一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于冰川钻探多层立体刀面钻头，其特征是：钻头与上层刀头连接，上层刀头居于钻身内，钻身呈筒体，筒体下部有三位刀头和钻身底部螺旋触面，三位刀头与钻身底部螺旋触面之间的夹角为45°，三位刀头在筒体底部呈120°等距间隔。下层刀头位于筒体内下部与筒壁连接，并与筒壁呈135°夹角，下层刀头所在平面与上层刀头所在平面相互交错。本发明设计钻身底部螺旋触面提高了钻孔作业的稳定性和安全性，上层刀头与下层刀头加强了钻头的使用寿命及破石碎冰能力，加之圆筒钻身保证了碎冰的垂直向上的抽离能力及钻孔孔径。
【专利说明】—种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头
【技术领域】
[0001]本发明属于汽油冰川花杆钻的钻头，是冰川物质平衡野观测作业点布设中使用的仪器配件，属于机械领域。
【背景技术】
[0002]冰川/冰盖作为气候变化的指示器，储存了全球淡水资源的75%，是气候变化及干旱区水文水资源研究的关注热点，具有重要的科学价值和社会意义。作为描述冰川特征和衡量冰川变化最基本的物理量，冰川物质平衡是联系大气圈-冰冻圈-水圈相互作用的关键要素。研究物质平衡变化及其与气候、水文间的关系亦成为最为当前气候、海洋、冰冻圈等学科关注的热点领域，也是国际“气候与冰冻圈研究计划”(CliC)、“全球变化与陆地生态计划”(LUCC)及中“国际冰川协会”(IGS)优先考虑的关键科学问题之一。花杆法是冰川学中物质平衡测量最传统、最基本的方法，也是最耗时、耗力、耗人的野外环节。在冰川上均匀布设和补充花杆，特别是对于半定位、定位监测的冰川，能高效、快捷且较少人参与的布置多根深度在3m左右(对于一般冰川而言，年消融量〈3000mm.w.e.a)的花杆，是连续、均匀获取冰)11物质平衡的关键所在。
[0003]目前，在山地冰川上多使用产生高压水蒸气的蒸汽钻钻取花杆孔。这种高压水蒸气的蒸汽钻存在负重大、操作时间长、操作人员多，危险性较高等一些不足。汽油冰川钻的发明，有效的克服了上述的不足。然而，这些钻的设计本身还存在一定问题，有待改进优化。例如其强劲的汽油动力，在冰面这样粗糙度较低的界面上垂直钻取，其安全性有待提升；此夕卜，冰体中存在的碎石也有可能成为阻滞冰孔钻取的不利因素。因此，研制一种安全性高、能够破碎岩石、钻取强度大的钻头很有必要。
[0004]
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头。该钻头在用于冰孔钻取作业时具有安全、稳定、破碎岩石能力强的特点。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头，主要包括:钻头与钻杆的衔接处、钻身、三位刀头、钻身底部螺旋触面、上层刀头和下层刀头。钻头与钻杆的衔接处与上层刀头连接，上层刀头居于钻身内，钻身呈筒体，筒体下部有三位刀头和钻身底部螺旋触面，三位刀头与钻身底部螺旋触面之间的夹角为45°，三位刀头在筒体底部呈120°等距间隔。下层刀头居于筒体内下部与筒壁连接，并与筒壁呈135°夹角，下层刀头所在平面与上层刀头所在平面相互交错。
[0007]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
1、三位刀头采用高强度钢轨硬质合金材质制作，提升了破碎岩石的能力。该三位刀头在筒体底面以120°等间距分布，保证了光滑面钻孔作业的稳定性和安全性。 2、三位刀头与螺旋触面呈45°夹角，从力学角度最大程度传递了垂直钻取作用力。
[0008]3、圆筒钻身设计保证钻孔的孔径，同时增强了碎冰的抽离能力。
[0009]4、圆筒钻身内部的下层刀头与上层刀头交错设计，一方面实现了一定空间内的多碎冰触面，另一方面，也保证了下层钻刀毁坏的情形下上层刀头继续破冰。圆筒钻身、上层刀头和下层刀头相互配合，增强了碎冰在垂直向方向上的抽离能力。
[0010]5、本发明提高冰川钻探的效率，为气候变化及干旱区水文水资源研究提供了器械支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的钻身示意图。
[0012]图2是图1中A-A的俯视图。
[0013]图3是图1中B-B的仰视图。
[0014]图4是图1中侧视图。
[0015]图5是钻头与钻杆连接图。
[0016]图中:1、钻头；2、钻身；3、三位刀头；4、钻身底部螺旋触面；5、上层刀头；6、下层刀头。
【具体实施方式】
[0017]下面，结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明:
如图1-5所示，一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头，主要包括:钻头与钻杆的衔接处1、钻身2、三位刀头3、钻身底部螺旋触面4、上层刀头5和下层刀头6。钻头与钻杆的衔接处I与上层刀头5连接，上层刀头5置放于钻身2内，钻身2呈筒体，筒体下部由三位刀头3和钻身底部螺旋触面4围成。三位刀头3与钻身底部螺旋触面4之间的夹角为45°，三位刀头3在筒体底部呈120°等距间隔。下层刀头6位于筒体内下部与筒壁连接，并与筒壁呈135°夹角，下层刀头6所在平面与上层刀头5所在平面相互交错。
[0018]在钻取过程中，钻头与钻杆连接，钻身2底部的三位刀头3接触雪冰面，钻身底部螺旋触面4沿旋转方向，接触雪冰面，内置下层刀头6和内置上层刀头5先后触冰破冰，同时在旋转的过程中有效地将碎冰携带抽离出钻身2，并沿螺旋钻杆抽离。上层刀头5 ;下层刀头6采用高强度钢轨硬质合金材质制作，在钻取过程中有效处理遭遇碎石的突发情况。
【权利要求】
1.一种用于冰川钻探的多层立体刀面钻头，主要包括:钻头与钻杆的衔接处(I)、钻身(2)、三位刀头(3)、钻身底部螺旋触面(4)、上层刀头(5)和下层刀头(6);其特征是:钻头与钻杆的衔接处(I)与上层刀头(5)连接，上层刀头(5)居于钻身(2)内，钻身(2)呈筒体，筒体下部有三位刀头(3)和钻身底部螺旋触面(4)，三位刀头(3)与钻身底部螺旋触面(4)之间的夹角为45°，三位刀头(3)在筒体底部呈120°等距间隔，下层刀头(6)居于筒体内下部与筒壁连接，并与筒壁呈135°夹角，下层刀头(6)所在平面与上层刀头(5)所在平面相互交错。
【文档编号】E21B10/00GK104234629SQ201310244196
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2013年6月20日
【发明者】杜文涛, 秦翔, 刘宇硕, 朱荣 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所