CN209942740U - 一种双层扩孔钻头 - Google Patents

Abstract

一种双层扩孔钻头，包括外壳体、钻杆接头、活塞杆、扩孔翼板、前导钻头、压板和弹簧；外壳体的上端连接钻杆接头，外壳体的下端连接前导钻头，外壳体内开设阶梯通孔；活塞杆为中空台阶轴，活塞端安装在阶梯通孔的上部大孔内，活塞杆的下部安装在下端小孔内，活塞端与阶梯通孔的台阶之间安装弹簧；外壳体下部的侧壁开设两层阶梯槽，阶梯槽的上部台阶上安装压板；阶梯槽的下部径向孔内安装扩孔翼板；扩孔翼板相对活塞杆的一端加工与销轴孔同心的1/4周齿轮；扩孔翼板的另一端焊接刀翼；活塞杆加工与齿轮啮合的齿条。本实用新型发明通过设计双层可开合状态的扩孔翼板进行扩孔，具有工作效率高、工作状态稳定、扩孔孔壁光滑、扩孔孔壁直径精准的优点。

Description

一种双层扩孔钻头

技术领域

本实用新型涉及地质钻探扩孔设备技术领域，具体的说是一种双层扩孔钻头。

背景技术

随着我国地质钻探深度的不断加深，所遇到的地层越来越复杂，如经常遇到溶洞、坍塌掉块、断裂带等复杂地层，需要采用膨胀管施工。膨胀管施工是一种新兴的钻探施工工艺，将异形截面的膨胀管下入需要护壁的孔段后，在液压作用下膨胀管胀圆，胀圆后的膨胀管起到支护孔壁的作用。

目前，在膨胀管用于地质钻探裸孔护壁施工中，膨胀管膨胀后的内径要求不小于原孔径，所以需要对钻孔护壁段进行扩孔，预留出膨胀管管壁和悬挂胶条的空间。该扩孔工作作为关键工序，直接决定了膨胀管护壁工作的成败。现有扩孔钻头为单层三刀翼式，三个刀翼固定在一个工作面上呈等圆周分布。

单层三翼式扩孔钻头存在工作效率低下、工作状态不稳定和扩孔结果不能满足使用要求等缺点。

一、工作效率低：在扩孔钻头的工作过程中，扩孔刀翼与地层岩石磨削会产生损耗，刀翼磨损到一定程度后，扩孔尺寸将不能满足工艺要求。将扩孔钻头提到地面，更换全新刀翼后再次下入孔内继续进行扩孔作业。单层三翼式扩孔钻头由于扩孔刀翼数量少，造成单次扩孔长度短，需要频繁提钻更换扩孔刀翼，辅助工作时间过长造成工作效率低下。

二、工作状态不稳定：单层三翼式扩孔钻头工作过程中，外壳体与孔壁之间为单层三点式接触，支撑点不足造成钻头摆动剧烈，扩孔刀翼不能获得稳定的工作状态，扩孔刀翼上镶嵌的脆硬合金与孔壁上坚硬的岩石频繁撞击，造成合金脱落碎裂。

三、扩孔结果不理想：同样因为扩孔钻头与孔壁接触点不足，扩孔钻头不能获得稳定的工作状态，导致扩孔工序结束后发生孔型为椭圆，上下端尺寸不一致和孔中心偏移等现象，不能获得理想的圆柱体扩孔段，造成后续工序施工困难。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种工作效率高、工作状态稳定并扩孔效果理想的双层扩孔钻头。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种双层扩孔钻头，包括外壳体、钻杆接头、活塞杆、扩孔翼板、前导钻头、压板和弹簧；所述外壳体为中空筒体结构，外壳体的上端连接开设轴向中心孔的钻杆接头，外壳体的下端连接开设轴向中心孔、下端带有切削刃的前导钻头，外壳体内沿轴向中心开设上大下小的阶梯通孔；所述活塞杆为中空台阶轴，活塞杆的活塞端安装在阶梯通孔的上部大孔内，活塞杆的下部沿阶梯通孔向下配合安装在下部小孔内，活塞端与阶梯通孔的台阶之间安装套设在活塞杆外侧的弹簧；所述外壳体下部的侧壁沿圆周方向均匀开设两层阶梯槽，阶梯槽的上部台阶上通过螺钉固定一下部伸出上部台阶外设定距离的压板；阶梯槽的下部台阶与外壳体的阶梯通孔连通形成径向孔；所述扩孔翼板通过销轴穿装在压板下部的径向孔的两侧壁之间，扩孔翼板相对活塞杆的一端加工与销轴孔同心的1/4周齿轮，扩孔翼板的另一端焊接刀翼；所述活塞杆下部对应单层扩孔翼板的数量设置为多面体，活塞杆与扩孔翼板的齿轮相对应的一面加工与齿轮啮合的齿条。

上述双层扩孔钻头，其进一步改进在于：所述阶梯槽为矩形槽，压板通过沉头螺钉固定在矩形槽的上部台阶上；压板伸出上部台阶的内侧加工用于限位扩孔翼板的限位台阶；扩孔翼板的齿轮端加工与压板配合的与销轴孔同心的1/4过渡圆弧。

上述双层扩孔钻头，其进一步改进在于：每层所述扩孔翼板的个数为3-4个，对应的活塞杆下部设置为三面体或四面体。

上述双层扩孔钻头，其进一步改进在于：所述外壳体对应安装扩孔翼板的销轴的侧壁上开设用于拆卸销轴的拆卸孔。

上述双层扩孔钻头，其进一步改进在于：所述外壳体的上端加工用于连接钻杆接头的锥形公扣，钻杆接头的下端加工与外壳体的锥形公扣配合的锥形母扣；外壳体的下端加工用于连接前导钻头的锥形母扣，前导钻头上端加工与外壳体的锥形母扣配合的锥形公扣。

上述双层扩孔钻头，其进一步改进在于：所述活塞端的外圆沿圆周开设矩形密封槽，密封槽内安装用于与外壳体的台阶通孔上部大孔的内壁接触面保持密封的密封圈。

上述双层扩孔钻头，其进一步改进在于：所述活塞杆上每段齿条的长度均大于活塞杆下移行程。

本实用新型在采用上述技术方案后，具有如下技术进步的效果：

本实用新型扩孔钻头内活塞杆与弹簧组成可伸缩部件，活塞杆上部压力增大时，活塞杆下行并压缩弹簧。活塞杆上部压力减小时，弹簧回弹，推动活塞杆上行。活塞杆下端布置齿条，齿条与扩孔钻头翼板后端齿轮啮合，通过此机构实现活塞杆的上下运动转换为扩孔翼板的伸缩运动。

本实用新型的双层扩孔钻头特别为膨胀管护壁施工设计，扩孔钻头设有双层六块扩孔翼板，扩孔翼板数量比现有扩孔钻头提高一倍，极大的提高了工作效率。

本实用新型扩孔钻头工作时具有双层扩孔翼，工作过程与单层扩孔翼板相比支撑长度更长，扩孔钻头更加稳定，摆动量减少。

本实用新型扩孔后的孔壁更加光滑，扩孔直径更加精准，利于悬挂。扩孔过程，下层扩孔翼板为主要工作翼板，磨损较大，扩孔距离较长时会发生扩孔直径逐渐减小的情况，而上层扩孔翼板为修整翼板，磨损较小，上下两层翼板张开后的直径相同，因此上层翼板可在扩孔过程中对下层翼板扩后孔壁进行二次切削，从而保证扩孔直径的准确度。如果进尺速度较快，下层翼板扩孔后孔壁易出现螺旋形状，通过增加上层翼板，可以对螺旋孔壁进行修整，从而使孔壁更加光滑，进而保证橡胶的悬挂效果更加理想。

本实用新型发明通过设计双层可开合状态的扩孔翼板进行扩孔，具有工作效率高、工作状态稳定、扩孔孔壁光滑、扩孔孔壁直径精准的优点。

附图说明

图1为本实用新型张开状态的结构示意图；

图2为图1的A-A向示意图；

图3为本实用新型收缩状态的结构示意图；

图4为图2的B-B向示意图；

图5是本实用新型外壳体的结构示意图；

图6是图5的剖视图；

图7是本实用新型活塞杆的结构示意图；

图8是本实用新型的扩孔翼板的结构示意图；

图9是本实用新型的扩孔翼板的主视图；

图10是图9的右视图。

图中各标号分别表示为：1、外壳体，11、阶梯槽，12、销轴轴孔，13、拆卸孔，2、活塞杆，21、活塞端，22、定位段，23、杆端，24、齿条，3、扩孔翼板，31、齿轮，32、过渡圆弧，33、刀翼，4、压板，5、销轴，6、沉头螺钉，7、弹簧，8、密封圈，9、前导钻头，10、钻杆接头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明：

本实用新型涉及一种双层扩孔钻头，如图1-图4所示，包括钻杆接头10、外壳体1、活塞杆2、扩孔翼板3、前导钻头9、压板4、销轴5、沉头螺钉6、弹簧7、密封圈8。

如图5-图6所示，所述外壳体1为中空筒体结构，上端加工锥形公扣，用于连接钻杆接头10，下端加工锥形母扣，用于连接前导钻头9。外壳体1内沿轴向中心开设阶梯通孔，阶梯通孔上端直径大，下端直径小。

如图7所示，活塞杆2为中空台阶轴，上部为圆柱形的活塞端21，中间为与阶梯通孔的小孔配合的圆柱形定位段22，下部为截面是多面体的杆端23。如图1-图4所示，活塞杆2沿轴向中心开设通孔，用于扩孔过程泥浆的流通。活塞杆的活塞端21安装在阶梯通孔的上部大孔内，活塞端21外圆沿圆周开设矩形密封槽，用于安装密封圈8，从而保证活塞端与外壳体内壁接触面的密封性。活塞杆的定位段22和杆端23沿阶梯通孔的小孔向下配合在小孔内滑动。活塞端22与阶梯通孔的台阶之间安装套装在活塞杆的定位段22外侧的弹簧7。

如图1-图4所示，外壳体1下部的侧壁上下两个位置沿圆周方向均匀开设矩形阶梯槽11，圆周开槽数量视扩孔直径而定，以3-4个为宜，阶梯槽11的上部台阶与中心孔不贯通，在上部台阶的槽底处开设两个螺钉孔，用于安装压板4；压板4为矩形结构，上厚下薄，上端开设两个沉孔，压板4通过沉头螺钉6固定在矩形槽11的上部台阶上。

阶梯槽11的下部与阶梯通孔贯通形成径向孔，用于安装如图8-图10所示的扩孔翼板3。扩孔翼板3通过销轴5穿装在径向孔的两侧壁之间。在安装扩孔翼板3的位置，与阶梯槽侧面垂直的方向开设阶梯圆孔，大孔用于安装销轴5，小孔用于拆卸销轴，销轴5连接扩孔翼板3与外壳体1。压板6内侧薄处用于对闭拢后的扩孔翼板3进行限位。对应的扩孔翼板3的展开时，相对活塞杆一侧的扩孔翼板3的上半侧加工与压板配合的与销轴孔同心的1/4过渡圆弧32，下半侧加工与销轴孔同心的1/4周齿轮31。扩孔翼板3的另一端焊接刀翼33；刀翼33为周边焊接合金或金刚石。阶梯槽11的径向孔下部设置向下向外的斜面，便于扩孔翼板张开和收回。

活塞杆3多面体的面数与扩孔翼板的数量相同，活塞杆的杆端对应为三面体或四面体。活塞杆3对应扩孔翼板的齿轮的一面加工与对应面齿轮啮合的齿条24；齿条长度根据扩孔翼板3张开到位后活塞杆2下移的行程而定，活塞杆2上每段齿条的长度均大于活塞杆下移行程。

前导钻头8上端为锥形公扣，与外壳体连接，下端为带有切削刃的钻进端，中心开设中心孔，用于泥浆流通，冲刷切削刃。

本实用新型在使用时，钻杆接头上端通过钻杆与钻机的动力头连接，动力头与泥浆泵连接，通过泥浆泵向钻杆内泵入泥浆。泥浆通过钻杆接头进入外壳体内上部大孔后，作用在活塞杆上，由于活塞杆上下端面面积不同，上端面面积大于下端面面积，上下端面产生的压力差推动活塞杆向下移动。活塞杆下端的齿条与扩孔翼板上的齿轮依次啮合，扩孔翼板通过销轴固定到外壳体上，活塞杆下移齿条与齿轮向下啮合，扩孔翼板张开；活塞杆上移，齿条与齿轮向上啮合，扩孔翼板收回。

Claims (7)

1.一种双层扩孔钻头，其特征在于：包括外壳体(1)、钻杆接头(10)、活塞杆(2)、扩孔翼板(3)、前导钻头(9)、压板(4)和弹簧(7)；所述外壳体(1)为中空筒体结构，外壳体(1)的上端连接开设轴向中心孔的钻杆接头(10)，外壳体(1)的下端连接开设轴向中心孔、下端带有切削刃的前导钻头(9)，外壳体(1)内沿轴向中心开设上大下小的阶梯通孔；所述活塞杆(2)为中空台阶轴，活塞杆(2)的活塞端安装在阶梯通孔的上部大孔内，活塞杆(2)的下部沿阶梯通孔向下配合安装在下部小孔内，活塞端与阶梯通孔的台阶之间安装套设在活塞杆外侧的弹簧(7)；所述外壳体(1)下部的侧壁沿圆周方向均匀开设两层阶梯槽(11)，阶梯槽(11)的上部台阶上通过螺钉固定一下部伸出上部台阶外设定距离的压板(4)；阶梯槽(11)的下部台阶与外壳体的阶梯通孔连通形成径向孔；所述扩孔翼板(3)通过销轴(5)穿装在压板下部的径向孔的两侧壁之间，扩孔翼板(3)相对活塞杆的一端加工与销轴孔同心的1/4周齿轮(31)，扩孔翼板(3)的另一端焊接刀翼(33)；所述活塞杆(2)下部对应单层扩孔翼板(3)的数量设置为多面体，活塞杆(2)与扩孔翼板的齿轮(31)相对应的一面加工与齿轮啮合的齿条(24)。

2.根据权利要求1所述的一种双层扩孔钻头，其特征在于：所述阶梯槽(11)为矩形槽，压板(4)通过沉头螺钉(6)固定在矩形槽的上部台阶上；压板(4)伸出上部台阶的内侧加工用于限位扩孔翼板(3)的限位台阶；扩孔翼板(3)的齿轮端加工与压板配合的与销轴孔同心的1/4过渡圆弧(32)。

3.根据权利要求1所述的一种双层扩孔钻头，其特征在于：每层所述扩孔翼板(3)的个数为3-4个，对应的活塞杆(2)下部设置为三面体或四面体。

4.根据权利要求1所述的一种双层扩孔钻头，其特征在于：所述外壳体(1)对应安装扩孔翼板的销轴(5)的侧壁上开设用于拆卸销轴的拆卸孔。

5.根据权利要求1所述的一种双层扩孔钻头，其特征在于：所述外壳体(1)的上端加工用于连接钻杆接头(10)的锥形公扣，钻杆接头(10)的下端加工与外壳体(1)的锥形公扣配合的锥形母扣；外壳体(1)的下端加工用于连接前导钻头(9)的锥形母扣，前导钻头(9)上端加工与外壳体(1)的锥形母扣配合的锥形公扣。

6.根据权利要求1所述的一种双层扩孔钻头，其特征在于：所述活塞端的外圆沿圆周开设矩形密封槽，密封槽内安装用于与外壳体的台阶通孔上部大孔的内壁接触面保持密封的密封圈(8)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种双层扩孔钻头，其特征在于：所述活塞杆(2)上每段齿条(24)的长度均大于活塞杆(2)下移行程。

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