CN202673136U - 振动冲击器及其构成的桩工钻进动力头装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及振动冲击器及其构成的桩工钻进动力头装置，振动冲击器，包括缸体，缸体包括外管体和具有内孔的内管体，内、外管体围成轴向沿上下方向延伸的环形腔，环形腔中导向装配有磁感应滑动体，振动冲击器还包括驱动所述磁感应滑动体在所述环形腔中上下往复运动的电磁驱动装置，磁感应滑动体的下端设有在其往复运动时用于将振动冲击力由振动冲击器传递出去的传力段。本实用新型提供了一种能够适合多种施工方式且在使用过程中能耗较低的振动冲击器。

Description

振动冲击器及其构成的桩工钻进动力头装置

技术领域

本实用新型涉及桩工机械领域，尤其涉及一种振动冲击器及其构成的桩工钻进动力头装置。

背景技术

现有的用于桩工领域的振动冲击器均由液压动力驱动，其具体结构如中国专利CN202227979U公开的“一种液压振动冲击器及其构成的桩工钻进动力头装置”，该公开文件中的液压振动冲击器包括缸体，缸体包括轴向沿上下方向延伸的内管体及内管体外周同轴固连套设的外管体，内管体内沿其轴向开设有直接或间接用于灌注混凝土、正反循环钻进的水或泥浆的中心孔通道，内、外管体围设成环形腔，环形腔内沿上下方向导向滑动密封装配有环形活塞，环形活塞的下端设有突出于环形腔且用于将环形活塞产生的振动冲击力由液压振动冲器传递出去的传力段。工作时，环形活塞受液压驱动而产生振动冲击能，现有的这种液压振动冲击器存在的问题在于：环形活塞高速振动，其密封较为困难；同时液压密封元件，结构复杂，零件加工精度要求很高，维修成本也高，成本造价相当高，使其推广、使用受到限制；同时液压振动冲击器的能量转化过程为，电机的电能或内燃机的机械能转化为油泵的机械能，油泵的机械能再通过液压油转化成液压振动冲击器的冲击能，牵涉到的能量转化过程较多，能损较高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供在使用过程中能耗较低的振动冲击器；本实用新型的目的还在于提供一种使用上述振动冲击器的桩工钻进动力头装置。

为了解决上述问题，本实用新型中振动冲击器的技术方案为：

振动冲击器，包括缸体，缸体包括外管体和具有内孔的内管体，内、外管体围成轴向沿上下方向延伸的环形腔，环形腔中导向装配有磁感应滑动体，振动冲击器还包括驱动所述磁感应滑动体在所述环形腔中上下往复运动的电磁驱动装置，磁感应滑动体的下端设有在其往复运动时用于将振动冲击力由振动冲击器传递出去的传力段。

所述的电磁驱动装置包括环设于所述磁感应滑动体外围的并通过改变电流方向来驱动所述磁感应滑动体向上或向下运动的电磁线圈。

所述的电磁驱动装置包括固设于所述环形腔下端的与所述磁感应滑动体位置相对的磁感应定体，所述的磁感应定体与所述磁感应滑动体下端之间设有弹簧，所述的电磁驱动装置还包括环设于所述磁感应滑动体与磁感应定体外围的电磁线圈。

缸体的上端设有用于在受所述磁感应滑动体向上运动力而蓄能的蓄能器。

所述的磁感应滑动体呈筒形，所述的磁感应滑动体的内孔壁与所述内管体的外管壁导向配合。

所述的磁感应滑动体包括设置于所述环形腔中部内的滑动套和一体设置于所述滑动套外周的外环形凸台，所述外管体的内壁上一体设有上端面与所述外环形凸台的下端面相对设置的内环形凸台，所述的磁感应定体设置于所述内环形凸台的上端面上。

本实用新型中桩工钻进动力头装置的技术方案为：

桩工钻进动力头装置，包括旋转钻头及与所述旋转钻头传动连接以向旋转钻头输出振动冲击力的振动冲击器，振动冲击器包括缸体，缸体包括外管体和具有内孔的内管体，内、外管体围成轴向沿上下方向延伸的环形腔，环形腔中导向装配有磁感应滑动体，振动冲击器还包括驱动所述磁感应滑动体在所述环形腔中上下往复运动的电磁驱动装置，磁感应滑动体的下端设有在其往复运动时用于将振动冲击力由振动冲击器传递出去的传力段。

所述的电磁驱动装置包括环设于所述磁感应滑动体外围的并通过改变电流方向来驱动所述磁感应滑动体向上或向下运动的电磁线圈。

所述的电磁驱动装置包括固设于所述环形腔下端的与所述磁感应滑动体位置相对的磁感应定体，所述的磁感应定体与所述磁感应滑动体下端之间设有弹簧，所述的电磁驱动装置还包括环设于所述磁感应滑动体与磁感应定体外围的电磁线圈。

所述的磁感应滑动体呈筒形，所述的磁感应滑动体的内孔壁与所述内管体的外管壁导向配合。

本实用新型的有益效果为：依靠电磁驱动装置的电磁能驱动磁感应滑动体运动，将电能直接转换成磁感应滑动体的冲击能，有效的降低了能量的损耗，提高了能源的利用率。通过电磁驱动磁感应滑动体运动，也不需制作那些零件精度高、结构复杂的液压密封元件，整个缸体结构简单、易于制作。在钻井结束后，内管的内孔可以用于直接或间接向钻井内灌注混凝土，能够实现一边灌注混凝土，一边提升动力头，钻井不会发生坍塌；在钻井过程中，还可以通过内管的内孔直接或间接向井下灌注水或泥浆，水或泥浆将钻取的渣土混合在一起，然后通过相应的抽料管将水或泥浆抽出以满足正、反循环施工工艺。

附图说明

图1是本实用新型中振动冲击器实施例1的使用状态图，同时也是本实用新型中桩工钻进动力头装置实施例的结构示意图；

图2是图1中的A处放大图。

具体实施方式

振动冲击器的实施例1如图1~2所示：包括缸体，缸体包括与钻杆1一体设置且轴向沿上下方向延伸的内管体2及内管体外周同轴固连套设的外管体8，内管体2内具有用于混凝土（或泥浆或水）灌注的2-1内孔。外管体8与内管体2围设成环形腔3，环形腔3中沿上下方向导向装配有磁感应滑动体5，磁感应滑动体5包括设置于环形腔3中部内的滑动套18和滑动套18下方设置的冲击铅套19，磁感应滑动体5还包括一体设置于滑动套18外周面上的外环形凸台18-1，外管体8的内壁上一体设有上端面与外环形凸台18-1的下端面对应设置的内环形凸台8-1。振动冲击器还包括驱动磁感应滑动体5上下往复运动的电磁驱动装置，电磁驱动装置包括固设在内环形凸台8-1的上端面上的磁感应定体9，磁感应定体9与外环形凸台18-1之间设有弹簧7，电磁驱动装置还包括环设于滑动套18和磁感应定体9外围的电磁线圈6，电磁线圈固设于外管体8的内壁上。冲击铅套19上设有突出于环形腔3且用于将滑动套18产生的振动冲击力由振动冲击器传递出去的传力段，传力段包括设置于冲击铅套19上端的用于与滑动套18的下端面传力配合的上传力端面，传力段还包括设置于冲击铅套19下端的用于将滑动套18的振动冲击力由振动冲击器传递出去的下传力端面。冲击铅套19与外管体8之间设有在冲击铅套19接收振动冲击力时弹性复位的弹性复位机构，弹性复位机构包括于外管体8的内周面上开设的环形凹槽21，冲击铅套19的外周设有插装于环形凹槽21内的环形凸起20，环形凹槽21与冲击铅套19的外周壁围成密封的环形复位腔，弹性复位机构还包括填充于环形复位腔中的氮气。环形腔3的上端设有用于在受滑动套18向上运动力而蓄能的蓄能器4，蓄能器为一个气体蓄能器。

在电磁线圈通电后，电磁线圈产生磁场，将磁感应滑动体和磁感应定体磁化，且在磁感应滑动体与磁感应定体靠近的两端上形成不同的磁极，磁感应滑动体得以克服弹簧的作用力而与磁感应定体吸合，在这个吸合过程中，磁感应滑动体向外传递打击力；断电后，电磁线圈的磁场消失，磁感应滑动体在弹簧的作用下，与磁感应定体分离，如此往返循环工作。使用时，在外管体8的外周固设电机支架10，电机支架10上设置电机11和与电机对应设置的减速器12，将旋转钻头22同轴设置于冲击铅套19下方的内管体2上，旋转钻头22包括旋转部分14和与旋转部分14沿上下方向导向滑动配合的振动部分15，振动部分15与冲击铅套19的下传力端面传力配合。旋转部分14上固连有与冲击铅套19同轴设置的空心传动轴13，空心传动轴13的上端具有内齿圈，内齿圈与相应减速器12的动力输出端齿轮啮合传动。电磁线圈6通电后，滑动套18下移并撞击冲击铅套19，冲击铅套19将冲击力传递给旋转钻头22；电磁线圈6断电后，滑动套18在弹簧7的作用下向上运动，此时蓄能器4蓄能，当电磁线圈6再次通电后，蓄能器4释放能量，滑动套18在重力、电磁力和蓄能器4共同作用下朝向运动病撞击冲击铅套19，如此往复的向旋转钻头22输出打击能。

振动冲击器的实施例2：与振动冲击器的实施例1不同的是，电磁驱动装置由环设于磁感应动体外围的电磁线圈构成，通过向电磁线圈中通入某个方向的直流电来驱动磁感应滑动体向上或向下运动，然后改变直流电的输入方向，使磁感应滑动体向相反方向运动，以此向外输出打击能。

在本振动冲击器的其它实施例中：蓄能器还可以为机械式蓄能器，比如弹簧等；当然蓄能器也可以没有，此时需要控制滑动套沿上下方向的行程以使滑动套的上端面不会撞击到缸体的缸体；内管体也可以与钻杆分别独立设置，此时需要将钻杆由内管体的内孔中穿过，然后将振动冲击器固连于钻杆上，混凝土由钻杆向钻井中灌注；冲击铅套和滑动套还可以一体设置；磁感应滑动体还可以呈瓦片状或杆状结构，此时需要设置导向结构使磁感应滑动体在环形腔中导向移动，导向结构可以是与瓦片状或杆状结构的磁感应滑动体相连的导向杆，导向杆的上端或下端与缸体插装导向配合。

桩工钻进动力头装置的实施例如图1~2所示：包括旋转钻头22、电机11及其两者之间传动连接的空心传动轴13，桩工钻进动力头装置还包括用于向旋转钻头22输出振动冲击能的振动冲击器，振动冲击器的具体结构如上述的振动冲击器实施例所述，在此不再详述。外管体8的外周固设有电机支架10，电机支架10上设置电机11和与电机11对应设置的减速器12，将旋转钻头22同轴设置于冲击铅套19下方的内管体2上，旋转钻头22包括旋转部分14和与旋转部分14沿上下方向导向滑动配合的振动部分15，振动部分15与冲击铅套19的下传力端面传力配合。旋转部分14上固连有与冲击铅套19同轴设置的空心传动轴13，空心传动轴13的上端具有内齿圈，内齿圈与相应减速器12的动力输出端齿轮啮合传动。桩工钻进动力头装置还包括固连于旋转钻头22的旋转部分14上的并与缸体同轴设置的保护筒16，保护筒16的下端通过螺栓、螺母机构与旋转部分14可拆固连，保护筒16的外周面上沿其长度方向设有用于在保护筒16随旋转钻头钻进时将钻取的渣土输送至地表的螺旋形叶片17。

在旋转钻头22的钻进过程中，包括两种钻进施工方法，1、不由内孔2-1向井下灌注正反循环钻进的水或泥浆，在旋转部分14上固连保护筒16，保护筒16既起到了对振动冲击器和桩工钻进动力头装置的保护作用，又能将旋转钻头22在钻进过程中钻取的渣土输送至地表；2，将保护筒16拆下，由内孔2-1向井下灌注正反循环钻进的水或泥浆，在钻杆1外周设置抽料管道，通过抽料管道将水或泥浆抽出。

本桩工钻进动力头装置中的电机11与旋转钻头22之间的传动行程较短，在扭矩的传递过程中的能量损耗较小；在复杂硬质地层和岩石层钻进时，振动冲击器的高频冲击直接作用于旋转钻头22的振动部分15上，冲击能量无损失，有效的提高了钻进效率；旋转钻头22一边旋转一边振动，在对不同地层（卵粒层、胶结层或岩层）钻进时更换不同的旋转钻头22（比如切削钻头、压滚钻头或冲击钻头等）能够实现动力头的快速钻进；采用具有内孔2-1的内管体2，能够在钻进结束后，即刻灌注混凝土，提高施工质量，适合多种工法施工。内管体2的内孔2-1(直径可以根据需要适当的改变)有效的解决了混凝土灌注和正反循环工艺施工的通道问题。

Claims (10)

1.振动冲击器，包括缸体，缸体包括外管体和具有内孔的内管体，内、外管体围成轴向沿上下方向延伸的环形腔，其特征在于：环形腔中导向装配有磁感应滑动体，振动冲击器还包括驱动所述磁感应滑动体在所述环形腔中上下往复运动的电磁驱动装置，磁感应滑动体的下端设有在其往复运动时用于将振动冲击力由振动冲击器传递出去的传力段。

2.根据权利要求1所述的振动冲击器，其特征在于：所述的电磁驱动装置包括环设于所述磁感应滑动体外围的并通过改变电流方向来驱动所述磁感应滑动体向上或向下运动的电磁线圈。

3.根据权利要求1所述的振动冲击器，其特征在于：所述的电磁驱动装置包括固设于所述环形腔下端的与所述磁感应滑动体位置相对的磁感应定体，所述的磁感应定体与所述磁感应滑动体下端之间设有弹簧，所述的电磁驱动装置还包括环设于所述磁感应滑动体与磁感应定体外围的电磁线圈。

4.根据权利要求2或3所述的振动冲击器，其特征在于：缸体的上端设有用于在受所述磁感应滑动体向上运动力而蓄能的蓄能器。

5.根据权利要求3所述的振动冲击器，其特征在于：所述的磁感应滑动体呈筒形，所述的磁感应滑动体的内孔壁与所述内管体的外管壁导向配合。

6.根据权利要求5所述的振动冲击器，其特征在于：所述的磁感应滑动体包括设置于所述环形腔中部内的滑动套和一体设置于所述滑动套外周的外环形凸台，所述外管体的内壁上一体设有上端面与所述外环形凸台的下端面相对设置的内环形凸台，所述的磁感应定体设置于所述内环形凸台的上端面上。

7.桩工钻进动力头装置，包括旋转钻头及与所述旋转钻头传动连接以向旋转钻头输出振动冲击力的振动冲击器，振动冲击器包括缸体，缸体包括外管体和具有内孔的内管体，内、外管体围成轴向沿上下方向延伸的环形腔，其特征在于：环形腔中导向装配有磁感应滑动体，振动冲击器还包括驱动所述磁感应滑动体在所述环形腔中上下往复运动的电磁驱动装置，磁感应滑动体的下端设有在其往复运动时用于将振动冲击力由振动冲击器传递出去的传力段。

8.根据权利要求7所述的桩工钻进动力头装置，其特在于：所述的电磁驱动装置包括环设于所述磁感应滑动体外围的并通过改变电流方向来驱动所述磁感应滑动体向上或向下运动的电磁线圈。

9.根据权利要求7所述的桩工钻进动力头装置，其特征在于：所述的电磁驱动装置包括固设于所述环形腔下端的与所述磁感应滑动体位置相对的磁感应定体，所述的磁感应定体与所述磁感应滑动体下端之间设有弹簧，所述的电磁驱动装置还包括环设于所述磁感应滑动体与磁感应定体外围的电磁线圈。

10.根据权利要求9所述的桩工钻进动力头装置，其特征在于；所述的磁感应滑动体呈筒形，所述的磁感应滑动体的内孔壁与所述内管体的外管壁导向配合。

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