一种旋冲挤密双向气动冲击矛的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用中、低风压空压机驱动的气动冲击矛，尤其涉及一种旋冲挤密双向气动冲击矛。
【背景技术】
[0002]锚固技术在加固地下建筑物、基坑支护、稳定开挖边坡等工程中应用广泛。但松散土层、砂层及砂卵石地层松散、破碎，锚固孔钻进过程中易发生卡钻、埋钻、孔壁坍塌等问题，施工困难，难以形成有效锚固孔。砂卵石地层常用的钻孔施工方法主要是跟套管长螺旋回转钻进和跟管冲击回转钻进，但此类钻进方法钻进成本高，跟管深度受限制。
[0003]旋冲挤密钻进成孔过程中，矛头在冲击力、给进力以及回转扭矩的联合作用下，将矛头破碎的岩渣肩挤入地层，集冲击钻进、回转钻进、振动钻进及空气钻进方法的优点于一体，冲击能量大，钻进过程不排渣，钻进效率高，钻孔质量好，对环境无污染。但是，旋冲挤密钻进受地层条件限制，多用于松散的土层、砂层等地层锚固孔施工，遇砂卵石地层、卵砾石地层、孤石及漂石地层穿越困难。此外，松散土层、砂层及砂卵石地层，自稳能力差，成孔后钻孔掉块、缩径、埋钻事故时有发生。
[0004]授权公告号为“CN2017231446U”的实用新型专利，公开了一种双向潜孔锤，即为一种旋冲挤密气动冲击矛，其既能加压正向冲击回转钻进，又能实现上提过程中反向冲击。但是，上述双向潜孔锤存在如下问题:(1)配气结构复杂，进排气均需进过多道通道及环腔，且排气时处于打开状态的单向阀不能有效防止接卸钻杆时杂物倒灌；(2)活塞往复运动润滑需要通过向压缩空气中加注润滑油实现，需配备单独的注油设备；(3)外管与钻头通过螺纹固定联接，在冲击载荷作用下螺纹联接易发生损坏；(4)整体式阶梯钻头对回转钻进工况适应性差；(5)原浮动配气机构不能够在正冲击或反冲击状态下很好地保持工位，致使工作时正打反打冲击功不足。上述缺陷导致该双向潜孔锤在冻土、沙土、砂卵石层等地层钻孔的难度较大。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种适用于冻土、沙土、砂卵石层等地层钻孔的旋冲挤密双向气动冲击矛。
[0006]本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:
[0007]一种旋冲挤密双向气动冲击矛，包括依次连接的钻杆接头、双向配气机构、上传扭机构、冲击主体、下传扭机构和矛头，其中，所述双向配气机构包括配气轴和配气外壳，所述冲击主体包括外缸、内缸套、配气座、芯管、活塞、内隔环和配气衬套，所述上传扭机构包括上轴套，所述下传扭机构包括传扭接头；所述钻杆接头的上端用于与钻杆连接，所述钻杆接头的下端与所述配气轴的上端连接，所述配气轴的下端与所述芯管的上端连接，所述上轴套与所述配气外壳的上端连接，所述配气外壳的下部与所述外缸的上端连接，所述传扭接头安装于所述外缸的下端和所述矛头的上端之间；所述配气轴设有位于上段且上端开口的第一轴向中心孔和位于下段且下端开口的第二轴向中心孔，所述第一轴向中心孔和所述第二轴向中心孔之间互不相通，所述配气轴的上段圆周表面均匀设有多个轴向排气凹槽，相邻的所述轴向排气凹槽之间设有“L”形沉槽，所述“L”形沉槽的长边为轴向方向且其短边靠近所述配气轴的上端，所述配气轴的下段圆周表面均匀设有多个径向进气孔和多个径向排气孔，所述配气轴的下段壁中设有多个轴向进气孔和多个轴向排气孔，所述轴向进气孔与所述径向进气孔一一对应且相互连通，所述径向进气孔与所述第一轴向中心孔相互连通，所述轴向排气孔与所述轴向排气凹槽一一对应且相互连通，所述径向排气孔与所述轴向排气孔和所述第二轴向中心孔均相互连通，部分所述轴向排气孔的下段内壁设置螺纹用于与所述芯管的上端连接；所述上传扭机构还包括扁销，所述扁销径向安装于所述上轴套上，所述扁销的内端置于所述配气轴上的“L”形沉槽内；所述钻杆接头的下端置于所述配气轴的所述第一轴向中心孔内，所述第一轴向中心孔内设有逆止阀，所述逆止阀的上端与所述钻杆接头的下端接触连接，所述逆止阀的下端与所述第一轴向中心孔的孔壁上的台阶之间安装有用于顶住所述逆止阀的弹簧，所述逆止阀上设有与所述第一轴向中心孔相通的阀孔。
[0008]上述结构中，配气轴、扁销和逆止阀的结构是本实用新型创新的重点，其中，配气轴用于实现冲击矛工作过程中进气、排气的交叉流动，配气轴的进气孔与排气孔圆周向交叉、均匀布置，其配气过程如下:压缩空气经钻杆接头、逆止阀进入配气轴的第一轴向中心孔，并通过径向进气孔、轴向进气孔进入配气外壳与芯管之间的环腔，到达冲击矛的工作腔，实现进气配流；从冲击主体的芯管内部排出的气体通过径向排气孔、轴向排气孔排出冲击矛，实现排气配流；扁销与“L”形沉槽配合可实现双向冲击，其原理为:配气轴圆周向均布数个“L”形沉槽，与上轴套内部环形布置的扁销配合，冲击矛在挤密钻进过程中扁销锁定在正冲击状态；在提钻过程中简单打一小角度反转，扁销沿“L”形沉槽滑动，芯管向上浮动，活塞往复运动行程改变，切换至反向冲击状态；逆止阀的作用在于:工作时，压缩空气推开逆止阀进入冲击矛的工作腔；接卸钻杆时，逆止阀在弹簧弹力作用下关闭进气通道，阻止孔内杂质倒灌进入冲击矛内部。
[0009]进一步，所述内缸套和所述配气衬套为可更换结构，所述配气衬套的上段圆周外壁上均匀设置有相互连通的多个轴向气体通道及多个径向气体通道，所述配气衬套的下段圆周外壁上均匀设置有多个润滑油脂轴向储存槽，所述润滑油脂轴向储存槽内储存有润滑油且其槽底设有与所述配气衬套的中心通孔相通的油孔。通过配气衬套圆周向均布的轴向气体通道及径向气体通道，可实现前气室气体的进入或排出。配气衬套圆周向均布的润滑油脂轴向储存槽内的润滑油脂通过油孔进入配气衬套内，可实现活塞往复运动过程中的自润滑。
[0010]具体地，所述油孔为两个且分别位于所述润滑油脂轴向储存槽的两端。
[0011]作为优选，所述矛头的外轮廓为海螺仿生结构，所述矛头的上端连接有砧座和密封罩组成，所述矛头与所述密封罩之间采用过盈配合联接，所述砧座的下部通过螺纹与所述矛头连接；所述传扭接头的上部通过螺纹与所述外缸的下端相连，所述传扭接头的下部与密封罩滑动联接，所述传扭接头的下部与所述密封罩之间设置滑动密封圈，所述下传扭机构还包括缓冲复位弹簧，所述缓冲复位弹簧设置于所述砧座与所述传扭接头之间。上述结构中，矛头的外轮廓为海螺仿生结构，即为不同的螺旋面，能适应不同的地层；传扭接头与密封罩通过滑动密封圈实现的滑动密封连接结构，使矛头与传扭接头之间可产生浮动，避免固定联接易产生破坏的问题；同时，滑动密封结构一方面可防止冲击矛内部孔道中气体外逸，另一方面可有效防止外部岩渣肩进入冲击矛内部。
[0012]作为优选，所述矛头的下端部及表面布置有硬质合金球齿，所述矛头内部设置有排气通道。矛头下端部及表面布置硬质合金球齿，用于冲击破碎或切削地层；矛头内部设置排气通道，用于冷却矛头切削齿及表面。
[0013]作为优选，所述芯管与所述砧座之间设置有回程弹簧。回程弹簧保证砧座在无外部载荷的情况下实现快速复位，确保冲击矛在提钻过程中不空打，保持连续的反击工况。
[0014]本实用新型的有益效果在于:
[0015]综上所述，本实用新型所述旋冲挤密双向气动冲击矛能轻松实现在冻土、沙土、砂卵石层等地层钻孔，具体优点如下:
[0016](I)配气结构不是很复杂且因为均为轴向或径向孔，易于加工，进排气通过轴向孔和径向孔即可完成，且排气时由于逆止阀的作用能有效防止接卸钻杆时杂物倒灌；
[0017](2)由于在配气衬套的下段圆周外壁上设置有润滑油脂轴向储存槽，其内的润滑油脂可进入活塞运动通道，活塞往复运动所需润滑不需要从压缩机加注，不需配备单独的注油设备，简化了压缩机结构，易于实施；
[0018](3)冲击主体与矛头之间通过传扭接头采用滑动密封连接结构，使矛头与传扭接头之间可产生浮动，避免了固定联接易产生破坏的问题；
[0019](4)矛头与砧座和密封罩连接形成分体式结构，对回转钻进工况适应性强；
[0020](5)通过在上轴套和配气轴之间设置扁销并使扁销与“L”形沉槽配合，可实现双向冲击，并能在正向冲击和反向冲击之间轻松转换。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型所述旋冲挤密双向气动冲击矛的立体图；
[0022]图2是本实用新型所述旋冲挤密双向气动冲击矛的主视图；
[0023]图3是图2中的A-A剖视图，图中的冲击主体中段未剖视；
[0024]图4是本实用新型所述配气轴的立体图；
[0025]图5是本实用新型所述配气轴的主视剖视图；
[0026]图6是本实用新型所述配气衬套的立体图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0028]如图1-图5所示，说明:下述上下方位以冲击矛使用时的方向为准，即钻杆接头I在上方，矛头6在下方；一种旋冲挤密双向气动冲击矛，包括依次连接的钻杆接头1、双向配气机构、上传扭机构、冲击主体、下传扭机构和矛头6，其中，所述双向配气机构包括配气轴8和配气外壳3，配气轴8和配气外壳3之间通过密封螺钉9和上密封圈17连接，所述冲击主体包括外缸4、内缸套19、配气座11、芯管14、活塞20、内隔环1