一种柔性连接的防振钻头机构的制作方法

1.本发明涉及钻探工具技术领域，具体涉及一种柔性连接的防振钻头机构。


背景技术：

2.钻机是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在实体材料上钻削出通孔或盲孔或者对已有的孔扩孔的装置；钻孔机己广泛应用于人们生产建设的诸多领域，比如家具生产，机床加工、建筑桩基、机井工程、矿山竖井以及隧道钻孔等。钻头是钻机最重要的组件之一，其是用来与目标物进行直接接触并进行切削的零部件，不同种类的钻头适用的作业场景不同，在施工时，经常需要根据实际的目的和外部施工环境来更换合适的钻头，其中pdc钻头是采用人造聚晶金刚石复合片作为切削元件，以剪切方式破碎岩石钻头。在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的过程中，由于pdc钻头机械钻速快、破岩效率高的特点，得到了广泛的应用，其在可钻性较好的匀质地层中钻头可以平稳的快速钻进，但在硬地层或软硬交错的夹层中容易引起钻头的振动，特别是横向振动会导致钻头稳定性差，因此本技术旨在提供一种防振性能好的防振钻头机构。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种柔性连接的防振钻头机构，可以有效减少钻头在对硬地层或软硬交错的夹层进行钻进时产生的振动，延长使用寿命。
4.本发明的技术方案是： 一种柔性连接的防振钻头机构，包括外筒、内筒、接头和钻头，外筒由上筒体和下筒体连接而成，内筒安装在外筒内，上筒体内部设置有环槽，内筒的一端设有环状凸起，环槽与环状凸起相匹配，使环状凸起嵌入环槽中并在环槽中移动，环槽内设有弹性件，弹性件的两端分别与环槽底部和环状凸起的顶部抵接。
5.进一步的，上筒体和下筒体的中心均设有通孔，上筒体和下筒体组成外筒后，两个通孔合为一个空腔，并将内筒固定安装于空腔中。
6.进一步的，弹性件包括圆环和弹簧。
7.进一步的，圆环有两个且同轴心设置，两个圆环之间通过多个弹簧相连接。且弹簧的轴心线与圆环平面垂直或者呈15-30度角。
8.进一步的，内筒上设有螺旋凸条，下筒体上设有与内筒上的螺旋凸条相配合的螺旋凹槽。
9.进一步的，螺旋凸条的横截面为矩形。
10.进一步的，螺旋凸条上设有滑动装置，滑动装置用于减小螺旋凸条与螺旋凹槽作相对运动时的摩擦力。
11.进一步的，滑动装置包括设置在螺旋凸条上的安装槽和旋转连接在安装槽中的滚轮，通过滚轮与螺旋凹机槽的表面接触，降低螺旋凸条与螺旋凹槽相对运动时的摩擦力。
12.进一步的，螺旋凸条上还设有阻尼机构，阻尼机构包括销孔和安装在销孔中的可伸缩的销柱，销柱的顶部为半球状，当销柱处于伸展状态时仅使销柱半球状顶部从销孔中
露出；处于收缩状态时，销柱的半球状顶部全部进入销孔中；螺旋凹槽上设有与销柱的半球状顶部配合的接收孔；当销柱的顶部位于接收孔中时，当螺旋凸条与螺旋凹槽间无法进行耦合运动。
13.阻尼机构的原理是：在螺旋凸条与螺旋凹槽配合好的初始状态下，销柱的半球状的顶部刚好位于螺旋凹槽上的接收孔中，当钻头遇到较大阻力时，内筒在轴向上将产生向上移动的反作用力，进而使得螺旋凸条具有了沿着螺旋凹槽旋转上升的应力，此时，由于销柱与接收孔的配合，提供了阻止螺旋凸条与螺旋凹槽相对运动的阻力；应力继续增大，当应力达到一定程度时，应力作用于销柱的半球形顶部，使销柱缩回销孔中，这时销柱提供的阻力消失，螺旋凸条与螺旋凹槽才可以顺利进行相对移动，从而使内筒向上运动。
14.与现有技术相比本发明的有益效果：本发明的防振钻头，钻头与钻柱之间采用柔性连接，当钻头在对硬地层或软硬交错的夹层进行钻进时，柔性连接式结构可以有效的避免由于振动导致的钻头切削齿损坏，延长钻头使用寿命，另外本发明中，通过在内筒上的螺旋凸条与外筒上的螺旋凹槽组成的运动副中添加了阻尼机构，阻尼机构可以保证钻头在遇到足够大的阻力时，才进行减振处理，保证钻头在使用时具有一定的工作强度。
附图说明
15.图1是本发明实施例1的整体结构的剖面示意图；图2是本发明实施例1中上筒体的剖面示意图；图3是本发明实施例1中内筒的剖面示意图；图4是本发明实施例1中内筒的立体示意图；图5是图4中a部分的放大示意图；图6是本发明实施例1中弹性件的意图；图中：1-上筒体，11-台阶孔，12-环槽，2-下筒体，21-环状凸起，22-螺旋凸条，23-滑动装置，24-阻尼机构，3-内筒，4-接头，5-弹性性，51-圆环，52-弹簧。
具体实施方式
16.以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，实施例中未具体说明的方法或功能部件均为现有技术。
17.实施例1如图1-6所示，本实施例是一种柔性连接的防振钻头机构，包括外筒、内筒3、接头4和钻头，外筒由上筒体1和下筒体2连接而成，内筒3安装在外筒内部，内筒3的下端通过接头4安装有钻头，上筒体1内设有台阶孔11，台阶孔11上设有环槽12，上筒体1的内部设置有环槽12，内筒3的上端设有环状凸起21，环槽12与环状凸起21相匹配，使环状凸起21嵌入环槽12中并在环槽12中移动，环槽12内设有弹性件5，弹性件5的两端分别与环槽12底部和环状凸起21的顶部抵接。
18.上筒体1和下筒体2的中心均设有通孔，上筒体1和下筒体2组成外筒后，两个通孔合为一个空腔，并将内筒3固定安装于空腔中。
19.本实施例中，弹性件5由圆环51和弹簧52组成；两个圆环51同轴心设置，两个圆环51之间通过多个弹簧52垂直连接。
20.本实施例中，内筒3上设有螺旋凸条22，下筒体2上设有与内筒3上的螺旋凸条22相配合的螺旋凹槽，螺旋凸条22的横截面为长方形。在螺旋凸条22上设有滑动装置23，滑动装置23用于减小螺旋凸条22与螺旋凹槽作相对运动时的摩擦力。具体的，滑动装置23包括设置在螺旋凸条22上的安装槽和旋转连接在安装槽中的滚轮，通过滚轮与螺旋凹机槽的表面相接触，降低螺旋凸条22与螺旋凹槽相对运动时的摩擦力。
21.本实施例中，在螺旋凸条22上还设有阻尼机构24，阻尼机构24包括销孔和销柱，销柱的下端与销孔固定，销柱的顶部为半球状，销柱内部有弹簧，使销柱为可伸缩的结构，当销柱处于伸展状态时，销柱的半球状顶部从销孔中露出，当销柱处于收缩状态时，销柱的半球状顶部全部进入销孔中；在螺旋凹槽上设有与销柱的半球状顶部配合的接收孔。且接收孔有多个，并在在螺旋凹槽上间隔设置，使内筒每旋转上升一定距离后，销柱可以进入下一个接收孔中提供新的阻力，这样需要钻头继续提供相对应的压力后，内筒才能继续旋转上升，这样阻尼机构提供了分阶段、多次作用的阻力，避免了因为某一刹那的压力过大，内筒上升高度过快，而导致不能对钻头施加有效的工作压力的情况发生，使钻头更平稳的工作。
22.本实施例的工作原理是：上筒体1与钻机的钻柱通过花键相连，接头4与钻头相连。正常工况下，钻柱施加的钻压通过上筒体1压缩弹性件5，将压力传递给内筒3和接头4，最终施加于钻头之上；同时，钻柱带动上筒体1及下筒体2一起回转，并将扭矩传递给内筒3和接头4，带动钻头一同回转，实现钻进；当钻头切削阻力增大时，钻头被迫向上移动，对内筒3施加向上的压力，当压力足够大时，阻尼机构24放开限制，使得螺旋凸条22与螺旋凹槽相对运动，内筒3向上位移，对弹性件5施加压力，弹簧52受压变形，以缓冲产生的振动。
23.以上仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有前述各种技术特征的组合和变型，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，对本发明的改进、变型、等同替换，或者将本发明的结构或方法用于其它领域以取得同样的效果，都属于本发明包括的保护范围。