置有条形孔；所述卡柱穿过所述条形孔，且与所述钻杆内的密封部固定连接；
限位滑块，所述限位滑块的一端抵持于所述锥形活动块上，且与所述锥形活动块滑动连接。
更进一步，所述限位滑块可滑动地套设于所述卡柱的一端上；所述卡柱的一端上套设有复位弹簧，所述复位弹簧的一端与所述卡柱固定连接，另一端与所述限位滑块的内壁固定连接。
进一步，所述锥形凸轮包括：
锥形转动件，所述锥形转动件可拆卸地套设于所述传动轴上；
锥形凸轮研磨件，所述锥形凸轮研磨件套设于所述锥形转动件上，且锥形凸轮研磨件的一侧半径大于另一侧的半径。
进一步，所述每个牙轮钻头均可转动地设置于所述岩屑导向器的端部，所述岩屑导向器的端部内设置有若干第一电机，每个所述第一电机的输出轴均与其对应的牙轮钻头连接，用于驱动牙轮钻头转动。
进一步，所述驱动部件包括：
传动齿轮，所述传动齿轮套设于所述传动轴上；
从动内齿圈，所述从动内齿圈设置于所述岩屑导向器的一端内侧；
若干主动齿轮，设置于所述传动齿轮与所述从动内齿圈之间，每个所述主动齿轮均与所述传动齿轮、所述从动内齿圈齿形啮合；
所述驱动部件的一侧设置有安装盘，每个所述主动齿轮的齿轮杆均可转动地安装于所述安装盘上；所述安装盘的一侧设置有第二电机，所述第二电机通过齿轮传动带与若干主动齿轮连接，用于驱动若干主动齿轮同步转动。
进一步，所述驱动部件的一侧设置有防水密封部，所述岩屑导向器与所述防水密封部动密封连接；所述岩屑导向器靠近防水密封部的一端设置有若干固定块，每两个固定块之间均设置有用于泥浆通过的通孔。
进一步，所述扩孔钻具的一侧设置有管道，所述管道包括：
内管道，设置于所述传动轴的一端，且与所述传动轴动密封连接，用于输送清洗液；
外管道，设置于所述岩屑导向器的一端，且与所述岩屑导向器动密封连接；
所述内管道与所述外管道之间设置有若干环形支撑件，且通过若干环形支撑件组成用于输送泥浆的通道。
本发明提供的一种水平定向钻扩孔用钻具，具有如下有益效果：
1、本发明的水平定向钻扩孔用钻具通过导向钻头沿导向孔行进，带动扩孔钻具对导向孔进行扩孔，以满足管道铺设的孔径。同时导向钻头对孔道形成密封，避免形成的泥浆进入导向孔内。
2、本发明通过岩屑导向器内壁上的锥形研磨盘与传动轴上的锥形凸轮组合形成泥浆块的研磨部件，通过锥形凸轮与锥形研磨盘的反向转动，使扩孔土质与清洗液能够研磨混合成泥浆，有助于扩孔过程中泥浆的输送，同时避免孔道内部泥浆压力增加导致的卡钻以及钻具磨损现象，提高了水平定向钻施工操作的安全性。
3、本发明通过中空的钻杆与传动轴的内腔形成清洗液通道，清洗液由清洗液通道进入，后由喷头喷出，与扩孔土质混合，在锥形研磨盘与锥形凸轮组合形成的研磨部件的作用下，加快了清洗液与扩孔土质的混合，并形成泥浆，泥浆由扩孔钻具间隙形成的泥浆通道排出。
附图说明
图1为本发明一实施方式的结构示意图。
图2为本发明一实施方式中扩孔钻具的结构示意图。
图3为本发明一实施方式中驱动部件的结构示意图。
图4为本发明一实施方式中连杆开关部件的结构示意图。
图5为本发明一实施方式中连主动齿轮与第二电机的结构示意图。
图6为本发明一实施方式中管道的结构示意图。
图中，100、导向钻头；110、钻杆；111、喷头；
200、扩孔钻具；210、传动轴；220、岩屑导向器；221、第一电机；222、固定块；223、通孔；230、驱动部件；231、传动齿轮；232、从动内齿圈；233、主动齿轮；234、第二电机；235、齿轮传动带；240、锥形凸轮；241、锥形转动件；242、锥形凸轮研磨件；250、牙轮钻头；260、锥形研磨盘；270、安装盘；280、防水密封部；
300、泥浆通道；400、清洗液通道；
500、连杆开关部件；510、卡块；520、卡柱；530、活塞套筒；531、斜向滑孔；540、锥形活动块；541、条形孔；550、限位滑块；560、复位弹簧；
600、管道；610、内管道；620、外管道；630、环形支撑件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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，为本发明一实施方式提供一种水平定向钻扩孔用钻具的结构示意图，该水平定向钻扩孔用钻具包括导向钻头100和扩孔钻具200。
导向钻头100一侧连接有中空的钻杆110；在此钻杆内具有一段用于输送清洗液的通道。钻杆的外侧设置有若干喷头，方便清洗液喷出。
扩孔钻具200套设于钻杆110上，用于对导向孔实现扩孔施工，以达到管道铺设的大孔径要求。请一并参阅图1至图3，扩孔钻具200包括传动轴210、岩屑导向器220和驱动部件230。
传动轴210与钻杆110可拆卸连接；钻杆110与传动轴210内设置有清洗液通道400，且依次连通；钻杆110的外侧设置有若干喷头111，每个喷头111均与清洗液通道400连通。在此，中空的钻杆与传动轴的内腔形成清洗液通道，清洗液由清洗液通道进入，后由喷头喷出，对扩孔后的土质进行混合，以便于形成泥浆排出。
请参阅图2，传动轴210上套设有锥形凸轮240；锥形凸轮240包括锥形转动件241和锥形凸轮研磨件242。
锥形转动件241可拆卸地套设于传动轴210上；例如，传动轴的中部设置有卡槽，锥形转动件卡接在该卡槽内，以提高该锥形转动件的安装稳定性。锥形转动件为对称部件。
锥形凸轮研磨件242套设于锥形转动件241上，且锥形凸轮研磨件242的一侧半径大于另一侧的半径。例如，锥形凸轮研磨件的顶部卡接在传动轴的卡槽内，使锥形凸轮研磨件安装稳定。柱形凸轮研磨件与柱形转动件之间为胶粘固定或者焊接固定，避免转动过程中锥形凸轮研磨件与锥形转动件之间发生偏转。锥形凸轮研磨件为不对称部件，也就是其一侧的半径大于另一侧的半径。
由于锥形凸轮研磨件的不对称构型，使其在转动过程中相当于一个搅拌结构，不仅能够混合扩孔土质和清洗液，还能通过转动改变锥形凸轮间的泥浆通道300的内径尺寸，以至于形成研磨部件，方便将大块的扩孔土质研磨成小块的土质，进而与清洗液混合形成泥浆。
请参阅图1和图3，岩屑导向器220可转动地套设于传动轴210的一端上，例如，驱动部件230的一侧设置有防水密封部280，岩屑导向器220与防水密封部280动密封连接；岩屑导向器220靠近防水密封部280的一端设置有若干固定块222，每两个固定块222之间均设置有用于泥浆通过的通孔223。由此，岩屑导向器可通过若干固定块与传动轴之间形成可转动连接关系，方便通过驱动部件带动岩屑导向器与传动轴反向同步旋转。
请再次参阅图2，岩屑导向器220的端部设置有若干牙轮钻头250，每个牙轮钻头250均可转动地设置于岩屑导向器220的端部，岩屑导向器220的端部内设置有若干第一电机221，每个第一电机221的输出轴均与其对应的牙轮钻头250连接，用于驱动牙轮钻头250转动。通过牙轮钻头对一次导向孔实现扩孔，随着岩屑导向器与导向钻头的反向旋转，进一步加快扩孔的进度。
岩屑导向器220的内侧设置有锥形研磨盘260；锥形研磨盘的形状与锥形凸轮的形状匹配。锥形研磨盘朝向扩孔方向的开口的内径尺寸小于靠近驱动部件的开口的内径尺寸，由此形成锥形的孔道。在此，锥形凸轮240与锥形研磨盘260之间设置有泥浆通道300，随着锥形凸轮240的旋转，泥浆通道300的内径尺寸逐渐变大或者变小。由于锥形凸轮的偏心结构，形成一侧半径大于另一侧半径的不规则结构，不仅有助于搅拌混合，还能够使大块土质研磨成颗粒细小的土质，加快泥浆的形成。
本实施方式中，通过岩屑导向器内壁上的锥形研磨盘与传动轴上的锥形凸轮组合形成泥浆块的研磨部件，通过锥形凸轮与锥形研磨盘的反向转动，使扩孔土质与清洗液能够研磨混合成泥浆，有助于扩孔过程中泥浆的输送，同时避免孔道内部泥浆压力增加导致的卡钻以及钻具磨损现象，提高了水平定向钻施工操作的安全性。
请参阅图3和图5，驱动部件230设置于传动轴210的一端，用于驱动传动轴210、岩屑导向器220同步反向转动；驱动部件230包括传动齿轮231、从动内齿圈232和若干主动齿轮233。
传动齿轮231套设于传动轴210上；用于带动传动轴旋转。
从动内齿圈242设置于岩屑导向器220的一端内侧；用于带动岩屑导向器旋转。
干主动齿轮233设置于传动齿轮231与从动内齿圈232之间，每个主动齿轮233均与传动齿轮231、从动内齿圈232齿形啮合；通过若干主动齿轮的同步旋转，进而带动传动齿轮与从动内齿圈同步反向转动。
请参阅图5，驱动部件230的一侧设置有安装盘270，每个主动齿轮233的齿轮杆均可转动地安装于安装盘270上；安装盘270的一侧设置有第二电机234，在此，第二电机可拆卸地安装在安装盘上；第二电机234通过齿轮传动带235与若干主动齿轮233连接，用于驱动若干主动齿轮233同步转动。例如，第二电机与若干主动齿轮成环形布设于安装盘上，由此齿形传动带与第二电机的转轴、若干主动齿轮的转轴齿形啮合，通过第二电机转轴的转动即可带动若主动齿轮同步转动。当然，还可以在每个主动齿轮的一侧连接一个第二电机，通过控制器控制若干第二电机的同步启动，带动若干主动齿轮的同步转动。
请参阅图4，在其它实施方式中，钻杆110内设置有用于控制喷头111打开的连杆开关部件500。连杆开关部件500包括卡块510、活塞套筒530、锥形活动块540和限位滑块550。
卡块510的一端连接有一卡柱520；卡块的尺寸大于卡柱的尺寸。
活塞套筒530的一端可滑动地套设于卡块510上，另一端设置有斜向滑孔531；活塞套筒的一端设置有水平滑槽，卡块设置于该水平滑槽内。通过活塞套筒的移动，使喷头打开，方便清洗液喷出。
锥形活动块540可移动地设置于斜向滑孔531内；锥形活动块的上端尺寸大于其下端尺寸，且其上下两端均抵接在斜向滑孔的内壁上。锥形活动块540上设置有条形孔541；条形孔的一端密封，另一端开口。卡柱520穿过条形孔541，且与钻杆110内的密封部固定连接；
限位滑块550的一端抵持于锥形活动块540上，且与锥形活动块540滑动连接。在此，限位滑块550可滑动地套设于卡柱520的一端上；卡柱520的一端上套设有复位弹簧560，复位弹簧560的一端与卡柱520固定连接，另一端与限位滑块550的内壁固定连接。
使用时，由于清洗液的压力增大，推动活塞套筒向左侧移动，带动锥形活动块沿斜向滑孔移动，即发生竖向位移。而限位滑块的右侧抵接在锥形活动块上，随着锥形活动块的竖向移动而发生水平方向的移动。在此，由于复位弹簧的作用力，活塞套筒向左移动时，锥形活动块向上移动，而限位滑块向右移动，此时，弹簧处于松弛状态。当活塞套筒向右移动时，锥形活动块向下移动，而限位滑块向左移动，此时，弹簧处于压紧状态。
请参阅图1和图6，扩孔钻具200的一侧设置有管道600，管道600包括内管道610和外管道620。
内管道610设置于传动轴210的一端，且与传动轴210动密封连接，用于输送清洗液；
外管道620设置于岩屑导向器220的一端，且与岩屑导向器220动密封连接；内管道610与外管道620之间设置有若干环形支撑件630，且通过若干环形支撑件630组成用于输送泥浆的通道。环形支撑件包括两个支撑环，且以及设置于两个支撑环之间的若干支撑块，由此，每两个支撑块之间具有方便输送泥浆的通道。内管道与外管道之间通过若干环形支撑件用以加强泥浆通道的稳固性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，包括：
导向钻头(100)，所述导向钻头(100)一侧连接有中空的钻杆(110)；
扩孔钻具(200)，所述扩孔钻具(200)套设于所述钻杆(110)上，所述扩孔钻具(200)包括：
传动轴(210)，所述传动轴(210)与所述钻杆(110)可拆卸连接；所述传动轴(210)上套设有锥形凸轮(240)；
岩屑导向器(220)，可转动地套设于所述传动轴(210)的一端上，所述岩屑导向器(220)的端部设置有若干牙轮钻头(250)，所述岩屑导向器(220)的内侧设置有锥形研磨盘(260)；
驱动部件(230)，设置于所述传动轴(210)的一端，用于驱动所述传动轴(210)、所述岩屑导向器(220)同步反向转动；
所述锥形凸轮(240)与所述锥形研磨盘(260)之间设置有泥浆通道(300)，随着所述锥形凸轮(240)的旋转，所述泥浆通道(300)的内径尺寸逐渐变大或者变小。
2.根据权利要求1所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述钻杆(110)与所述传动轴内设置有清洗液通道(400)，且依次连通；
所述钻杆(110)的外侧设置有若干喷头(111)，每个所述喷头(111)均与所述清洗液通道(400)连通。
3.根据权利要求2所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述钻杆(110)内设置有用于控制喷头(111)打开的连杆开关部件(500)。
4.根据权利要求3所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述连杆开关部件(500)包括：
卡块(510)，所述卡块(510)的一端连接有一卡柱(520)；
活塞套筒(530)，所述活塞套筒(530)的一端可滑动地套设于所述卡块(510)上，另一端设置有斜向滑孔(531)；
锥形活动块(540)，所述锥形活动块(540)可移动地设置于所述斜向滑孔(531)内；所述锥形活动块(540)上设置有条形孔(541)；所述卡柱(520)穿过所述条形孔(541)，且与所述钻杆(110)内的密封部固定连接；
限位滑块(550)，所述限位滑块(550)的一端抵持于所述锥形活动块(540)上，且与所述锥形活动块(540)滑动连接。
5.根据权利要求4所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述限位滑块(550)可滑动地套设于所述卡柱(520)的一端上；所述卡柱(520)的一端上套设有复位弹簧(560)，所述复位弹簧(560)的一端与所述卡柱(520)固定连接，另一端与所述限位滑块(550)的内壁固定连接。
6.根据权利要求1所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述锥形凸轮(240)包括：
锥形转动件(241)，所述锥形转动件(241)可拆卸地套设于所述传动轴(210)上；
锥形凸轮研磨件(242)，所述锥形凸轮研磨件(242)套设于所述锥形转动件(241)上，且锥形凸轮研磨件(242)的一侧半径大于另一侧的半径。
7.根据权利要求1所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述每个牙轮钻头(250)均可转动地设置于所述岩屑导向器(220)的端部，所述岩屑导向器(220)的端部内设置有若干第一电机(221)，每个所述第一电机(221)的输出轴均与其对应的牙轮钻头(250)连接，用于驱动牙轮钻头(250)转动。
8.根据权利要求1所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述驱动部件(230)包括：
传动齿轮(231)，所述传动齿轮(231)套设于所述传动轴(210)上；
从动内齿圈(232)，所述从动内齿圈(232)设置于所述岩屑导向器(220) 的一端内侧；
若干主动齿轮(233)，设置于所述传动齿轮(231)与所述从动内齿圈(232)之间，每个所述主动齿轮(233)均与所述传动齿轮(231)、所述从动内齿圈(232)齿形啮合；
所述驱动部件(230)的一侧设置有安装盘(270)，每个所述主动齿轮(233)的齿轮杆均可转动地安装于所述安装盘(270)上；所述安装盘(270)的一侧设置有第二电机(234)，所述第二电机(234)通过齿轮传动带(235)与若干主动齿轮(233)连接，用于驱动若干主动齿轮(233)同步转动。
9.根据权利要求1所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述驱动部件(230)的一侧设置有防水密封部(280)，所述岩屑导向器(220)与所述防水密封部(280)动密封连接；所述岩屑导向器(220)靠近防水密封部(280)的一端设置有若干固定块(222)，每两个固定块(222)之间均设置有用于泥浆通过的通孔(223)。
10.根据权利要求1所述的水平定向钻扩孔用钻具，其特征在于，所述扩孔钻具(200)的一侧设置有管道(600)，所述管道(600)包括：
内管道(610)，设置于所述传动轴(210)的一端，且与所述传动轴(210)动密封连接，用于输送清洗液；
外管道(620)，设置于所述岩屑导向器(220)的一端，且与所述岩屑导向器(220)动密封连接；
所述内管道(610)与所述外管道(620)之间设置有若干环形支撑件(630)，且通过若干环形支撑件(630)组成用于输送泥浆的通道。
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