專利名稱：近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆孔工具，尤其是指一種應(yīng)用于巖石中鉆孔的近距增速式 硬巖深孔鉆進(jìn)器。
背景技術(shù)：
在巖石中鉆孔是釆礦、建筑、隧道等行業(yè)中非常重要的一項(xiàng)工作，諸如錨 索孔、爆破孔、安裝孔等都需要在巖石中鉆孔。針對(duì)鉆孔工作的設(shè)備和工具有 很多，諸如液壓鉆機(jī)、氣動(dòng)鉆機(jī)、沖擊式鉆機(jī)以及配套的各種硬質(zhì)合金鉆頭、 金剛石鉆頭等。這些鉆孔設(shè)備都是在鉆機(jī)的輸出軸上直接安裝鉆頭，或者為了 鉆深孔則在鉆機(jī)的輸出軸上安裝加長(zhǎng)鉆桿，然后再將鉆頭連接在鉆桿的前端。 鉆機(jī)是提供動(dòng)力的設(shè)備，其體積較大，只能停留在所鉆的孔外。在鉆深孔時(shí)需 要將鉆桿加長(zhǎng)。由于鉆孔時(shí)鉆頭需要高速旋轉(zhuǎn)才能鉆進(jìn)，當(dāng)鉆桿加長(zhǎng)后，鉆桿 及鉆頭在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)劇烈抖動(dòng)，這樣不但會(huì)損壞鉆頭，而且在鉆深孔時(shí)不 能保證孔的直線度和孔徑，并還有可能造成安全隱患。
這些設(shè)備普遍存在的缺點(diǎn)是鉆深孔時(shí)只能釆用低轉(zhuǎn)速，因此鉆進(jìn)效率很差； 高轉(zhuǎn)速時(shí)，不能鉆深孔。在堅(jiān)硬的巖石內(nèi)鉆孔作業(yè)時(shí)，普遍存在速度慢，效率 低；遇到不同硬度的層狀巖石或者巖層、土層交替的地質(zhì)構(gòu)造時(shí)鉆出的孔不能 符合要求。鉆孔是開(kāi)展其它作業(yè)的先期工作，鉆孔的效率低將影響其它作業(yè)的 進(jìn)度和速度。開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、通用性強(qiáng)，又能實(shí)現(xiàn)在硬巖中高速鉆 進(jìn)的設(shè)備顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種為鉆頭近距離提供高轉(zhuǎn)速的鉆進(jìn)的 設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)硬質(zhì)巖石的高速鉆進(jìn)、在不同硬度的巖層中都能通用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，包括為鉆進(jìn)提供動(dòng)力的鉆機(jī)、與鉆機(jī)連接
的鉆桿、鉆頭；在鉆桿和鉆頭之間接近鉆頭的位置處設(shè)置有增速器，增速器的 一端連接輸入軸，輸入軸與鉆機(jī)連接；增速器的另一端設(shè)置有輸出軸，輸出軸
與鉆頭連接。增速器及輸入軸、輸出軸的外面設(shè)置有套筒，套簡(jiǎn)的外徑不大于 鉆頭的直徑。套簡(jiǎn)上設(shè)置有縱向的滑動(dòng)鍵槽，增速器上設(shè)置有滑鍵，滑鍵置于 滑動(dòng)鍵槽內(nèi)，使增速器只能夠沿著套簡(jiǎn)的滑動(dòng)鍵槽軸向移動(dòng)。套簡(jiǎn)上設(shè)置有將
套簡(jiǎn)固定在所鉆孔壁上的卡緊裝置；此卡緊裝置可以是多種的結(jié)構(gòu)形式，其中 的一種結(jié)構(gòu)是在套簡(jiǎn)靠近鉆頭的一端設(shè)置有三個(gè)軸向的卡槽，每個(gè)卡槽內(nèi)都設(shè) 置有與套簡(jiǎn)連接的活動(dòng)的卡爪，卡爪上設(shè)置有軸承；增速器的輸出軸與鉆頭連 接的一端加工有不同直徑的軸段，兩個(gè)不同直徑的軸段之間為錐形過(guò)渡段；卡 爪上的軸承與輸出軸的錐形過(guò)渡段及大軸徑段配合。當(dāng)輸出軸向前伸出套簡(jiǎn)時(shí)， 卡爪就被撐開(kāi)，將套簡(jiǎn)固定在預(yù)先鉆出的孔壁上。
輸出軸與鉆頭為活動(dòng)連接，其連接處設(shè)置有壓縮彈簧，當(dāng)鉆頭被巖石頂住 不能前進(jìn)時(shí)，輸出軸能繼續(xù)前進(jìn)一段距離，將壓縮彈簧壓縮，前進(jìn)的過(guò)程中輸 出軸的圓錐面與卡爪上的軸承接觸將卡爪撐開(kāi)。
本發(fā)明的卡爪的進(jìn)一步具體結(jié)構(gòu)為卡爪與套簡(jiǎn)的卡槽配合連接，在卡爪 的底部設(shè)置一銷軸，銷軸將卡爪活動(dòng)連接在套簡(jiǎn)的卡槽內(nèi)；在卡爪底部設(shè)置上 述銷軸的位置，還開(kāi)有彈簧槽，彈簧槽內(nèi)設(shè)置有套在銷軸上的扭簧，扭簧為卡 爪提供扭向套簡(jiǎn)軸心方向的力。在卡爪的前端設(shè)置的軸承，在上述扭簧的作用 下，始終與增速器的輸出軸保持接觸。在卡爪的中部、面向套簡(jiǎn)的外表面處設(shè) 置有孔，此孔內(nèi)的底部設(shè)置有碟簧，孔的上部設(shè)置有一個(gè)置于孔口部位的支撐 塊，支撐塊被限制在此孔內(nèi)，并且支撐塊能在空內(nèi)沿孔的軸線方向活動(dòng)。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述輸入軸、輸出軸及增速器內(nèi)部設(shè)置有互相 連通的通水孔，此通水孔一直延伸到鉆頭內(nèi)部并通到鉆頭的前端的切削部位， 所述的鉆頭為金剛石鉆頭等。本發(fā)明的滑動(dòng)鍵槽的進(jìn)一步具體結(jié)構(gòu)為當(dāng)所述的鉆頭為金剛石薄壁鉆頭 時(shí)，滑動(dòng)鍵槽的長(zhǎng)度應(yīng)該與鉆頭的鉆進(jìn)長(zhǎng)度相應(yīng)，增速器在套筒內(nèi)的行程與金 剛石薄壁鉆頭的鉆進(jìn)長(zhǎng)度相等。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的技術(shù)進(jìn)步在于
釆用本發(fā)明的設(shè)備鉆孔時(shí)的工作過(guò)程是，先用普通鉆孔設(shè)備在需開(kāi)孔的巖 石上開(kāi)出一定深度的孔，將鉆頭與本發(fā)明的增速器的輸出軸相連接，將鉆桿與 增速器的輸入軸相連接，將鉆桿與鉆機(jī)相連接，用鉆機(jī)將以上連接好的部件送 入預(yù)制孔的底部，此時(shí)，鉆頭頂在孔底上，輸出軸壓縮鉆頭與輸出軸連接處的 彈簧并繼續(xù)向前移動(dòng)，套簡(jiǎn)上的卡爪被輸出軸上設(shè)置的圓錐段撐開(kāi)，進(jìn)入套筒 的卡槽內(nèi)，并撐緊在所鉆出的孔壁上，從而將套簡(jiǎn)固定，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)也不能 沿孔發(fā)生軸向移動(dòng)。開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)并向前推進(jìn)，增速器對(duì)鉆機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速進(jìn)行加速 并傳遞給鉆頭，增速器在套簡(jiǎn)內(nèi)向前移動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)鉆頭向前鉆進(jìn)。當(dāng)增速器 上的滑鍵到達(dá)滑動(dòng)鍵槽的端部時(shí)，將鉆頭、鉆桿連同增速器撤出，當(dāng)輸出軸后 撤過(guò)程中輸出軸上的圓錐段到達(dá)軸承的限定位置時(shí)，扭簧推動(dòng)卡爪復(fù)位，實(shí)現(xiàn) 套簡(jiǎn)與孔壁分離，此時(shí)增加相應(yīng)長(zhǎng)度的鉆桿繼續(xù)向前推動(dòng)，重復(fù)打鉆過(guò)程，直 至完成所需鉆孔深度。
本發(fā)明所用的增速器很小，它小于鉆頭的直徑，將此微型增速器應(yīng)用到鉆 孔作業(yè)，是在深孔內(nèi)部為鉆頭提供近距離的加速，可以實(shí)現(xiàn)鉆頭在深孔內(nèi)高速
轉(zhuǎn)動(dòng)切削；由于本發(fā)明只有輸出軸是高速旋轉(zhuǎn)，而輸入軸及與輸入軸連接的鉆 桿是低速旋轉(zhuǎn)，即使鉆桿加長(zhǎng)，鉆桿及鉆頭也不會(huì)發(fā)生劇烈抖動(dòng)；因此能夠在 硬質(zhì)巖石中、或在交替分布的不同硬度的巖層中適用，這樣在鉆進(jìn)深孔時(shí)不但 能保證孔的直線度和孔徑的精確，而且還會(huì)充分發(fā)揮金剛石鉆頭的性能，延長(zhǎng) 鉆頭的壽命，提高鉆孔效率。本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，能有效改善作業(yè)環(huán) 境，降低鉆孔成本。
本發(fā)明能夠?qū)@進(jìn)器的套簡(jiǎn)固定在深孔的孔壁上，當(dāng)鉆機(jī)施加頂力時(shí)，輸 出軸向前移動(dòng)時(shí)，才推動(dòng)三個(gè)卡爪沿徑向撐開(kāi)，支撐塊才與孔壁接觸，并推動(dòng)
6碟簧壓縮，對(duì)卡緊裝置施加預(yù)緊力，使套簡(jiǎn)固定在孔壁上?？ㄗεc套簡(jiǎn)通過(guò)扭 簧連接，當(dāng)卡爪張開(kāi)時(shí)，扭簧處于壓縮狀態(tài)。當(dāng)完成一次鉆孔作業(yè)，向后撤出 鉆進(jìn)器，鉆桿帶著增速器和輸出軸先向后移動(dòng)，當(dāng)輸出軸后撤過(guò)程中輸出軸上 的圓錐段到達(dá)軸承的限定位置時(shí)，扭簧推動(dòng)卡爪復(fù)位，實(shí)現(xiàn)套簡(jiǎn)與孔壁分離， 使鉆具順利撤出。卡爪上的軸承可以轉(zhuǎn)動(dòng)，使鉆孔過(guò)程中輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn) 生太大的阻力。在輸入軸、增速器、輸出軸內(nèi)設(shè)置的通水孔可以為鉆頭提供冷 卻用水， 一是可以降低鉆頭的溫度，二是為切削提供潤(rùn)滑，三是可以軟化巖石。 本發(fā)明的滑動(dòng)鍵槽的長(zhǎng)度與鉆頭的鉆進(jìn)長(zhǎng)度相應(yīng)，這尤其適合于金剛石薄 壁鉆頭，當(dāng)打孔掏巖心時(shí)，空心的金剛石薄壁鉆頭鉆到一定深度后，巖心就塞 滿了金剛石薄壁鉆頭的空心，此時(shí)增速器在套簡(jiǎn)內(nèi)的行程正好與鉆進(jìn)長(zhǎng)度相等， 可以防止鉆頭被巖心塞滿時(shí)，受力太大而損壞。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的卡爪的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1、鉆頭，2、卡爪，3、套簡(jiǎn)，4、輸出軸，5、增速器，6、輸入軸， 7、鉆機(jī)，8、滑鍵，9、滑動(dòng)鍵槽，10、扭簧，11、支撐塊，12、軸承，13、碟 簧，14、銷軸，15、卡槽，16、鉆桿、17、壓縮彈簧。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括金剛石鉆頭1及為鉆進(jìn)提供動(dòng)力的鉆機(jī)7, 鉆機(jī)7的動(dòng)力輸出軸上連接有鉆桿16;在鉆桿16和鉆頭1之間設(shè)置有增速器5, 增速器5的一端連接輸入軸6，輸入軸6與鉆機(jī)7連接，隨著鉆孔的深入，在鉆 機(jī)7和輸入軸6之間再逐漸連接不同長(zhǎng)度的鉆桿。增速器5的另一端設(shè)置輸出 軸4,輸出軸4與鉆頭1活動(dòng)連接，在輸出軸4與鉆頭1連接的部位設(shè)置有壓縮 彈簧17。輸入軸6、輸出軸4及增速器5內(nèi)部設(shè)置有互相連通的通水孔，此通 水孔通到金剛石鉆頭的內(nèi)部并通到鉆頭的前端的切削部位，通水孔的另一端通過(guò)鉆桿16與外部水源連接。
增速器5、輸入軸6、輸出軸4的外面設(shè)置有套筒3;套簡(jiǎn)3靠近鉆頭1的 一端設(shè)置有三個(gè)軸向的卡槽15，每個(gè)卡槽內(nèi)都設(shè)置有活動(dòng)的卡爪2,卡爪2上 端設(shè)置有軸承12;輸出軸4與鉆頭l連接的一端加工有不同直徑的軸段，兩個(gè) 不同直徑的軸段之間為圓錐形過(guò)渡段；卡爪2上的軸承12與輸出軸4的錐形過(guò) 渡段及大軸徑段滾動(dòng)配合。套簡(jiǎn)3上設(shè)置有軸向的滑動(dòng)鍵槽9，增速器5上設(shè)置 有滑鍵8，滑鍵8置于滑動(dòng)鍵槽9內(nèi)。當(dāng)鉆頭伸到預(yù)先鉆出的孔內(nèi)時(shí)，套簡(jiǎn)上的 卡爪是靠向輸出軸的，其不與孔壁接觸；當(dāng)鉆頭被巖石頂住不能前進(jìn)時(shí)，輸出 軸仍能繼續(xù)前進(jìn)一段距離，前進(jìn)的過(guò)程中輸出軸的圓錐面與卡爪上的軸承接觸 將卡爪撐開(kāi)，使卡爪上的支撐塊與孔壁接觸，將套簡(jiǎn)固定。開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)開(kāi)始鉆孔 時(shí)，隨著鉆進(jìn)深度增加，當(dāng)增速器上的滑鍵到達(dá)滑動(dòng)鍵槽的端部時(shí)，即停止鉆 孔，將鉆頭、鉆桿連同增速器撤出，當(dāng)輸出軸后撤過(guò)程中輸出軸上的圓錐段到 達(dá)軸承的限定位置時(shí)，扭簧推動(dòng)卡爪復(fù)位，實(shí)現(xiàn)套簡(jiǎn)與孔壁分離，此時(shí)增加相 應(yīng)長(zhǎng)度的鉆桿繼續(xù)向前推動(dòng)，進(jìn)行下一個(gè)鉆孔周期。
卡爪的結(jié)構(gòu)如圖2所示?？ㄗ?與套簡(jiǎn)3的卡槽15配合連接，在卡爪2的 底部設(shè)置一銷軸14，銷軸14將卡爪2活動(dòng)連接在套簡(jiǎn)3的卡槽內(nèi)；在卡爪2底 部、設(shè)置上述銷軸14的位置處還開(kāi)有彈簧槽，彈簧槽內(nèi)設(shè)置有套在銷軸14上 的扭簧IO，扭簧10為卡爪2提供扭向套簡(jiǎn)3軸心方向的力。軸承12設(shè)置在卡 爪2的前端，在上述扭簧的作用下，此軸承12始終與輸出軸《保持接觸。在卡 爪2的中部、面向套簡(jiǎn)3的外表面處設(shè)置有孔，此孔口部設(shè)置一支撐塊ll，此 支撐塊ll與孔活動(dòng)連接，可以沿孔的軸向移動(dòng)，但也通過(guò)擋塊限制其與孔脫離， 支撐塊ll里面的孔內(nèi)還設(shè)置有碟簧13。
權(quán)利要求
1、近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，包括與鉆機(jī)輸出軸連接的鉆桿(16)、鉆頭(1)，其特征在于在鉆桿(16)和鉆頭(1)之間設(shè)置有增速器(5)，增速器(5)的一端連接有與鉆桿連接的輸入軸(6)，增速器(5)的另一端設(shè)置有與鉆頭(1)活動(dòng)連接的輸出軸(4)；增速器(5)及輸入軸(6)、輸出軸(4)的外面設(shè)置有外徑不大于鉆頭直徑的套筒(3)；套筒(3)上設(shè)置有將套筒固定在所鉆孔壁上的卡緊裝置；套筒(3)上設(shè)置有滑動(dòng)鍵槽(9)，增速器(5)上設(shè)置有與滑動(dòng)鍵槽(9)配合的滑鍵(8)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，其特征在于所述鉆 頭為空心薄壁鉆頭，滑動(dòng)鍵槽(9)的長(zhǎng)度與空心薄壁鉆頭(1)的鉆進(jìn)深度相 應(yīng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，其特征在于所述鉆 頭與增速器(5)的輸出軸(4)的連接處設(shè)置有彈簧(17);所述套筒(3)上 的卡緊裝置是在套簡(jiǎn)的靠近鉆頭(1)的一端上的卡槽(15)內(nèi)設(shè)置有活動(dòng)的卡 爪(2)，卡爪(2)上設(shè)置有與輸出軸(4)滾動(dòng)接觸配合的軸承(12)，輸出軸(4)與軸承(12)配合的部位加工有錐形過(guò)渡段，軸承(12)與此錐形過(guò)渡段 及大軸徑段接觸配合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，其特征在于所述卡 爪(2)與套簡(jiǎn)(3)的卡槽(15)通過(guò)設(shè)置在卡爪(2)的底部的銷軸(l4)活 動(dòng)配合連接；在卡爪(2)的底部、設(shè)置上述銷軸(14)的位置處開(kāi)有彈簧槽， 彈簧槽內(nèi)設(shè)置有套在銷軸(14)上的扭簧(10);軸承(12)設(shè)置在卡爪(2) 的前端；在卡爪(2)的中部、面向套簡(jiǎn)(3)的外表面處設(shè)置有具有彈力的支 撐塊(11)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，其特征在于所述支 撐塊(11)通過(guò)限位結(jié)構(gòu)活動(dòng)限制在卡爪(2)的中部的孔內(nèi)，在孔底與支撐塊(11)之間設(shè)置有碟簧U3)。
6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，其特征在于所述輸 入軸(6)、輸出軸(4)及增速器(5)內(nèi)部設(shè)置有互相連通的通到鉆頭內(nèi)部及 前端的通水孔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，屬于鉆孔機(jī)械領(lǐng)域。它是在接近鉆頭的位置處設(shè)置有增速器，增速器的一端為與鉆機(jī)連接的輸入軸，增速器的另一端有與鉆頭連接輸出軸。增速器的外面設(shè)置有套筒；套筒靠近鉆頭的一端設(shè)置有支撐孔壁、固定套筒的活動(dòng)卡爪，卡爪上設(shè)置有與輸出軸接觸配合的軸承，增速器上的滑鍵與套筒上的滑動(dòng)鍵槽配合，輸入軸、輸出軸及增速器內(nèi)部設(shè)置有互相連通的通水孔一直連通至鉆頭內(nèi)部。本發(fā)明是在深孔內(nèi)部靠近鉆頭的地方才為鉆頭提供加速，實(shí)現(xiàn)鉆頭在深孔內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)切削，而輸入軸和鉆桿是低速旋轉(zhuǎn)，鉆桿及鉆頭不會(huì)發(fā)生劇烈抖動(dòng)，不但能保證孔的直線度和孔徑的精確，而且還會(huì)延長(zhǎng)鉆頭的壽命，提高鉆孔效率。
文檔編號(hào)E21B3/00GK101319596SQ20081005542
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者馮春保, 劉占宏, 劉水東, 偉 李, 李占利 申請(qǐng)人:石家莊中煤裝備制造有限公司;河北冀凱實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司