CN114517652A - 一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及控向装置技术领域，提出了一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其在钻进过程的固定时与钻孔的内壁的接触面较大，对钻孔的内壁的损伤较小，能实现对于钻孔的内壁的压实加固，当遇到阻碍时，传动冲击力较小，传动防护性较好，较为实用，包括壳体，还包括外胀结构，外胀结构包括内架和辅助外壳，内架与壳体连接，辅助外壳与内架连接，壳体上连接有弹性撑圈，内架开设有储藏槽，储藏槽通过多个辅助复位簧连接有同步圈，同步圈与弹性撑圈连接，内架内开设有与密封腔连通的环形槽，环形槽内安装有压缩组件，辅助外壳内安装有驱动电机，驱动电机的输出端通过同步组件驱动压缩组件。
Description
技术领域
本发明涉及控向装置技术领域，具体涉及一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置。
背景技术
众所周知，我们生活居住的地球内含有大量的奥秘以及丰富的资源，为探索地下的奥秘和地下资源的利用，通常会对地球进行地质勘探，而钻探作为地质勘探中最常用的方式之一，也是获取数据最可靠的方式之一，钻探过程中为提高钻探施工时方向的准确性通常会使用花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置。
经检索，2021年9月10日公开的，公开号为CN113374414A的中国发明专利公开了一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其大致描述为，包括取心打捞机构、套管、转动架、外管、穿插杆、壳体和取心钻头，取心钻头设置在取心打捞机构输出端，取心打捞机构设置在套管内侧，壳体为管状结构，套管、外管和壳体由内至外依次设置，转动架上设置有与外管外周面滑动连接的安装孔，转动架位于外管和壳体之间，安装孔的中心轴与壳体的中心轴偏心设置，壳体内部设置有用于驱动转动架转动的偏心机构，穿插杆沿径向贯穿壳体并与壳体滑动连接，穿插杆绕壳体中心轴均匀设置有多个，壳体内部设置有用于驱动多个穿插杆沿壳体径向移动的驱动机构。
上述的方案虽然能够实现在钻进过程的固定，但是固定方式是采取穿插杆插入钻孔的内壁的土壤的方式，所以在固定插入时，当遇到硬质岩层，较易阻碍穿插杆的插入，甚至会因为插入力较大使穿插杆变弯，造成插入方向的偏移，甚至影响正常插入使用，同时当穿插杆弯曲后，在移出土壤时，极易对钻孔的内壁造成破坏，容易影响钻探的进行和钻探后样本的取出，并且穿插杆的驱动方式为通过多个齿轮之间的啮合来实现，虽然可以减小传动误差，但是当穿插杆插入受阻碍时，极易造成啮合承受较大的冲击，使齿轮损伤甚至啮合失效。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其在钻进过程的固定时与钻孔的内壁的接触面较大，两者之间受力较为均匀，同时固定过程和解除固定过程对钻孔的内壁的损伤较小，而且还能实现对于钻孔的内壁的压实加固，并且固定时当遇到阻碍时，传动冲击力较小，传动防护性较好，较为实用。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，包括取心打捞机构、套管、转动架、外管、壳体和取心钻头，取心钻头设置在取心打捞机构输出端，取心打捞机构设置在套管的内侧，壳体为管状结构，套管、外管和壳体由内至外依次设置，转动架上设置有与外管外周面滑动连接的安装孔，转动架位于外管和壳体之间，安装孔的中心轴与壳体的中心轴偏心设置，壳体内部设置有用于驱动转动架转动的偏心机构，还包括外胀结构，所述外胀结构包括内架和辅助外壳，所述内架与壳体固定连接，所述辅助外壳与内架固定连接，壳体上固定连接有弹性撑圈，内架内开设有储藏槽，所述储藏槽内固定连接有多个辅助复位簧，多个所述辅助复位簧固定连接有同步圈，所述同步圈与所述弹性撑圈连接，弹性撑圈、内架、壳体和同步圈配合形成密封腔，内架内开设有与密封腔连通的环形槽，所述环形槽内安装有压缩组件，所述压缩组件包括固定圈和橡胶圈，所述固定圈固定连接在所述环形槽内，固定圈上开设有多个螺纹孔，多个所述螺纹孔内均螺纹连接有螺纹杆，多个所述螺纹杆均与所述橡胶圈转动连接，所述橡胶圈滑动配合在环形槽内，辅助外壳内安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端通过同步组件驱动螺纹杆。
在前述方案的基础上优选的，所述同步组件包括环形安装架，所述环形安装架固定连接在所述辅助外壳内，环形安装架上开设有多个轴承孔，多个所述轴承孔内均通过轴承连接有同步轮，所述同步轮通过滑动驱动系统与螺纹杆连接，所述驱动电机的输出端与多个同步轮中的一个同步轮固定连接，多个同步轮之间传动连接。
在前述方案的基础上进一步的，所述环形安装架上安装有压紧系统，所述压紧系统包括压紧轮，环形安装架上开设有多个安装口，多个所述安装口内均滑动连接有移动板，所述移动板与安装口之间固定连接有压紧簧，所述压紧轮转动连接在移动板上。
在前述方案的基础上再进一步的，所述滑动驱动系统包括棱杆，所述棱杆与所述同步轮固定连接，所述螺纹杆上开设有棱槽，所述棱杆滑动连接在所述棱槽内。
在前述方案的基础上更进一步的，所述安装口内固定连接有导向杆，所述移动板上开设有导向孔，所述导向杆滑动配合在所述导向孔内，所述压紧簧套装在导向杆上。
作为上述方案进一步的，所述螺纹杆上固定连接有限位板，所述限位板上开设有与所述棱杆相匹配的棱孔。
作为上述方案再进一步的，所述环形槽内开设有多个通气孔，多个所述通气孔均与所述密封腔连通，且多个通气孔之间等角度布置。
作为上述方案更进一步的，所述壳体的外径与所述辅助外壳的外径相同。
作为上述方案进一步的方案，所述固定圈上开设有多个进气孔。
作为上述方案再进一步的方案，所述棱杆的棱数不大于6。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，具备以下有益效果：
1.本发明中，通过外胀结构的配备，能够相对于钻孔的内壁进行撑紧，实现该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置在钻探作业过程中的固定，弹性撑圈和钻孔的内壁两者之间的接触面较大，受力较为均匀，同时固定过程和解除固定过程对钻孔的内壁的损伤较小，而且还能实现对于钻孔的内壁的压实加固。
2.本发明中，通过压缩组件的设计，便于实现环形槽内和密封腔内的容积的转换，从而实现弹性撑圈的胀起，同时在弹性撑圈胀起对该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置固定时遇到阻碍时，传动冲击力较小，传动防护性较好。
3.本发明中，通过同步组件的设计，实现多个螺纹杆的同步驱动，使压缩组件在环形槽内的驱动受力较为均匀，较为实用。
附图说明
图1为本发明局部剖视的立体结构示意图；
图2为本发明图1中A处的局部放大结构示意图；
图3为本发明图1中B处的局部放大结构示意图；
图4为本发明固定圈、橡胶圈和螺纹杆等配合的立体结构示意图；
图5为本发明图4中C处的局部放大结构示意图；
图6为本发明整体的后侧视的立体结构示意图；
图7为本发明图6中D处的局部放大结构示意图。
图中：1、取心打捞机构；2、套管；3、转动架；4、外管；5、壳体；6、取心钻头；7、内架；8、辅助外壳；9、弹性撑圈；10、辅助复位簧；11、同步圈；12、固定圈；13、橡胶圈；14、螺纹杆；15、环形安装架；16、同步轮；17、压紧轮；18、移动板；19、压紧簧；20、棱杆；21、导向杆；22、限位板；23、通气孔。
具体实施方式
实施例
请参阅图1-7，为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，包括取心打捞机构1、套管2、转动架3、外管4、壳体5和取心钻头6，取心钻头6设置在取心打捞机构1输出端，取心打捞机构1设置在套管2的内侧，壳体5为管状结构，套管2、外管4和壳体5由内至外依次设置，转动架3上设置有与外管4外周面滑动连接的安装孔，转动架3位于外管4和壳体5之间，安装孔的中心轴与壳体5的中心轴偏心设置，壳体5内部设置有用于驱动转动架3转动的偏心机构，还包括外胀结构，外胀结构包括内架7和辅助外壳8，内架7与壳体5固定连接，辅助外壳8与内架7固定连接，壳体5的外径与辅助外壳8的外径相同，壳体5上固定连接有弹性撑圈9，能够相对于钻孔的内壁进行撑紧，实现该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置在钻探作业过程中的固定，弹性撑圈9和钻孔的内壁两者之间的接触面较大，受力较为均匀，同时固定过程和解除固定过程对钻孔的内壁的损伤较小，而且还能实现对于钻孔的内壁的压实加固，内架7内开设有储藏槽，储藏槽内固定连接有多个辅助复位簧10，多个辅助复位簧10固定连接有同步圈11，同步圈11与弹性撑圈9连接，弹性撑圈9、内架7、壳体5和同步圈11配合形成密封腔，内架7内开设有与密封腔连通的环形槽，环形槽内开设有多个通气孔23，多个通气孔23均与密封腔连通，且多个通气孔23之间等角度布置，使环形槽和密封腔之间的通气较为均匀。
还需进一步说明的是，环形槽内安装有压缩组件，压缩组件包括固定圈12和橡胶圈13，固定圈12固定连接在环形槽内，固定圈12上开设有多个螺纹孔和多个进气孔，多个螺纹孔内均螺纹连接有螺纹杆14，多个螺纹杆14均与橡胶圈13转动连接，橡胶圈13滑动配合在环形槽内，便于实现环形槽内和密封腔内的容积的转换，从而实现弹性撑圈9的胀起，同时在弹性撑圈9胀起对该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置固定时遇到阻碍时，传动冲击力较小，传动防护性较好，辅助外壳8内安装有驱动电机，驱动电机的输出端通过同步组件驱动螺纹杆14，同步组件包括环形安装架15，环形安装架15固定连接在辅助外壳8内，环形安装架15上开设有多个轴承孔，多个轴承孔内均通过轴承连接有同步轮16，同步轮16通过滑动驱动系统与螺纹杆14连接，滑动驱动系统包括棱杆20，棱杆20与同步轮16固定连接，螺纹杆14上开设有棱槽，棱杆20滑动连接在棱槽内，实现同步轮16与螺纹杆14之间的传动，螺纹杆14上固定连接有限位板22，限位板22上开设有与棱杆20相匹配的棱孔，能够限定螺纹杆14在螺纹孔内运动的极限位置，棱杆20的棱数不大于6，避免棱杆20的棱数过多而过度接近圆柱影响传动效果，使棱杆20与棱槽之间的连接传动较为可靠，驱动电机的输出端与多个同步轮16中的一个同步轮16固定连接，多个同步轮16之间传动连接，实现多个螺纹杆14的同步驱动，使压缩组件在环形槽内的驱动受力较为均匀，较为实用，多个同步轮16可以是同步带轮也可以是同步链轮，当为同步带轮时，多个同步轮16通过同步带传动连接，当为同步链轮时，多个同步轮16通过同步链传动连接，环形安装架15上安装有压紧系统，压紧系统包括压紧轮17，环形安装架15上开设有多个安装口，多个安装口内均滑动连接有移动板18，移动板18与安装口之间固定连接有压紧簧19，压紧轮17转动连接在移动板18上，提高多个同步轮16的传动效果，安装口内固定连接有导向杆21，移动板18上开设有导向孔，导向杆21滑动配合在导向孔内，实现移动板18的移动引导，压紧簧19套装在导向杆21上，限定压紧簧19形变时的方向。
综上所述，该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置在使用时，首先将该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置放置在钻孔出入口处，然后将其向钻孔的内部钻进预定距离，然后启动驱动电机，驱动电机为伺服电机，并且该伺服电机为根据实际动力需求和安装空间在市场上已经定型的系列产品中选用的现有产品，而且本发明只是对其进行使用，并未对其进行改变，因此对于其结构不在赘述，伺服电机配套有PLC控制单元，能够控制驱动电机单次工作的转动圈数，驱动电机工作带动多个同步轮16同步转动，多个同步轮16同步转动通过棱杆20驱动多个螺纹杆14同步转动，螺纹杆14转动相对于固定圈12移动，实现橡胶圈13在环形槽内的移动，橡胶圈13相对于环形槽移动将环形槽内的空气压缩使其进入密封腔内，使密封腔变大将弹性撑圈9克服辅助复位簧10从储藏槽内滑出，实现弹性撑圈9的外径胀大而相对钻孔的内径的撑紧，实现该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置的固定，固定完成后通过取心钻头6和取心打捞机构1进行钻进作业，完成目标距离的钻进段后，通过驱动电机工作实现橡胶圈13内环形槽内的反向移动，使密封腔内的压缩通气体积减少，在辅助复位簧10的作用下弹性撑圈9恢复原状，此时弹性撑圈9对钻孔的内壁的撑紧作用失效，解除该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置的固定，实现该花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置在钻孔内的进给，然后再次通过弹性撑圈9实现固定，重复上述步骤，进行递进式的钻进作业，直至完成整个钻进工程的作业即可。
Claims (10)
1.一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，包括：
取心打捞机构、套管、转动架、外管、壳体和取心钻头，取心钻头设置在取心打捞机构输出端，取心打捞机构设置在套管的内侧，壳体为管状结构，套管、外管和壳体由内至外依次设置，转动架上设置有与外管外周面滑动连接的安装孔，转动架位于外管和壳体之间，安装孔的中心轴与壳体的中心轴偏心设置，壳体内部设置有用于驱动转动架转动的偏心机构，其特征在于，还包括：
外胀结构，其中，所述外胀结构包括内架和辅助外壳，所述内架与壳体固定连接，所述辅助外壳与内架固定连接，壳体上固定连接有弹性撑圈，内架内开设有储藏槽，所述储藏槽内固定连接有多个辅助复位簧，多个所述辅助复位簧固定连接有同步圈，所述同步圈与所述弹性撑圈连接，弹性撑圈、内架、壳体和同步圈配合形成密封腔，内架内开设有与密封腔连通的环形槽，所述环形槽内安装有
压缩组件，其中，所述压缩组件包括固定圈和橡胶圈，所述固定圈固定连接在所述环形槽内，固定圈上开设有多个螺纹孔，多个所述螺纹孔内均螺纹连接有螺纹杆，多个所述螺纹杆均与所述橡胶圈转动连接，所述橡胶圈滑动配合在环形槽内，辅助外壳内安装有
驱动电机，所述驱动电机的输出端通过同步组件驱动螺纹杆。
2.根据权利要求1所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，
所述同步组件包括环形安装架，所述环形安装架固定连接在所述辅助外壳内，环形安装架上开设有多个轴承孔，多个所述轴承孔内均通过轴承连接有同步轮，所述同步轮通过滑动驱动系统与螺纹杆连接，所述驱动电机的输出端与多个同步轮中的一个同步轮固定连接，多个同步轮之间传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，
所述环形安装架上安装有压紧系统，所述压紧系统包括压紧轮，环形安装架上开设有多个安装口，多个所述安装口内均滑动连接有移动板，所述移动板与安装口之间固定连接有压紧簧，所述压紧轮转动连接在移动板上。
4.根据权利要求3所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，
所述滑动驱动系统包括棱杆，所述棱杆与所述同步轮固定连接，所述螺纹杆上开设有棱槽，所述棱杆滑动连接在所述棱槽内。
5.根据权利要求4所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，
所述安装口内固定连接有导向杆，所述移动板上开设有导向孔，所述导向杆滑动配合在所述导向孔内，所述压紧簧套装在导向杆上。
6.根据权利要求5所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，所述螺纹杆上固定连接有限位板，所述限位板上开设有与所述棱杆相匹配的棱孔。
7.根据权利要求6所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，
所述环形槽内开设有多个通气孔，多个所述通气孔均与所述密封腔连通，且多个通气孔之间等角度布置。
8.根据权利要求7所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，所述壳体的外径与所述辅助外壳的外径相同。
9.根据权利要求8所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，所述固定圈上开设有多个进气孔。
10.根据权利要求9所述的一种花键式水平定向钻进工程地质勘察控向装置，其特征在于，
所述棱杆的棱数不大于6。
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Cited By (1)
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- 2022-02-28 CN CN202210186992.6A patent/CN114517652A/zh not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220520 |