一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机制造技术

本发明专利技术涉及自动化钻探的技术领域，更具体地，涉及一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机，包括机架

【技术实现步骤摘要】
一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机


[0001]本专利技术涉及自动化钻探的
，更具体地，涉及一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机
。

技术介绍

[0002]地质钻探是人类研究地球大陆地壳和海洋地壳甚至地外星表的不可或缺的手段，对行星矿产资源
、
地质构造
、
生命起源等研究具有重要意义
。
为了实现超深钻进目标，多钻管连接钻进是目前研究最广泛的钻探方式
。
对于坚硬岩层，旋转钻进不足以破碎岩层，目前最有效的方法是在旋转钻进的基础上增加冲击作用
。
同时，螺旋钻在钻进时表现出了优秀的排屑性能，能以更低的功耗和钻压力穿透岩层
。
研究一种新型多杆接卸式旋转冲击螺旋钻进平台具有重要的科学研究和工程应用价值
。
[0003]目前公开了一种冲击钻具及具有该冲击钻具的冲击钻机，冲击钻具包括环形缸体
、
环形活塞和加力偏压件
。
其中，环形缸体具有上下敞口的环形腔，所述环形缸体连接牵引索，且下端安装有锤头；环形活塞设置于所述环形腔内，并与所述环形缸体可滑动地连接
:
加力偏压件设置于所述环形缸体与所述环形活塞之间，可对所述环形缸体施加相对于所述环形活塞向下而对所述环形活塞施加一个相对于所述环形缸体向上的偏压力
。
[0004]然而上述方案存在不适用于安装螺旋钻管实现旋转冲击钻进
、
无法完成多根螺旋钻管的可靠接卸
、
冲击功较小且不可调节以及各机构的运动很难精确独立控制的技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中不适用于安装螺旋钻管实现旋转冲击钻进
、
无法完成多根螺旋钻管的可靠接卸
、
冲击功较小且不可调节以及各机构的运动很难精确独立控制的不足，提供一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机，包括机架
、
活动设于所述机架的进给箱
、
设于所述进给箱底部的螺旋钻管
、
设于进给箱内用于驱动所述螺旋钻管转动的旋转机构
、
设于所述进给箱内用于为所述螺旋钻管提供冲击力的冲击机构
、
设于所述机架且用于控制所述进给箱竖直运动的进给机构
、
及设于所述机架且用于夹紧所述螺旋钻管的夹紧机构；所述冲击机构包括转动设于所述进给箱底部的冲击底座，所述冲击底座底部具有穿设于所述进给箱的连接头，所述连接头外壁设有限位凸起；所述螺旋钻管一端内壁设有
T
型凹槽，所述
T
型凹槽包括竖向凹槽和横向凹槽，所述限位凸起可由所述竖向凹槽插入至横向凹槽
、
并在横向凹槽两端之间滑动；所述螺旋钻管具有
T
型凹槽的一端外壁设有外螺纹
、
另一端内壁设有可与外螺纹连接的内螺纹；所述夹紧机构可夹紧由所述螺旋钻管连接而成的钻管柱中由上而下第二根所述螺旋钻管
。
[0008]本专利技术的一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机，利用旋转机构驱动所述螺旋钻管转
动，使螺旋钻管可以螺旋钻进，并利用进给机构控制所述进给箱的竖直运动来控制钻进的进给量，冲击机构可以为所述螺旋钻管提供冲击力；由于螺旋钻管可以通过一端的外螺纹与另一端的内螺纹依次螺纹连接固定，因此当连接头外壁的限位凸起由所述竖向凹槽插入至横向凹槽
、
并抵接在横向凹槽两端的任意一端时，控制夹紧机构夹紧由上而下的第二根所述螺旋钻管，此时控制旋转机构驱动所述螺旋钻管朝螺旋钻进的反方向转动至限位凸起与竖向凹槽对齐，再控制进给机构驱动进给箱向上移动，最上端的螺旋钻管可以从第二根螺旋钻管的上方自动旋开，实现螺旋钻管的自动拆卸，同理也可以实现螺旋钻管之间的自动安装；本专利技术可以根据坚硬或松软地层实现多根螺旋钻管的切削
、
冲击
、
穿透和接卸功能，为螺旋钻管提供旋转
、
冲击
、
进给和夹紧四个独立控制的自由度，组合成多种钻探方法以适应不同地层性质的钻探要求，提高破岩效率，分别是压入式
、
旋转钻进式或旋转冲击钻进式，轻松实现多根螺旋钻管钻进地层的可靠接卸和旋转冲击功能，有效解决了现有技术中不适用于安装螺旋钻管实现旋转冲击钻进
、
无法完成多根螺旋钻管的可靠接卸
、
冲击功较小且不可调节以及各机构的运动很难精确独立控制的技术问题
。
[0009]进一步地，所述冲击机构包括固定设于所述进给箱顶部的固定筒
、
同轴设于所述固定筒内的旋转柱
、
设于所述固定筒顶部且用于驱动所述旋转柱转动的冲击电机
、
转动设于所述旋转柱底部的转动销
、
同轴套设于所述旋转柱外壁的圆柱凸轮
、
设于所述圆柱凸轮顶部与固定筒之间且用于向圆柱凸轮提供向下弹力的弹力弹簧
、
及套设于所述圆柱凸轮外壁的冲击锤；所述冲击底座设于所述冲击锤的下方，所述转动销可沿所述圆柱凸轮的下端面转动以使所述圆柱凸轮相对所述旋转柱向上移动并自由落地运动
。
由于转动设于所述旋转柱的转动销可沿所述圆柱凸轮的下端面转动以使所述圆柱凸轮相对所述旋转柱向上移动并自由落地运动，当转动销使圆柱凸轮由下向上移动的过程中，圆柱凸轮不断压缩弹力弹簧，圆柱凸轮受到向下的弹力越来越大，直到转动销使圆柱凸轮到达顶点做自由落地运动的瞬间，弹力弹簧的弹性势能和圆柱凸轮自身的重力势能都集中在冲击锤上，最终释放在冲击底座上完成冲击；本专利技术将圆柱凸轮作为从动件，利用圆柱凸轮的向上移动同时积攒弹力弹簧的弹性势能和圆柱凸轮的自身重力势能，极大提高了冲击锤对冲击底座释放的冲击力
。
[0010]进一步地，所述圆柱凸轮底部设有若干组首尾相接且围绕所述旋转柱轴心设置的导向台，所述导向台由起始端至末端形成可使所述圆柱凸轮竖直上升的正弦曲面；一组所述导向台的末端到另一组导向台的起始端形成可使所述圆柱凸轮竖直下落的直线曲面阶梯；所述转动销径向穿设于所述旋转柱且两端可分别沿若干组所述导向台的下端面转动
。
由于转动销径向穿设于所述旋转柱且两端可分别沿若干组所述导向台的下端面转动，当转动销在导向台上由起始端至末端移动时，由于该段为平滑的正弦曲面，可以在避免转动销沿导向台移动时产生冲击荷载的前提下使圆柱凸轮逐渐上升，避免长时间工作导致的接触疲劳而产生损坏；而一组所述导向台的末端到另一组导向台的起始端形成可使所述圆柱凸轮竖直下落的直线曲面阶梯，圆柱凸轮可以直接从最高处竖直砸下，最大限度释放所有势能
。
[0011]进一步地，所述固定筒包括固定于所述进给箱顶部的限位座和设置在所述限位座下方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机，其特征在于：包括机架
(11)、
活动设于所述机架
(11)
的进给箱
(12)、
设于所述进给箱
(12)
底部的螺旋钻管
(15)、
设于进给箱
(12)
内用于驱动所述螺旋钻管
(15)
转动的旋转机构
(14)、
设于所述进给箱
(12)
内用于为所述螺旋钻管
(15)
提供冲击力的冲击机构
(8)、
设于所述机架
(11)
且用于控制所述进给箱
(12)
竖直运动的进给机构
(13)、
及设于所述机架
(11)
且用于夹紧所述螺旋钻管
(15)
的夹紧机构
(16)
；所述冲击机构
(8)
包括转动设于所述进给箱
(12)
底部的冲击底座
(80)
，所述冲击底座
(80)
底部具有穿设于所述进给箱
(12)
的连接头
(81)
，所述连接头
(81)
外壁设有限位凸起
(82)
；所述螺旋钻管
(15)
一端内壁设有
T
型凹槽
(151)
，所述
T
型凹槽
(151)
包括竖向凹槽
(152)
和横向凹槽
(153)
，所述限位凸起
(82)
可由所述竖向凹槽
(152)
插入至横向凹槽
(153)、
并在横向凹槽
(153)
两端之间滑动；所述螺旋钻管
(15)
具有
T
型凹槽
(151)
的一端外壁设有外螺纹
(154)、
另一端内壁设有可与外螺纹
(154)
连接的内螺纹
(155)
；所述夹紧机构
(16)
可夹紧由所述螺旋钻管
(15)
连接而成的钻管柱中由上而下第二根所述螺旋钻管
(15)。2.
根据权利要求1所述的一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机，其特征在于：所述冲击机构
(8)
包括固定设于所述进给箱
(12)
顶部的固定筒
(1)、
同轴设于所述固定筒
(1)
内的旋转柱
(2)、
设于所述固定筒
(1)
顶部且用于驱动所述旋转柱
(2)
转动的冲击电机
(3)、
转动设于所述旋转柱
(2)
底部的转动销
(4)、
同轴套设于所述旋转柱
(2)
外壁的圆柱凸轮
(5)、
设于所述圆柱凸轮
(5)
顶部与固定筒
(1)
之间且用于向圆柱凸轮
(5)
提供向下弹力的弹力弹簧
(6)、
及套设于所述圆柱凸轮
(5)
外壁的冲击锤
(7)
；所述冲击底座
(80)
设于所述冲击锤
(7)
的下方，所述转动销
(4)
可沿所述圆柱凸轮
(5)
的下端面转动以使所述圆柱凸轮
(5)
相对所述旋转柱
(2)
向上移动并自由落地运动
。3.
根据权利要求2所述的一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机，其特征在于：所述圆柱凸轮
(5)
底部设有若干组首尾相接且围绕所述旋转柱
(2)
轴心设置的导向台
(51)
，所述导向台
(51)
由起始端至末端形成可使所述圆柱凸轮
(5)
竖直上升的正弦曲面
(511)
；一组所述导向台
(51)
的末端到另一组导向台
(51)
的起始端形成可使所述圆柱凸轮
(5)
竖直下落的直线曲面阶梯
(512)
；所述转动销
(4)
径向穿设于所述旋转柱
(2)
且两端可分别沿若干组所述导向台
(51)
的下端面转动
。4.
根据权利要求2所述的一种多杆接卸式旋转冲击螺旋钻机，其特征在于：所述固定筒
(1)
包括固定于所述进给箱
(12)
顶部的限位座
(101)
和设置在所述限位座
(101)
下方的限位筒
(102)
，所述限位筒
(102)
与所述限位座
(101)
之间形成用于限制所述圆柱凸轮
(5)
上升的抵接轴肩
(103)
，所述限位筒
(102)
底部内壁设有第一轴承
(104)
，所述第一轴承
(104)
的内壁套设于所述冲击底座
(80)
的外壁；所述冲击锤
(7)
与所述限位筒
(102)
之间设有若干用于向所述冲击锤
(7)
提供向下拉力的拉力弹簧
(9)
；所述限位筒
(102)
设有拉簧固定轴
(105)
，所述冲击锤
(7)
在所述拉簧固定轴
(105)
上方固定设有拉簧连接件
(106)
，所述拉力弹簧
(9)
一端连接于所述拉簧连接件
(106)、
另一端连接于所述拉簧固定轴
(105)。5.
根据权利要求2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家斌，张涛，叶旻辉，武日月，钟沛能，许锦昌，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：