高频双作用液动冲击装置的制作方法

本发明涉及井下硬岩高速钻进领域，特别涉及一种高频双作用液动冲击装置。

背景技术：

目前井下硬岩钻进一般采用胎体钻头或金刚石钻头以回转钻进的方式施工，存在钻进效率低、对钻具磨损严重等缺点。相比而言，气动冲击回转钻进提高了钻进效率，但是气动冲击回转钻进会产生严重的粉尘污染。液动冲击钻进不仅钻进效率高，而且不会产生粉尘污染。但是现有技术中的液动锤冲击频率和冲击功还不够理想，影响了在硬岩钻进中的钻进效率。

因此，有必要对现有的液动冲击钻具进行改进，优化其冲击频率和冲击功，提高其钻进效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高频双作用液动冲击装置及其钻具，冲击频率和冲击功高，其钻进效率快。

本发明的高频双作用液动冲击装置，包括外管，外管内沿轴向依次设置有换向阀组件和可沿外管轴向往复运动的活塞；

所述换向阀组件与外管内壁之间布置有高压液流通道，所述换向阀组件内设置有用于容纳冲击活塞前进的液流的第一冲击腔，所述活塞与外管内壁之间形成用于容纳冲击活塞复位的液流的第二冲击腔，所述第二冲击腔与高压液流通道连通，所述换向阀组件和活塞上设置有用于排出冲击液流的排液通道，所述换向阀组件用于控制所述第一冲击腔与高压液流通道及排液通道的连通和断开。

进一步，所述换向阀组件包括设置于外管内的阀座、设置于阀座内的阀芯和用于驱动阀芯沿外管轴向往复运动的阀芯驱动组件。

进一步，所述阀芯和阀座之间设置有与所述高压液流通道连通的高压通道和与所述第一冲击腔连通的第一冲击通道，通过阀芯相对阀座往复运动控制高压通道与第一冲击通道的连通或断开。

进一步，所述阀芯上还设置有与所述排液通道连通的泄流通道，通过阀芯相对阀座往复运动还可以控制所述第一冲击通道与泄流通道的连通或断开。

进一步，所述阀芯驱动组件包括设置于阀座内用于容纳冲击阀芯复位的液流的第三冲击腔，所述活塞上及第三冲击腔上设置有相互配合的信号通道，当活塞运动至前进止点时第三冲击腔通过信号通道与所述高压液流通道连通。

进一步，所述阀座包括主阀座和设置于主阀座之内的内阀座，主阀座和内阀座之间形成所述第一冲击腔，所述第三冲击腔设置于主阀座内，主阀座外壁与所述外管内壁之间形成所述高压液流通道。

进一步，所述活塞与所述外管之间还设置有活塞衬套，所述活塞衬套与主阀座之间设置有内管，所述内管内壁与活塞外壁之间形成所述第二冲击腔。

进一步，所述高频双作用液动冲击装置还包括与所述外管靠换向阀组件一端连接的钻杆接头和与外管靠活塞端连接的钻头，所述钻杆接头用于连接钻杆向所述高频双作用液动冲击装置提供高压液流，所述高频双作用液动冲击装置用于驱动钻头沿钻杆轴向钻进。

进一步，所述上接头内设置有用于对高压液流进行过滤的过滤装置。

进一步，所述外管的外壁上设置有用于辅助排渣的螺旋沟槽。

本发明的有益效果：本发明的高频双作用液动冲击装置，换向阀组件能在高低压间快速切换，优化了冲击频率和冲击功，提高了钻进效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1A-A向剖视放大图；

图3为图1B-B向剖视放大图；

图4为图1C-C向剖视放大图；

图5为图1中D处阀芯运动至前进止点时的局部放大图；

图6为图1中D处阀芯运动至复位止点时的局部放大图；

图7为图1中E处的局部放大图；

图8为图1中F处活塞运动至前进止点时的局部放大图；

图9为图1中F处活塞运动至复位止点时的局部放大图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为图1A-A向剖视放大图，图3为图1B-B向剖视放大图，图4为图1C-C向剖视放大图，图5为图1中D处阀芯运动至前进止点时的局部放大图，图6为图1中D处阀芯运动至复位止点时的局部放大图，图7为图1中E处的局部放大图，图8为图1中F处活塞运动至前进止点时的局部放大图，图9为图1中F处活塞运动至复位止点时的局部放大图，如图所示：本发明的高频双作用液动冲击装置，包括外管11，外管11内沿轴向依次设置有换向阀组件和可沿外管轴向往复运动的活塞9；

所述换向阀组件与外管内壁之间布置有高压液流通道15，所述换向阀组件内设置有用于容纳冲击活塞前进的液流的第一冲击腔22，所述活塞与外管内壁之间形成用于容纳冲击活塞复位的液流的第二冲击腔23，所述第二冲击腔23与高压液流通道15连通，所述换向阀组件和活塞上设置有用于排出冲击液流的排液通道18，所述换向阀组件用于控制所述第一冲击腔22与高压液流通道15及排液通道18的连通和断开。换向阀组件可采用滑动阀，也可采用球形旋转阀，还可以采用现有技术中其他能够控制第一冲击腔22与高压液流通道15及排液通道18的连通和断开换向阀组件，均能实现本发明的目的；

当第一冲击腔22与高压液流通道15连通并与排液通道18断开时，第一冲击腔22中的受力面积大于在第二冲击腔23中的受力面积，高压液流冲击活塞前进；当第一冲击腔22与高压液流通道15断开并与排液通道18连通时，第一冲击腔中的液流从排液通道排出，因而第一冲击腔中变为低压，第二冲击腔23中的高压液流冲击活塞复位。

本实施例中，所述换向阀组件包括设置于外管内的阀座、设置于阀座内的阀芯5和用于驱动阀芯5沿外管11轴向往复运动的阀芯驱动组件，所述阀芯驱动组件可采用弹簧驱动，也可采用液压驱动，还可以采用现有技术中的其他其他驱动组件，均能实现本发明的目的，阀芯5可采用碳化钨粉末冶金烧结制成，强度高，耐磨性好，延长零部件的使用寿命；通过阀芯滑动对液流进行切换，切换速度快，有利于提高液动锤的冲击频率，并且结构简单，易于实现。

本实施例中，所述阀芯5和阀座之间设置有与所述高压液流通道连通的高压通道24和与所述第一冲击腔连通的第一冲击通道25，通过阀芯相对阀座往复运动控制高压通道24与第一冲击通道25的连通和断开；

可在所述阀芯5外壁中部径向内沉形成凹环，所述阀座上设置有用于与凹环配合的凸环，凸环沿所述外管轴向两侧分别设置有与所述高压液流通道15连通的高压通道24和与所述第一冲击腔22连通的第一冲击通道25，所述阀芯上还设置有泄流通道26；如图5所示，当阀芯5运动至前进止点(即图中的右止点)时，高压液流从高压通道24过阀芯凹环和第一冲击通道25进入第一冲击腔22冲击活塞9前进；如图6所示，当阀芯5运动至复位止点(即图中左止点)时，第一冲击通道25与泄流通道26连通(同时第一冲击通道25与高压通道24断开)，第一冲击腔22中的高压液流经过泄流通道26进入排液通道18使得第一冲击腔22瞬间变为低压，在第二冲击腔23中的高压液流冲击活塞复位；也可在阀芯上设置凸环，在阀座上设置凹环；此结构切换速度快，且能保证切换后高压液流通道和第一冲击腔的密封性，结构简单，易于实现。

本实施例中，所述阀芯驱动组件包括设置于阀座内用于容纳冲击阀芯复位的液流的第三冲击腔17，所述活塞9上设置有信号通道27，第三冲击腔上设置有与信号通道27配合的信号通道28；如图8所示，当活塞9运动至前进止点(即图中的右止点)时第三冲击腔17通过信号通道与所述高压液流通道15连通，高压液流通道中的高压液流从信号通道27和信号通道28进入第三冲击腔17冲击阀芯5复位；阀芯前进前进驱动依靠高压液流通过高压通道24直接驱动阀芯前进；通过信号通道控制液流，刚好在活塞运动至前进止点时立即将阀芯复位，在活塞没有运动至前进止点时，第三冲击腔与高压液流断开，此结构可提高切换速度，进一步提高液动锤的复位速度，提高工作效率，优化冲击频率和冲击功。

本实施例中，所述阀座包括主阀座7和设置于主阀座之内的内阀座6，主阀座7和内阀座6之间形成所述第一冲击腔22，所述第三冲击腔设置于主阀座7内，主阀座外壁与所述外管内壁之间形成所述高压液流通道15，主阀座上还设置有与第三冲击腔18连通的第三冲击通道29，第三冲击腔中18的高压液流经过第三冲击通道29流经主阀座和内阀座之间的间隙冲击阀芯5复位；加工制造、安装方便。

本实施例中，所述活塞9与所述外管11之间还设置有活塞衬套10，所述活塞衬套10与主阀座7之间设置有内管8，所述内管内壁与活塞外壁之间形成所述第二冲击腔23；活塞衬套可保证第二冲击腔23的密封性，活塞衬套和内管可调节第二冲击腔的体积。

本实施例中，所述高频双作用液动冲击装置还包括与所述外管靠换向阀组件一端连接的钻杆接头1和与外管靠活塞端连接的钻头14，所述钻杆接头用于连接钻杆向所述高频双作用液动冲击装置提供高压液流，所述高频双作用液动冲击装置用于驱动钻头沿钻杆轴向钻进，钻杆接头1与阀座之间设置有引导座3，钻头14与外管11之间通过花键套13连接，外管内壁上还设置有对钻头限位的卡环12；通过钻杆接头1和钻头14实现对井下硬岩的钻进。

本实施例中，所述上接头1内设置有用于对高压液流进行过滤的过滤装置2，如图2所示，过滤装置2包括过滤网支撑管20，过滤网支撑管20上设置有过滤通孔21，也可采用现有技术中的其他过滤装置；液流通过过滤装置后可有效地防止其中的粗颗粒物质进入换向阀组件划伤阀芯，从而提高钻具的工作可靠性。

本实施例中，所述外管11的外壁上设置有用于辅助排渣的螺旋沟槽19；可辅助排渣，提高钻进效率。

以上实施例中，前进方向是指沿外管轴向远离换向阀组件指向钻头的方向，复位方向是指与前进方向相反的方向。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。