一种冲击频率可调节的高风压深孔冲击器的制作方法

本发明涉及一种气动冲击钻孔设备，尤其是一种冲击频率可调节的高风压深孔冲击器，用于打深孔水井、深孔基础桩及各种土木工程和地下开采所需的打深孔场合。

背景技术：

当前，市场上的深孔冲击器主要为宜昌市五环钻机具有限责任公司于2010年申请获得的专利《无阀单缸型高效潜孔冲击器》，其专利号为：ZL 201020124375.6。近几年，这种冲击器通过不同生产厂家的不断改进，目前也只能打孔深为200m以内的深孔，难以打深度超过200m的深孔，主要原因在于冲击器自身的结构决定其在打深孔时，由于冲击频率过高，并且冲击频率无法调节，导致进入冲击器中的高压风量大部分维持消耗在冲击器的活塞做无用功上，而没有足够的风量保持进入钻头中的通气孔道进行孔底排渣，一旦钻头底部的岩渣不能及时排出就会出现埋钻和卡钻，虽然冲击器的活塞不停地在做功，但整个冲击是难以进尺的，钻头只能重复地击打在不能排出的岩渣上，这不仅消耗大量的能量，而且严重限制了冲击器打孔的深度。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决当前冲击器的冲击频率过高且冲击频率无法调节，导致打深孔时冲击力不足，并且不能确保始终有足够的风压和风量进入钻头孔底排渣，进而影响冲击器打孔深度的问题，为此提供一种冲击频率可调节的高风压深孔冲击器。

本发明的具体方案是：一种冲击频率可调节的高风压深孔冲击器，包括依次组装在一起的后接头、炮管和前接头以及钻头，后接头中套装有控制管，炮管中套装有活塞，在后接头、活塞和钻头中均设有通气孔道；控制管具有前侧配气杆和后侧逆止阀以及配气孔A，配气孔A用于连通后接头中的通气孔道和配气杆中的供气腔，配气杆的前端与活塞中的通气孔道相配合；其特征是：所述炮管、活塞的后端和控制管以及后接头围成后气室，在钻头的尾端装有与活塞前端的通气孔道相配合的尾管，炮管、活塞的前端、尾管和钻头以及前接头围成前气室；所述配气杆前端的侧壁上开设有配气孔B，并在其前端装有用于调节气压和通气量的胶塞头；在活塞的后端开设有与其通气孔道相连通的第一通气孔和第二通气孔，在活塞进行返程或冲程运动时，配气孔B分别与第一通气孔和第二通气孔实现交替连通；在活塞的外侧壁上开设有气槽A、B，气槽A连通第一通气孔和前气室，气槽B连通第二通气孔与后气室；在炮管的内壁上开设有环形凹槽A，用于控制气槽A与前气室之间的开启或关闭。

本发明中所述配气杆前端的管口处设有朝管口内侧布置且用于安装胶塞头的环形沿边；所述胶塞头具有“T”形的截面结构，并在胶塞头上开设有通气孔，其中胶塞头的大头端位于供气腔内，并紧贴在环形沿边上，胶塞头的小头端安装在环形沿边所围成的安装孔中。

本发明中在炮管内壁上且紧靠前接头的后端面依次卡装有钻头保持环和活塞卡簧。

本发明中所述配气孔B由4-6个沿着配气杆前端的侧壁呈圆周排布的通孔组成；第一通气孔和第二通气孔开设有与所述通孔相同的数量，并均沿着活塞呈圆周布置，第一通气孔和第二通气孔对应配备相同数量的气槽A和气槽B；在活塞的外侧壁上开设有环形凹槽B，用以连通各个气槽A。

本发明结构简单、设计巧妙、故障率低、便于维护，通过对冲击器的气路进行优化设计，并在配气杆的前端安装用于调节风压和通气量的胶塞头，在保持冲击器功率不变的情况下，通过减小活塞的冲击频率，增大了冲击器的冲击力，并在冲击器进行冲孔的同时始终确保一定的风压和通风量对钻头的孔底进行排渣，克服了现有的冲击器在打孔时因不能及时清渣而出现埋钻和卡钻的问题，打孔深度达到200～1000m，适用于打深孔水井、深孔基础桩及各种土木工程和地下开采所需的打深孔场合。

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图；

图2是本发明中控制管的剖面结构示意图。

图中：1—后接头，2—炮管，3—前接头，4—钻头，5—控制管，6—活塞，7—通气孔道，8—配气杆，9—逆止阀，10—配气孔A，11—供气腔，12—后气室，13—尾管，14—前气室，15—配气孔B，16—胶塞头，17—第一通气孔，18—第二通气孔，19—气槽A，20—通气孔，21—环形沿边，22—安装孔，23—钻头保持环,24—活塞卡簧，25—锁销，26—气槽B，27—环形凹槽A，28—环形凹槽B。

具体实施方式

参见图1-2，一种冲击频率可调节的高风压深孔冲击器，包括依次组装在一起的后接头1、炮管2和前接头3以及钻头4，后接头1中套装有控制管5并通过锁销25固定，炮管2中套装有活塞6，在后接头1、活塞6和钻头4中均设有通气孔道7；控制管5具有前侧配气杆8和后侧逆止阀9以及配气孔A10，配气孔A10用于连通后接头1中的通气孔道7和配气杆8中的供气腔11，配气杆8的前端与活塞6中的通气孔道7相配合；所述炮管2、活塞6的后端和控制管5以及后接头1围成后气室12，在钻头4的尾端装有与活塞6前端的通气孔道7相配合的尾管13，炮管2、活塞6的前端、尾管13和钻头4以及前接头3围成前气室14；所述配气杆8前端的侧壁上开设有配气孔B15，并在其前端装有用于调节气压和通气量的胶塞头16；在活塞6的后端开设有与其通气孔道7相连通的第一通气孔17和第二通气孔18，在活塞6进行返程或冲程运动时，配气孔B15分别与第一通气孔17和第二通气孔18实现交替连通；在活塞6的外侧壁上沿轴向开设有气槽A19，气槽A19连通第一通气孔17和前气室14，气槽B26连通第二通气孔18与后气室12；在炮管2的内壁上开设有环形凹槽A27，用于控制气槽A19与前气室14之间的开启或关闭。

参见图2，本实施例中所述配气杆8前端的管口处设有朝管口内侧布置且用于安装胶塞头16的环形沿边21；所述胶塞头16具有“T”形的截面结构，并在胶塞头16上开设有通气孔20，其中胶塞头16的大头端位于供气腔11内，并紧贴在环形沿边21上，胶塞头16的小头端安装在环形沿边21所围成的安装孔22中。在实际使用时，根据空压机提供的风压和风量，合理地选择具有不同通气孔20孔径的胶塞头16，根据通气孔20孔径的不同可调节风压和风量，从而改变活塞6做功的频率（功率不变，减小做功频率可增大冲击力），并保持高压风始终沿着通气孔道7对钻头4的孔底进行清渣。

本实施例中在炮管2内壁上且紧靠前接头3的后端面依次卡装有钻头保持环23和活塞卡簧24。

本实施例中所述配气孔B15由4-6个沿着配气杆8前端的侧壁呈圆周排布的通孔组成；第一通气孔17和第二通气孔18开设有与所述通孔相同的数量，并均沿着活塞6呈圆周布置，第一通气孔17和第二通气孔18对应配备相同数量的气槽A19和气槽B26；在活塞6的外侧壁上开设有环形凹槽B28，用以连通各个气槽A19。

本发明的工作过程如下：

(1)准备开始：先放下冲击器，将冲击器的后接头1与钻杆的机件对接，当钻头4与岩层接触并顶起活塞6使其处于图示位置时，准备工作已经做好；

来自空压机的高压气体P经过后接头1中的通气孔道7，顶开逆止阀9，气体经过控制管5上的配气孔A10进入供气腔11，由供气腔11进行配气；

(2)返程运行（活塞6向上运动）：进入控制管5中供气腔11的高压气体P，在活塞6处于图示位置时，配气杆8前端的配气孔B15与第一通气孔17相连通，分配的高压气体P1沿着气槽19进入前气室14，前气室14中的高压气体因气压增大而膨胀，推动活塞6向上运动。当活塞6向上运动到配气杆8前端的配气孔B15与活塞6上的第二通气孔18相连通时，从配气孔B15分配的高压气体P2通过第二通气孔18进入后气室12，后气室12中的高压气体因气压增大而开始膨胀，此时第一通气孔17被封闭，活塞6前端的冲击面与尾管13脱离，储存在前气室14中的高压气体通过尾管13和钻头4中的通气孔道7对钻头4的孔底进行清渣，从而前气室14内的气压逐渐减小，当前气室14内的气压和后气室12内的气压相等时，活塞6停止向上运动，返程结束；

(3)冲程运动（活塞6向下运动）：当后气室12内的气压大于前气室14内的气压时，活塞6在气压差和自重惯性下向下运动，并冲击钻头4进行破岩；再此过程中，虽然活塞6下降到第一通气孔17与配气杆8前端的配气孔B15相通，但是由于钻头4受到冲击已破岩，也会随之下降，由此尾管13与活塞6还是处于脱开状态，从而使得前气室14不能形成封闭的空间，故活塞6在气压作用下一直向下运动，直至活塞6与控制管5上的配气杆8脱离，此时后气室12内的高压气体经过活塞6的通气孔道7、尾管13和钻头4中的通气孔道7对钻头4的孔底进行清渣，后气室12内的气压逐渐减小；

(4)返程与冲程运动交替进行：当后气室12内的气压逐渐减小到一定程度后，活塞6不再冲击，冲击器会在钻机的给进力的作用下，使得冲击器处于图示状态，冲击器一旦处于图示状态，活塞6就要开始进行返程运动；

(5)孔底清渣：对钻头4孔底的清渣过程分别在两个气路进行，其中一路是活塞6在进行冲程和返程的过程中，利用前气室14和后气室12泄压排气至钻头12的孔底进行清渣；另外一路是从配气杆8分配的高压气体P0经过胶塞头16、活塞6的通气孔道7、尾管13和钻头4中的通气孔道7始终对钻头4的孔底进行清渣。