CN117803317B - 一种在金刚石钻进取芯工艺中使用的钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在金刚石钻进取芯工艺中使用的钻头，涉及取芯钻头领域，包括管状本体以及切削部，切削部设置于管状本体轴向端头，切削部为环形、且其轴向端头环绕阵列设置有多组切削齿，切削齿由内钻齿与外钻齿组成，其中，外钻齿设置于内钻齿的径向朝外侧；外钻齿以及内钻齿同一旋转朝向设置，内钻齿的头部设置有第一复合片，外钻齿的头部设置有第二复合片，第一复合片以及第二复合片为圆形片，圆形片的轴线位置连接有液压马达，液压马达固定于内钻齿与外钻齿中；本发明通过复合片旋转设置，使复合片圆周边缘均能够与岩石接触，使复合片能够被充分利用，提高了复合片的利用率。

Description

一种在金刚石钻进取芯工艺中使用的钻头

技术领域

本发明涉及取芯钻头领域，尤其涉及一种在金刚石钻进取芯工艺中使用的钻头。

背景技术

取芯钻头是地质勘探的关键设备之一，其设计和制造是地质勘探技术发展的重要组成部分；取芯钻头的主要任务是在钻进过程中切割地层并获取地层内部的岩心样本，这些样本用于分析地层的物理和化学性质，以了解地质结构、矿物资源和地下水等。

早期的取芯钻头主要是手工制造，材质简单，结构较为粗糙，不能适应各种地质环境，易产生钻头卡死、钻头磨损等问题；随着科技的发展，现代的取芯钻头已经采用了多种高科技材料如硬质合金、金刚石等，并且设计更为精细，可以有效应对各种复杂地质环境。

此外，取芯钻头的设计和制造还涉及到一系列的技术领域，如钻头的结构设计、材料选择、制造工艺等；例如，钻头的结构设计需要考虑到钻头的切割效率、抗冲击性、抗磨损性等因素；材料选择则需要考虑到钻头的使用环境、使用寿命、成本等因素；制造工艺则需要考虑到钻头的精度、表面处理、热处理等因素。

近年来，随着计算机技术和数控技术的发展，取芯钻头的设计和制造过程已经实现了数字化、智能化，这不仅提高了钻头的制造精度和效率，也为钻头的优化设计提供了更多的可能性；同时，钻头的表面处理技术、热处理技术等也在不断进步，使得钻头的性能得到了进一步提升。

取芯钻头的背景技术包括各种材料科学、机械设计、制造工艺、计算机科学等领域的知识和技术，这些技术的发展推动了取芯钻头技术的进步，也为地质勘探提供了更为高效、准确的设备和工具。

同时，多排齿钻头适用于较硬的地层，如花岗岩、玄武岩等，具有优异的耐用性和效率，但在较软地层可能效率较低；复合片钻头由硬质合金或钻石复合片制成，表现出高硬度和耐磨性，但磨损后可能导致钻探效率下降，钻孔质量降低，寿命缩短，以及维护成本增加；因此，钻头的选择和使用应根据钻探条件和需求，同时定期检查和维护，以保证钻探的效率和质量。

发明内容

本发明目的在于提供一种在金刚石钻进取芯工艺中使用的钻头，以解决磨损后导致钻探效率下降以及维护成本增加的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

总体的，一种在金刚石钻进取芯工艺中使用的钻头，包括管状本体以及切削部，切削部设置于管状本体轴向端头，切削部为环形、且其轴向端头环绕阵列设置有多组切削齿，切削齿由内钻齿与外钻齿组成，其中，外钻齿设置于内钻齿的径向朝外侧；通过在钻头之上设置切削部，使钻头能够在岩石中进行正常的钻进，同时通过环绕阵列设置多组切削齿，提升钻头的钻进效率；

进一步的，外钻齿以及内钻齿同一旋转朝向设置，内钻齿的头部设置有第一复合片，外钻齿的头部设置有第二复合片，第一复合片以及第二复合片为圆形片，圆形片的轴线位置连接有液压马达，液压马达固定于内钻齿与外钻齿中；通过在钻头之前设置金刚石复合片使切削齿能够更换，保证了钻头的易维护性。

优选的，切削部为圆管状，切削部的管壁外侧设置有多个槽口，槽口内设置有动力齿，动力齿对应切削齿一一设置，动力齿的轴线和管状本体的轴线平行，动力齿中部设置有转轴，转轴转动设置于切削部的管状外壁设置的槽口之中，在管状本体的径向朝向上，动力齿的外边缘设置于切削部的管壁外侧的径向外侧；通过设置动力齿，使取芯钻头钻进的过程中，动力齿能够通过与岩石的摩擦旋转，进而带动转轴旋转。

优选的，切削部之上设置有矩形槽，转轴穿设入矩形槽之中，矩形槽轴段的转轴连接有半齿轮，半齿轮外侧设置有矩形齿条，矩形齿条设置于矩形槽之中；通过设置矩形齿条啮合设置半齿轮，使半齿轮旋转时，半齿轮能够带动矩形齿条往复运动。

优选的，矩形齿条为矩形框体，矩形框体相对的内侧壁上设置有啮合齿，也就是矩形框的两个长边上设置的啮合齿，半齿轮与矩形齿条的啮合齿相啮合，当半齿轮旋转时，半齿轮通过啮合齿带动矩形齿条沿长边框朝向做往复滑移；通过设置矩形齿条，使矩形齿条能够配合半齿轮往复运动。

优选的，矩形齿条上连接有活塞杆，活塞杆的头部设置有活塞，活塞对应设置有活塞缸；通过在矩形齿条之上设置活塞杆以及活塞缸，使矩形齿条做往复运动时，活塞杆能够带动活塞在活塞缸中做往复运动。

优选的，活塞缸的底部连接有第一管道与第二管道，第一管道与第二管道分别连接有第一单向阀和第二单向阀；通过设置第一管道和第二管道，使活塞缸能够连通液压室的高压室和低压室。

优选的，切削部管壁环绕阵列设置有液压室，液压室对应活塞缸一一设置，液压室分为高压室和低压室，第一单向阀连通低压室，连通低压室的第一单向阀朝向活塞缸一侧设置，连通高压室的第二单向阀朝向高压室一侧设置；通过设置液压室，使液压油能够通过液压室进行存储，同时通过将液压室分为高压室和低压室，使液压室能够配合活塞缸进行循环升压。

优选的，液压马达对应设置有输入管和输出管，输入管和输出管连通液压室，其中，输入管连通高压室，输出管连通低压室；通过设置液压马达（微型低速液压马达），并连通液压室，使液压室能够驱动液压马达旋转。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过设置动力齿、半齿轮以及锯形齿条等驱动结构，使本发明钻头在岩石中旋转的同时，岩石孔壁能够带动动力齿旋转，动力齿旋转能够带动半齿轮旋转，半齿轮旋转带动矩形齿条做往复运动，矩形齿条之上设置有活塞杆，活塞杆另一侧端头设置有活塞，活塞设置于活塞缸之中，活塞缸连接有第一管道和第二管道，第一管道和第二管道连通液压室的高压室和低压室，使活塞往复运动时，能够通过第一管道和第二管道，将低压室的油液注入到高压室中，同时将液压马达的输入管连通高压室，使高压室能够驱动液压马达旋转，液压马达的输出端连通到低压室，使低压室的油料得到补充，形成复合片随着取芯钻头的钻进，同时进行缓慢的旋转，传统设置有复合片的取芯钻头在钻进的过程中，钻头与岩石的接触会导致金刚石复合片的磨损，这种磨损主要发生在钻头的切割边缘和侧面，而复合片靠近钻头管状本体一侧通常没有被充分利用，这使得复合片未被充分利用就需要进行更换复合片，本发明则通过复合片配合钻头的钻进进行缓慢旋转的设计，使取芯钻头的复合片得到充分的利用，同时确保切削齿的锐利程度；

2、本发明通过设置多排钻进齿，使一个液压室对应两个液压马达，使动力齿旋转，推动液压马达的压力降低，有效降低了液压马达的旋转速度，防止液压马达带动复合片旋转速度过快，产生负面效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处细节示意图；

图3为取芯钻头局部的切割示意图；

图4为取芯钻头切削部的切割示意图；

图5为图4中B处细节示意图；

图6为复合片旋转装置。

附图标记所代表的为：1-管状本体，2-动力齿，3-外钻齿，4-内钻齿，5-第一复合片，6-第二复合片，7-切削部，8-矩形齿条，9-半齿轮，10-转轴，11-活塞，12-活塞缸，13-第一管道，14-第二管道，15-第二单向阀，16-第一单向阀，17-高压室，18-低压室，19-液压马达，20-输入管，21-输出管，22-复合片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1至图6所示，本实施例包括管状本体1以及切削部7，切削部7设置于管状本体1轴向端头，管状本体1通过设置切削齿使其能够进行岩石的切削，切削部7为环形、且其轴向端头环绕阵列设置有多组切削齿，环绕设置的多组切削齿增大钻头的切削能力，切削齿由内钻齿4与外钻齿3组成，其中，外钻齿3设置于内钻齿4的径向朝外侧；外钻齿3和内钻齿4的头部均设置复合片22，使切削齿的头部能够进行更换，确保了取芯钻头能够进行及时且方便的维护。

外钻齿3以及内钻齿4同一旋转朝向设置，两者同一朝向设置确保在旋转的过程中，切削齿能够同一朝向，内钻齿4的头部设置有第一复合片5，外钻齿3的头部设置有第二复合片6，第一复合片5以及第二复合片6为圆形片，圆形设置的复合片22确保了当复合片22旋转时，复合片22的各边缘能够平滑的接触到岩石，圆形片的轴线位置连接有液压马达19，液压马达19固定于内钻齿4与外钻齿3中；切削部7为圆管状，切削部7的管壁外侧设置有多个动力齿2，动力齿2对应切削齿一一设置，动力齿2的轴线和管状本体1的轴线平行，动力齿2中部设置有转轴10，动力齿2是固定套设在转轴10的外壁上，转轴10转动设置于切削部7的管状外壁设置的槽口之中，在管状本体1的径向朝向上，动力齿2的外边缘设置于切削部7的管壁外侧的径向外侧，确保了切削部7旋转的过程中，动力齿2能够抵接到岩石边侧，进而岩石孔壁配合管状本体1的旋转，带动动力齿2的旋转。

切削部7之上设置有矩形槽，转轴10穿设入矩形槽之中，矩形槽轴段的转轴10连接有半齿轮9，半齿轮9外侧设置有矩形齿条8，矩形齿条8设置于矩形槽之中。矩形齿条8为矩形框体，矩形框体相对的内侧壁上设置有啮合齿，半齿轮9与矩形齿条8的啮合齿相啮合，半齿轮9旋转，半齿轮9通过啮合齿能够带动矩形齿条8沿矩形框体的长边朝向做往复滑移，矩形齿条8设置在切削部7对应设置的矩形槽之内，半齿轮9旋转，如图5所示，使啮合的矩形齿条8被驱动，加之矩形槽的限位作用，半齿轮9能够带动矩形齿条8做往复运动。

矩形齿条8上连接有活塞杆，活塞杆的头部设置有活塞11，活塞11对应设置有活塞缸12；活塞缸12的底部连接有第一管道13与第二管道14，第一管道13与第二管道14分别连接有第一单向阀16和第二单向阀15；切削部7管壁环绕阵列设置有液压室，液压室对应活塞缸12一一设置，液压室分为高压室17和低压室18，第一单向阀16连通低压室18，连通低压室18的第一单向阀16朝向活塞缸12一侧设置，连通高压室17的第二单向阀15朝向高压室17一侧设置；液压马达19对应设置有输入管20和输出管21，输入管20和输出管21连通液压室，其中，输入管20连通高压室17，输出管21连通低压室18。

实施例钻头复合片22由硬质合金或者多晶钻石制成，这些材料都具有较高的硬度和耐磨性；在使用这类钻头进行钻探时，复合片22缓慢转动可以减少对复合片22的冲击和磨损，从而延长其使用寿命；由于复合片22材料本身的硬度和耐磨性非常高，它们的磨损主要来自于钻探过程中的冲击和摩擦；缓慢的转动速度可以降低这些冲击和摩擦，从而减少复合片22的磨损，延长钻头的使用寿命；这不仅可以减少钻头的更换频率，降低维护成本，而且可以保持钻头的切割性能，提高钻探效率；缓慢转动的复合片22钻头可以提高钻孔的质量；在钻探过程中，钻头的转动速度直接影响着钻孔的质量；过快的转动速度可能会导致钻孔的不平整，或者生成过多的热量，影响钻孔的质量；而缓慢的转动复合片22则可以使复合片22以均衡的切割沿高效的切割岩石，生成的热量也更少，从而提高钻孔的质量；缓慢转动的复合片22钻头还可以提高地层样本的采样质量；复合片22取芯钻头的缓慢转动在降低磨损、提高钻孔质量和提高样本采集质量等方面都具有优势。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种在金刚石钻进取芯工艺中使用的钻头，包括管状本体（1）以及切削部（7），其特征在于，切削部（7）设置于管状本体（1）轴向端头，切削部（7）为环形、且其轴向端头环绕阵列设置有多组切削齿，切削齿由内钻齿（4）与外钻齿（3）组成，其中，外钻齿（3）设置于内钻齿（4）的径向朝外侧；

外钻齿（3）以及内钻齿（4）同一旋转朝向设置，内钻齿（4）的头部设置有第一复合片（5），外钻齿（3）的头部设置有第二复合片（6），第一复合片（5）以及第二复合片（6）为圆形片，圆形片的轴线位置连接有液压马达（19），液压马达（19）固定于内钻齿（4）与外钻齿（3）中；

切削部（7）为圆管状，切削部（7）的管壁外侧设置有多个动力齿（2），动力齿（2）对应切削齿一一设置，动力齿（2）的轴线和管状本体（1）的轴线平行，动力齿（2）中部设置有转轴（10），转轴（10）位于切削部（7）的管状外壁设置的槽口之中，在管状本体（1）的径向朝向上，动力齿（2）的外边缘设置于切削部（7）的管壁外侧的径向外侧；

切削部（7）上还设置有矩形槽，矩形槽位于动力齿（2）的上方，转轴（10）穿设入矩形槽之中，矩形槽轴段的转轴（10）连接有半齿轮（9），半齿轮（9）外侧设置有矩形齿条（8），矩形齿条（8）设置于矩形槽之中；矩形齿条（8）为矩形框体，矩形框体相对的内侧壁上设置有啮合齿，半齿轮（9）与矩形齿条（8）的啮合齿相啮合，当半齿轮（9）旋转时，半齿轮（9）通过啮合齿带动矩形齿条（8）做往复滑移；矩形齿条（8）上连接有活塞杆，活塞杆的头部设置有活塞（11），活塞（11）对应设置有活塞缸（12）；活塞缸（12）的底部连接有第一管道（13）与第二管道（14），第一管道（13）与第二管道（14）分别连接有第一单向阀（16）和第二单向阀（15）；切削部（7）管壁环绕阵列设置有液压室，液压室对应活塞缸（12）一一设置，液压室分为高压室（17）和低压室（18），第一单向阀（16）连通低压室（18），连通低压室（18）的第一单向阀（16）朝向活塞缸（12）一侧设置，连通高压室（17）的第二单向阀（15）朝向高压室（17）一侧设置；液压马达（19）对应设置有输入管（20）和输出管（21），输入管（20）和输出管（21）连通液压室，其中，输入管（20）连通高压室（17），输出管（21）连通低压室（18）。