CN116446798B - 一种钻探设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土层或岩石的钻进技术领域，具体涉及一种钻探设备，包括钻杆和第一、第二钻头机构，第一钻头机构包括两个半圆型的上钻头块，第二钻头机构包括两个半圆型的下钻头块，两个上钻头块导向滑动配合，且在初始状态下对拼成圆柱结构，两个下钻头块导向滑动配合，两个下钻头块之间顶压设有第一弹性件，以使两个下钻头块在初始状态下径向错开，两个下钻头块在钻头所受阻力大于设定值后向内滑动，以使第二钻头机构的外径缩小，两个下钻头块上端设置拨杆，用于在两个下钻头块向内相对滑动时分别拨动两个上钻头块向外滑动，以使第一钻头机构的外径增大。本发明能够根据钻进土层硬度调整外径大小，保护第二钻头机构，钻头不易损坏，提高工作效率。

Description

一种钻探设备

技术领域

本发明涉及土层或岩石的钻进技术领域，具体涉及一种钻探设备。

背景技术

钻探设备是利用钻头对土层或岩石进行钻进的机械工程设备，以开采地底或者海底自然资源，或者采取地层的剖面实况，撷取实体样本，用于提供实验以取得相关数据资料等。

由于不同地质的土层或岩层的软硬程度也不同，钻探设备的钻头在钻进过程中受到的阻力大小也是不同的。当钻进的土层质地较硬时，钻头所受的阻力较大，对现有钻探设备的钻头的破坏力比较大，容易导致钻探设备的钻头使用寿命较短，需要经常提钻、换钻头，降低工作效率。

发明内容

本发明提供一种钻探设备，以解决现有技术中钻探设备在钻进较硬的土层时，钻头所受阻力较大而容易损坏，进而影响工作效率的技术问题。

本发明的一种钻探设备，采用如下技术方案：一种钻探设备，包括支撑结构和钻头，所述钻头包括钻杆，所述钻杆的上端与支撑机构连接，所述钻头还包括第一钻头机构和第二钻头机构，第一钻头机构和第二钻头机构上下间隔安装在钻杆上，第一钻头机构包括两个半圆型的上钻头块，第二钻头机构包括两个半圆型的下钻头块，两个上钻头块和两个下钻头块一一对应，所述钻杆夹设在两个上钻头块之间和两个下钻头块之间，所述钻杆上间隔设置有第一限位凸台和第二限位凸台，第一限位凸台与两个上钻头块周向止转配并且径向滑动配合，第二限位凸台与两个下钻头块周向止转配合并且径向滑动配合，两个上钻头块导向滑动配合，且在初始状态下对拼成圆柱结构，两个下钻头块导向滑动配合，且两个下钻头块之间顶压设有第一弹性件，以使两个下钻头块在初始状态下径向错开，两个下钻头块在钻头所受阻力大于设定值后向内滑动，以使第二钻头机构的外径缩小，两个下钻头块上端设置拨杆，用于在两个下钻头块向内相对滑动时分别拨动两个上钻头块向外滑动，以使第一钻头机构的外径增大；两个下钻头块之间设置有用于对初始状态下的两个下钻头块进行锁定的第一锁定机构，以及在两个下钻头块向内滑动到位后进行锁定的第二锁定机构；所述钻探设备还包括在两个上钻头块向外滑动到位后锁定的第三锁定机构。

进一步地，两个上钻头块与两个下钻头块之间设有两个半圆型的调节板，两个调节板对接固定形成圆板结构，两个调节板均与钻杆固定连接，每个调节板上开设有导向长孔，每个上钻头块的下端面上均间隔设有第一调节杆和第二调节杆，第一调节杆、第二调节杆和拨杆位于对应导向长孔内，所述拨杆位于第一调节杆和第二调节杆之间且与第一调节杆接触，所述拨杆与第二调节杆之间设有第二弹性件，在下钻头块向内滑动时，拨杆推动第一调节杆沿着导向长孔滑动，以使两个上钻头块向外滑动。

进一步地，所述第三锁定机构包括开设在导向长孔内壁上的安装槽，安装槽内安装有限位滑块，限位滑块与安装槽之间设有第三弹性件，以使限位滑块的一部分凸出导向长孔内壁，限位滑块上设有引导斜面以及供第二调节杆进入的卡槽，在初始状态下，限位滑块被拨杆压入安装槽内，在上钻头块向外滑动时，第二调节杆进入卡槽内，限位滑块对上钻头块进行限位，当下钻头块向外滑动复位时，拨杆在引导斜面的作用下下压限位滑块，以解除限位滑块对第二调节杆的限制。

进一步地，所述调节板的下侧面上设有与下钻头块的滑动方向一致的导向槽，下钻头块的上端面上设有与导向槽滑动配合的导向凸块。

进一步地，所述第一锁定机构和第二锁定结构的结构相同，包括开设在下钻头块上的锁定球腔和锁定槽，锁定球腔内活动安装有锁定球，锁定球腔内还安装有第四弹性件，以使锁定球的一部分卡入锁定槽内。

进一步地，两个上钻头块上均设有第一燕尾滑块和第一燕尾槽，所述第一燕尾槽为收口槽，其中一个上钻头块上的第一燕尾滑块与另一个上钻头块上的第一燕尾槽滑动配合。

进一步地，两个下钻头块上均设有第二燕尾滑块和第二燕尾槽，所述第二燕尾槽为收口槽，其中一个下钻头块上的第二燕尾滑块与另一个下钻头块上的第二燕尾槽滑动配合。

进一步地，第一燕尾滑块、第二燕尾滑块分别通过紧固螺钉连接在对应的上钻头块和下钻头块上。

进一步地，钻杆上转动安装有中心齿轮，两个下钻头块上均设有容纳腔和L型连接臂，其中一个下钻头块上的L型连接臂位于另一个下钻头块的容纳腔内，L型连接臂较长的一条边为齿条，两个连接臂的齿条同时与中心齿轮啮合，以使两个下钻头块同步运动。

进一步地，上钻头块的上方连接有密封板，密封板固定设置在钻杆上，密封板的下侧面上设有与上钻头块的滑动方向一致的导向凹槽，上钻头块的上端设有与导向凹槽配合的导向块。

本发明的有益效果是：本发明通过设置上下两个钻头机构，并且两个钻头机构的外径可以根据所需钻进的土层的硬度不同进行自动调整，其中，位于下方的第二钻头机构的外径在初始状态下较大，在钻头受到的钻进阻力较大而大于设定值后，两个下钻头块会向内滑动收缩，使下方的第二钻头机构的外径减小，与此同时，两个下钻头块收缩会同时带动第一钻头机构的两个上钻头块向外滑动扩张，使第一钻头机构的外径增大，这样整个钻头形成下小上大的钻头结构，减少下方钻头机构的受力面积，以此来减小下方钻头机构所受阻力，同时，由于上方钻头机构外径增大，能够辅助下方钻头机构同步钻进，进而提高钻进效率。总的来说，本发明的钻探设备，当所需钻进的土层的硬度较小，也即土层较软时，钻进阻力值未大于设定值，此时，下方的第二钻头机构处于初始状态，也即外径较大，此时钻头能以最大外径尺寸进行钻进工作，提高钻进效率，当土层硬度较大而大于设定值后，下方第二钻头机构收缩，上方第一钻头机构扩张，调整整个钻头形状来适应较硬土层的钻进，进而保护了下方钻头机构，使得钻头不易损坏，提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种钻探设备的实施例1中钻头的立体结构示意图；图2为本发明一种钻探设备的实施例1中钻头的主视图；

图3为本发明一种钻探设备的实施例1中钻头的侧视图；

图4为本发明一种钻探设备的实施例1中钻头的俯视图；

图5为本发明一种钻探设备的实施例1中钻头的爆炸示意图；

图6为图2中A-A向剖视图；

图7为图2中B-B向剖视图；

图8为图3中C-C向剖视图；

图9为图3中D-D向剖视图；

图10为图4中E-E向剖切的示意图；

图11为本发明一种钻探设备的实施例1中下钻头块的立体结构示意图；

图12为本发明一种钻探设备的实施例1中上钻头块的立体结构示意图；

图中：100、支撑机构；101、钻杆；102、密封板；103、调节板；104、第一限位凸台；

105、中心齿轮；108、第二限位凸台；109、第二弹性件；110、限位滑块；111、导向长孔；200、第一钻头机构；201、上钻头块；202、第一燕尾槽；203、第一燕尾滑块；204、导向块；205、钻杆避让腔；206、第一调节杆；207、第二调节杆；208、前切削齿；209、第一滑动腔；300、第二钻头机构；301、下钻头块；302、拨杆；303、侧切削齿；304、第二燕尾滑块；305、第二燕尾槽；306、齿条；307、锁定槽；308、锁定球腔；309、容纳腔；310、第三弹性件；311、锁定球；312、第一弹性件。

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。

本发明一种钻探设备的实施例1，如图1至图12所示，钻探设备包括支撑结构和连接的支撑结构端部的钻头，支撑结构用于支撑和连接钻头，支撑结构为现有技术，这里不再详细说明。钻头包括钻杆101、第一钻头机构200和第二钻头机构300，第一钻头机构200和第二钻头机构300上均设有前切削齿208和侧切削齿303。所述钻杆101的上端与支撑机构100连接，本实施例中，钻杆101与支撑结构一体成型设置。第一钻头机构200和第二钻头机构300上下间隔安装在钻杆101上，本发明中，第一钻头机构200和第二钻头机构300的外径均可调。第一钻头机构200包括两个半圆型的上钻头块201，第二钻头机构300包括两个半圆型的下钻头块301，两个上钻头块201和两个下钻头块301一一对应，两个上钻头块201导向滑动配合且对拼成圆柱结构，两个下钻头块301导向滑动配合，且两个下钻头块301之间顶压设有第一弹性件312，以使两个下钻头块301在初始状态下径向错开，两个下钻头块301在钻头所受阻力大于设定值后向内滑动，以使第二钻头机构300的外径缩小。这里需要说明的是，初始状态下，下方的第二钻头机构300的外径大于上方的第一钻头机构200的外径。

所述钻杆101夹设在两个上钻头块201之间和两个下钻头块301之间。所述钻杆101上下间隔设置有第一限位凸台104和第二限位凸台108，第一限位凸台104与两个上钻头块201周向止转配并且径向滑动配合，第二限位凸台108与两个下钻头块301周向止转配合并且径向滑动配合。本实施例中，第一限位凸台104和第二限位凸台108均为正四边形结构，两个上钻头块201上分别开设有与第一限位凸台104配合的第一滑动腔209和与第二限位凸台108配合的第二滑动腔，两个限位凸台的侧壁与对应滑动腔的内壁滑动配合，同时滑动腔的内壁又限制限位凸台转动，进而实现止转配合和径向滑动配合。同时，为了避免两个上钻头块201滑动时与钻杆101之间干涉，上钻头块201上设有钻杆避让腔205。

钻杆101上转动安装有中心齿轮105，中心齿轮105位于第一限位凸台104和第二限位凸台108之间的位置，其中，为了便于中心齿轮105安装，第二限位凸台108通过紧固螺栓连接在钻杆101的下端面上。两个下钻头块301上均设有容纳腔309和L型连接臂，其中一个下钻头块301上的L型连接臂位于另一个下钻头块301的容纳腔309内，两个L型连接臂围绕中心齿轮105布置，L型连接臂较长的一条边为齿条306，两个L型连接臂的齿条306同时与中心齿轮105啮合，以使两个下钻头块301同步运动。本实施例中，第二滑动腔与容纳腔309连通，并位于容纳腔309的下方位置，同时容纳腔309也用于避让钻杆101，避免钻杆101与两个下钻头块301干涉。

两个下钻头块301上端设置拨杆302，用于在两个下钻头块301向内相对滑动时分别拨动两个上钻头块201向外滑动，以使第一钻头机构200的外径增大；两个下钻头块301之间设置有用于对初始状态下的两个下钻头块301进行锁定的第一锁定机构，以及在两个下钻头块301向内滑动到位后进行锁定的第二锁定机构；所述钻探设备还包括在两个上钻头块201向外滑动到位后锁定的第三锁定机构。

本实施例中，所述第一锁定机构和第二锁定结构的结构相同，第一锁定机构和第二锁定机构沿下钻头块301的滑动方向间隔布置，可根据需要设置多组第一锁定机构和第二锁定机构。第一锁定机构和第二锁定机构包括开设在下钻头块301上的锁定球腔308和锁定槽307，锁定球腔308内活动安装有锁定球311，锁定球腔308内还安装有第四弹性件，以使锁定球311的一部分卡入锁定槽307内。当两个下钻头块301在初始状态下处于错开位置时，第一锁定机构的锁定球311卡入锁定槽307内，使两个下钻头块301保持在固定位置。在两个下钻头块301向内滑动到位后，第二锁定机构的锁定球311卡入锁定槽307内。

本实施例中，两个上钻头块201与两个下钻头块301之间设有两个半圆型的调节板103，两个调节板103对接固定形成圆板结构，具体地，两个调节板103上对应开设有螺栓穿孔，通过紧固螺栓将两个调节板103紧固连接在一起，两个调节板103的中心围成一个钻杆101安装孔，通过紧固螺栓夹紧实现将两个调节板103均与钻杆101固定连接。

每个调节板103上开设有导向长孔111，每个上钻头块201的下端面上均间隔设有第一调节杆206和第二调节杆207，第一调节杆206、第二调节杆207和拨杆302位于对应导向长孔111内，所述拨杆302位于第一调节杆206和第二调节杆207之间且与第一调节杆206接触，所述拨杆302与第二调节杆207之间设有第二弹性件109，在下钻头块301向内滑动时，拨杆302推动第一调节杆206沿着导向长孔111滑动，以使两个上钻头块201向外滑动。所述调节板103的下侧面上设有与下钻头块301的滑动方向一致的导向槽，下钻头块301的上端面上设有与导向槽滑动配合的导向凸块。

本实施例中，所述第三锁定机构包括开设在导向长孔111内壁上的安装槽，安装槽内安装有限位滑块110，限位滑块110与安装槽之间设有第三弹性件310，以使限位滑块110的一部分凸出导向长孔111内壁，限位滑块110上设有引导斜面以及供第二调节杆207进入的卡槽，在初始状态下，限位滑块110被拨杆302压入安装槽内，在上钻头块201向外滑动时，第二调节杆207进入卡槽内，限位滑块110对上钻头块201进行限位，当下钻头块301向外滑动复位时，拨杆302在引导斜面的作用下下压限位滑块110，以解除限位滑块110对第二调节杆207的限制。

本实施例中，两个上钻头块201上均设有第一燕尾滑块203和第一燕尾槽202，所述第一燕尾槽202为收口槽，其中一个上钻头块201上的第一燕尾滑块203与另一个上钻头块201上的第一燕尾槽202滑动配合。两个下钻头块301上均设有第二燕尾滑块304和第二燕尾槽305，所述第二燕尾槽305为收口槽，其中一个下钻头块301上的第二燕尾滑块304与另一个下钻头块301上的第二燕尾槽305滑动配合。为了便于安装，本实施例中，第一燕尾滑块203和第二燕尾滑块304分别通过紧固螺钉连接在对应的上钻头块201和下钻头块301上。

本实施例中，为了实现钻头上方密封，上钻头块201的上方连接有密封板102，密封板102固定设置在钻杆101上，密封板102的下侧面上设有与上钻头块201的滑动方向一致的导向凹槽，上钻头块201的上端设有与导向凹槽配合的导向块204。

本发明的钻探设备在使用时，若钻探地面较为松软，钻头所受阻力小于设定值，不足以克服第一弹性件312和锁定球311的锁定作用力，此时两个下钻头块301保持相互错开的状态，下方的第二钻头机构300的外径处于最大状态，负责主要的钻进工作；同时，上方的第一钻头机构200在第二弹性件109的作用下，两个上钻头块201在初始状态下呈圆柱结构，此时外径处于最小状态。由于下方土质松软，对钻头的磨损较小，由下方的第二钻头机构300负责主要的钻探工作，并且上方的第一钻头机构200的外径最小，且小于下方第二钻头机构300的外径，不会影响钻头的排沙工作。

当遇到硬质地形时，第二钻头机构300受到的阻力增大，当大于设定值时，在周向旋转阻力矩的作用下，两个下钻头块301克服第一弹性件312和锁定球311的作用，进而产生相对移动，使得第二钻头机构300收缩，外径减小。与此同时，下钻头块301向内滑动，其上的拨杆302会推动第一调节杆206，使得上钻头块201向外滑动，直至第二调节杆207卡入限位滑块110的卡槽内，第一钻头机构200外径增大，负责大部分的钻探工作。

当钻头再次遇到松软地形时，由于第二钻头机构300受到的阻力减小，钻头逐渐变大，下钻头块301向外运动同时，其上的拨杆302反向移动，由于第二调节杆207卡在卡槽内，上方第一钻头机构200不会缩小，直到拨杆302移动到限位滑块110上的引导斜面位置，挤压限位滑块110缩回安装槽内，限位滑块110解除限位，随后两个上钻头块201向内收缩，不会阻碍钻头的排沙工作。

以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钻探设备，包括支撑结构和钻头，所述钻头包括钻杆（101），所述钻杆（101）的上端与支撑机构（100）连接，其特征在于；所述钻头还包括第一钻头机构（200）和第二钻头机构（300），第一钻头机构（200）和第二钻头机构（300）上下间隔安装在钻杆（101）上，第一钻头机构（200）包括两个半圆型的上钻头块（201），第二钻头机构（300）包括两个半圆型的下钻头块（301），两个上钻头块（201）和两个下钻头块（301）一一对应，所述钻杆（101）夹设在两个上钻头块（201）之间和两个下钻头块（301）之间，所述钻杆（101）上间隔设置有第一限位凸台（104）和第二限位凸台（108），第一限位凸台（104）与两个上钻头块（201）周向止转配并且径向滑动配合，第二限位凸台（108）与两个下钻头块（301）周向止转配合并且径向滑动配合，两个上钻头块（201）导向滑动配合，且在初始状态下对拼成圆柱结构，两个下钻头块（301）导向滑动配合，且两个下钻头块（301）之间顶压设有第一弹性件（312），以使两个下钻头块（301）在初始状态下径向错开，两个下钻头块（301）在钻头所受阻力大于设定值后向内滑动，以使第二钻头机构（300）的外径缩小，两个下钻头块（301）上端设置拨杆（302），用于在两个下钻头块（301）向内相对滑动时分别拨动两个上钻头块（201）向外滑动，以使第一钻头机构（200）的外径增大；两个下钻头块（301）之间设置有用于对初始状态下的两个下钻头块（301）进行锁定的第一锁定机构，以及在两个下钻头块（301）向内滑动到位后进行锁定的第二锁定机构；所述钻探设备还包括在两个上钻头块（201）向外滑动到位后锁定的第三锁定机构；两个上钻头块（201）与两个下钻头块（301）之间设有两个半圆型的调节板（103），两个调节板（103）对接固定形成圆板结构，两个调节板（103）均与钻杆（101）固定连接，每个调节板（103）上开设有导向长孔（111），每个上钻头块（201）的下端面上均间隔设有第一调节杆（206）和第二调节杆（207），第一调节杆（206）、第二调节杆（207）和拨杆（302）位于对应导向长孔（111）内，所述拨杆（302）位于第一调节杆（206）和第二调节杆（207）之间且与第一调节杆（206）接触，所述拨杆（302）与第二调节杆（207）之间设有第二弹性件（109），在下钻头块（301）向内滑动时，拨杆（302）推动第一调节杆（206）沿着导向长孔（111）滑动，以使两个上钻头块（201）向外滑动。

2.根据权利要求1所述的钻探设备，其特征在于，所述第三锁定机构包括开设在导向长孔（111）内壁上的安装槽，安装槽内安装有限位滑块（110），限位滑块（110）与安装槽之间设有第三弹性件（310），以使限位滑块（110）的一部分凸出导向长孔（111）内壁，限位滑块（110）上设有引导斜面以及供第二调节杆（207）进入的卡槽，在初始状态下，限位滑块（110）被拨杆（302）压入安装槽内，在上钻头块（201）向外滑动时，第二调节杆（207）进入卡槽内，限位滑块（110）对上钻头块（201）进行限位，当下钻头块（301）向外滑动复位时，拨杆（302）在引导斜面的作用下下压限位滑块（110），以解除限位滑块（110）对第二调节杆（207）的限制。

3.根据权利要求2所述的钻探设备，其特征在于，所述调节板（103）的下侧面上设有与下钻头块（301）的滑动方向一致的导向槽，下钻头块（301）的上端面上设有与导向槽滑动配合的导向凸块。

4.根据权利要求1所述的钻探设备，其特征在于，所述第一锁定机构和第二锁定结构的结构相同，包括开设在下钻头块（301）上的锁定球腔（308）和锁定槽（307），锁定球腔（308）内活动安装有锁定球（311），锁定球腔（308）内还安装有第四弹性件，以使锁定球（311）的一部分卡入锁定槽（307）内。

5.根据权利要求1所述的钻探设备，其特征在于，两个上钻头块（201）上均设有第一燕尾滑块（203）和第一燕尾槽（202），所述第一燕尾槽（202）为收口槽，其中一个上钻头块（201）上的第一燕尾滑块（203）与另一个上钻头块（201）上的第一燕尾槽（202）滑动配合。

6.根据权利要求5所述的钻探设备，其特征在于，两个下钻头块（301）上均设有第二燕尾滑块（304）和第二燕尾槽（305），所述第二燕尾槽（305）为收口槽，其中一个下钻头块（301）上的第二燕尾滑块（304）与另一个下钻头块（301）上的第二燕尾槽（305）滑动配合。

7.根据权利要求6所述的钻探设备，其特征在于，第一燕尾滑块（203）、第二燕尾滑块（304）分别通过紧固螺钉连接在对应的上钻头块（201）和下钻头块（301）上。

8.根据权利要求1所述的钻探设备，其特征在于，钻杆（101）上转动安装有中心齿轮（105），两个下钻头块（301）上均设有容纳腔（309）和L型连接臂，其中一个下钻头块（301）上的L型连接臂位于另一个下钻头块（301）的容纳腔（309）内，L型连接臂较长的一条边为齿条（306），两个连接臂的齿条（306）同时与中心齿轮（105）啮合，以使两个下钻头块（301）同步运动。

9.根据权利要求1所述的钻探设备，其特征在于，上钻头块（201）的上方连接有密封板（102），密封板（102）固定设置在钻杆（101）上，密封板（102）的下侧面上设有与上钻头块（201）的滑动方向一致的导向凹槽，上钻头块（201）的上端设有与导向凹槽配合的导向块（204）。