CN204804688U - 一种冲转一体的液压潜孔钻机 - Google Patents

Abstract

一种冲转一体的液压潜孔钻机由同心三腔管，分流器，回转机构、冲击机构、机尾组成，此五部件端部外壳用螺纹紧固连接成一体。本实用新型采用三腔管输送高压油(或乳化液)作动力驱动产生冲击和回转，利用压风助推回油和排粉，整机潜入钻孔中，钻杆不转动，不会因钻杆加长而增加负荷，可实现更超深孔钻进和水体下勘探钻孔。因液压(10-20MPa)比用气压(1.2MPa)高10-20倍，采用液压冲击功大，扭力矩也大，钻孔效率高，能耗降低三分之二。

Description

一种冲转一体的液压潜孔钻机

技术领域

本实用新型涉及一种以高压油(或乳化液)作动力驱动的冲转一体的潜孔钻机(凿岩机)。

背景技术

现有的潜孔钻机只有冲击部分(即风动潜孔冲击器)潜入钻孔中钻凿岩孔，采用压气作动力驱动，空压机能耗大，效率低，由地面空心钻杆输送压气和控制冲击器回转。

发明内容

针对现有技术不足，提供一种以液压作动力驱动的冲转一体的潜孔钻机，其特征是：冲击功大，效率高，比风动降低能耗约三分之二，钻杆不转，不会因钻孔加深钻杆加长而增大扭转负荷。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种冲转一体的液压潜孔钻机，由同心三腔管、分流器(机头)、回转机构、冲击机构、机尾组成，五部件的外壳端部用螺纹紧固连接成一体。所术同心三腔管由大、中、小三根无缝钢管套装，用撑块(撑块预先焊接在钢管上)将三管分开并焊点固定，形成一管三腔(中心管腔、中环形腔、外环形腔)。三腔管的外管和中心内管端部有螺纹，用管接头可连接另一管加长(图9)：所述三腔下端设有分流器(机头)，所述分流器置有高压油孔路、回油孔路、压风孔路，三种孔路上端分别连通三腔管中的高压油、回油、压风。下端连通回转机构外壳上的高压油孔路、回油孔路、压风孔路。所述分流器下端设有回转机构，所述回转机构由置于外壳内的可回转的轮毂、装于轮毂槽中有台阶的可伸缩的四块叶片及分开工作腔的两隔离块和置有配油孔的上、下端盖组成(回转机构也可置于冲击机构下部)。所述回转机构下部设有冲击机构，所述冲击机构由有进油孔路、回油孔路、压风孔路和上、下进油孔、回油孔的外缸，套装在外缸内的回转内缸、及置于回转内缸中的冲击活塞和上、下密封装置组成。轮毂有带花键的短轴，用轴套与内缸上盖的花键短轴相连，带动内缸同步回转，所述内缸上、下孔与外缸相对应的上、下进油孔、回油孔相通，所述内缸下端设有凸齿与回转套上的凹齿啮合，所述回转套中心有六角(八角)形内孔，置于机尾内的钻头尾杆上端套在上述六角形内孔中。内缸上、下部有增压缓冲气垫，机尾上有小孔和环形槽，机尾上的小孔连通压风孔路通过环形槽与钻头上的中心孔相通。

液压潜孔钻机由同心三腔管、分流器(机头)、回转机构、冲击机构、机尾组成。

本实用新型采用高压油(或乳化液)作动力驱动，产生回转和冲击，利用压风助推回油和排粉。分流器将三腔管中的高压油、回油、压气用孔路分开，进入其下端，再分流进入回转机构和冲击机构的外壳孔路中。一部份高压油经上端盖孔进入回转工作腔，带动叶片和轮毂转动(图4)，轮毂下端伸出一带花键的短轴，用有内花键孔的轴套与内缸上盖的花键短轴相连，带动内缸同步回转，内缸下端部有凸齿与回转套上的凹齿啮合，通过回转套六角(或八角)孔带动钻头回转。

冲击是利用内缸回转配流换向，使缸内活塞作往复运动。

冲击按配流方式可分为前、后腔回(排)油和后腔回(排)油，前腔常压两种。

第一种方式：内缸上部和下部均开有四个孔，上、下孔从俯视看错开45度，与外缸(外壳)相对应的位置开有八个孔，即每45度有一进油孔和一排油孔(图7)。内缸回转时上、下孔分别轮流接通对应外缸(外壳)上的进油孔和排油孔，达到配流换向之目的，使缸内活塞作往复运动打击钻头上端。

第二种方式是：后(上)腔如(图7)，前(下)腔如(图8)。内缸下部有八个孔，外缸有二个进油孔。内缸回转时，活塞冲程，返程时，内缸下部均有两个孔接通进油孔，使前(下)腔保持常压。由于活塞后(上)腔的受压面积比前(下)腔受压面积大3-4倍，压力也同样大3-4倍，因此，冲程时活塞往前运动，将前(下)腔的油排入进油孔路中，并打击钻头。返程时后(上)腔与回油孔相通卸压，前(下)腔常压，使活塞作返程运动。后种方式结构更简单。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型是以液压作动力驱动产生冲击和回转，整机潜入钻孔中。液压比气压高10-20倍，因此，用液压冲击力大，扭力矩也大，钻孔效率高，能耗降低约三分之二。因钻杆不转动，不会因孔太深、钻杆加长而增加负荷，可实现更超深孔钻进和水体下勘探钻孔。

附图说明

图1：为冲转一体液压潜孔钻机整机纵剖面示意图

图2：为三腔管截面图(I-I)视图

图3：为分流器下端截面图(II-II)视图

图4：为回转机构伸缩式叶片截面图(III-III)视图

图5：为回转机构置于冲击机构下部截面图(VI-VI)视图

图6：为回转机构置于冲击机构下部纵剖面示意图

图7：为冲击机构上腔进、排油孔截面图(IV-IV)

图8：为冲击机构下腔保持常压截面图(V-V)

图9：为三腔管接头连接示意图

图中：1外管；2中管；3内管；4外管逆止套；5外管射流孔；6撑块；7中管射流孔；8中管逆止套；9压气孔路；10回油孔路；11进油孔路；12分流器体；13回转器外壳；14上端盖(配流盘)；15叶片；16轮毂；17下端盖；18下压盖；19充气胶环(储能器)；20内花键轴套；21定位肖1(螺栓)；22定位肖2；23隔离块；24进油孔路；25定位肖3；26定位肖4；27密封片(铜)；28轴承压盖；29冲击器外壳(外缸)；30径截止推轴承；31内缸上盖；32充气胶垫；33凸形碟；34内缸；35密封套；36密封圈；37上腔；38内缸上进(回)油孔；39活塞(冲锤)；40内缸下进(回)油孔；41充气小胶管；42内缸接管；43压气孔路；44内六角孔回转套；45缓冲胶(气)垫；46轴承压盖；47轴承；48轴承下端盖；49缓冲气胶垫；50环形垫圈；51环形气槽；52机尾外壳；53耐磨套；54钻头；55定位肖4；56管接头；

具体实施方式

本实用新型实施例的冲转一体液压潜孔钻机，由同心三腔管、分流器、回转机构、冲击机构、机尾组成(图1)，此五部件的外壳端部依次用螺纹连接紧固于一体。所述的同心三腔管(图2、图9)由外管1、中管2、内管3套装，管相互间用撑块6隔开，形成压气腔(外环形腔)、回油腔(中环腔)、进油腔(内管)，外管和中管分别置有压气射流孔5、7及逆止胶套4、8，外管和内管端部有螺纹；所述的三腔管下端设有流体分流器12(图3)，所述分流器分别置有进油孔路11、回油孔路10、压气孔路9，三种孔路上端分别连通进油腔、回油腔及压气腔，下端分别与回转机构外壳13上进油孔路24、回油孔路10、压气孔路9相通；所述的分流器下端设有回转机构，所述回转机构采用大扭矩叶片伸缩式液压马达(图4)。伸缩式叶片回转机构由置有进油孔路24、回油孔路10及压气孔路9的回转机构外壳及固定于外壳内壁的两隔离块23，装于外壳内有可回转的轮毂16及置于轮毂槽中的根部有台阶的四块叶片15，根部台阶将槽隔成A腔和B腔(图4)，A腔有孔路C通工作腔，回转机构上、下有端盖14、17，上端盖有孔K₁、K₂(位置似隔离块处虚线圆)通高压油连通回转工作腔，使叶片、轮毂回转。上端盖另有两弧形小孔K₃、K₄可通B腔上口，下端盖有弧形小孔K₅、K₆，可通B腔下口并回油。

高压油经K孔(图3)和上端盖进油孔K₁、K₂进入回转工作腔，叶片1、3的C孔及A腔充油，使叶片伸出，与此同时B腔下端口与回油小孔K₅、K₆连通排出B腔油(图1)，当叶片2、4转到隔离块位置时，接通回油孔使工作腔卸压，A腔也卸压，与此同时，B腔上口与上端盖的弧形小孔K₃、K₄连通，B腔进油升压将叶片2、4压下入槽中，使叶片2、4顺利通过隔离块进入下一工作腔后，叶片2、4的A腔升压，B腔下口回油，叶片伸出回转，其他两叶片1、3依此循环。

回转机构可置于冲击机构上(后)部(图1)，需与内缸回转式冲击机构配套使用；回转机构也可置于冲击机构下(前)部(图5)(图6)，相当于现有液压凿岩机的齿轮位置。

图6：回转机构置于冲击机构下部纵剖面示意图

图中：

9、压风孔路；10、回油孔路；24、进油孔路；29、冲击机构外壳(外缸)；34、冲击机构内缸；44、六角孔回转套；45、缓冲气垫；46、气垫压盖；47、轴承；48、轴承下端盖；56、回转机构外壳；58、回转器上端盖；60、叶片；61、回转机构下端盖；62、密封盖；63、轴承上盖；64、上径截止推轴承；65、机尾外壳；66、下径截止推轴承；67、轴承下端盖；68、定位肖；69、隔离块；70、轮毂管状轴；71、管状回转套；72、回转套内八角体(或内花键孔)；73、钻头尾杆；K₁′、K₂′，上端盖进油孔；K₃′、K₄′，上端盖弧形进油小孔；K₅′、K₆′，下端盖回油小孔。

轮毂管状轴70下端有凸齿与管状回转套71的凹齿啮合，通过回转套的内八角孔72带动钻头回转。

回转机构置于冲击机构下部，可与内缸回转式冲击机构配套，钻头尾杆上端需做成八角体，套入回转套八角孔内，带动内缸回转，使缸内活塞作往复运动：回转机构置于冲击机构下部也可以与现有液压凿岩机的冲击机构配套使用，把回转套内孔改为圆形即可。

所述的回转机构下部置有冲击机构(图1、图7、图8)，冲击由活塞(冲锤)往复运动产生，按配流方式分：1、前、后腔排(回)油；2、后腔排(回)油前腔常压。活塞前、后有台肩、分大小头。

前后腔排油冲击机构(图7)，由置有贯通上、下的四条进油孔路24，四条回油孔路10，二条压风孔路9及连通内缸与内缸上的孔相对应的上、下进油孔O₁′、O₂′、O₃′、O₄′、回油孔O₁″、O₂″、O₃″、O₄″，即上、下腔均有每45度有一进油孔和一排油孔的外缸29，置于外缸内套装的上，下各有四个孔38(上下孔错开45度)的回转内缸34，内缸上部有端盖31，伸出一带花键短轴，下端部有凸齿，套装在内缸中的冲击活塞39，内缸上、下部置有密封装置和缓冲垫32、45。

当内缸转动时，其上部的四个孔38与外缸上部进油孔O₁′、O₂′、O₃′、O₄′相通，压油进入上腔，与此同时，内缸下部的四个孔与外缸上的四个回油孔相通，下腔卸压，活塞往下运动，打击钻头尾杆，内缸继续转动45度，其上部四个孔与外缸回油孔相通，上腔卸压，与此同时，内缸下部的四个孔与外缸上的进油孔相通，下腔增压，使活塞往上运动(回程)，活塞继续转动，上腔进油增压，下腔回油卸压，活塞往下运动，如此循环进行。

后腔排油前(下)腔常压冲击机构；后腔的内缸，外缸、外缸进、回油孔与前述相同如(图7)，前(下)腔的油路如(图8)，外缸下部有两进油孔路24，连通内缸的进油孔O₅、O₆及二条压风孔路9，内缸下部设有八个孔均布。套装于内缸的活塞39，活塞下部的受压面积只有活塞上部(上腔)受压面积的三分之一。当内缸转动时，上腔进油增压，因受压面积大，压力也大于活塞下腔受压力的三倍，活塞往下运动打击钻头尾杆，并将下腔的油排入进油孔路储油。内缸继续转动，上腔与回油孔相通，上腔卸压，下腔仍与进油孔路相通(常压)，推进活塞往上运动。

为缓解冲击压力，回转机构下部置有充气胶环19，外缸下部孔中置有充气小胶管41储能。

机尾(图1)由置有压气孔路的外壳52，其内有缓冲气垫(或胶垫)45，轴承上盖46，轴承47，轴承下盖48，缓冲气垫49，环形垫片50，环形气垫51，耐磨套53，钻头54，定位肖55。

压气径孔路43进入环形槽51，经钻头上的中心气孔至孔底排粉。

各部件外壳螺纹连接处，有胶垫圈，便于密封和微调定位孔。

管接头(图9)，管接头是连接上、下管的部件，用稍大于外管的一小段无缝管加工制作。由管体75及焊接于管体内壁的环形钢片76组成。管体两端有内螺纹，环形钢片中心有孔，直径与内管外径相同。在相当于中环形腔和外环形腔位置钢片上钻有绕环形腔位置、保持一定间距的一圈钻孔，便于通过回油和压气，中管端部有胶套，压紧在钢片密封，中心管稍伸出环形钢片，其端部有螺纹孔，便于与上节三腔管内管连接。(中心管也可采用套接加密封圈)

安装时预先将管接头与下节三腔管用螺纹扭紧后点焊，使接头固定在下节管端头，接管时，只要将上节三腔管拧紧在接头上即可。

实施方法：

1、冲转一体液压潜孔钻机最好采用冲转连动方式，即一旦卡钻(钻头被卡住不转)，冲击也即停止，避免因孔底局部凿痕太深变形而造成钻孔报废。

2、为增大扭力矩，又不加大外径，可把叶片纵向加长，或二至三个回转器串联，用轴套连接轮毂上的短轴。

3、回转机构置于冲击机构前部时，也可以和现有液压凿岩机冲击机构配套使用，无需齿轮传动，结构简单紧奏。

4、按本实用新型专利原理，也可制成只冲击的液压潜孔冲击器，以取代现有能耗高的风动潜孔冲击器。

5、地面接管时，为防压油撒落，需备一弹性好的胶质漏斗套在接头处接油，完成接管后放油，胶质漏斗上移。

6、新的管接好后，应注油排除高压油管(中心管)内空气，气体会聚集于管上部排放。

Claims (5)

1.一种冲转一体的液压潜孔钻机，由同心三腔管、分流器(12)、回转机构(13)、冲击机构(29)、机尾(52)组成，此五部件的外壳端部依次用螺纹紧固连接成一体；其特征在于，所述同心三腔管由外管(1)、中管(2)、内管(3)及分开三管的撑块(6)组成；所述三腔管的下端设有分流器(12)，所述分流器置有连通上、下的进油孔路(11)、回油孔路(10)、压风孔路(9)；所述的分流器下端设有回转机构(13)，所述回转机构采用伸缩式叶片，由置有进油孔路(11)、回油孔路(10)、压风孔路(9)的外壳(13)及固定于外壳内壁相对称的两隔离块(23)，外壳内置有可回转的轮毂(16)，装于轮毂槽中有台阶的可伸缩的四块叶片(15)及置有配油孔的上、下端盖(14、17)组成；所述回转机构(13)下部设有冲击机构(29)，冲击机构按配流方式可分为前、后腔回(排)油和后腔回油、前腔常压两种，前后腔回油冲击机构由有贯通上、下的四条进油孔路(24)和四条回油孔路(10)及两条压气孔路(9)和上、下各有四个进油孔，四个回油孔的外缸(29)，套装外缸内的回转内缸(34)及置于内缸中的活塞(39)组成；后腔回油前腔常压方式，其后腔和第一种方式相同，前腔外缸下部有二条进油孔路(24)和两个进、回油孔(O₅)、(O₆)及两条压风孔路(9)，内缸下部有八个进、回油孔；轮毂下端伸出一带花键短轴，所述短轴与内缸上盖的花键短轴用轴套(20)相连，带动内缸同步回转，所述内缸(34)的上、下孔与所述外缸(29)相对应的上、下进油孔，回油孔轮流相通，所述内缸下端部有凸齿与带有八角内孔的回转套(44)上的凹齿啮合，置于机尾内的钻头尾杆上端套在所述有八角内孔的回转套中，内缸上、下有缓冲气垫(31)、(45)及密封装置(36)，机尾上有环形槽(51)，通压气孔路(43)和钻头中心孔，回转机构下部有一充气胶环(19)，冲击机构下部进油孔路中置有充气小胶管(41)。

2.根据权利要求1所述的冲转一体的液压潜孔钻机，其特征在于，三腔管的外管和中管分别置有射流孔(5)、(7)和逆止胶套(4)、(8)。

3.根据权利要求1所述的冲转一体的液压潜孔钻机，其特征在于：所述伸缩式叶片回转机构的叶片根部有台阶，轮毂槽分隔成A腔、B腔，A腔有C孔通环形工作腔。

4.根据权利要求3所述的冲转一体的液压潜孔钻机，其特征在于：上端盖有进油孔(K₁)、(K₂)、(K₃)、(K₄)，下端盖有回油孔(K₅)、(K₆)。

5.根据权利要求1所述的冲转一体的液压潜孔钻机，其特征在于：冲击机构采用前腔常压，内缸下部有八个进、回油孔(40)，外缸有两个进油孔(O₅)、(O₆)。