【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及桩基建设工程，特别涉及一种在钻进过程中能够实现高频小能量辅助冲击的钻杆装置及方法。
技术介绍
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技术介绍
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1、在现代工业领域中，大型钻杆作为石油、天然气、矿山等行业的关键工具，其应用广泛且作用重大。然而，伴随着这些设备的广泛应用，钻杆冲击力过大所带来的危害也日益显现。面对超硬岩壁的恶劣工况条件，长期的冲击作用会导致钻杆、钻头、轴承等关键部件的磨损加剧，缩短设备使用寿命，同时冲击力过大也会导致钻进速度下降，影响作业效率。冲击力主要来源于钻头的冲击破碎作用、钻杆与孔壁的摩擦、以及地层的不均匀性等因素。
2、本专利技术提供的一种高频小能量辅助冲击钻杆装置及方法，通过对辅助冲击钻杆多维度方向控制，同时对辅助冲击钻杆施加超声振动，实现辅助冲击钻杆在钻进施工作业区周向高频冲击，达到辅助冲击和预冲击的效果，有望减少钻杆冲击力。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种在钻进过程中能够实现高频小能量辅助冲击的钻杆装置及方法。本专利技术可以使工程钻机的钻杆适应复杂工况，提高钻进工作效率，延长钻头寿命。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种高频小能量辅助冲击钻杆装置，包括：主支架、副支架、主电机、步进电机、辅助冲击钻杆、超声电源、固定架、变速箱、齿轮箱和连接杆，所述主支架和副支架通过螺栓固定在钻机工作平台上，所述主电机与变速箱分别安装在主支架两侧，所述
4、作为本专利技术的进一步优选，前述的变速箱内部设有主动轴、从动轴、直齿轮和不完全齿轮，主动轴左端与主电机输出轴通过联轴器连接，主动轴右端通过平键连接固定有直齿轮，从动轴左端固定有不完全齿轮，直齿轮与不完全齿轮啮合，从动轴右端通过联轴器与中间轴连接，主动轴的右端安装有深沟球轴承和挡圈；
5、作为本专利技术的进一步优选，前述的齿轮箱内部设有输出轴、中间轴，步进电机的输入轴上固定有直齿轮，输出轴上也固定有直齿轮，以上这对直齿轮相互啮合，输出轴右端与连接杆通过螺纹连接，中间轴通过一对锁紧螺钉与齿轮箱固定；
6、作为本专利技术的进一步优选，前述的辅助冲击钻杆内设有超声波发生器、超声波换能器和变幅杆，超声电源与超声波发生器连接，输入高频脉冲电源信号，利用超声波发生器产生超声波，再利用超声波换能器传递到变幅杆，在辅助冲击钻杆末端形成高频振动；
7、作为本专利技术的进一步优选，主电机驱动主动轴旋转，通过直齿轮与不完全齿轮的啮合传动，实现中间轴带动齿轮箱的摆动，以水平方向为0°，逆时针为正，齿轮箱的摆动角度变化范围为-90°至45°；
8、作为本专利技术的进一步优选，前述的步进电机工作，通过一对直齿轮啮合，带动连接杆作匀速周向旋转，从而实现辅助冲击钻杆固定直径的周向运动，该直径范围为300-800mm；
9、作为本专利技术的进一步优选，辅助冲击钻杆的超声振动频率为20-100khz，能量为40-100kj/cm2；
10、一种基于任一所述的高频小能量辅助冲击钻杆装置的冲击方法，具体包括以下步骤：
11、第一步，操作工程钻机，使得工程钻机工作平台的位置位于装进施工作业区；
12、第二步，启动主电机，使得辅助冲击钻杆随着齿轮箱摆动，直至辅助冲击钻杆垂直接触于施工作业面，关闭主电机；
13、第三步，开启超声电源，输入高频脉冲电源信号，使得辅助冲击钻杆产生超声高频振动，对作业面实施定点振动冲击；
14、第四步，启动步进电机，使得辅助冲击钻杆在做振动冲击的同时，以固定的直径作圆周运动；
15、第五步，待辅助冲击钻杆完成一周的回转冲击，实现了预冲击后，关闭步进电机，再关闭超声电源；
16、第六步，调整工程钻机工作平台的位置，使得辅助冲击钻杆脱离施工作业面，启动工程钻机的主力钻杆，开始进行快速钻进施工；
17、第七步，完成主力钻杆钻进施工后，转移至新的施工作业点，重复以上步骤，充分利用高频小能量辅助冲击方法，加快整体钻进施工。
18、通过以上技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
19、1.本专利技术可以实现主力钻杆冲钻的辅助冲击和预冲击。
20、2.本专利技术可以使工程钻机的钻杆适应复杂工况，提高钻进工作效率，延长钻头寿命。
21、3.本专利技术结构简单，易于拆装维修。
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1.一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于，包括：主支架(3)、副支架(6)、主电机(1)、步进电机(5)、辅助冲击钻杆(7)、超声电源(8)、固定架(10)、变速箱(2)、齿轮箱(4)和连接杆(14)，所述主支架(3)和副支架(6)通过螺栓固定在钻机工作平台上，所述主电机(1)与变速箱(2)分别安装在主支架(3)两侧，所述齿轮箱(4)安装在副支架(6)内侧，所述步进电机(5)安装在齿轮箱(4)的上方，所述连接杆(14)与齿轮箱(4)输出轴连接，所述固定架(10)固定在连接杆(14)上，所述超声电源(8)固定在固定架(10)外侧，所述辅助冲击钻杆(7)连接在固定架(10)中间。
2.如权利要求1所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于：变速箱(2)内部设有主动轴(12)、从动轴(13)、直齿轮(15)和不完全齿轮(11)，所述主动轴(12)左端与主电机(1)输出轴通过联轴器(16)连接，所述主动轴(12)右端通过平键连接固定有直齿轮(15)，所述从动轴(13)左端固定有不完全齿轮(11)，所述直齿轮(15)与不完全齿轮(11)啮合，所述从动
3.如权利要求1所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于：齿轮箱(4)内部设有直齿轮(22)、直齿轮(24)、输出轴(26)和中间轴(9)，所述直齿轮(22)固定于步进电机(5)的输入轴，所述直齿轮(24)固定于输出轴(26)，所述直齿轮(22)和直齿轮(24)啮合，所述输出轴(26)右端与连接杆(14)螺纹连接，所述中间轴(9)通过锁紧螺钉(21)和锁紧螺钉(23)与齿轮箱(4)固定。
4.如权利要求1所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于：所述辅助冲击钻杆(7)内设有超声波发生器、超声波换能器和变幅杆，超声电源(8)与超声波发生器连接，输入高频脉冲电源信号，利用超声波发生器产生超声波，再利用超声波换能器传递到变幅杆，通过变幅杆放大振幅，在辅助冲击钻杆(7)末端形成高频振动。
5.根据权利要求书2所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于：主电机(1)驱动主动轴(12)旋转，通过直齿轮(15)与不完全齿轮(11)的啮合传动，实现中间轴(9)带动齿轮箱(4)的摆动，以水平方向为0°，逆时针为正，齿轮箱(4)摆动角度变化范围为-90°至45°。
6.根据权利要求书3所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于：步进电机(5)工作带动直齿轮(22)匀速转动，通过齿轮啮合，带动直齿轮(24)转动，从而使连接杆(14)作匀速周向旋转，从而实现辅助冲击钻杆(7)固定直径的周向运动，该直径范围为300-800mm。
7.如权利要求4所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于：所述辅助冲击钻杆(7)的超声振动频率为20-100kHz，能量为40-100kJ/cm2。
8.一种基于权利要求1至权利要求7中任一权利要求所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于，包括：主支架(3)、副支架(6)、主电机(1)、步进电机(5)、辅助冲击钻杆(7)、超声电源(8)、固定架(10)、变速箱(2)、齿轮箱(4)和连接杆(14)，所述主支架(3)和副支架(6)通过螺栓固定在钻机工作平台上，所述主电机(1)与变速箱(2)分别安装在主支架(3)两侧，所述齿轮箱(4)安装在副支架(6)内侧，所述步进电机(5)安装在齿轮箱(4)的上方，所述连接杆(14)与齿轮箱(4)输出轴连接，所述固定架(10)固定在连接杆(14)上，所述超声电源(8)固定在固定架(10)外侧，所述辅助冲击钻杆(7)连接在固定架(10)中间。
2.如权利要求1所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于：变速箱(2)内部设有主动轴(12)、从动轴(13)、直齿轮(15)和不完全齿轮(11)，所述主动轴(12)左端与主电机(1)输出轴通过联轴器(16)连接，所述主动轴(12)右端通过平键连接固定有直齿轮(15)，所述从动轴(13)左端固定有不完全齿轮(11)，所述直齿轮(15)与不完全齿轮(11)啮合，所述从动轴(13)右端通过联轴器(20)与中间轴(9)连接，所述主动轴(12)右端安装有深沟球轴承(17)和挡圈(18)。
3.如权利要求1所述的一种工程钻机高频小能量辅助冲击钻杆装置，其特征在于：齿轮箱(4)内部设有直齿轮(22)、直齿轮(24)、输出轴(26)和中间轴(9)，所述直齿轮(22)固定于步进电机(5)的输入轴，所述直齿轮(24)固定于输出轴(26)，所述直齿轮...
【专利技术属性】
技术研发人员：张华，邵岩松，李垚，谭化波，于凡茗，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
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