一种钻头自回转型气动潜孔锤的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种钻头自回转型气动潜孔锤,为解决钻进深孔钻机的大动力无法有效地发挥和在非开挖钻中钻杆疲劳断裂的问题，其包括气压传动装置、回转机构装置与钻头连接装置；其中：气压传动装置包括活塞与外管；回转机构装置包括导向套、滚子与传动套；钻头连接装置包括钻头；导向套安装在外管内，两者之间采用过渡配合，导向套的左端面与外管内的定位台的右端面接触连接，传动套安装在导向套左侧的外管内，两者之间采用间隙配合，传动套的右端面与定位台的左端面接触连接，滚子的一端安装在传动套右端的规则槽内，两者之间为滑动连接；滚子的另一端安装在活塞上，两者之间为螺纹连接；钻头连接装置通过其钻头的右端与传动套的左端采用花键连接。
【专利说明】
一种钻头自回转型气动潜孔锤
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于非开挖钻进、隧道管棚施工和海底取样钻进等工程中的气动工具，更确切地说，本发明涉及一种钻头自回转型气动潜孔锤。
【背景技术】
[0002]气动潜孔锤主要应用于在岩石中钻孔。气动潜孔锤钻进以其很高的钻进效率、很长的钻头寿命、较低的钻孔成本、并不需要配置洗井介质、适合全天候施工作业等显著特点，在各钻孔领域展现出巨大的应用前景。
[0003]气动潜孔锤它以压缩空气为动力介质。钻孔时，潜孔锤不断地将其冲击能量通过钻头施于孔底，而整个钻具又随同钻机回转机构一起转动，使钻头连续旋转、间歇冲击岩体。钻孔过程中形成的岩粉，则随着流经钻杆与孔壁之间的环形空间的压气排至孔外。
[0004]在许多情况下，如钻进深孔、挖槽工程等，钻机的大动力无法有效地发挥，造成了浪费。在非开挖钻进中，全钻具旋转会带来诸多不利因素，如钻杆疲劳断裂、孔壁扰动等。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服了钻进深孔钻机的大动力无法有效地发挥和在非开挖钻中钻杆疲劳断裂的问题，提供了一种钻头可自行回转的气动潜孔锤。
[0006]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤包括气压传动装置、回转机构装置与钻头连接装置；
[0007]所述的气压传动装置包括活塞与外管；
[0008]所述的回转机构装置包括导向套、滚子与传动套；
[0009]所述的钻头连接装置包括钻头；
[0010]所述的导向套安装在外管内，两者之间采用过渡配合，导向套的左端面与外管内的定位台的右端面接触连接，传动套安装在导向套左侧的外管内，两者之间采用间隙配合，传动套的右端面与定位台的左端面接触连接，滚子的一端安装在传动套右端的规则槽内，两者之间为滑动连接;滚子的另一端安装在活塞上，两者之间为螺纹连接;钻头连接装置通过钻头的右端与传动套的左端采用花键连接。
[0011]技术方案中所述的气压传动装置还包括上接头、逆止阀、配气座与内缸;所述的上接头的左端与外管的右端通过螺纹连接，逆止阀、配气座与内缸安装在外管内，活塞安装在内缸内，活塞的活塞大端与内缸之间为滑动连接，同时活塞通过中心通孔套装在配气座的配气杆上，活塞与配气杆之间为滑动连接，内缸与外管之间采用过度配合，内缸的右端面与配气座中的配气座体的左端面接触连接，配气座中的配气座体与外管之间采用过渡配合，逆止阀安装在配气座右端的大直径孔中，配气座的右端面与上接头的左端面接触连接。
[0012]技术方案中所述的上接头为空心阶梯环状结构件，上接头的中心处沿轴向设置有阶梯孔，阶梯孔的左端孔的直径为最大，阶梯孔的中段孔为与逆止阀的阀芯右端的圆环形凸台的配合孔，中段孔的直径小于左端孔的直径而大于右端孔即进气孔的直径，中段孔的直径等于逆止阀的阀芯右端圆环形凸台的直径，上接头的左端圆环体的外圆柱面设置有与外管右端孔连接的外螺纹。
[0013]技术方案中所述的内缸为中心处沿轴向设置有阶梯孔的圆环体形的结构件，内缸的阶梯孔由左至右依次为I号孔、2号孔、3号孔与4号孔，I号孔与3号孔的直径相等，2号孔的直径小于I号孔与3号孔的直径，4号孔的直径小于2号孔的直径;2号孔的直径与活塞大端的直径相等，在内缸的2号孔的孔壁上沿轴向均匀对称地设置有前进气孔和后进气孔，前进气孔和后进气孔位置分别在2号孔壁轴向尺寸的1/3和2/3处，2号孔壁的轴向尺寸与活塞大端的环形凹槽的轴向尺寸相等。
[0014]技术方案中所述的配气座由配气杆与配气座体连成一体，配气杆与配气座体皆为圆柱体形结构件，配气杆与配气座体的回转轴线共线，配气座中心处沿轴向设置有同轴线的阶梯通孔，阶梯通孔的左端小直径通孔为配气杆气道，阶梯通孔的右端大直径孔用于安装弹簧与阀芯，在配气座体的左端面上设置有圆环体形凸台，配气座体的直径与外管内孔径相等，配气座体上沿轴向对称地设置有一对L形的配气孔，配气座体的左端面上的圆环体形凸台的外径等于内缸右端孔的直径。
[0015]技术方案中所述的活塞为阶梯轴式结构件，由大端、中段和小端组成，活塞上沿轴向设置有与配气座上的配气杆配装的中心通孔，大端圆周表面的中间处设置有环形凹槽，在活塞小端的左端并沿着圆周方向均匀分布的四个用以固定滚子的螺纹孔。
[0016]技术方案中所述的导向套为圆环体结构件，其中心处设置有中心通孔，导向套的外径与外管的内径相等，导向套内径与活塞的中段的外径相等，在导向套的导向套壁上沿轴向对称地设置两个结构相同的T型气道，T型气道是由一个轴向通孔和一个径向通孔所组成，轴向通孔和径向通孔相互垂直并连通，轴向通孔和径向通孔组成T型气道，径向通孔在导向套的轴向位置为距导向套左端面的1/3导向套轴向长度处。
[0017]技术方案中所述的传动套为套筒结构件，传动套左端的内孔壁上设置有与钻头右端连接的内花键，传动套的外径与外管的内径相等;传动套右端的内孔壁上加工有规则槽，即在传动套右端里侧的内孔壁上加工出八条轴向槽，八条轴向槽均匀分布在传动套右端里侧的内孔壁上，在八条轴向槽的右末端加工8条A斜槽和8条B斜槽，八条轴向槽与8条A斜槽和8条B斜槽相交，相邻两条轴向槽的右端与2条A斜槽和2条B斜槽分别互相相交构成W形，A斜槽与传动套轴线方向成负45°角，B斜槽与传动套轴线方向成正45°角，8条A斜槽和8条B斜槽的右端与8条均布的轴向槽相交。
[0018]技术方案中所述的钻头连接装置还包括钻头卡环、下接头与防掉接头;所述的钻头卡环通过其外螺纹固定在外管内，钻头卡环的左端面与下接头右端面接触连接，下接头通过其右端外螺纹连接在外管上，下接头左端面与钻头的轴肩接触连接，防掉接头的内孔左端与钻头为螺纹连接。
[0019]技术方案中所述的外管为圆筒状结构件，在其中心处沿轴向设置有阶梯孔，按从右到左的顺序，第一段孔为与上接头配合连接的螺纹孔，第二段孔为与配气座配合连接的光孔，第三段孔为不与零件配合的光孔，第三段孔的直径大于第二段孔与第四段孔的直径，第四段孔为依次与内缸和导向套配合连接的光孔，第五段孔为不与零件配合的光孔，又称为定位台，第五段孔的直径小于第四段孔与第六段孔的直径，第六段孔为与传动套配合连接的光孔，第七段孔为与钻头卡环配合连接的螺纹孔，第八段孔为与下接头配合连接的螺纹孔，第七段孔的直径大于第六段孔的直径，第八段孔的直径大于第七段孔的直径，第一段孔至第八段孔依次连接，第一段孔至第八段孔的回转轴线共线。
[0020]与现有技术相比本发明的有益效果是:
[0021]1.本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤中的回转机构装置在气动潜孔锤内部而不是地表，在钻进深孔、挖槽工程等工作时，钻杆不随钻头旋转，因此可以简化钻进设备，改善钻柱的受力情况，减轻钻柱的振动，延长钻具的使用寿命，对地质勘探和工程实施意义重大。
[0022]2.本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤回转机构装置利用空压机的压缩空气驱动潜孔锤冲击，释放出了较大的冲击能量，提高了工作效率。
[0023]3.本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤回转机构装置主要应用于岩石中钻孔，使钻头连续旋转、间歇冲击岩体。钻孔过程中形成的岩粉，贝麵着流经钻杆与孔壁之间的环形空间的压气排至孔外。
[0024]4.本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤适用硬岩，因为硬岩的脆性大，在冲击载荷下，除了局部岩石直接粉碎外，在钻头接触部位的岩石将产生破裂形成一个破碎区，产生较大颗粒的岩肩。与普通的钻孔机械相比，气动潜孔锤会有较大的钻进速度。气动潜孔锤还能克服一些钻进比较困难的工况，比如像卵砾石层、飘砾层钻进。
[0025]5.本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤主要应用领域:固体矿产勘探、砂矿床勘探、工程地质勘探、水井钻凿施工与矿山竖井施工等。
【附图说明】
[0026]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0027]图1为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤结构组成主视图上的全剖视图；
[0028]图2为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤回程起始阶段结构组成主视图上的全剖视图；
[0029]图3为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤活塞冲程起始阶段结构组成主视图上的全剖视图；
[0030]图4-a为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤中传动套与活塞、滚子位置关系的主视图；
[0031]图4-b为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤中传动套与活塞、滚子位置关系的左视图；
[0032]图5为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤中传动套内表面上有规律槽的结构示意图；
[0033]图6为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤中的活塞结构组成主视图上的全剖
[0034]图7为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤中的逆止阀结构组成主视图上的全剖视图；
[0035]图8为本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤中的导向套结构组成主视图上的全剖视图。
[0036]图中:1.上接头，2.逆止阀，3.弹簧，4.配气座，5.内缸，6.活塞，7.导向套，8.外管，
9.滚子，10.传动套，11.钻头卡环，12.下接头，13.防掉接头，14.钻头，15.轴向槽，16.A斜槽，17.定位台，18.中心通孔，19.前气室，20.活塞的大端左端面，21.前进气孔，22.后进气孔，23.活塞的大端右端面，24.后气室，25.活塞小端，26.活塞中段，27.活塞大端，28.配气杆，29.配气杆气道，30.配气孔，31.T型气道，32.花键，33.B斜槽。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明作详细的描述:
[0038]本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤主要解决目前气动潜孔锤钻头不能自行回转的问题。本发明是在潜孔锤内部加一个回转机构装置，可以在钻进深孔、挖槽等工程中解决现有技术解决不了的问题。
[0039]参阅图1，所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤包括气压传动装置、回转机构装置与钻头连接装置。
[0040]所述的气压传动装置包括上接头1、逆止阀2、配气座4、内缸5、活塞6和外管8。
[0041]所述的气压传动装置是指压缩空气通过上接头I进入潜孔锤内部而作用于活塞6，使活塞6出现冲程和回程两种运动，在活塞6做往复运动的同时，使传动套10产生间歇转动，从而带动钻头14转动。
[0042]所述的外管8为圆形筒状结构件，在其中心处沿轴向设置有阶梯孔，按从右到左的顺序，第一段孔为与上接头I配合连接的螺纹孔，第二段孔为与配气座4配合连接的光孔，第三段孔为不与零件配合的光孔，第三段孔的直径大于第二段孔与第四段孔的直径，第四段孔为依次与内缸5和导向套7配合连接的光孔，第五段孔为不与零件配合的光孔，即为定位台17，第五段孔的直径小于第四段孔与第六段孔的直径，第六段孔为与传动套10配合连接的光孔，第七段孔为与钻头卡环11配合连接的螺纹孔，第八段孔为与下接头12配合连接的螺纹孔，第七段孔的直径大于第六段孔的直径，第八段孔的直径大于第七段孔的直径，第一段孔至第八段孔依次连接，第一段孔至第八段孔的回转轴线共线。
[0043]所述的上接头I是自动回转型气动潜孔锤钻杆的连接部分，上接头I为空心阶梯环状结构件，上接头I的中心处沿轴向设置有阶梯孔，阶梯孔的左端孔的直径为最大，进气时逆止阀2的阀芯的大部分处在阶梯孔的左端孔内，逆止阀2处于打开状态;阶梯孔的中段孔为与逆止阀2右端的圆环形凸台的配合孔，中段孔的直径小于左端孔的直径大于右端孔即进气孔的直径，中段孔的直径等于逆止阀2阀芯右端圆环形凸台的直径，不进气时逆止阀2的阀芯在弹簧3的作用下使逆止阀2关闭，即上接头I阶梯孔的中段孔与逆止阀2右端的圆环形凸台紧密接触使逆止阀2关闭；上接头I的左端圆环体的外圆柱面设置有外螺纹，上接头I通过该外螺纹连接在外管8的右端孔即第一段孔上，压缩空气可以通过上接头I进入内缸5推动活塞6运动。
[0044]所述的逆止阀2由弹簧3和阀芯组成，弹簧3固定在配气座4的凹槽中。阀芯为轴类结构件，阀芯右端的周边设置有一个圆环形凸台，它与上接头I阶梯孔的中段孔配装或脱开，实现逆止阀2的关闭或打开状态；阀芯左端的中心处沿轴向设置有用来镶嵌弹簧3的盲孔，阀芯的左端与配气座4右端中心处的右端孔是间隙配合，这样方便阀芯的轴向移动。逆止阀2的作用是只允许气体进入内缸5，并阻止气体反向流动。
[0045]参阅图1与图7，所述的配气座4由配气杆28与配气座体连成一体，配气杆28与配气座体皆为圆柱体形结构件，配气杆28与配气座体的回转轴线共线，配气座4中心处沿轴向设置有同轴线的阶梯通孔，阶梯通孔的左端小直径通孔为配气杆气道29，阶梯通孔的右端大直径孔用于安装弹簧3与阀芯的左端，在配气座体的左端面上设置有圆环体形凸台，当活塞冲程快结束时，圆形凸台内会充斥一些气体，减少活塞的高速冲击，起到缓冲作用。配气座体的直径与外管8内孔径相等，两者之间为过渡配合，配气座体上沿轴向对称地设置有一对L形的配气孔30。配气座4的配气座体的圆环体形凸台的外径等于内缸5右端孔的直径，两者套装在一起，配气座4的配气座体的圆环体形凸台外侧的左端面与内缸5的右端面接触连接。配气座4的配气杆28的配气杆气道29与活塞6的中心通孔18连通，两者之间配气，压缩空气可以通过配气座4的配气孔30和内缸5的前进气孔21到达前气室19，前气室19气压升高推动活塞6做回程运动。其中配气杆28与活塞6中心通孔18间隙配合，活塞6可以在配气杆28上自由滑动，配气杆28可以起到导向作用。配气座4的左端面的轴肩与内缸5的右端面接触连接。
[0046]参阅图1与图6，所述的活塞6为阶梯轴式结构件，由大端27、中段26和小端25组成，活塞6中间有轴向通孔，与配气座4上的配气杆28配装。其中大端27表面中间设置有环形凹槽部分，它的作用是在活塞6的回程阶段气体可以通过内缸5前进气孔21进入前气室19;当在活塞6的冲程阶段气体可以通过内缸5的后进气孔22进入后气室24;活塞中段26在冲程阶段与导向套7接触配合，此时前气室19密封;在活塞小端25加工出沿着圆周均匀分布四个用以固定滚子9的螺纹孔。活塞小端25的左端安装滚子9，实现活塞6与传动套10之间的连接与传动。
[0047]参阅图1，所述的内缸5是气压传动装置的传动载体，内缸5为中心处沿轴向设置有阶梯孔的圆环体形的结构件，内缸5的阶梯孔由左至右依次为I号孔、2号孔、3号孔与4号孔，I号孔与3号孔的直径相等，2号孔的直径小于I号孔与3号孔的直径，4号孔的直径小于2号孔的直径;2号孔与活塞大端27之间为间隙配合，S卩2号孔的直径与活塞大端(27)的直径相等，内缸5由活塞大端27分为前气室19和后气室24。在内缸5的2号孔的孔壁上沿轴向均匀对称地设置有两个径向通孔，它们分别是前进气孔21和后进气孔22，前进气孔21和后进气孔22位置分别在2号孔壁轴向尺寸的1/3和2/3处，当活塞6装入内缸5时，活塞大端27的环形凹槽的轴向尺寸与2号孔壁的轴向尺寸相等，当活塞6冲程和回程时，保证前气室19和后气室24一个封闭和一个进气。它是由导向套7和配气座4所固定，内缸5的左端面与导向套7的右端面接触连接，内缸5的右端面与配气座4的配气座体的左端面接触连接。内缸5装在外管8的第三段与第四段孔内，内缸5与外管8的第四段孔之间为过度配合。
[0048]气压传动装置的从右到左分别是上接头1、逆止阀2、配气座4、内缸5、活塞6与外管
8。其中上接头I的左端与外管8的右端通过螺纹连接。逆止阀2、配气座4、内缸5和活塞6安装在外管8内，活塞6安装在内缸5内，活塞6的活塞大端27与内缸5之间为滑动连接，同时活塞6通过中心通孔套装在配气座4的配气杆28上，活塞6与配气座4的配气杆28之间为滑动连接。内缸5与外管8之间采用过渡配合，内缸5右端面与配气座4的轴肩接触连接，即内缸5右端面与配气座4中的配气座体的左端面周边接触连接。配气座4安装在外管8的第二段孔内，配气座4中的配气座体与外管8的第二段孔之间采用过渡配合，在配气座4的右端大直径孔中依次安装有逆止阀2的弹簧3和阀芯的左端，配气座4的右端面与上接头I的左端面接触连接。上接头I的左端的外螺纹与外管8右端孔即第一段孔的内螺纹相连接。
[0049]所述的回转机构装置是本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤的主体结构，其包括有导向套7、滚子9与传动套10。
[0050]当活塞冲程和回程时，活塞6上的滚子9在传动套10右端内孔壁上所设置的槽内运动，使传动套10旋转一定的角度，传动套10与钻头14通过花键32联接，从而带动钻头14转动一定的角度。
[0051]参阅图1，所述的定位台17是在外管8上加工阶梯孔的第五段孔而形成的圆环体即一个圆环形凸台。定位台17左端面与传动套1的右端面接触连接，右端面与导向套7的左端面接触连接，起到定位作用。
[0052]参阅图8，所述的导向套7为圆环体结构件，其中心处设置有中心通孔，导向套7外径与外管8上的第四段孔的内径相等，两者之间采用过渡配合，导向套7内径与活塞6的中段26的外径相等。导向套7的内壁光洁度很高，导向套7的中心通孔壁与活塞中段26之间采用间隙配合，方便活塞6在导向套7内滑动。导向套7的左端面与定位台17接触连接而实现定位，导向套7的右端面与内缸5的左端面接触连接。在导向套7的导向套壁上沿轴向对称地设置两个结构相同的T型气道31，T型气道31是由一个轴向通孔和一个径向通孔组成，轴向通孔和径向通孔相互垂直并连通，轴向通孔和径向通孔组成T型气道31，径向通孔在导向套7的轴向位置为距导向套7左边的1/3导向套7轴向长度处，当活塞中段26脱离1/3导向套7轴向长度处，前气室19的气体可以通过T型气道31和钻头中心通孔排向孔底。
[0053]参阅图4-a与图4-b，所述的滚子9安装在活塞6的活塞小端25的左端，滚子9是一个圆柱体，在其一端加工有螺纹，装配时，将滚子9拧入活塞小端25左端的螺纹孔中。滚子9的另一端与传动套10右端的规则槽配装，工作时，滚子9在传动套10的规则槽内运动，随着活塞6的冲程和回程运动，带动滚子9在规则槽内运动，使传动套10旋转。
[0054]参阅图4-b，所述的传动套10为套筒结构件，传动套10左端内孔壁上加工有内花键，右端内孔壁上加工有规则槽，传动套10的外径与外管8的第六段孔内径相等，它的表面光洁度很高，以实现传动的平稳性。传动套10右端面与定位台17的左端面接触连接并实现轴向定位，活塞6的左端安装有滚子9，滚子9在传动套10的规则槽中运动。当活塞6做往复运动时，驱动传动套10做间歇旋转运动。传动套10左端内孔与钻头14右端通过花键32联接，传动套10间歇转动会带着钻头14同时转动。
[0055]参阅图5和图4-b，图中为传动套10内孔壁上所设置的规则槽的简化示意图。在传动套10右端的内孔壁加工出八条轴向槽15，均匀分布在传动套10右端内孔壁上。在轴向槽15的右末端加工8条A斜槽16和8条B斜槽33，轴向槽15与A斜槽16和B斜槽33相交，两条轴向槽15之间的斜槽相交，两条A斜槽16和两条B斜槽33构成W形。A斜槽16与传动套10轴线方向成负45°角，B斜槽33与传动套10轴线方向成正45°角。每两条相交的斜槽的尾端向右分别加工I条轴向槽，共计8条和左端的轴向槽15平行的轴向槽。槽内的加工光洁度高，方便滚子9在槽内滑动。为表明滚子9的动作，图4-b中表示了滚子9在槽中的三个位置(X、Y、Z)。滚子9从图4-b右图所示的极右位R开始沿着斜槽16运动，迫使传动套1沿着箭头所示的方向转动一定角度。当滚子9到达位置Y时，传动套就停止转动，且在滚子9向极左位置X继续运动中，传动套10保持不动。
[0056]所述的钻头连接装置包括钻头卡环11、下接头12、防掉接头13和钻头14。
[0057]所述的钻头卡环11为套筒结构件，左端有往内突出的凸缘即横截面为矩形的圆环体，卡在钻头14的凹槽内，钻头卡环11的外圆周壁上设置的外螺纹，钻头卡环11的外螺纹与外管8的第七阶段孔的内螺纹使两者固定连接，可以对钻头14起固定和导向作用。钻头卡环11右端面与外管8内的第六段孔的左侧轴肩和传动套10的左端面接触连接。
[0058]所述的下接头12为圆筒结构件，它的左端的外表面上设置有环形凹槽，下接头12右端的外圆柱面上设置有外螺纹，下接头12通过该螺纹固定在外管8内。下接头12的右端面与外管8内的第七段孔的左侧轴肩和钻头卡环11左端面接触连接。
[0059]所述的防掉接头13为圆环形的套筒结构件，左端内孔上设置有螺纹，防掉接头13套装在钻头14上，两者之间为螺纹连接，防掉接头13右端的凸缘卡在下接头12的凹槽内，用于避免发生掉井现象，从而保证施工的正常进行。
[0060]所述的钻头14为阶梯轴式结构件，钻头14的中心处沿轴向设置有一中心盲孔，中心盲孔的左端设置一个回转轴线与中心盲孔中心轴线倾斜45°的斜通孔，作用是气体排出，从而带走岩肩。钻头14左端外表面加工外螺纹与防掉接头13连接。钻头14的右端设置有外花键，与传动套10左端的内花键配合，从而钻头14随传动套10产生转动。
[0061]钻头连接装置从右到左分别是钻头卡环11、下接头12、防掉接头13和钻头14。钻头卡环11通过其外螺纹固定在外管8内，钻头卡环11的左端面与下接头12右端面接触连接。下接头12通过其右端外螺纹连接外管8上，下接头12左端面与钻头14的轴肩接触连接。防掉接头13的左端内壁与钻头14通过螺纹连接。
[0062]本发明所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤的工作原理:
[0063]参阅图4，为活塞6撞击钻头14时所处的位置(极左位置)时的情形。虚线表示活塞6，滚子9在传动套1的八条轴向槽15中滑动。
[0064]参阅图3至图5，在冲程运动中，滚子9从图4-b所示的极右位置R开始沿着A斜槽16运动，进而使传动套10沿着箭头所示的方向转动一定角度。当滚子9到达位置Y时，传动套10就停止转动，且在滚子9向极左位置X继续运动中，传动套10保持不动。在回程运动中，在滚子9到达位置Z再次接触斜槽16之前，传动套1保持不动。因为A斜槽16的顶点不与轴向槽15的中心对正，所以滚子不能回到冲程时经过的A斜槽16，而是进入B斜槽33。滚子9沿着B斜槽33继续运动迫使传动套10依旧沿着箭头所示方向转动同样的角度。之后滚子9进入与B斜槽33右端相连的轴向槽并运动到极右位置(R上方)，此过程中传动套1保持不动。
[0065]所述的钻头14的转动主要是通过活塞6的冲程运动和回程运动来实现的，参阅图1，我们可以看到整个活塞6的运动是由上接头I，逆止阀2，配气座4，内缸5，活塞6之间配合进行的。
[0066]参阅图2，为活塞6的回程起始阶段，压缩空气经管路系统进入空气锤上接头I，气流的压力迫使逆止阀2的弹簧3压缩从而推开逆止阀2(阀芯)，经由配气座4的配气孔30和内缸5的前进气孔21进入前气室19，活塞6在压力差的作用下回程，后气室24内气体压缩；当活塞6大端的密封面的左端面20与内缸5接触时，前气室19密封，活塞依靠前气室19气体膨胀做功而继续回程；当活塞6大端的密封面的右端23脱离内缸5时，后气室24进气，此时活塞6依靠惯性继续回程;当活塞6中段脱离导向套7时，前气室19气体通过中心通孔18排至孔底。活塞6继续减速直至静止在上止点，回程结束。
[0067]在回程阶段，活塞6向右运动，由于活塞6上的滚子9与传动套10的配合，使传动套10旋转一定的角度，传动套10与钻头14通过花键联接，从而带动钻头14转动一定的角度。
[0068]参阅图3，为活塞6的冲程起始阶段，压缩气体经过配气座4和内缸5的后进气孔22进入后气室24，推动活塞6开始向左冲程，前气室19气体通过中心通孔18排至孔底；当活塞中段26滑入导向套7时，前气室19密封，气体压缩;随着活塞6继续冲程，当活塞的大端右端面23与内缸5接触时，后气室24停止进气，此时活塞6依靠后气室24气体膨胀做功而继续冲程；当活塞的大端左端面20脱离内缸5时，前气室19进气，活塞6依靠惯性继续冲程;随着活塞6继续冲程，活塞小端25击打钻头14尾部，冲程结束，接着开始下一个冲击循环。
[0069]在冲程阶段，活塞6高速向下运动，由于活塞6上的滚子9与传动套10的配合，使传动套10旋转一定的角度，传动套10与钻头14通过花键联接，从而带动钻头14转动一定的角度。
[0070]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记为限制所涉及的权利要求。
【主权项】
1.一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤包括气压传动装置、回转机构装置与钻头连接装置； 所述的气压传动装置包括活塞(6)与外管(8); 所述的回转机构装置包括导向套(7)、滚子(9)与传动套(10); 所述的钻头连接装置包括钻头(14); 所述的导向套(7)安装在外管(8)内，两者之间采用过渡配合，导向套(7)的左端面与外管(8)内的定位台(17)的右端面接触连接，传动套(1)安装在导向套(7)左侧的外管(8)内，两者之间采用间隙配合，传动套(10)的右端面与定位台(17)的左端面接触连接，滚子(9)的一端安装在传动套(10)右端的规则槽内，两者之间为滑动连接;滚子(9)的另一端安装在活塞(6)上，两者之间为螺纹连接;钻头连接装置通过钻头(14)的右端与传动套(10)的左端采用花键连接。2.按照权利要求1所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的气压传动装置还包括上接头(I)、逆止阀(2)、配气座(4)与内缸(5); 所述的上接头(I)的左端与外管(8)的右端通过螺纹连接，逆止阀(2)、配气座(4)与内缸(5)安装在外管(8)内，活塞(6)安装在内缸(5)内，活塞(6)的活塞大端(27)与内缸(5)之间为滑动连接，同时活塞(6)通过中心通孔套装在配气座(4)的配气杆(28)上，活塞(6)与配气杆(28)之间为滑动连接，内缸(5)与外管(8)之间采用过度配合，内缸(5)的右端面与配气座(4)中的配气座体的左端面接触连接，配气座(4)中的配气座体与外管(8)之间采用过渡配合，逆止阀(2)安装在配气座(4)右端的大直径孔中，配气座(4)的右端面与上接头(I)的左端面接触连接。3.按照权利要求2所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的上接头(I)为空心阶梯环状结构件，上接头(I)的中心处沿轴向设置有阶梯孔，阶梯孔的左端孔的直径为最大，阶梯孔的中段孔为与逆止阀(2)的阀芯右端的圆环形凸台的配合孔，中段孔的直径小于左端孔的直径而大于右端孔即进气孔的直径，中段孔的直径等于逆止阀(2)的阀芯右端圆环形凸台的直径，上接头(I)的左端圆环体的外圆柱面设置有与外管(8)右端孔连接的外螺纹。4.按照权利要求2所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的内缸(5)为中心处沿轴向设置有阶梯孔的圆环体形的结构件，内缸(5)的阶梯孔由左至右依次为I号孔、2号孔、3号孔与4号孔，I号孔与3号孔的直径相等，2号孔的直径小于I号孔与3号孔的直径，4号孔的直径小于2号孔的直径;2号孔的直径与活塞大端(27)的直径相等，在内缸(5)的2号孔的孔壁上沿轴向均匀对称地设置有前进气孔(21)和后进气孔(22)，前进气孔(21)和后进气孔(22)位置分别在2号孔壁轴向尺寸的1/3和2/3处，2号孔壁的轴向尺寸与活塞大端(27)的环形凹槽的轴向尺寸相等。5.按照权利要求2所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的配气座(4)由配气杆(28)与配气座体连成一体，配气杆(28)与配气座体皆为圆柱体形结构件，配气杆(28)与配气座体的回转轴线共线，配气座(4)中心处沿轴向设置有同轴线的阶梯通孔，阶梯通孔的左端小直径通孔为配气杆气道(29)，阶梯通孔的右端大直径孔用于安装弹簧(3)与阀芯，在配气座体的左端面上设置有圆环体形凸台，配气座体的直径与外管(8)内孔径相等，配气座体上沿轴向对称地设置有一对L形的配气孔(30)，配气座体的左端面上的圆环体形凸台的外径等于内缸(5)右端孔的直径。6.按照权利要求1所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的活塞(6)为阶梯轴式结构件，由大端(27)、中段(26)和小端(25)组成，活塞(6)上沿轴向设置有与配气座(4)上的配气杆(28)配装的中心通孔(18)，大端(27)圆周表面的中间处设置有环形凹槽，在活塞小端(25)的左端并沿着圆周方向均匀分布的四个用以固定滚子(9)的螺纹孔。7.按照权利要求1所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的导向套(7)为圆环体结构件，其中心处设置有中心通孔，导向套(7)的外径与外管(8)的内径相等，导向套(7)内径与活塞(6)的中段(26)的外径相等，在导向套(7)的导向套壁上沿轴向对称地设置两个结构相同的T型气道(31)，T型气道(31)是由一个轴向通孔和一个径向通孔所组成，轴向通孔和径向通孔相互垂直并连通，轴向通孔和径向通孔组成T型气道(31)，径向通孔在导向套(7)的轴向位置为距导向套(31)左端面的1/3导向套(7)轴向长度处。8.按照权利要求1所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的传动套(10)为套筒结构件，传动套(10)左端的内孔壁上设置有与钻头(14)右端连接的内花键，传动套(10)的外径与外管(8)的内径相等;传动套(10)右端的内孔壁上加工有规则槽，即在传动套(10)右端里侧的内孔壁上加工出八条轴向槽(15)，八条轴向槽(15)均匀分布在传动套(10)右端里侧的内孔壁上，在八条轴向槽(15)的右末端加工8条A斜槽(16)和8条B斜槽(33)，八条轴向槽(15)与8条A斜槽(16)和8条B斜槽(33)相交，相邻两条轴向槽(15)的右端与2条A斜槽(16)和2条B斜槽(33)分别互相相交构成W形，A斜槽(16)与传动套(10)轴线方向成负45°角，B斜槽(33)与传动套(10)轴线方向成正45°角，8条A斜槽(16)和8条B斜槽(33)的右端与8条均布的轴向槽相交。9.按照权利要求1所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的钻头连接装置还包括钻头卡环(11)、下接头(12)与防掉接头(13); 所述的钻头卡环(11)通过其外螺纹固定在外管(8)内，钻头卡环(11)的左端面与下接头(12)右端面接触连接，下接头(12)通过其右端外螺纹连接外管(8)上，下接头(12)左端面与钻头(14)的轴肩接触连接，防掉接头(13)的内孔左端与钻头(14)为螺纹连接。10.按照权利要求1所述的一种钻头自回转型气动潜孔锤，其特征在于，所述的外管(8)为圆筒状结构件，在其中心处沿轴向设置有阶梯孔，按从右到左的顺序，第一段孔为与上接头(I)配合连接的螺纹孔，第二段孔为与配气座(4)配合连接的光孔，第三段孔为不与零件配合的光孔，第三段孔的直径大于第二段孔与第四段孔的直径，第四段孔为依次与内缸(5)和导向套(7)配合连接的光孔，第五段孔为不与零件配合的光孔，又称为定位台(17)，第五段孔的直径小于第四段孔与第六段孔的直径，第六段孔为与传动套(10)配合连接的光孔，第七段孔为与钻头卡环(11)配合连接的螺纹孔，第八段孔为与下接头(12)配合连接的螺纹孔，第七段孔的直径大于第六段孔的直径，第八段孔的直径大于第七段孔的直径，第一段孔至第八段孔依次连接，第一段孔至第八段孔的回转轴线共线。
【文档编号】E21B4/14GK106050128SQ201610639400
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月6日 公开号201610639400.6, CN 106050128 A, CN 106050128A, CN 201610639400, CN-A-106050128, CN106050128 A, CN106050128A, CN201610639400, CN201610639400.6
【发明人】王茂森, 呼咏, 裴玲玲, 耿文杰, 刘杰, 朱英博, 博坤
【申请人】吉林大学