专利名称：近距增速式硬岩深孔钻进器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻孔工具，尤其是指一种应用于岩石中钻孔的近距增 速式硬岩深孔钻进器。
技术背景在岩石中钻孔是采矿、建筑、隧道等行业中非常重要的一项工作，诸如锚 索孔、爆破孔、安装孔等都需要在岩石中钻孔。针对钻孔工作的设备和工具有 很多，诸如液压钻机、气动钻机、冲击式钻机以及配套的各种硬质合金钻头、 金刚石钻头等。这些钻孔设备都是在钻机的输出轴上直接安装钻头，或者为了 钻深孔则在钻机的输出轴上安装加长钻杆，然后再将钻头连接在钻杆的前端。 钻机是提供动力的设备，其体积较大，只能停留在所钻的孔外。在钻深孔时需 要将钻杆加长。由于钻孔时钻头需要高速旋转才能钻进，当钻杆加长后，钻杆 及钻头在高速旋转时就会剧烈抖动，这样不但会损坏钻头，而且在钻深孔时不 能保证孔的直线度和孔径，并还有可能造成安全隐患。这些设备普遍存在的缺点是钻深孔时只能釆用低转速，因此钻进效率很差； 高转速时，不能钻深孔。在坚硬的岩石内钻孔作业时，普遍存在速度慢，效率 低；遇到不同硬度的层状岩石或者岩层、土层交替的地质构造时钻出的孔不能 符合要求。钻孔是开展其它作业的先期工作，钻孔的效率低将影响其它作业的 进度和速度。开发一种结构简单、轻便、通用性强，又能实现在硬岩中高速钻 进的设备显得尤为重要。 实用新型内容本实用新型需要解决的技术问题是提供一种为钻头近距离提供高转速的钻 进的设备,能够实现在硬质岩石中高速钻进、在不同硬度的岩层中都能通用。实用新型所采取的技术方案是一种近距增速式硬岩深孔钻进器，包括为钻进提供动力的钻机、钻头；在钻机和钻头之间接近钻头的位置处设置有增速器，增速器的一端连接输入轴，输入轴与钻机连接；增速器的另一端设置输出轴，输出轴与钻头连接。在钻深孔时，则在钻机与增速器之间连接与钻孔深度匹配的钻杆。本实用新型的增速器的进一步具体结构为增速器的外面设置有套简；套 筒靠近钻头的一端设置有三个轴向的卡槽，每个卡槽内都设置有与套简连接的 活动的卡爪，卡爪上设置有轴承；增速器的输出轴与钻头连接的一端加工有不 同直径的轴段，两个不同直径的轴段之间为锥形过渡段；卡爪上的轴承与输出 轴的锥形过渡段及大轴径段配合。输出轴与钻头为活动连接，其连接处设置有压缩弹簧，当钻头被岩石顶住 不能前进时，输出轴能继续前进一段距离，将压缩弹簧压缩，前进的过程中输 出轴的圆锥面与卡爪上的轴承接触将卡爪撑开。套简上设置有轴向的滑动键槽，增速器上设置有滑键，滑键置于滑动键槽内。如果钻孔时使用的是金刚石薄壁钻头，则滑动键槽的长度与钻头的钻进长 度相应，增速器在套简内的行程与钻头的钻进长度相等。本实用新型的卡爪的进一步具体结构为卡爪与套简的卡槽配合连接，在 卡爪的底部设置一销轴，销轴将卡爪活动连接在套简的卡槽内；在卡爪底部设 置上述销轴的位置，还开有弹簧槽，弹簧槽内设置有套在销轴上的扭簧，扭簧 为卡爪提供扭向套筒轴心方向的力。在卡爪的前端设置一轴承，在上述扭簧的 作用下，此轴承始终与增速器的输出轴保持接触。在卡爪的中部、面向套筒的 外表面处设置有孔，此孔内的底部设置有碟簧，上部设置有一个置于孔口部位 的支撑块，支撑块被限制在此孔内，并且支撑块能在空内沿孔的轴线方向活动。本实用新型的进一步改进在于所述输入轴、输出轴及增速器内部设置有 互相连通的通水孔，此通水孔一直延伸到钻头内部。
由于釆用了上述技术方案，本实用新型所取得的技术进步在于 釆用本实用新型的设备钻孔时的工作过程是，先用普通钻头在需开孔的岩 石上开出一定深度的孔，将金刚石钻头与增速器的输出轴相连接，将钻杆与增 速器的输入轴相连接，将钻杆与钻机相连接，用钻机将以上连接好的部件送入 孔的底部，此时，钻头顶在孔底上，输出轴压缩钻头与输出轴连接处的弹簧并 继续向前移动，套简上的卡爪被输出轴上设置的圆锥段撑开，进入套简的卡槽 内，并撑紧在所钻出的孔壁上，从而将套简固定，使其不能转动也不能沿孔发 生轴向移动。开动钻机并向前推进，增速器对钻机输出的转速进行加速并传递 给金刚石钻头，增速器通过沿套简的滑动键槽向前移动，同时推动钻头向前钻 进。当增速器上的滑键到达滑动键槽的端部时，将钻头、钻杆连同增速器撤出， 当输出轴后撤过程中输出轴上的圆锥段到达轴承的限定位置时，扭簧推动卡爪 复位，实现套简与孔壁分离，此时增加相应长度的钻杆继续向前推动，重复打 钻过程，直至完成需钻孔深度。本实用新型将微型增速器应用到钻孔作业，是在深孔内部为钻头提供近距 离的加速，可以实现钻头在深孔内高速转动切削；由于本实用新型只有输出轴 是高速旋转，而输入轴及与输入轴连接的钻杆是低速旋转，即使钻杆加长，钻 杆及钻头也不会发生剧烈抖动，这样在钻进深孔时不但能保证孔的直线度和孔 径的精确，而且还会充分发挥金刚石钻头的性能延长钻头的寿命，提高钻孔效 率。本实用新型设备简单，操作容易，能有效改善作业环境，降低钻孔成本， 提高作业效率。本实用新型能够将钻进器的套简固定在深孔的孔壁上，当钻机施加顶力时， 输出轴向前移动时，才推动三个卡爪沿径向撑开，支撑块才与孔壁接触，并推 动碟簧压缩对卡紧装置施加预紧力，使套简固定在孔壁上。卡爪与套筒通过扭 簧连接，当卡爪张开时，扭簧处于压缩状态。当完成一次钻孔作业，向后撤出 钻进器，当输出轴后撤过程中输出轴上的圆锥段到达轴承的限定位置时，扭簧 推动卡爪复位，实现套简与孔壁分离，使钻具顺利撤出。卡爪上的轴承可以转
动，使钻孔过程中输出轴转动时不会产生太大的阻力。在输入轴、增速器、输 出轴内设置的通水孔可以为钻头提供冷却用水， 一是可以降低钻头的温度，二 是为切削提供润滑，三是可以软化岩石。
图l是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型的卡爪的结构示意图。其中1、钻头，2、卡爪，3、套筒，4、输出轴，5、增速器，6、输入轴， 7、钻机，8、滑键，9、滑动键槽，10、扭簧，11、支撑块，12、轴承，13、碟 簧，14、销轴，15、卡槽。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进 一 步详细说明本实用新型的结构如图1所示，它包括金刚石钻头1及为钻进提供动力的 钻机7;在钻机7和钻头1之间接近钻头1的位置处设置有增速器5，增速器5 的一端连接输入轴6，输入轴6与钻机7连接，随着钻孔的深入，在钻机7和输 入轴6之间再逐渐连接不同长度的钻杆。增速器5的另一端设置输出轴4，输出 轴4与钻头1活动连接，在输出轴4与钻头1连接的部位设置有压缩弹簧。输 入轴6、输出轴4及增速器5内部设置有互相连通的通水孔，此通水孔通到钻头 的内部，通水孔的另一端通过钻杆与外部水源连接。增速器5、输入轴6、输出轴4的外面设置有套简3;套筒3靠近钻头1的 一端设置有三个轴向的卡槽15，每个卡槽内都设置有活动的卡爪2，卡爪2上 端设置有轴承12;输出轴4与钻头1连接的一端加工有不同直径的轴段，两个 不同直径的轴段之间为圆锥形过渡段；卡爪2上的轴承12与输出轴4的锥形过 渡段及大轴径段滚动配合。套筒3上设置有轴向的滑动键槽9,增速器5上设置 有滑键8,滑键8置于滑动键槽9内。滑动键槽9的长度限制增速器5及滑键8 在套简3内的行程。当钻头伸到预先钻出的孔内被岩石顶住不能前进时，输出 轴仍能继续前进一段距离，前进的过程中输出轴的圆锥面与卡爪上的轴承接触 将卡爪撑开，使卡爪上的支撑块与孔壁接触，将套简固定。卡爪的结构如图2所示。卡爪2与套简3的卡槽15配合连接，在卡爪2的 底部设置一销轴14，销轴14将卡爪2活动连接在套简3的卡槽内；在卡爪2底 部、设置上述销轴14的位置处还开有弹簧槽，弹簧槽内设置有套在销轴14上 的扭簧IO,扭簧10为卡爪2提供扭向套简3轴心方向的力。轴承12设置在卡 爪2的前端，在上述扭簧的作用下，此轴承12始终与输出轴4保持接触。在卡 爪2的中部、面向套筒3的外表面处设置有孔，此孔口部设置一支撑块ll，此 支撑块ll与孔活动连接，可以沿孔的轴向移动，但也通过挡块限制其与孔脱离， 支撑块ll里面的孔内还设置有碟簧13。
权利要求1、近距增速式硬岩深孔钻进器，包括钻机(7)、钻头(1)，其特征在于在钻机和钻头之间接近钻头的位置处设置有微型的增速器(5)，增速器(5)的一端连接有与钻杆连接或者与钻机(7)的输出轴连接的输入轴(6)，增速器(5)的另一端设置有与钻头(1)连接的输出轴(4)。
2、 根据权利要求l所述的近距增速式硬岩深孔钻进器，其特征在于所述钻 头与输出轴的连接处设置有保证输出轴与钻头之间短距离轴向移动的弹簧。
3、 根据权利要求1或者2所述的近距增速式硬岩深孔钻进器，其特征在于 所述增速器(5)及输入轴(6)、输出轴(4)的外面设置有外部尺寸不大于钻 头外径的套简(3 );套简(3 )靠近钻头(1)的一端设置有卡槽(15 ),卡槽(15 ) 内设置有活动的卡爪(2),卡爪(2)上设置有与输出轴(4)配合的轴承(12)， 输出轴(4)与轴承(12)配合的部位加工有锥形过渡段，轴承(12)与此锥形 过渡段及大轴径段接触配合；套简(3)上设置有滑动键槽(9)，增速器(5) 上设置有与滑动键槽(9)配合的滑键(8)。
4、 根据权利要求3所述的近距增速式硬岩深孔钻进器，其特征在于所述钻 头为空心薄壁钻头时，增速器上的滑键在滑动键槽(9)的行程长度与钻头(1) 的钻进深度相应。
5、 根据权利要求3所述的近距增速式硬岩深孔钻进器，其特征在于所述卡 爪(2)与套简(3)的卡槽(15)通过设置在卡爪(2)的底部的销轴(l4)活 动配合连接；在卡爪(2)的底部、设置上述销轴(14)的位置处开有弹簧槽， 弹簧槽内设置有套在销轴(14)上的扭簧(10);轴承(12)设置在卡爪(2) 的前端；在卡爪(2)的中部、面向套简(3)的外表面处设置有具有弹力的支 撑块Ul)。
6、 根据权利要求5所述的近距增速式硬岩深孔钻进器，其特征在于所述支 撑块(11)通过限位结构活动限制在卡爪(2)的中部的孔内，在孔底与支撑块 (11)之间设置有碟簧(13)。
7、根据权利要求l所述的近距增速式硬岩深孔钻进器，其特征在于所述输 入轴、输出轴及增速器内部设置有互相连通的通到钻头前端的通水孔。
专利摘要本实用新型公开了一种近距增速式硬岩深孔钻进器，属于钻孔机械领域。它是在接近钻头的位置处设置有增速器，增速器的一端为与钻机连接的输入轴，增速器的另一端有与钻头连接输出轴。增速器的外面设置有套筒；套筒靠近钻头的一端设置有支撑孔壁、固定套筒的活动卡爪，卡爪上设置有与输出轴接触配合的轴承，增速器上的滑键与套筒上的滑动键槽配合，输入轴、输出轴及增速器内部设置有互相连通的通水孔一直连通至钻头内部。本实用新型是在深孔内部靠近钻头的地方才为钻头提供加速，实现钻头在深孔内高速转动切削，而输入轴和钻杆是低速旋转，钻杆及钻头不会发生剧烈抖动，不但能保证孔的直线度和孔径的精确，而且还会延长钻头的寿命，提高钻孔效率。
文档编号E21B3/00GK201214982SQ20082007794
公开日2009年4月1日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者冯春保, 刘占宏, 刘水东, 伟 李, 李占利 申请人:石家庄中煤装备制造有限公司;河北冀凯实业集团有限公司