專利名稱：一種液壓超高頻振動動力頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓超高頻振動動力頭，尤其是指一種用于淺層鉆孔取樣鉆機用液壓超高頻振動動力頭。
背景技術(shù)：
目前，在油氣、資源勘探和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中都需要進行大量的淺層鉆孔取樣工作，淺層鉆孔取樣基本上采用以回轉(zhuǎn)鉆進為主的地質(zhì)巖心鉆機，這類鉆機鉆孔取樣時需要沖洗液(泥漿、空氣或泡沫)沖洗鉆孔，泥漿中的水容易進入樣品，對樣品進行污染，造成樣品的檢測結(jié)果失真。同時空氣鉆進帶來了大量的粉塵污染，對操作人員的健康和環(huán)境均不利。此夕卜，在西部干旱地區(qū)和很多水源難以進入的地區(qū)(例如尾礦壩)施工，回轉(zhuǎn)鉆進無法采用，采用不需沖洗液循環(huán)的振動鉆進成為一種理想的方法。 振動鉆進可以解決缺水地區(qū)的淺層鉆孔取樣難題，在覆蓋層的鉆進速度約為回轉(zhuǎn)鉆進的2 3倍；地質(zhì)樣品僅在管壁極小范圍內(nèi)有輕微擾動，取樣質(zhì)量高、無污染；同時振動鉆進可以容易下入套管以防孔壁坍塌；遇到復(fù)雜地層時，使用振動器可以容易解決鉆具卡鉆問題。振動鉆進的核心裝置是振動器，傳統(tǒng)振動器的振動頻率較低，如中國有色金屬工業(yè)總公司礦產(chǎn)地質(zhì)研究院1987年設(shè)計的CSG-24型多功能工程砂鉆鉆機，該機配備了雙軸四輪偏心塊式振動器，它的振動頻率是1350轉(zhuǎn)/分鐘，即角頻率為22. 5轉(zhuǎn)/秒(Hz);它產(chǎn)生的最大激振力是22kN。江蘇省無錫探礦機械總廠有限公司生產(chǎn)的G系列工程地質(zhì)勘察鉆機采用雙偏心塊式振動器，該系列鉆機中的最大激振力僅50kN。上述傳統(tǒng)振動裝置中，兩根連接偏心塊的旋轉(zhuǎn)軸之間為機械式齒輪傳動，偏心塊的轉(zhuǎn)動速度慢、即振動頻率低，從而產(chǎn)生的激振力偏小，導(dǎo)致鉆孔取樣深度淺、地層適應(yīng)性差、鉆進速度慢、施工效率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有振動鉆機振動頻率低、鉆孔取樣深度淺、地層適應(yīng)性差的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種液壓超高頻振動動力頭，能夠?qū)崿F(xiàn)對多種覆蓋層的快速、高效的淺層鉆孔取樣，提高了鉆進速度，且結(jié)構(gòu)簡單，易于維修，便于推廣應(yīng)用。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種液壓超高頻振動動力頭，包括回轉(zhuǎn)馬達、聯(lián)軸器、聯(lián)軸器箱體、振動器、減振裝置、主軸、動力頭背板和托板，回轉(zhuǎn)馬達通過聯(lián)軸器與主軸上端連接，主軸上下貫穿于振動器中，振動器通過減振裝置與聯(lián)軸器箱體的底板連接，主軸下端連接鉆桿和鉆具，動力頭背板連接在鉆機桅桿的鏈條背板上，振動器包括振動器箱體、主軸兩側(cè)對稱設(shè)置的兩組高速液壓馬達、偏心軸、同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)、高速軸承冷卻潤滑裝置，高速液壓馬達通過鍵聯(lián)接驅(qū)動偏心軸旋轉(zhuǎn)，兩根偏心軸間無機械齒輪傳動，通過同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)，偏心軸的兩端安裝有高速軸承，高速軸承設(shè)置在振動器箱體兩側(cè)的軸孔內(nèi)，靠近動力頭背板一側(cè)的高速軸承由后端壓蓋定位，遠離動力頭背板一側(cè)的高速軸承由高速馬達安裝座定位。進一步地，所述同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)，置于靠近動力頭背板一側(cè)，包括同步輪、導(dǎo)向輪、壓緊輪和同步帶，同步輪與同步輪軸鍵聯(lián)接，同步輪軸與偏心軸鍵聯(lián)接，同步帶設(shè)置在同步輪上。進一步地，所述高速軸承冷卻潤滑機構(gòu)包括油杯、空氣過濾器和吸風(fēng)葉輪，通過油杯注入潤滑脂對高速軸承進行潤滑，偏心軸驅(qū)動吸風(fēng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，吸入空氣，對高速軸承進行風(fēng)冷。進一步地，所述減振裝置包括減振銷軸和減振組件，減振銷軸與聯(lián)軸器箱體底板連接，減振組件穿于減振銷軸上，將振動器產(chǎn)生的超高頻振動與上方的聯(lián)軸器箱體隔開，減振組件由金屬橡膠或減振彈簧制成。優(yōu)選地，所述主軸下部還設(shè)置有托板，托板置于振動器下方，防止振動器突然掉落而造成人員傷害。
本發(fā)明的液壓超高頻振動動力頭，高速液壓馬達驅(qū)動偏心軸高速旋轉(zhuǎn)，工作轉(zhuǎn)速一般在9000轉(zhuǎn)/分鐘以上，實現(xiàn)了超高頻率的振動，較傳統(tǒng)振動裝置產(chǎn)生更大的激振力，提 高了鉆進速度和取樣深度，高速液壓馬達可以實現(xiàn)振動頻率的無級調(diào)節(jié)，根據(jù)地層的軟硬變化調(diào)整振動頻率，可以更好的適應(yīng)各種覆蓋層的淺層鉆進取樣工作，同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)可以使偏心軸容易實現(xiàn)完全的同步運轉(zhuǎn)，提高了振動器的工作效率。


圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意 圖2為液壓超高頻振動動力頭振動器的右側(cè)結(jié)構(gòu)示意 圖3為液壓超高頻振動動力頭振動器的俯視結(jié)構(gòu)示意 圖4為液壓超高頻振動動力頭振動器的左側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。實施例I
圖I示意性的示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，如圖所示，本優(yōu)選實施例包括回轉(zhuǎn)馬達I、聯(lián)軸器2、聯(lián)軸器箱體3、動力頭背板4、主軸5、振動器9、減振裝置和托板10，回轉(zhuǎn)馬達I通過聯(lián)軸器2與主軸5上端連接，主軸上下貫穿于振動器9中，主軸5下端連接鉆桿和鉆具(圖中未標(biāo)出)。振動器9通過減振裝置與聯(lián)軸器箱體3的底板連接，動力頭背板4連接在鉆機桅桿的鏈條背板上，可以在鉆機桅桿上上下滑動，達到鉆進和提鉆的目的。托板10起到安全作用，防止振動器突然掉落而造成人員傷害。振動器9包括振動器箱體11、兩個對稱布置的高速液壓馬達20和偏心軸16、同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)、高速軸承冷卻潤滑裝置。高速液壓馬達20與偏心軸16之間通過平鍵或花鍵19聯(lián)接，驅(qū)動偏心軸16高速旋轉(zhuǎn)，兩根偏心軸16的結(jié)構(gòu)完全相同、獨立對稱布置，兩者之間無機械齒輪傳動，能夠?qū)崿F(xiàn)自同步運轉(zhuǎn)。偏心軸16的轉(zhuǎn)速可達12000轉(zhuǎn)/分鐘，即轉(zhuǎn)動角頻率為200轉(zhuǎn)/秒(200 Hz)，工作時，偏心軸16的轉(zhuǎn)動角頻率可在(Γ200Ηζ范圍變化，偏心軸16的兩端安裝有高速軸承14，高速軸承14設(shè)置在振動器箱體11兩側(cè)的軸孔內(nèi)，靠近動力頭背板4 一側(cè)的高速軸承14由后端壓蓋12定位，遠離動力頭背板一側(cè)的高速軸承由高速馬達安裝座18定位。實施例2
在實施例2中，其他結(jié)構(gòu)都與實施例I結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于
同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)，置于靠近動力頭背板4 一側(cè)，包括同步輪21、導(dǎo)向輪24、壓緊輪23和同步帶22，同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)能夠確保兩根偏心軸16的轉(zhuǎn)速完全同步，更好的實現(xiàn)自同步運轉(zhuǎn)。實施例3
在實施例3中，其他結(jié)構(gòu)都與實施例2結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于所述高速軸承冷卻潤滑機構(gòu)包括油杯13、空氣過濾器15和吸風(fēng)葉輪17。通過油杯13注入潤滑脂對高速軸承14進行潤滑，偏心軸16驅(qū)動吸風(fēng)葉輪17高速旋轉(zhuǎn)，吸入空氣，對高速軸承14進行風(fēng)冷。實施例4
在實施例4中，其他結(jié)構(gòu)都與實施例3結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于所述減振裝置包括減振銷軸6和減振組件8，減振銷軸6與聯(lián)軸器箱體3的底板連接，減振組件8穿于減振銷軸6上，將振動器9產(chǎn)生的超高頻振動與上面的聯(lián)軸器箱體3隔開。減振組件由金屬橡膠或減振彈黃制成。
實施例5
本發(fā)明還提供了一種液壓超高頻振動動力頭的工作過程，具體是
本發(fā)明液壓超高頻振動動力頭在使用時，鉆機作用在動力頭背板4上的鉆進靜壓力(即給進力)向下依次傳遞給聯(lián)軸器箱體3、減振裝置、振動器9、主軸軸承7、主軸5，再傳遞到鉆桿、鉆具，鉆具在給進靜壓力的作用下向下鉆進，實現(xiàn)靜壓快速鉆進成孔或取樣；當(dāng)鉆進阻力較大、進尺緩慢或不進尺時，啟動兩個高速馬達20旋轉(zhuǎn)，兩個高速馬達20驅(qū)動兩根偏心軸16高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速可達12000轉(zhuǎn)/分鐘，偏心軸16在高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力在水平方向的分力大小相等，方向相反，即水平方向的分力抵消，而垂直方向的分力大小相等，方向相同，兩個垂直方向的分力疊加，產(chǎn)生向下的振動力，振動力依次傳遞給高速軸承14、振動器箱體11、主軸軸承7、主軸5，再傳遞到鉆桿、鉆具，向下鉆進，實現(xiàn)超高頻振動鉆進成孔或取樣，該動力頭可以提高鉆進速度，鉆柱不旋轉(zhuǎn)、無需沖洗液循環(huán)，對樣品無污染，對松散軟地層的采取率高，完整性好，提高了巖土樣品的原狀性。實施例6
在實施例6中,其他結(jié)構(gòu)都與實施例5的工作方法相同,不同之處在于向上提鉆時，作用在動力頭背板4上的起拔力向上依次傳遞給聯(lián)軸器箱體3、減振裝置、振動器箱體11、主軸軸承7、主軸5，再傳遞到鉆桿、鉆具，并向上提鉆，將鉆具提到地面。若鉆機的提升力不足以將鉆桿和鉆具提升，可以同時利用偏心軸16產(chǎn)生的向上振動力依次傳遞給高速軸承14、振動器箱體11、主軸軸承7、主軸5的下端以及鉆桿、鉆具，進行提鉆，可解決鉆具的卡阻問題。實施例7
優(yōu)選地，本發(fā)明中主軸5的上端連接回轉(zhuǎn)馬達1，該回轉(zhuǎn)馬達為鉆柱提供旋轉(zhuǎn)動力。在取樣時，回轉(zhuǎn)馬達不工作，當(dāng)鉆進取樣到堅硬地層時，超高頻振動鉆進緩慢，或者出現(xiàn)如卡鉆事故需要旋轉(zhuǎn)鉆桿處理孔內(nèi)事故時，轉(zhuǎn)換取樣方法，啟動回轉(zhuǎn)馬達，驅(qū)動主軸5、鉆桿和鉆具回轉(zhuǎn)取樣或處理孔內(nèi)事故。此時液壓超高頻振動器不工作，與普通回轉(zhuǎn)式動力頭功能一樣。該裝置也能實現(xiàn)在回轉(zhuǎn)馬達工作的同時，啟動高速馬達，實現(xiàn)振動+回轉(zhuǎn)的復(fù)合鉆進取樣，進一步提聞鉆進速度。由技術(shù)常識可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
權(quán)利要求
1.一種液壓超高頻振動動力頭，包括回轉(zhuǎn)馬達、聯(lián)軸器、聯(lián)軸器箱體、振動器、減振裝置、主軸、動力頭背板和托板，其特征在于回轉(zhuǎn)馬達通過聯(lián)軸器與主軸上端聯(lián)接，主軸上下貫穿于振動器中，振動器通過減振裝置與聯(lián)軸器箱體的底板連接，主軸下端連接鉆桿和鉆具，動力頭背板連接在鉆機桅桿的鏈條背板上，振動器包括振動器箱體、主軸兩側(cè)對稱設(shè)置的兩組高速液壓馬達、偏心軸、同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)、高速軸承冷卻潤滑裝置，高速液壓馬達通過鍵聯(lián)接驅(qū)動偏心軸旋轉(zhuǎn)，兩根偏心軸間無機械齒輪傳動，通過同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)，偏心軸的兩端安裝有高速軸承，高速軸承設(shè)置在振動器箱體兩側(cè)的軸孔內(nèi)，靠近動力頭背板一側(cè)的高速軸承由后端壓蓋定位，遠離動力頭背板一側(cè)的高速軸承由高速馬 達安裝座定位。
2.如權(quán)利要求I所述的一種液壓超高頻振動動力頭，其特征在于所述同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)，置于靠近動力頭背板一側(cè)，包括同步輪、導(dǎo)向輪、壓緊輪和同步帶，同步輪與同步輪軸鍵聯(lián)接，同步輪軸與偏心軸鍵聯(lián)接，同步帶設(shè)置在同步輪上。
3.如權(quán)利要求2所述的一種液壓超高頻振動動力頭，其特征在于所述高速軸承冷卻潤滑機構(gòu)包括油杯、空氣過濾器和吸風(fēng)葉輪，通過油杯注入潤滑脂對高速軸承進行潤滑，偏心軸驅(qū)動吸風(fēng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，吸入空氣，對高速軸承進行風(fēng)冷。
4.如權(quán)利要求I所述的一種液壓超高頻振動動力頭，其特征在于所述減振裝置包括減振銷軸和減振組件，減振銷軸與聯(lián)軸器箱體底板連接，減振組件穿于減振銷軸上，將振動器產(chǎn)生的超高頻振動與上方的聯(lián)軸器箱體隔開，減振組件由金屬橡膠或減振彈簧制成。
5.如權(quán)利要求I所述的一種液壓超高頻振動動力頭，其特征在于所述主軸下部還設(shè)置有托板，托板置于振動器下方，防止振動器突然掉落而造成人員傷害。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液壓超高頻振動動力頭，涉及淺層鉆孔取樣領(lǐng)域，包括回轉(zhuǎn)馬達、聯(lián)軸器、聯(lián)軸器箱體、振動器、減振裝置、主軸、動力頭背板和托板，回轉(zhuǎn)馬達通過聯(lián)軸器與主軸上端連接，主軸上下貫穿于振動器中，振動器通過減振裝置與聯(lián)軸器箱體的底板連接，振動器包括振動器箱體、主軸兩側(cè)對稱設(shè)置的兩組高速液壓馬達、偏心軸、同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)、高速軸承冷卻潤滑裝置，高速液壓馬達通過鍵聯(lián)接驅(qū)動偏心軸旋轉(zhuǎn)，兩根偏心軸通過同步帶/同步輪強制同步機構(gòu)實現(xiàn)同步運轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對多種覆蓋層的快速、高效的淺層鉆孔取樣，提高了鉆進速度，便于推廣。
文檔編號E21B1/26GK102900354SQ20121016196
公開日2013年1月30日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者劉勤學(xué), 劉寶林, 趙曉冬, 李國民, 陸衛(wèi)星, 周琴, 胡遠彪, 王瑜, 張蔚, 吳浩, 任曉飛 申請人:中煤地第二勘探局有限責(zé)任公司