一種衝擊頻率可調節的高風壓深孔衝擊器的製作方法

2023-10-10 19:40:04

本發明涉及一種氣動衝擊鑽孔設備，尤其是一種衝擊頻率可調節的高風壓深孔衝擊器，用於打深孔水井、深孔基礎樁及各種土木工程和地下開採所需的打深孔場合。

背景技術：

當前，市場上的深孔衝擊器主要為宜昌市五環鑽機具有限責任公司於2010年申請獲得的專利《無閥單缸型高效潛孔衝擊器》，其專利號為：ZL 201020124375.6。近幾年，這種衝擊器通過不同生產廠家的不斷改進，目前也只能打孔深為200m以內的深孔，難以打深度超過200m的深孔，主要原因在於衝擊器自身的結構決定其在打深孔時，由於衝擊頻率過高，並且衝擊頻率無法調節，導致進入衝擊器中的高壓風量大部分維持消耗在衝擊器的活塞做無用功上，而沒有足夠的風量保持進入鑽頭中的通氣孔道進行孔底排渣，一旦鑽頭底部的巖渣不能及時排出就會出現埋鑽和卡鑽，雖然衝擊器的活塞不停地在做功，但整個衝擊是難以進尺的，鑽頭只能重複地擊打在不能排出的巖渣上，這不僅消耗大量的能量，而且嚴重限制了衝擊器打孔的深度。

技術實現要素：

本發明的目的就是要解決當前衝擊器的衝擊頻率過高且衝擊頻率無法調節，導致打深孔時衝擊力不足，並且不能確保始終有足夠的風壓和風量進入鑽頭孔底排渣，進而影響衝擊器打孔深度的問題，為此提供一種衝擊頻率可調節的高風壓深孔衝擊器。

本發明的具體方案是：一種衝擊頻率可調節的高風壓深孔衝擊器，包括依次組裝在一起的後接頭、炮管和前接頭以及鑽頭，後接頭中套裝有控制管，炮管中套裝有活塞，在後接頭、活塞和鑽頭中均設有通氣孔道；控制管具有前側配氣杆和後側逆止閥以及配氣孔A，配氣孔A用於連通後接頭中的通氣孔道和配氣杆中的供氣腔，配氣杆的前端與活塞中的通氣孔道相配合；其特徵是：所述炮管、活塞的後端和控制管以及後接頭圍成後氣室，在鑽頭的尾端裝有與活塞前端的通氣孔道相配合的尾管，炮管、活塞的前端、尾管和鑽頭以及前接頭圍成前氣室；所述配氣杆前端的側壁上開設有配氣孔B，並在其前端裝有用於調節氣壓和通氣量的膠塞頭；在活塞的後端開設有與其通氣孔道相連通的第一通氣孔和第二通氣孔，在活塞進行返程或衝程運動時，配氣孔B分別與第一通氣孔和第二通氣孔實現交替連通；在活塞的外側壁上開設有氣槽A、B，氣槽A連通第一通氣孔和前氣室，氣槽B連通第二通氣孔與後氣室；在炮管的內壁上開設有環形凹槽A，用於控制氣槽A與前氣室之間的開啟或關閉。

本發明中所述配氣杆前端的管口處設有朝管口內側布置且用於安裝膠塞頭的環形沿邊；所述膠塞頭具有「T」形的截面結構，並在膠塞頭上開設有通氣孔，其中膠塞頭的大頭端位於供氣腔內，並緊貼在環形沿邊上，膠塞頭的小頭端安裝在環形沿邊所圍成的安裝孔中。

本發明中在炮管內壁上且緊靠前接頭的後端面依次卡裝有鑽頭保持環和活塞卡簧。

本發明中所述配氣孔B由4-6個沿著配氣杆前端的側壁呈圓周排布的通孔組成；第一通氣孔和第二通氣孔開設有與所述通孔相同的數量，並均沿著活塞呈圓周布置，第一通氣孔和第二通氣孔對應配備相同數量的氣槽A和氣槽B；在活塞的外側壁上開設有環形凹槽B，用以連通各個氣槽A。

本發明結構簡單、設計巧妙、故障率低、便於維護，通過對衝擊器的氣路進行優化設計，並在配氣杆的前端安裝用於調節風壓和通氣量的膠塞頭，在保持衝擊器功率不變的情況下，通過減小活塞的衝擊頻率，增大了衝擊器的衝擊力，並在衝擊器進行衝孔的同時始終確保一定的風壓和通風量對鑽頭的孔底進行排渣，克服了現有的衝擊器在打孔時因不能及時清渣而出現埋鑽和卡鑽的問題，打孔深度達到200～1000m，適用於打深孔水井、深孔基礎樁及各種土木工程和地下開採所需的打深孔場合。

附圖說明

圖1是本發明的剖面結構示意圖；

圖2是本發明中控制管的剖面結構示意圖。

圖中：1—後接頭，2—炮管，3—前接頭，4—鑽頭，5—控制管，6—活塞，7—通氣孔道，8—配氣杆，9—逆止閥，10—配氣孔A，11—供氣腔，12—後氣室，13—尾管，14—前氣室，15—配氣孔B，16—膠塞頭，17—第一通氣孔，18—第二通氣孔，19—氣槽A，20—通氣孔，21—環形沿邊，22—安裝孔，23—鑽頭保持環,24—活塞卡簧，25—鎖銷，26—氣槽B，27—環形凹槽A，28—環形凹槽B。

具體實施方式

參見圖1-2，一種衝擊頻率可調節的高風壓深孔衝擊器，包括依次組裝在一起的後接頭1、炮管2和前接頭3以及鑽頭4，後接頭1中套裝有控制管5並通過鎖銷25固定，炮管2中套裝有活塞6，在後接頭1、活塞6和鑽頭4中均設有通氣孔道7；控制管5具有前側配氣杆8和後側逆止閥9以及配氣孔A10，配氣孔A10用於連通後接頭1中的通氣孔道7和配氣杆8中的供氣腔11，配氣杆8的前端與活塞6中的通氣孔道7相配合；所述炮管2、活塞6的後端和控制管5以及後接頭1圍成後氣室12，在鑽頭4的尾端裝有與活塞6前端的通氣孔道7相配合的尾管13，炮管2、活塞6的前端、尾管13和鑽頭4以及前接頭3圍成前氣室14；所述配氣杆8前端的側壁上開設有配氣孔B15，並在其前端裝有用於調節氣壓和通氣量的膠塞頭16；在活塞6的後端開設有與其通氣孔道7相連通的第一通氣孔17和第二通氣孔18，在活塞6進行返程或衝程運動時，配氣孔B15分別與第一通氣孔17和第二通氣孔18實現交替連通；在活塞6的外側壁上沿軸向開設有氣槽A19，氣槽A19連通第一通氣孔17和前氣室14，氣槽B26連通第二通氣孔18與後氣室12；在炮管2的內壁上開設有環形凹槽A27，用於控制氣槽A19與前氣室14之間的開啟或關閉。

參見圖2，本實施例中所述配氣杆8前端的管口處設有朝管口內側布置且用於安裝膠塞頭16的環形沿邊21；所述膠塞頭16具有「T」形的截面結構，並在膠塞頭16上開設有通氣孔20，其中膠塞頭16的大頭端位於供氣腔11內，並緊貼在環形沿邊21上，膠塞頭16的小頭端安裝在環形沿邊21所圍成的安裝孔22中。在實際使用時，根據空壓機提供的風壓和風量，合理地選擇具有不同通氣孔20孔徑的膠塞頭16，根據通氣孔20孔徑的不同可調節風壓和風量，從而改變活塞6做功的頻率（功率不變，減小做功頻率可增大衝擊力），並保持高壓風始終沿著通氣孔道7對鑽頭4的孔底進行清渣。

本實施例中在炮管2內壁上且緊靠前接頭3的後端面依次卡裝有鑽頭保持環23和活塞卡簧24。

本實施例中所述配氣孔B15由4-6個沿著配氣杆8前端的側壁呈圓周排布的通孔組成；第一通氣孔17和第二通氣孔18開設有與所述通孔相同的數量，並均沿著活塞6呈圓周布置，第一通氣孔17和第二通氣孔18對應配備相同數量的氣槽A19和氣槽B26；在活塞6的外側壁上開設有環形凹槽B28，用以連通各個氣槽A19。

本發明的工作過程如下：

(1)準備開始：先放下衝擊器，將衝擊器的後接頭1與鑽杆的機件對接，當鑽頭4與巖層接觸並頂起活塞6使其處於圖示位置時，準備工作已經做好；

來自空壓機的高壓氣體P經過後接頭1中的通氣孔道7，頂開逆止閥9，氣體經過控制管5上的配氣孔A10進入供氣腔11，由供氣腔11進行配氣；

(2)返程運行（活塞6向上運動）：進入控制管5中供氣腔11的高壓氣體P，在活塞6處於圖示位置時，配氣杆8前端的配氣孔B15與第一通氣孔17相連通，分配的高壓氣體P1沿著氣槽19進入前氣室14，前氣室14中的高壓氣體因氣壓增大而膨脹，推動活塞6向上運動。當活塞6向上運動到配氣杆8前端的配氣孔B15與活塞6上的第二通氣孔18相連通時，從配氣孔B15分配的高壓氣體P2通過第二通氣孔18進入後氣室12，後氣室12中的高壓氣體因氣壓增大而開始膨脹，此時第一通氣孔17被封閉，活塞6前端的衝擊面與尾管13脫離，儲存在前氣室14中的高壓氣體通過尾管13和鑽頭4中的通氣孔道7對鑽頭4的孔底進行清渣，從而前氣室14內的氣壓逐漸減小，當前氣室14內的氣壓和後氣室12內的氣壓相等時，活塞6停止向上運動，返程結束；

(3)衝程運動（活塞6向下運動）：當後氣室12內的氣壓大於前氣室14內的氣壓時，活塞6在氣壓差和自重慣性下向下運動，並衝擊鑽頭4進行破巖；再此過程中，雖然活塞6下降到第一通氣孔17與配氣杆8前端的配氣孔B15相通，但是由於鑽頭4受到衝擊已破巖，也會隨之下降，由此尾管13與活塞6還是處於脫開狀態，從而使得前氣室14不能形成封閉的空間，故活塞6在氣壓作用下一直向下運動，直至活塞6與控制管5上的配氣杆8脫離，此時後氣室12內的高壓氣體經過活塞6的通氣孔道7、尾管13和鑽頭4中的通氣孔道7對鑽頭4的孔底進行清渣，後氣室12內的氣壓逐漸減小；

(4)返程與衝程運動交替進行：當後氣室12內的氣壓逐漸減小到一定程度後，活塞6不再衝擊，衝擊器會在鑽機的給進力的作用下，使得衝擊器處於圖示狀態，衝擊器一旦處於圖示狀態，活塞6就要開始進行返程運動；

(5)孔底清渣：對鑽頭4孔底的清渣過程分別在兩個氣路進行，其中一路是活塞6在進行衝程和返程的過程中，利用前氣室14和後氣室12洩壓排氣至鑽頭12的孔底進行清渣；另外一路是從配氣杆8分配的高壓氣體P0經過膠塞頭16、活塞6的通氣孔道7、尾管13和鑽頭4中的通氣孔道7始終對鑽頭4的孔底進行清渣。