CN203296683U - 高风压潜孔冲击器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高风压潜孔冲击器，用于矿山工程钻探中，主要包括外套管；后接头；前接头；钎头；内缸，所述内缸嵌装于所述外套管中，所述内缸外壁与所述外套管的内壁之间设有气流通道，所述内缸与外套管配合的外圆面不在采用台阶面结构，采用统一尺寸加工。所述内缸的内壁设有环形通气槽，所述内缸两端分别设有进气孔和吹渣孔；阀座；逆止阀；活塞，所述活塞大端的表面设有轴向延伸的凹槽，且外表面设有若干垂直于轴向的环槽；导向套；用于夹所述钎头尾端的半环。本实用新型解决了冲击器在凿岩过程中气压消耗大、冲击应力波峰值不高、凿岩速度相对慢、效率低的技术问题。

Description

高风压潜孔冲击器

技术领域

本实用新型涉及一种矿山工程用的潜孔钻具，尤其涉及一种高风压潜孔冲击器。

背景技术

目前，潜孔冲击器的使用风压在1-2MPa，活塞自配气完成往复冲击；阀座通往气室的孔道均为圆周分布的多个小孔。这种高风压潜孔冲击器包括缸体、接头、逆止阀、配气座、活塞和钻头，缸体内设有与活塞对应的定位挡圈，所述的逆止阀为锥形逆止阀，所述的接头上设有抗磨合金，所述的钻头通过卡环安装于所述的缸体上，所述的钻头与所述的缸体采用花键连接。该冲击器结构虽然做了一些改进，但这样的结构气压能在沿路及气室有所损耗，损失了做功原动力；活塞前端作为打击端与钎头直径不配，应力波传递效率低，活塞冲击末速度快，凿岩应力波峰值大，持续时间短，凿岩速度相对较慢，不能满足当前矿山快速凿岩的要求。

发明内容

本实用新型的目的是要解决冲击器在凿岩过程中气压损耗大、冲击器后期磨损过快而效率下滑快的问题，提供一种气压损耗小、耐磨损、凿岩效率高、速度快的高风压潜孔冲击器。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案采用如下的技术方案：

本实用新型所述高风压潜孔冲击器，包括

    外套管，所述外套管的内壁设有环形槽；

    后接头，所述后接头固定安装于所述外套管的一端，所述后接头的轴心位置中心孔；

前接头，所述前接头固定安装于所述外套管的另一端；

钎头，所述钎头与所述前接头花键连接； 

内缸，所述内缸嵌装于所述外套管中，内缸的外壁与外套管的内壁之间设有气流通道，所述内缸的内壁设有环形通气槽，所述内缸的两端分别设有进气孔和吹渣孔；

阀座，所述阀座密封安装于所述内缸的内腔并设有伸入所述内缸的柱状阀座小端，所述阀座的轴心位置设有轴向的通气孔道；

用于单向密封上述后接头中心孔的逆止阀，所述逆止阀弹性安装于阀座上；

活塞，所述活塞滑动安装于所述外套管的内腔，活塞中间部位设有滑动部，所述滑动部的两端分别设有活塞大端和活塞小端；

导向套，所述导向套嵌装于所述外套管的内腔，所述活塞小端插装在所述导向套中；

用于夹持所述钎头尾端的半环，所述半环嵌套在所述导向套与所述前接头之间的外套管的内腔中；

所述活塞大端的外表面设有轴向延伸的凹槽，在滑动部和活塞大端的外表面设有垂直于轴向的环槽；所述阀座的柱状阀座小端设置有圆周对称分布的四条宽槽。

所述活塞大端与滑动部之间通过颈部连接，所述颈部的直径小于活塞大端的直径，活塞大端的直径小于滑动部的直径。

所述内缸的两端外径相等。

采用了上述方案，本实用新型的有益效果是：由于活塞采用了前端细后端粗的类似双圆柱棒槌行结构，而大端可起到加大后气室的作用，有利于增大冲程时的起始容积，强化冲程膨胀做功；小端作为打击端，尺寸更接近于钎头尺寸，应力波传递效率高；活塞的这种结构，据多种资料研究活塞冲击末速度低，应力波峰值小持续时间长，而冲击波理论及破岩效果表明应力波持续时间长要好一些，凿岩效率高，速度快。活塞外表面设有垂直于轴向的储油环槽，环槽的储油效果增加了冲击器内部配合面的润滑，有效的减免了活塞在冲击过程中产生摩擦裂纹，抑制冲击器后期过快磨损使冲击器效率降低的问题。内缸的设计，不再采用老式台阶面设计，而是两处接触面采用同一尺寸加工，这样增强了内缸前端铣槽处的强度。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2是图1实施例的吹渣状态示意图。

图3是活塞剖视图。

图4是活塞的结构示意图。

图5是改进前的内缸结构示意图。

图6是本实用新型的内缸结构示意图。

具体实施方式  

如图1所示，本实用新型所述高风压潜孔冲击器，包括

 外套管6，所述外套管6的内壁设有环形槽；

后接头1，所述后接头1固定安装于所述外套管6的一端，所述后接头1的轴心位置中心孔17；

前接头10，所述前接头10固定安装于所述外套管6的另一端；

钎头11，所述钎头11与所述前接头10花键连接； 

内缸4，所述内缸4嵌装于所述外套管6中，内缸4的外壁与外套管6的内壁之间设有气流通道15，所述内缸的内壁设有环形通气槽，所述内缸4的两端分别设有进气孔16和吹渣孔14；

阀座3，所述阀座3密封安装于所述内缸4的内腔并设有伸入所述内缸4的柱状阀座小端，所述阀座3的轴心位置设有轴向的通气孔道；

用于单向密封上述后接头中心孔的逆止阀2，所述逆止阀2弹性安装于阀座3上；

活塞7，所述活塞7滑动安装于所述外套管6的内腔，活塞7中间部位设有滑动部71，所述滑动部71的两端分别设有活塞大端72和活塞小端73；

导向套8，所述导向套8嵌装于所述外套管6的内腔，所述活塞小端73插装在所述导向套8中；

用于夹持所述钎头11尾端的半环9，所述半环9嵌套在所述导向套8与所述前接头10之间的外套管6的内腔中；

如图3、图4所示，所述活塞大端72的外表面设有轴向延伸的凹槽77，在滑动部71和活塞大端72的外表面设有垂直于轴向的环槽74；所述阀座3的柱状阀座小端设置有圆周对称分布的四条宽槽。所述活塞大端72与滑动部71之间通过颈部76连接，所述颈部76的直径小于活塞大端72的直径，活塞大端72的直径小于滑动部71的直径。

如图5所示，现有技术中内缸两端的外径不相等，存在落差为D的台阶面。如图6所示，本实施例内缸4的两端外径相等。

如图2所示，高压气体通过后接头1的中心孔17推开逆止阀2，高压气体的主要部分通过阀座3的通气孔道、内缸4的进气孔16进入外套管6与内缸4之间的气流通道15，活塞7外表面铣有通气用轴向延伸的凹槽，高压气体通过吹渣孔14进入凹槽。高压气体通过这些通气孔道进入由活塞7、导向套8、钎头11、外套管6共同形成的回程气室。回程气室内高压气体推动活塞7向阀座3方向运动。当活塞7运动到活塞小端20与导向套8脱离时，高压空气通过钎头11的内部通道12到达孔底，完成吹渣的作用。同时气体压力迅速下降，活塞7靠惯性力继续回程运动，活塞7回程运动关闭了回程进气通道，直到活塞7的惯性力与活塞7由进气压力形成的冲程力平衡时，活塞7才停止回程运动，完成回程运动。

当回程进气通道被活塞7的运动关闭时，高压气流通过后接头1的中心孔17，推开逆止阀2.在经过阀座3轴向的气流孔道、内缸4的进气孔16进入由外套管6、活塞7、内缸4共同封闭形成的第一冲程气室。由于高压气流的作用，在活塞大端72直径与活塞小端73直径的差而形成的环形面积上产生的力，这个力就是冲程力的一部分，这个力不大，所以造成活塞7回程时能够靠惯性力来克服这一冲程力而运动一段距离。在活塞7运动到活塞孔13被阀座小端5封住时，这时活塞大端72、阀座3、内缸4共同形成第二冲程气室。由于活塞7的惯性使第二冲程气室内气体受到压缩，第二冲程室内压力上升。活塞7继续回程运动，当活塞大端72端面超过内缸4内壁的环形通气槽边缘但未达到活塞7凹槽的临界状态时，第二冲程气室压力才达到最大，活塞7开始冲程，冲程做功有三部分组成：活塞大端72与活塞小端73直径差形成的环形面积的压差；二是活塞大端72面积减去活塞孔73面积得到的压差；三是第二冲程气室内压缩气体膨胀做功。在冲程压力作用下活塞7进行冲程运动，活塞小端73打击钎头11而做功，完成破岩工作。当冲程运动到活塞小端73快要接近钎头时，完成冲程运动，回程进气通道打开，开始了活塞7的回程准备工作。如此往复，完成冲击器的钻进工作。

该高气压潜孔冲击器设计有强吹系统。当钻机工作结束时，孔底往往存有岩渣、泥水混合物等为使孔底清洁，或遇到岩石中有大的裂缝时，需要强吹风以便排渣。即冲击器停止工作，全部高压气体都用来吹渣、排渣。它的原理是提起冲击器，由于前接头10与钎头11之间设计有花键，这时钎头11会在导向套8内向下滑动，活塞7跟着钎头11一起向下运动，直到钎头11的尾端被半环9限位，此时活塞大端72移动到使内缸4吹渣孔14露出位置。这时高压气体通过吹渣孔14进入活塞孔13，在沿着钎头11的内部道12进入孔底。同时冲击器的循环系统通道被封闭，停止冲击器工作。所有的高压气体都用于排渣，做到使孔底清洁的目的。若要恢复冲击器工作，操纵钻机进给系统，使冲击器向下运动，顶住岩石，钎头11相对向上运动，推动活塞7到达回程气室位置，这样就能继续冲击破岩了。

Claims (3)

1.高风压潜孔冲击器，包括

 外套管（6），所述外套管（6）的内壁设有环形槽；

后接头（1），所述后接头（1）固定安装于所述外套管（6）的一端，所述后接头（1）的轴心位置中心孔（17）；

前接头（10），所述前接头（10）固定安装于所述外套管（6）的另一端；

钎头（11），所述钎头（11）与所述前接头（10）花键连接； 

内缸（4），所述内缸（4）嵌装于所述外套管（6）中，内缸（4）的外壁与外套管（6）的内壁之间设有气流通道（15），所述内缸的内壁设有环形通气槽，所述内缸（4）的两端分别设有进气孔（16）和吹渣孔（14）；

阀座（3），所述阀座（3）密封安装于所述内缸（4）的内腔并设有伸入所述内缸（4）的柱状阀座小端，所述阀座（3）的轴心位置设有轴向的通气孔道；

用于单向密封上述后接头中心孔的逆止阀（2），所述逆止阀（2）弹性安装于阀座（3）上；

活塞（7），所述活塞（7）滑动安装于所述外套管（6）的内腔，活塞（7）中间部位设有滑动部（71），所述滑动部（71）的两端分别设有活塞大端（72）和活塞小端（73）；

导向套（8），所述导向套（8）嵌装于所述外套管（6）的内腔，所述活塞小端（73）插装在所述导向套（8）中；

用于夹持所述钎头（11）尾端的半环（9），所述半环（9）嵌套在所述导向套（8）与所述前接头（10）之间的外套管（6）的内腔中；

其特征在于：

所述活塞大端（72）的外表面设有轴向延伸的凹槽（77），在滑动部（71）和活塞大端（72）的外表面设有垂直于轴向的环槽（74）；所述阀座（3）的柱状阀座小端设置有圆周对称分布的四条宽槽。

2.根据权利要求1所述的高风压潜孔冲击器，其特征在于： 所述活塞大端（72）与滑动部（71）之间通过颈部（76）连接，所述颈部（76）的直径小于活塞大端（72）的直径，活塞大端（72）的直径小于滑动部（71）的直径。

3.根据权利要求1或2所述的高风压潜孔冲击器，其特征在于：所述内缸（4）的两端外径相等。

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