專(zhuān)利名稱(chēng)：近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆孔工具，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。
技術(shù)背景在巖石中鉆孔是采礦、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。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的技術(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)在硬質(zhì)巖石中高速鉆進(jìn)、在不同硬度的巖層中都能通用。實(shí)用新型所采取的技術(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)、鉆頭；在鉆機(jī)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)置輸出軸，輸出軸與鉆頭連接。在鉆深孔時(shí)，則在鉆機(jī)與增速器之間連接與鉆孔深度匹配的鉆桿。本實(shí)用新型的增速器的進(jìn)一步具體結(jié)構(gòu)為增速器的外面設(shè)置有套簡(jiǎn)；套 筒靠近鉆頭的一端設(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。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)。套簡(jiǎn)上設(shè)置有軸向的滑動(dòng)鍵槽，增速器上設(shè)置有滑鍵，滑鍵置于滑動(dòng)鍵槽內(nèi)。如果鉆孔時(shí)使用的是金剛石薄壁鉆頭，則滑動(dòng)鍵槽的長(zhǎng)度與鉆頭的鉆進(jìn)長(zhǎng) 度相應(yīng)，增速器在套簡(jiǎn)內(nèi)的行程與鉆頭的鉆進(jìn)長(zhǎng)度相等。本實(shí)用新型的卡爪的進(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(xiāo)軸，銷(xiāo)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(xiāo)軸的位置，還開(kāi)有彈簧槽，彈簧槽內(nèi)設(shè)置有套在銷(xiāo)軸上的扭簧，扭簧 為卡爪提供扭向套筒軸心方向的力。在卡爪的前端設(shè)置一軸承，在上述扭簧的 作用下，此軸承始終與增速器的輸出軸保持接觸。在卡爪的中部、面向套筒的 外表面處設(shè)置有孔，此孔內(nèi)的底部設(shè)置有碟簧，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)。本實(shí)用新型的進(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。
由于釆用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型所取得的技術(shù)進(jìn)步在于 釆用本實(shí)用新型的設(shè)備鉆孔時(shí)的工作過(guò)程是，先用普通鉆頭在需開(kāi)孔的巖 石上開(kāi)出一定深度的孔，將金剛石鉆頭與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 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)入套簡(jiǎn)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 給金剛石鉆頭，增速器通過(guò)沿套簡(jiǎn)的滑動(dòng)鍵槽向前移動(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，直至完成需鉆孔深度。本實(shí)用新型將微型增速器應(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；由于本實(shí)用新型只有輸出軸 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)，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。本實(shí)用新型設(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， 提高作業(yè)效率。本實(shí)用新型能夠?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)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套筒通過(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，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?？ㄗι系妮S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。

圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的卡爪的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、鉆頭，2、卡爪，3、套筒，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(xiāo)軸，15、卡槽。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn) 一 步詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的結(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;在鉆機(jī)7和鉆頭1之間接近鉆頭1的位置處設(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。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，此通水孔通到鉆頭 的內(nèi)部，通水孔的另一端通過(guò)鉆桿與外部水源連接。增速器5、輸入軸6、輸出軸4的外面設(shè)置有套簡(jiǎn)3;套筒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1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。套筒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)?；瑒?dòng)鍵槽9的長(zhǎng)度限制增速器5及滑鍵8 在套簡(jiǎn)3內(nèi)的行程。當(dāng)鉆頭伸到預(yù)先鉆出的孔內(nèi)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?？ㄗΦ慕Y(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(xiāo)軸14，銷(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)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4保持接觸。在卡 爪2的中部、面向套筒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，包括鉆機(jī)(7)、鉆頭(1)，其特征在于在鉆機(jī)和鉆頭之間接近鉆頭的位置處設(shè)置有微型的增速器(5)，增速器(5)的一端連接有與鉆桿連接或者與鉆機(jī)(7)的輸出軸連接的輸入軸(6)，增速器(5)的另一端設(shè)置有與鉆頭(1)連接的輸出軸(4)。
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 頭與輸出軸的連接處設(shè)置有保證輸出軸與鉆頭之間短距離軸向移動(dòng)的彈簧。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的近距增速式硬巖深孔鉆進(jìn)器，其特征在于 所述增速器(5)及輸入軸(6)、輸出軸(4)的外面設(shè)置有外部尺寸不大于鉆 頭外徑的套簡(jiǎn)(3 );套簡(jiǎn)(3 )靠近鉆頭(1)的一端設(shè)置有卡槽(15 ),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)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；套簡(jiǎn)(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)。
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，其特征在于所述鉆 頭為空心薄壁鉆頭時(shí)，增速器上的滑鍵在滑動(dòng)鍵槽(9)的行程長(zhǎng)度與鉆頭(1) 的鉆進(jìn)深度相應(yīng)。
5、 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(xiāo)軸(l4)活 動(dòng)配合連接；在卡爪(2)的底部、設(shè)置上述銷(xiāo)軸(14)的位置處開(kāi)有彈簧槽， 彈簧槽內(nèi)設(shè)置有套在銷(xiāo)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Ul)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5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(13)。
7、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、輸出軸及增速器內(nèi)部設(shè)置有互相連通的通到鉆頭前端的通水孔。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(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。本實(shí)用新型是在深孔內(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)E21B3/00GK201214982SQ20082007794
公開(kāi)日2009年4月1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