专利名称：穿地行二号钻机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种能在地层中快速直走、斜走、上下行走、横向行走的穿地行二号钻机。
背景技术：
目前现有的地质勘探机械是采用旋转筒式钻头钻出芯棒作样品，得出地质资料；打桩机在塑性地层中采用旋转桩机，刚性地层中采用坨式冲击桩机，软性地层中采用管式桩机；打隧道塑性地层用挖机，刚性地层打眼放炮，采矿同样用此方法；不但各种设备不能通用，而且工作效率很低。
发明内容
提供一种新的设计方案，用一种钻机即能用于地质勘探，又能进行石油钻井；即能用于横向采矿或打隧道，又能垂直进行打桩孔的通用机型，同时提高效率，其实施方案是一根外成梭型的钻杆，一头紧固长长的软性管道，管道内装有弃渣输出管，压力液管和回液管，或用电缆线及其它动力源；另一头内套着可伸缩的活塞缸、活塞缸内装有换向阀、双作用液压缸、定向器、转动器、推拉器、钻头杆和钻头及锁紧螺母。梭型钻杆可在活塞缸外作伸缩运动；双作用液压缸中的空心活塞杆能在缸体内作往返运动，并带动钻头即能作冲击运动，又能作旋转运动；还带动混在水中的弃渣作抽流运动。配备推进器就成了穿山机(推进器在本发明未述)。
本发明适用范围甚广，略以目前市场上的地质勘探机械和建桥打桩孔的机械举例说明1、目前市场上的地质勘探采用一个筒式钻头进往取样，后方紧固着几米长一根根钻杆进行旋转，随着入地的深度增加，不断的把钻杆接长，钻头、钻杆同时转动，磨擦阻力大。最为麻烦的是，每钻下去几米深，为了取出筒式钻头内的地质样品(弃渣)，就得把加长在后边的钻杆一节一节的下掉，把筒式钻头吊出来空掉筒内的样品后，再一边接钻杆一边往下放，钻孔越深，做的辅助时间越多，有效时间越少，取样时间越慢。
采用本发明进行地质勘探，只有前面一根刚性钻杆，后面是长长的软性管道，钻杆和管道都不转动，没有周边与地层的磨擦耗动能，钻头即冲击又旋转，大大提高了下钻的速度，需要垂直下钻就把钻杆加长些，利用自身的导向作用就垂直向下钻去，只要把后面的软性管道不停的往下放，到达预定的深度为止。地质取样更简单，每钻下去1米，从输送管口截取一次排出来的样品即可。
2、建桥打桩孔目前市场上的桩机有吊坨冲击式和钻杆旋转式两种，吊坨冲击式适用于硬地质，旋转式适用于软地质，分开说明工作原理吊坨冲击式是用钢丝绳把吊坨拴住，利用卷扬机把吊坨吊起0.5米-3米的高度后丢下去，利用吊坨自身的重量产生加速度形成冲击力，与桩孔内泥浆水和弃渣的阻力抵消后的力量对地层产生破坏作用而成孔，弃渣混在泥浆水中翻起来流出地面外。这种钻机平均24小时入地深度5-8米，遇到坚硬的岩块24小时难入地0.3米。
旋转钻机有两种，一种钻杆带动钻头进行旋转，钻烂的弃渣混在泥浆水中翻起来，流入地面外。另一种在钻杆上装一只圆筒有底式钻头，刮得一桶泥土后提出地面，取掉后又放于桩孔内进行旋刮，这两种钻机只适用于软地层，推广受到限制且工效不高。
本发明用于打桩作业，前面是一根刚性长钻杆，入地前用钢丝绳吊起，保证垂直度，后面是软性管道，钻杆和管道不转动，只有钻头即冲击又转动，还排出弃渣。钻杆完全入地后自有导向功能，确保成孔的垂直度。遇到软地层，把泥土挤向周围形成坚实的护壁，确保成孔的坚实性，只有少量弃渣从输送管排出地面外；遇到硬地层，弃渣完全从输送管中排出。从功能上讲，本发明把旋转钻机的旋转功能和冲击钻机的冲击功能集于一体，从冲击功能来讲，本发明是直接把冲击力传递到钻头的刃口上，钻头的刃口始终与被冲击地面接触，而且随时吸走了弃渣，也就是说把高频率的冲击力直接施用在需要破坏的地面上，避开了各种阻力消耗冲击力的现象，因此产生的工作效率无可比拟。
本发明的优点1、本发明的工作效率极高双作用空心活塞杆的冲击力直接冲击在钻头上，返行时带动钻头转动，同时带动弃渣的输送，最大限度利用了运动中的能量，几乎没有做无用功的过程。
2、弃渣水从本发明的轴心通过，带走了机体在工作时产生的热量，确保机体长时期在正常温度中工作，不必另设散热装置。
3、在压力室内装气囊，一则把弃渣水的间歇吸入变成连续输出，弃渣没有沉淀的机会；二则返行时把带动钻头转动后的多余能量储存起来，用于冲击时产生推力作用，增加冲击力，提高钻头工作效率。
4、高节能整个工作过程中，都是双作用空心活塞杆的往返运动完成的，最大限度简化了传动结构，减少了磨擦副的耗能量，把有限的动能源，最大限度的利用作有用功。
5、结构简单、制造容易、成本低。
6、使用和维修简单。
7、体积小、重量轻，运输、转移方便。
本发明的适用范围本发明最小直径0.1米，最大直径可做到6米或更大，适用于地质勘探、石油钻井、矿山采矿、架桥打桩孔、建房打基础桩孔、打隧道、引水打孔。总之，哪里需要在地层中打孔，都会带来超出想象的方便。
图一是本发明的主视图，图中的序号表示名称1—压力液管 2—活塞缸 3—受压力面 4—梭型钻杆5—受压力面 6—受压力或结合面 7—回液管 8—阀芯9—进液管 1—管路11—液压缸 12—活塞13—过液管14—管路 15—液动孔 16—小阀芯17—液孔 18—液孔 19—液孔20—回液管21—管路 22—弹簧 23—过液孔 24—管路25—液动孔26—小阀芯 27—液孔28—弹簧29—双作用空心活塞杆 30—销 31—槽 32—花键管33—耐磨环34—拨动板 35—花键套 36—弹簧37—型拨齿38—型拨齿 39—吸渣腔 40—吸渣口41—球阀 42—空心管 43—球阀44—压力室45—气囊室46—钻头杆 47—花键中心孔 48—双作用液压杆中心孔49—液动换向阀具体实施例方式参照附图，对本发明的各功能的结构进行详细说明1、伸缩结构一根外成梭型的钻杆(4)套在活塞缸(2)的外周围，由活塞缸的(3)面和梭型钻杆的(5)面及两者之间的活塞缸外周面和梭型钻杆的内周面，这四个面构成一个液压腔，并装有压力液管路(1)通往该腔，压力管(1)与进液管(9)相通(图中未画)；梭型钻杆的内顶面(6)与活塞缸的顶面构成另一个液压腔，此腔与回液管(7)相通，回液管(7)与回液管(20)相通(图中未画)，构成伸缩结构。
2、双作用空心活塞杆往返运动结构一个二位四通液动换向阀(49)，其内装有大阀芯(8)，在图中右端弹簧钢珠与阀套内的相对应的几何形状结构控制下，因弹簧的推力作用，阀芯只能靠左或靠右的两个位置停定，万一停在中间位置，它不向左走就会向右走，两个小阀芯(16)和(26)分别受弹簧(22)和(28)的推力作用，始终靠紧两个液动孔(15)和(25)，受压力的一瞬间，推动小阀芯上行，失去液压力后瞬时返回原位，上述的就是三个阀芯的特性；换向阀上的6个通孔分别(9)与液压站压力液相通(图中未画)，(20)与液压站的液箱相通(图中未画)，(21)与液压缸(11)左端相通，(10)与液压缸右端相通，(15)与液压缸过液孔(13)相通，(25)与液压缸过液孔(23)相通；液压缸(11)内装有双作用空心活塞杆(29)及活塞(12)，构成往返运动结构。
3、钻头旋转结构双作用空心活塞杆(29)一端紧固的销(30)套在壳体的轴向槽(31)内，控制双作用空心活塞杆只能往返运动，不能转动；一根外成斜花键、内为空心的花键管(32)，一头紧固在双作用空心活塞杆的端头中心孔内，其余部分套在钻头杆(46)的中心孔内，钻头杆一端大孔内的花键管周外装有弹簧(36)，花键套(35)，拨动板(34)。拨动板与钻头杆紧固并盖住花键套和弹簧，拨动板上的 形齿(37)和花键套上的 形齿(38)在弹簧(36)的推力作用下相互咬合，构成旋转结构。
4、弃渣输送结构套在钻头杆(46)中心孔内的花键管(32)的端头紧固软性耐磨环(33)，与钻头杆内的吸弃渣腔(39)和吸弃渣口(40)及球阀(41)构成弃渣吸入室，由花键管的中心孔和双作用空心活塞杆的中心孔组成排出弃渣的通道；由球阀(43)和气囊(45)构成压力室(44)，接通弃渣输出管(图中未画)构成弃渣输出结构。
参照附图，对本发明的传动原理进行说明1、伸缩结构的传动原理在液压站的出口处给压力液管(1)和回液管(7)装一个换向阀，使压力液管(1)变成回液管，回液管(7)变成压力液管，活塞缸(2)相对于梭型空壳钻杆(4)向外伸，反之向内缩。
2、双作用空心活塞杆的往返运动原理以液动换向阀(49)的阀芯(8)在视图的左端为例，似说明传动原理压力液经管路(9)进入换向阀内，从管路(10)进入液压缸的右端腔内，把活塞(12)向左推，液压缸左腔内原有的液体从管路(21)进入液动换向阀，从回液管(20)流回液箱。当活塞(12)右边的边沿越过过液孔(13)后，压力液进入过渡孔(13)经管路(14)进入液动换向阀左边的液动孔(15)内，推动小阀芯(16)压缩弹簧(22)向上行，关闭液孔(17)后再打开液孔(18)进入大阀芯(8)的左端腔内，把大阀芯(8)推向右端。液动换向阀右端腔内原有的液体经液孔(19)进入回液管(20)流回液箱。这时，液动换向阀已换向，压力液从管路(21)进入液压缸的左端腔内，把活塞(12)向右推，液压缸右端腔内原有的液体从管路(10)进入液动换向阀内经回液管(20)流回液箱。当活塞(12)左边的边沿越过过液孔(23)后，压力液从过液孔(23)经过管路(24)进入液动孔(25)，推动小阀芯(26)压缩弹簧(28)向上行，关闭液孔(19)后再打开液孔(27)进入大阀芯(8)的右端腔内，把大阀芯(8)推向左端，液动换向阀左腔内原有的液体从液孔(17)进入回液管(20)流回液箱，双作用空心活塞杆完成一次往返运动。只要液压站连续供给压力液，双作用空心活塞杆就连续循环工作，往返运动速度的快慢决定于压力液供给量的大小，往返运动功率的大小决定于压力液压力的高低。
3、钻头旋转运动原理花键管(32)由双作用空心活塞杆(29)带动在钻头杆(46)内作往返运动，花键管拉动时，花键管上的斜花键对花键套(35)产生一个拉力和一个旋转力，由拉力使花键套上的拨齿(38)咬住拨动板上的拨齿(37)，由旋转力带动钻头与钻头杆转动一个角度；花键管推动时，花键管对花键套产生一个推力和反转力，由推力抵消弹簧力后使两拨齿(37)和(38)松开，在弹簧(36)的推力与花键管的推力互相抵消时，花键套反转回到原来的角度，花键管停止推动后，花键套失去推力，在弹簧力作用下花键套上的拨齿(38)相对于拨动板上的拨齿(37)错开一个齿位重新咬合，花键管再次拉动时钻头又转一个角度；再次推动时，两拨齿又错开一个齿位，双作用空心活塞杆连续推拉花键管，钻头就连续转动。
4、弃渣输出原理双作用空心活塞杆(29)推拉着套在钻杆(46)内的花键管(32)作往返运动，花键管端头的周外紧固多道软性耐磨环(33)，随花键管一同在钻杆内管中往返密封滑动，花键管拉动时，吸渣腔(39)中产生真空，混在水中的弃渣从多个吸渣口(40)吸入，推开球阀(41)到达吸渣腔；花键管推动时，球阀(41)关闭，吸渣腔内产生高压，受压力的弃渣水从花键管的中心孔(47)、双作用空心活塞杆的中心孔(48)压出，打开双作用空心活塞杆另一头的球阀(43)到达压力室(44)内，受压力室内另一头气囊(45)的压力作用，弃渣水从输送管(图未画)排出地面外。
参照附图，对本发明的工作原理进行说明1、活塞缸的伸缩原理根据目前市场使用的最小是地质勘探钻机，最大是打桩机等，在复杂的地层中卡住钻头后无法取出，造成很大损失。本发明的伸缩装置，采用强大的液压力把梭型空壳钻杆顶起，排除压在钻杆上的垮落弃渣，活塞缸缩回一步，使钻头工作数次，待钻头前填满弃渣后，把梭型空壳钻杆再顶起，借助地面的拉力，它就一步一步的顶出地面了。
2、钻头的工作原理笨重的双作用空心活塞杆，远距离的行程快速往返运动，产生强大的冲击力，直接冲击在钻头杆上，使钻头的刃口破坏被冲击的地面，钻头同时产生旋转力，不断的变换着被冲击的角度，冲击成圆形孔洞。在塑性地层中，大部分弃渣被挤到周围的壁中，形成坚实的护壁，只有极少弃渣从输送管排出，可供地质取样之用；在刚性地层中，全部弃渣冲烂后都要经过输送管排出地面。
权利要求
1.一种多用型穿地行二号钻机，其特征如下一根外成梭型的钻杆，一头紧固长长的软性管道，管道内装有弃渣输出管，压力液管和回液管，或用电缆线及其它动力源；另一头内套着可伸缩的活塞缸、活塞缸内装有换向阀、双作用液压缸、定向器、转拉器、钻头杆和钻头及锁紧螺母；梭型钻杆可在活塞缸外作伸缩运动；双作用液压缸中的空心活塞杆能在缸体内作往返运动，并带动钻头即能作冲击运动，又能作旋转运动；还带动混在水中的弃渣作抽流运动。
2.根据权利要求1其特征还是一根外成梭型的钻杆4套在活塞缸2的外周围，由活塞的3面和梭型钻杆的5面及两者之间的活塞缸外周面和梭型钻杆的内周面，这四个面构成一个液压腔，并装有压力液管路1通往该腔，压力管1与进液管9相通图中未画；梭型钻杆的内顶面6与活塞缸的顶面构成另一个液压腔，此腔与回液管7相通，回液管7与回液管20相通(图中未画)，构成伸缩结构。
3.根据权利要求1其特征是一个二位四通液动换向阀49，其内装有大阀芯8，在图中右端弹簧钢珠与阀磁内的相对应的几何形状结构控制下，因弹簧的推力作用，阀芯只能靠左或靠右的两个位置停定，万一停在中间位置，它不向左走就会向右走，两个小阀16和26分别受弹簧22和28的推力作用，始终靠紧两个液动孔15和25，受压力的一瞬间，推动小阀芯上行，失去液压力后瞬时返回原位，上述的就是三个阀芯的特性；换向阀上的6个通孔分别9与液压站压力液相通图中未画，20与液压站的液箱相通图中未画，21与液压缸11左端相通，10与液压缸右端相通，15与液压缸过液孔13相通，25与液压缸过液孔23相通；液压缸11内装有双作用空心活塞杆29及活塞12，构成往返运动结构。
4.根据权利要求1其特征是双作用空心活塞杆29一端紧固的销30套在壳体的轴向槽31内，控制双作用空心活塞杆只能往返运动，不能转动；一根外成斜花键、内为空心的花键管32，一头紧固在双作用空心活塞杆的端头中心孔内，其余部分套在钻头杆46的中心孔内，钻头杆一端大孔内的花键管周外装有弹簧36，花键套35，拨动板34。拨动板与钻头杆紧固并盖住花键产和弹簧，拨动板上的形齿37和花键套上的形齿38在弹簧36的推力作用下相互咬合，构成旋转结构。
5.根据权利要求1其特征是套在钻头杆46中心孔内的花键管32的端头紧固软性耐磨环33，与钻头杆内的吸弃渣腔39和吸弃渣口40及球阀41构成弃渣吸入室，由花键管的中心孔和双作用空心活塞杆的中心孔组成排出弃渣的通道；由球阀43和气囊45构成压力室44，接通弃渣输出管(图中未画)构民弃渣输出结构。
全文摘要
本发明涉及的是一种把动力装在钻杆内进入地层中快速任意穿孔的钻机。特征是一个外成梭形的钻杆，一头紧固长长的软性管道，另一头套在钻头的空心把子上，把冲击力加旋转力传递到地层与钻头的刃口接触面上冲击地面，在塑性地质中使用，大部分弃渣挤开到周围成为孔洞；在刚性地质中使用，弃渣被冲烂混在泥水中，经钻杆的轴心孔吸入，从软性管内输出地面；用于地质勘探时，截取软管入地不同深度时输出的弃渣，便得地质资料；用于采矿时，直接使用弃渣；用于建设打桩孔时，成孔就可使用；用于横向打隧道时，运走弃渣即成孔洞。本发明用于高山、平原的旱地和海洋、湖泊水下的各种行业需要在地层中穿孔工程，都会带来超出想象的效果。
文档编号E21B6/00GK101029557SQ200710065729
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月20日 优先权日2007年3月20日
发明者向明春 申请人:向明春