本發(fā)明涉及地質(zhì)鉆孔設(shè)備，具體涉及一種帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭。

背景技術(shù)：

1、牙輪鉆頭是地質(zhì)勘探中使用最廣泛的一種鉆頭，其主要是利用牙輪的旋轉(zhuǎn)和刀片的沖擊來破碎巖石，實(shí)現(xiàn)鉆井的目的。牙輪鉆頭有多種分類標(biāo)準(zhǔn)，按切削材質(zhì)可分為鋼齒(銑齒)和鑲齒牙輪鉆頭，按牙輪數(shù)量可分為單牙輪鉆頭、三牙輪鉆頭和多牙輪鉆頭。

2、在結(jié)構(gòu)組成方面，牙輪鉆頭主要由牙輪和鉆頭主體構(gòu)成，其中，鉆頭主體由多片牙掌組焊而成，其上端設(shè)置螺紋，與鉆鋌或螺桿鉆具等鉆井工具連接，下端設(shè)置與鉆頭主體中心線成一定角度的軸頸，牙輪則自由轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在軸頸上。牙輪外形呈圓錐體，上面鑲?cè)胍欢〝?shù)量的牙齒，牙輪靠近底部的齒排為外齒排，靠近錐頂?shù)凝X排為內(nèi)齒排，外齒排和內(nèi)齒排之間為若干排主切削齒排。

3、牙輪鉆頭在旋轉(zhuǎn)和鉆壓的作用下，牙齒在壓碎并吃入巖石的同時(shí)，產(chǎn)生滑動(dòng)進(jìn)而剪切、破碎巖石。當(dāng)牙輪在井底滾動(dòng)時(shí)，牙輪上的牙齒依次沖擊、壓入地層，這個(gè)作用可以將井底巖石壓碎一部分，同時(shí)靠牙輪滑動(dòng)帶來的剪切作用削掉牙齒間殘留的另一部分巖石，使井底巖石破碎，井眼得以延伸。

4、由牙輪鉆頭的基礎(chǔ)切削原理可知，牙輪鉆頭能夠適應(yīng)從軟到堅(jiān)硬的多種地層。其中，在部分硬質(zhì)巖層的切削掘進(jìn)過程中，牙輪的切削齒部與巖石之間會(huì)產(chǎn)生非常大的碰撞力，該碰撞力帶來的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致鉆頭主體的朝向在一定范圍內(nèi)發(fā)生偏移，致使鉆孔角度不對(duì)。若遇該問題，往往需要退出鉆頭主體進(jìn)行校正，存在掘進(jìn)效率低的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其目的在于能夠在孔內(nèi)修正鉆頭主體的偏移角度且實(shí)現(xiàn)鉆頭的導(dǎo)向。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

3、一種帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其關(guān)鍵在于，包括：

4、鉆頭主體，其下部?jī)?nèi)側(cè)對(duì)稱設(shè)置有左軸座和右軸座；

5、左牙輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述左軸座上；

6、右牙輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述右軸座上；以及

7、集成在所述鉆頭主體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)左牙輪和右牙輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。

8、優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括動(dòng)力源、連接在動(dòng)力源與左牙輪之間的第一傳動(dòng)組件、以及連接在動(dòng)力源與右牙輪之間的第二傳動(dòng)組件，所述第一傳動(dòng)組件與第二傳動(dòng)組件之間的傳動(dòng)比不同。

9、優(yōu)選的，所述第一傳動(dòng)組件包括豎直布置的第一轉(zhuǎn)軸和水平布置的第二轉(zhuǎn)軸，第一轉(zhuǎn)軸下端與所述左牙輪之間設(shè)有第一錐齒輪組，上端與第二轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有第二錐齒輪組；所述第二傳動(dòng)組件包括豎直布置的第三轉(zhuǎn)軸和水平布置的第四轉(zhuǎn)軸，第三轉(zhuǎn)軸下端與所述右牙輪之間設(shè)有第三錐齒輪組，上端與第四轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有第四錐齒輪組；所述動(dòng)力源用于驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)軸和第四轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

10、優(yōu)選的，所述動(dòng)力源采用外接的鉆桿作為驅(qū)動(dòng)力；或者，所述動(dòng)力源為液壓馬達(dá)或電機(jī)。

11、優(yōu)選的，所述動(dòng)力源為電機(jī)，其輸出軸上連接有驅(qū)動(dòng)軸，所述第二轉(zhuǎn)軸和第四轉(zhuǎn)軸相互靠近的一端均位于驅(qū)動(dòng)軸下方；所述驅(qū)動(dòng)軸下端同軸固套有第五錐齒輪和第六錐齒輪，第二轉(zhuǎn)軸端部設(shè)有與第五錐齒輪嚙合的第七錐齒輪，第四轉(zhuǎn)軸端部設(shè)有與第六錐齒輪嚙合的第八錐齒輪。

12、優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)軸包括固設(shè)在所述輸出軸上的螺桿，以及螺紋套接在該螺桿上的套筒，所述第五錐齒輪和第六錐齒輪固套在套筒下部；所述鉆頭主體內(nèi)部設(shè)有兩組壓緊組件，兩組所述壓緊組件對(duì)稱布置在套筒徑向兩側(cè)，并對(duì)套筒側(cè)壁施加有彈性壓力；當(dāng)所述第五錐齒輪與第七錐齒輪、以及第六錐齒輪與第八錐齒輪未嚙合時(shí)，所述螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，在壓緊組件的彈性壓力作用下，套筒能夠相對(duì)于螺桿軸向移動(dòng)；當(dāng)所述第五錐齒輪與第七錐齒輪、以及第六錐齒輪與第八錐齒輪嚙合時(shí)，所述螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，套筒能夠克服壓緊組件的彈性壓力，與螺桿保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

13、優(yōu)選的，所述壓緊組件包括壓簧以及連接在壓簧兩端的第一座體和第二座體，所述第一座體通過滑軌可上下移動(dòng)地安裝在鉆頭主體內(nèi)，所述第二座體摩擦抵接在套筒側(cè)壁。

14、優(yōu)選的，所述第五錐齒輪和第六錐齒輪與所述套筒下部之間均設(shè)有單向軸承。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

16、1、采用本發(fā)明提供的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，牙輪鉆頭在切削硬質(zhì)巖層時(shí)，若劇烈碰撞造成鉆頭主體的軸心線發(fā)生偏擺時(shí)，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)左牙輪和右牙輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間的速度差可以驅(qū)使鉆頭主體下部運(yùn)動(dòng)，修正鉆頭主體的偏擺，從使鉆頭回到準(zhǔn)確的鉆孔方向，在地質(zhì)孔開挖效率、實(shí)用性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

17、2、采用本發(fā)明提供的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與牙輪之間的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局合理，可靠性高，產(chǎn)品緊湊度高。

18、3、采用本發(fā)明提供的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與牙輪之間巧妙地采用了動(dòng)力離合傳遞安裝方式，一方面，既確保了進(jìn)行角度糾偏時(shí)，動(dòng)力能夠有效傳遞至左牙輪和右牙輪，另一方面，糾偏結(jié)束后，又能夠中斷與左牙輪和右牙輪之間的傳動(dòng)關(guān)系，從而保證鉆頭工作時(shí)，左牙輪和右牙輪能夠以自由轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。

19、4、采用本發(fā)明提供的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，可通過伺服電機(jī)等發(fā)出周期性信號(hào)，控制兩個(gè)牙輪鉆頭的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，從而使鉆頭主體得到穩(wěn)定方向的側(cè)向力，實(shí)現(xiàn)鉆頭的導(dǎo)向。

技術(shù)特征：

1.一種帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)包括動(dòng)力源(4a)、連接在動(dòng)力源(4a)與左牙輪(2)之間的第一傳動(dòng)組件(4b)、以及連接在動(dòng)力源(4a)與右牙輪(3)之間的第二傳動(dòng)組件(4c)，所述第一傳動(dòng)組件(4b)與第二傳動(dòng)組件(4c)之間的傳動(dòng)比不同。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述第一傳動(dòng)組件(4b)包括豎直布置的第一轉(zhuǎn)軸(a)和水平布置的第二轉(zhuǎn)軸(b)，第一轉(zhuǎn)軸(a)下端與所述左牙輪(2)之間設(shè)有第一錐齒輪組(c)，上端與第二轉(zhuǎn)軸(b)之間設(shè)有第二錐齒輪組(m)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述動(dòng)力源(4a)采用外接的鉆桿作為驅(qū)動(dòng)力；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述動(dòng)力源(4a)為電機(jī)，其輸出軸(4a1)上連接有驅(qū)動(dòng)軸(4d)，所述第二轉(zhuǎn)軸(b)和第四轉(zhuǎn)軸(e)相互靠近的一端均位于驅(qū)動(dòng)軸(4d)下方；所述驅(qū)動(dòng)軸(4d)下端同軸固套有第五錐齒輪(h)和第六錐齒輪(i)，第二轉(zhuǎn)軸(b)端部設(shè)有與第五錐齒輪(h)嚙合的第七錐齒輪(j)，第四轉(zhuǎn)軸(e)端部設(shè)有與第六錐齒輪(i)嚙合的第八錐齒輪(k)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)軸(4d)包括固設(shè)在所述輸出軸(4a1)上的螺桿(4d1)，以及螺紋套接在該螺桿(4d1)上的套筒(4d2)，所述第五錐齒輪(h)和第六錐齒輪(i)固套在套筒(4d2)下部；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述壓緊組件(5)包括壓簧(5a)以及連接在壓簧(5a)兩端的第一座體(5b)和第二座體(5c)，所述第一座體(5b)通過滑軌(5d)可上下移動(dòng)地安裝在鉆頭主體(1)內(nèi)，所述第二座體(5c)摩擦抵接在套筒(4d2)側(cè)壁。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述第二座體(5c)一側(cè)被構(gòu)造成與套筒(4d2)側(cè)壁相適應(yīng)的弧面結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述第五錐齒輪(h)和第六錐齒輪(i)與所述套筒(4d2)下部之間均設(shè)有單向軸承(6)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，其特征在于：所述第二座體(5c)采用耐磨合金組成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種帶旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向功能的牙輪鉆頭，包括：鉆頭主體，其下部?jī)?nèi)側(cè)對(duì)稱設(shè)置有左軸座和右軸座；左牙輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述左軸座上；右牙輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述右軸座上；以及集成在所述鉆頭主體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)左牙輪和右牙輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明的有益效果是：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)左牙輪和右牙輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間的速度差可以驅(qū)使鉆頭主體下部運(yùn)動(dòng)，修正鉆頭主體的偏擺，從使鉆頭回到準(zhǔn)確的鉆孔方向，在地質(zhì)孔開挖效率、實(shí)用性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：錢航,郭正偉,朱晨旭,謝雷,簡(jiǎn)祖澤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10