近距增速式硬巖深孔鑽進器的製作方法

2023-04-24 01:25:36

專利名稱：近距增速式硬巖深孔鑽進器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鑽孔工具，尤其是指一種應用於巖石中鑽孔的近距增 速式硬巖深孔鑽進器。
技術背景在巖石中鑽孔是採礦、建築、隧道等行業中非常重要的一項工作，諸如錨 索孔、爆破孔、安裝孔等都需要在巖石中鑽孔。針對鑽孔工作的設備和工具有 很多，諸如液壓鑽機、氣動鑽機、衝擊式鑽機以及配套的各種硬質合金鑽頭、 金剛石鑽頭等。這些鑽孔設備都是在鑽機的輸出軸上直接安裝鑽頭，或者為了 鑽深孔則在鑽機的輸出軸上安裝加長鑽杆，然後再將鑽頭連接在鑽杆的前端。 鑽機是提供動力的設備，其體積較大，只能停留在所鑽的孔外。在鑽深孔時需 要將鑽杆加長。由於鑽孔時鑽頭需要高速旋轉才能鑽進，當鑽杆加長後，鑽杆 及鑽頭在高速旋轉時就會劇烈抖動，這樣不但會損壞鑽頭，而且在鑽深孔時不 能保證孔的直線度和孔徑，並還有可能造成安全隱患。這些設備普遍存在的缺點是鑽深孔時只能釆用低轉速，因此鑽進效率很差； 高轉速時，不能鑽深孔。在堅硬的巖石內鑽孔作業時，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、土層交替的地質構造時鑽出的孔不能 符合要求。鑽孔是開展其它作業的先期工作，鑽孔的效率低將影響其它作業的 進度和速度。開發一種結構簡單、輕便、通用性強，又能實現在硬巖中高速鑽 進的設備顯得尤為重要。 實用新型內容本實用新型需要解決的技術問題是提供一種為鑽頭近距離提供高轉速的鑽 進的設備,能夠實現在硬質巖石中高速鑽進、在不同硬度的巖層中都能通用。實用新型所採取的技術方案是一種近距增速式硬巖深孔鑽進器，包括為鑽進提供動力的鑽機、鑽頭；在鑽機和鑽頭之間接近鑽頭的位置處設置有增速器，增速器的一端連接輸入軸，輸入軸與鑽機連接；增速器的另一端設置輸出軸，輸出軸與鑽頭連接。在鑽深孔時，則在鑽機與增速器之間連接與鑽孔深度匹配的鑽杆。本實用新型的增速器的進一步具體結構為增速器的外面設置有套簡；套 筒靠近鑽頭的一端設置有三個軸向的卡槽，每個卡槽內都設置有與套簡連接的 活動的卡爪，卡爪上設置有軸承；增速器的輸出軸與鑽頭連接的一端加工有不 同直徑的軸段，兩個不同直徑的軸段之間為錐形過渡段；卡爪上的軸承與輸出 軸的錐形過渡段及大軸徑段配合。輸出軸與鑽頭為活動連接，其連接處設置有壓縮彈簧，當鑽頭被巖石頂住 不能前進時，輸出軸能繼續前進一段距離，將壓縮彈簧壓縮，前進的過程中輸 出軸的圓錐面與卡爪上的軸承接觸將卡爪撐開。套簡上設置有軸向的滑動鍵槽，增速器上設置有滑鍵，滑鍵置於滑動鍵槽內。如果鑽孔時使用的是金剛石薄壁鑽頭，則滑動鍵槽的長度與鑽頭的鑽進長 度相應，增速器在套簡內的行程與鑽頭的鑽進長度相等。本實用新型的卡爪的進一步具體結構為卡爪與套簡的卡槽配合連接，在 卡爪的底部設置一銷軸，銷軸將卡爪活動連接在套簡的卡槽內；在卡爪底部設 置上述銷軸的位置，還開有彈簧槽，彈簧槽內設置有套在銷軸上的扭簧，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 外表面處設置有孔，此孔內的底部設置有碟簧，上部設置有一個置於孔口部位 的支撐塊，支撐塊被限制在此孔內，並且支撐塊能在空內沿孔的軸線方向活動。本實用新型的進一步改進在於所述輸入軸、輸出軸及增速器內部設置有 互相連通的通水孔，此通水孔一直延伸到鑽頭內部。
由於釆用了上述技術方案，本實用新型所取得的技術進步在於 釆用本實用新型的設備鑽孔時的工作過程是，先用普通鑽頭在需開孔的巖 石上開出一定深度的孔，將金剛石鑽頭與增速器的輸出軸相連接，將鑽杆與增 速器的輸入軸相連接，將鑽杆與鑽機相連接，用鑽機將以上連接好的部件送入 孔的底部，此時，鑽頭頂在孔底上，輸出軸壓縮鑽頭與輸出軸連接處的彈簧並 繼續向前移動，套簡上的卡爪被輸出軸上設置的圓錐段撐開，進入套簡的卡槽 內，並撐緊在所鑽出的孔壁上，從而將套簡固定，使其不能轉動也不能沿孔發 生軸向移動。開動鑽機並向前推進，增速器對鑽機輸出的轉速進行加速並傳遞 給金剛石鑽頭，增速器通過沿套簡的滑動鍵槽向前移動，同時推動鑽頭向前鑽 進。當增速器上的滑鍵到達滑動鍵槽的端部時，將鑽頭、鑽杆連同增速器撤出， 當輸出軸後撤過程中輸出軸上的圓錐段到達軸承的限定位置時，扭簧推動卡爪 復位，實現套簡與孔壁分離，此時增加相應長度的鑽杆繼續向前推動，重複打 鑽過程，直至完成需鑽孔深度。本實用新型將微型增速器應用到鑽孔作業，是在深孔內部為鑽頭提供近距 離的加速，可以實現鑽頭在深孔內高速轉動切削；由於本實用新型只有輸出軸 是高速旋轉，而輸入軸及與輸入軸連接的鑽杆是低速旋轉，即使鑽杆加長，鑽 杆及鑽頭也不會發生劇烈抖動，這樣在鑽進深孔時不但能保證孔的直線度和孔 徑的精確，而且還會充分發揮金剛石鑽頭的性能延長鑽頭的壽命，提高鑽孔效 率。本實用新型設備簡單，操作容易，能有效改善作業環境，降低鑽孔成本， 提高作業效率。本實用新型能夠將鑽進器的套簡固定在深孔的孔壁上，當鑽機施加頂力時， 輸出軸向前移動時，才推動三個卡爪沿徑向撐開，支撐塊才與孔壁接觸，並推 動碟簧壓縮對卡緊裝置施加預緊力，使套簡固定在孔壁上。卡爪與套筒通過扭 簧連接，當卡爪張開時，扭簧處於壓縮狀態。當完成一次鑽孔作業，向後撤出 鑽進器，當輸出軸後撤過程中輸出軸上的圓錐段到達軸承的限定位置時，扭簧 推動卡爪復位，實現套簡與孔壁分離，使鑽具順利撤出。卡爪上的軸承可以轉
動，使鑽孔過程中輸出軸轉動時不會產生太大的阻力。在輸入軸、增速器、輸 出軸內設置的通水孔可以為鑽頭提供冷卻用水， 一是可以降低鑽頭的溫度，二 是為切削提供潤滑，三是可以軟化巖石。

圖l是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型的卡爪的結構示意圖。其中1、鑽頭，2、卡爪，3、套筒，4、輸出軸，5、增速器，6、輸入軸， 7、鑽機，8、滑鍵，9、滑動鍵槽，10、扭簧，11、支撐塊，12、軸承，13、碟 簧，14、銷軸，15、卡槽。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進 一 步詳細說明本實用新型的結構如圖1所示，它包括金剛石鑽頭1及為鑽進提供動力的 鑽機7;在鑽機7和鑽頭1之間接近鑽頭1的位置處設置有增速器5，增速器5 的一端連接輸入軸6，輸入軸6與鑽機7連接，隨著鑽孔的深入，在鑽機7和輸 入軸6之間再逐漸連接不同長度的鑽杆。增速器5的另一端設置輸出軸4，輸出 軸4與鑽頭1活動連接，在輸出軸4與鑽頭1連接的部位設置有壓縮彈簧。輸 入軸6、輸出軸4及增速器5內部設置有互相連通的通水孔，此通水孔通到鑽頭 的內部，通水孔的另一端通過鑽杆與外部水源連接。增速器5、輸入軸6、輸出軸4的外面設置有套簡3;套筒3靠近鑽頭1的 一端設置有三個軸向的卡槽15，每個卡槽內都設置有活動的卡爪2，卡爪2上 端設置有軸承12;輸出軸4與鑽頭1連接的一端加工有不同直徑的軸段，兩個 不同直徑的軸段之間為圓錐形過渡段；卡爪2上的軸承12與輸出軸4的錐形過 渡段及大軸徑段滾動配合。套筒3上設置有軸向的滑動鍵槽9,增速器5上設置 有滑鍵8,滑鍵8置於滑動鍵槽9內。滑動鍵槽9的長度限制增速器5及滑鍵8 在套簡3內的行程。當鑽頭伸到預先鑽出的孔內被巖石頂住不能前進時，輸出 軸仍能繼續前進一段距離，前進的過程中輸出軸的圓錐面與卡爪上的軸承接觸 將卡爪撐開，使卡爪上的支撐塊與孔壁接觸，將套簡固定。卡爪的結構如圖2所示。卡爪2與套簡3的卡槽15配合連接，在卡爪2的 底部設置一銷軸14，銷軸14將卡爪2活動連接在套簡3的卡槽內；在卡爪2底 部、設置上述銷軸14的位置處還開有彈簧槽，彈簧槽內設置有套在銷軸14上 的扭簧IO,扭簧10為卡爪2提供扭向套簡3軸心方向的力。軸承12設置在卡 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的外表面處設置有孔，此孔口部設置一支撐塊ll，此 支撐塊ll與孔活動連接，可以沿孔的軸向移動，但也通過擋塊限制其與孔脫離， 支撐塊ll裡面的孔內還設置有碟簧13。
權利要求1、近距增速式硬巖深孔鑽進器，包括鑽機(7)、鑽頭(1)，其特徵在於在鑽機和鑽頭之間接近鑽頭的位置處設置有微型的增速器(5)，增速器(5)的一端連接有與鑽杆連接或者與鑽機(7)的輸出軸連接的輸入軸(6)，增速器(5)的另一端設置有與鑽頭(1)連接的輸出軸(4)。
2、 根據權利要求l所述的近距增速式硬巖深孔鑽進器，其特徵在於所述鑽 頭與輸出軸的連接處設置有保證輸出軸與鑽頭之間短距離軸向移動的彈簧。
3、 根據權利要求1或者2所述的近距增速式硬巖深孔鑽進器，其特徵在於 所述增速器(5)及輸入軸(6)、輸出軸(4)的外面設置有外部尺寸不大於鑽 頭外徑的套簡(3 );套簡(3 )靠近鑽頭(1)的一端設置有卡槽(15 ),卡槽(15 ) 內設置有活動的卡爪(2),卡爪(2)上設置有與輸出軸(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渡段，軸承(12)與此錐形 過渡段及大軸徑段接觸配合；套簡(3)上設置有滑動鍵槽(9)，增速器(5) 上設置有與滑動鍵槽(9)配合的滑鍵(8)。
4、 根據權利要求3所述的近距增速式硬巖深孔鑽進器，其特徵在於所述鑽 頭為空心薄壁鑽頭時，增速器上的滑鍵在滑動鍵槽(9)的行程長度與鑽頭(1) 的鑽進深度相應。
5、 根據權利要求3所述的近距增速式硬巖深孔鑽進器，其特徵在於所述卡 爪(2)與套簡(3)的卡槽(15)通過設置在卡爪(2)的底部的銷軸(l4)活 動配合連接；在卡爪(2)的底部、設置上述銷軸(14)的位置處開有彈簧槽， 彈簧槽內設置有套在銷軸(14)上的扭簧(10);軸承(12)設置在卡爪(2) 的前端；在卡爪(2)的中部、面向套簡(3)的外表面處設置有具有彈力的支 撐塊Ul)。
6、 根據權利要求5所述的近距增速式硬巖深孔鑽進器，其特徵在於所述支 撐塊(11)通過限位結構活動限制在卡爪(2)的中部的孔內，在孔底與支撐塊 (11)之間設置有碟簧(13)。
7、根據權利要求l所述的近距增速式硬巖深孔鑽進器，其特徵在於所述輸 入軸、輸出軸及增速器內部設置有互相連通的通到鑽頭前端的通水孔。
專利摘要本實用新型公開了一種近距增速式硬巖深孔鑽進器，屬於鑽孔機械領域。它是在接近鑽頭的位置處設置有增速器，增速器的一端為與鑽機連接的輸入軸，增速器的另一端有與鑽頭連接輸出軸。增速器的外面設置有套筒；套筒靠近鑽頭的一端設置有支撐孔壁、固定套筒的活動卡爪，卡爪上設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鍵槽配合，輸入軸、輸出軸及增速器內部設置有互相連通的通水孔一直連通至鑽頭內部。本實用新型是在深孔內部靠近鑽頭的地方才為鑽頭提供加速，實現鑽頭在深孔內高速轉動切削，而輸入軸和鑽杆是低速旋轉，鑽杆及鑽頭不會發生劇烈抖動，不但能保證孔的直線度和孔徑的精確，而且還會延長鑽頭的壽命，提高鑽孔效率。
文檔編號E21B3/00GK201214982SQ20082007794
公開日2009年4月1日 申請日期2008年7月18日 優先權日2008年7月18日
發明者馮春保, 劉佔宏, 劉水東, 偉 李, 李佔利 申請人:石家莊中煤裝備製造有限公司;河北冀凱實業集團有限公司