一种新型取芯钻头的制作方法

1.本实用新型涉及钻探设备技术领域，尤其是一种新型取芯钻头。


背景技术：

2.随着生产发展的需要，钻机被广泛地应用在各种工程施工领域。由于钻探材质和使用环境的不同，人们针对各种不同使用条件研发出许多不同类型的钻机，在工程钻孔领域，遇到大直径嵌岩钻进时，可以采用人工挖孔、冲击钻钻进成孔、旋挖钻机钻进成孔、全断面反循环钻机钻进成孔等方法，随着人力成本的上升、对安全方面要求的提高以及对钻进效率越来越高的要求，目前行业内在进行大直径嵌岩钻进时采用的主流方法是全断面反循环钻机钻进成孔和旋挖钻机钻进成孔两种成孔方法。
3.全断面反循环钻机在钻进时以全断面破碎方法为主，利用钻井液的循环将钻渣携带出孔，全断面钻进不仅因为碎岩量为钻孔体积量的100%造成钻进效率相对较低，更为重要的是在钻孔直径较大、岩石硬度较大时，在目前可见的成型产品中根本无法对孔底施加足够的有效碎岩所需要的钻进压力，这致使钻进效率非常低，很多时候一小时只能钻进几厘米。
4.旋挖钻机钻进成孔时，以使用伸缩钻杆为主，伸缩钻杆的使用使得提钻进变得较为方便，因此使用旋挖钻机进行大直径嵌岩钻进时，目前普遍采用的是取芯钻进的方法，取芯钻进钻头上的钻齿可以是截齿也可以是牙轮。取芯钻进不仅减少了碎岩量，更为重要的是，在进行大直径嵌岩钻进时，取芯钻进因为碎岩断面积相对要小很多，使得旋挖钻机可以向孔底施加有效碎岩所需的钻压，进而提高钻进效率。但当钻孔直径较大且岩石较硬较完整时，即便是完成了环状破碎后，留置在孔内的岩芯直径依然较大，如何将留置在孔底岩芯截断就成了一个非常重要的问题。
5.业内人士也试验及正在使用一些方法，比如：1、采用内通径相对较小的钻头强行卡住岩芯后，提断或扭断岩芯；2、采用钻头筒体内部上端加楔铁的方法侧向挤断岩芯；3、将带有液压动力的装置下入孔底侧向挤断岩芯；4、利用全断面钻头二次破碎岩芯。以上这些方法都有人在用，但都有局限性，前三种方法基本只能处理钻孔直径相对较小时的岩芯，目前可见的案例中，最大处理成功为1500mm以内直径的钻孔（当然还在很大程度上取决于岩石的硬度、岩芯的细长比以及岩芯的完整度），利用全断面钻头二次破碎岩芯的方法几乎是失去了取芯钻进的意义。
6.基于此，行业内急需一种能够在孔底对直径相对较大的岩芯进行孔底截断的取芯钻头。


技术实现要素：

7.本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种结构设计合理可靠，大大的降低劳动强度，提高钻进效率的新型取芯钻头，实现了对孔底直径相对较大的岩芯进行孔底截断的取芯，改变了以往的钻取工艺。
8.本实用新型所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，本实用新型是一种新型取芯钻头，其特点是，包括钻头本体，在钻头本体的上部设有提升机构，在钻头本体的下部设有刀具向内转动切削岩芯的切削取芯机构；
9.所述钻头本体包括互相套装的外筒和内筒，内、外筒之间通过轴向传扭机构实现同步转动；在外筒上部的正中间设有用于与钻杆连接并传递扭矩的传扭套；所述提升机构设置在外筒上；
10.所述切削取芯机构包括设在内筒下方的转环，在内筒下部的外周壁上设有一圈环状凸沿，在转环上部的内侧壁上设有一圈与环状凸沿配合的环状凹槽，转环通过环状凹槽与环状凸沿的配合悬挂套装在内筒下部；在转环侧壁上对称的开设有两个切削窗孔，在切削窗孔内分别装有切削机构；
11.所述切削机构包括一根与内筒铰接的拉杆和一根与转环铰接的推杆，推杆的另一端铰接有切削刀头，切削刀头的切削刃朝向转环的圆心一侧设置，拉杆的另一端在靠近切削刀头处与推杆铰接，拉杆、推杆和刀头形成连杆机构；所述拉杆和推杆均为与转环侧壁弧度相适的弧形杆；
12.在钻头本体上设有外筒沿内筒上下移动带动转环转动并对称设置的两组钢丝绳扭转机构；
13.所述钢丝绳扭转机构包括钢丝绳；在内筒环状凸沿上方的外侧壁上对称设有两个导向座，在外筒顶部设有与其中一个导向座对应的涨紧轮，在另一个导向座上方的内、外筒之间设有改变钢丝绳受力方向的缠绕机构；所述缠绕机构包括设在内筒外侧壁上的缠绕座和设在外筒内侧壁上且位于缠绕座下方用于固定钢丝绳的固定机构；由固定机构引出的钢丝绳向上绕过缠绕座后向下经过两个导向座后再向上穿过内、外筒之间的间隙最终与涨紧轮连接；在两个导向座之间的钢丝绳通过夹绳器与转环固定相接；
14.所述固定机构包括设在外筒内壁下端部上的上小下大竖向设置的楔形孔，在楔形孔内设有与楔形孔配合的楔形块，钢丝绳绕过楔形块固定装在楔形孔中。
15.本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型取芯钻头中：所述提升机构包括对称设在传扭套两侧的加强筋板，加强筋板将外筒的上端面与传扭套的外圆周面之间固定连接，在两个加强筋板上开设有两个对称设置的提吊孔。
16.本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型取芯钻头中：所述夹绳器设有绳槽，在两个导向座之间的钢丝绳穿设在绳槽中。
17.本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型取芯钻头中：所述轴向传扭机构包括竖向设置在内筒外壁上的键槽和插接在键槽内的传扭键，内、外筒之间通过键槽与传扭键插接套装。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
19.通过设置切削机构，将转环的转动与刀头的伸展通过连杆机构设计成联动的，巧妙的实现动力方向的转变，克服了孔底岩芯截断取芯的困难；将拉杆、推杆设置为与转环侧壁弧度相适的弧形杆，能够方便的收纳于转环的切削窗孔内，节省空间，又能适应孔底的工作环境；
20.通过设置钢丝绳扭转机构，往下下压外筒，钢丝绳受力并扭转转环，转环带动由拉
杆、推杆和刀头组成的连杆机构，两侧的刀头向转环圆心展开，对岩芯进行切割实现断芯；本取芯钻头结构简单，设计巧妙，合理可靠，能对孔底直径相对较大的岩芯进行孔底截断的取芯，改变了以往的钻取工艺，大大的降低了劳动强度，提高了钻进效率。
附图说明
21.图1为本实用新型的一种结构示意图；
22.图2为图1的俯视图；
23.图3为切削机构结构示意图；
24.图4为钢丝绳走向图；
25.图5为固定机构结构示意图。
26.图中：1.外筒，2.内筒，3.传扭套，4.转环，5.切削窗孔，6.拉杆，7.推杆，8.切削刀头，9.钢丝绳，10.导向座，11.涨紧轮，12.缠绕机构，13.固定机构，14.加强筋板，15.提吊孔，16.夹绳器，17.楔形孔，18.楔形块。
具体实施方式
27.以下进一步描述本实用新型的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本实用新型，而不构成对其权利的限制。
28.【实施例1】
29.参照图1，结合图2，一种新型取芯钻头，包括钻头本体，在钻头本体的上部设有提升机构，在钻头本体的下部设有刀具向内转动切削岩芯的切削取芯机构；
30.所述钻头本体包括互相套装的外筒1和内筒2，内、外筒之间通过轴向传扭机构实现同步转动；在外筒1上部的正中间设有用于与钻杆连接并传递扭矩的传扭套3；所述提升机构设置在外筒1上；
31.所述切削取芯机构包括设在内筒2下方的转环4，在内筒2下部的外周壁上设有一圈环状凸沿，在转环4上部的内侧壁上设有一圈与环状凸沿配合的环状凹槽，转环4通过环状凹槽与环状凸沿的配合悬挂套装在内筒2下部，转环4可以相对于内筒2转动；在转环4侧壁上对称的开设有两个切削窗孔5，在切削窗孔5内分别装有切削机构；
32.参照图3，所述切削机构包括一根与内筒2铰接的拉杆6和一根与转环4铰接的推杆7，推杆7的另一端铰接有切削刀头8，切削刀头8的切削刃朝向转环4的圆心一侧设置，拉杆6的另一端在靠近切削刀头8处与推杆7铰接，拉杆6、推杆7和刀头形成连杆机构；所述拉杆6和推杆7均为与转环4侧壁弧度相适的弧形杆；非工作状态下，拉杆6、推杆7和刀头都收纳于转环4的切削窗孔5内。
33.在钻头本体上设有外筒1沿内筒2上下移动带动转环4转动并对称设置的两组钢丝绳9扭转机构；
34.参照图4，所述钢丝绳9扭转机构包括钢丝绳9；在内筒2环状凸沿上方的外侧壁上对称设有两个导向座10，在外筒1顶部设有与其中一个导向座10对应的涨紧轮11，在另一个导向座10上方的内、外筒之间设有改变钢丝绳9受力方向的缠绕机构12；所述缠绕机构12包括设在内筒2外侧壁上的缠绕座和设在外筒1内侧壁上且位于缠绕座下方用于固定钢丝绳9的固定机构13；由固定机构13引出的钢丝绳9向上绕过缠绕座后向下经过两个导向座10后
再向上穿过内、外筒之间的间隙最终与涨紧轮11连接；在两个导向座10之间的钢丝绳9通过夹绳器16与转环4固定相接。
35.所述提升机构包括对称设在传扭套3两侧的加强筋板14，加强筋板14将外筒1的上端面与传扭套3的外圆周面之间固定连接，在两个加强筋板14上开设有两个对称设置的提吊孔15。
36.所述夹绳器16设有绳槽，在两个导向座10之间的钢丝绳9穿设在绳槽中。
37.参照图5，所述固定机构13包括设在外筒1内壁下端部上的上小下大竖向设置的楔形孔17，在楔形孔17内设有与楔形孔17配合的楔形块18，钢丝绳9绕过楔形块18固定装在楔形孔17中。
38.所述轴向传扭机构包括竖向设置在内筒2外壁上的键槽和插接在键槽内的传扭键，内、外筒1之间通过键槽与传扭键插接套装。
39.外筒1上方设有涨紧轮11安装座，在安装座上设有销孔，涨紧轮11通过定位销与外筒1上的销孔定位安装。涨紧轮11上设有穿绳孔，钢丝绳9的一端插入涨紧轮11的穿绳孔内，通过螺栓压紧连接。
40.该钻头上方可连接的其中一种钻杆为一种内锁紧式钻杆，该内锁紧式钻杆与钻头的连接端设有传扭外花键，详见申请号为2019207066648的中国专利申请文件，所述传扭套3的内侧壁固定设有与内锁紧式钻杆的传扭外花键配合的传扭内花键，内锁紧式钻杆通过与传扭套3的配合向本取芯钻头传递扭矩。
41.工作原理：
42.本取芯钻头通过外部钻机的钻杆提供扭矩，例如上述的内锁紧式钻杆。钢丝绳9的两端与外筒1连接，钢丝绳9的中间绕过内筒2并和转环4固定相接。
43.当钻取时，从钻头底部向上看，钻杆驱动外筒1顺时针旋转，内筒2通过轴向传扭机构实现同向转动，当钻杆往下对外筒1加压，外筒1相对于内筒2向下移动，并抽动钢丝绳9，楔形孔17与缠绕座之间的钢丝绳9受向下的拉力，由缠绕座改变钢丝绳9的受力方向，缠绕座与其下方的导向座10之间的钢丝绳9受向上的拉力，两个导向座10之间的钢丝绳9产生以图1的主视方向上向右的拉力，内筒2不动，钢丝绳9拉动转环4相对于内筒2在图2的俯视方向上做逆时针转动，转环4转动带动推杆7将刀头推出，实现对岩芯的切割。