一种新型液压超高频振动动力头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地层样品取样设备技术领域，尤其涉及一种新型液压超高频振动动力头。
【背景技术】
[0002]随着国家“一带一路”新的战略构想的提出，基础设施和能源开发工作量将会大幅增加，伴随而来的是大量的地质钻探取样工作，高效钻进技术和高质量获取地层样品的技术必然受到青睐。
[0003]目前多采用回转钻进取样的方法，钻进取样时需要冲洗液(水、泥浆、空气或泡沫)循环，冲洗液易对样品造成污染，造成样品纯度、相关物理、力学性质的改变。同时空气钻进带来了大量的粉尘污染，对操作人员的健康和环境均为不利。此外，在西部干旱地区、难进入的地区(例如尾矿坝)施工，水资源紧缺，采用不需冲洗液循环的振动钻进成为首选方法。
[0004]振动钻进时，地层样品仅在靠近管壁极小范围内(一般1?2_)有轻微扰动，其他部分无扰动，取样质量高、无污染，适合于高质量取样的场合；振动钻进可实现在覆盖层高效钻进，钻进速度约为回转钻进的2?3倍；可解决缺水地区的钻进取样难题，同时振动钻进容易沉入套管以防孔壁坍塌；遇到复杂地层时，使用振动器可以解决钻具卡钻问题。
[0005]振动钻进的核心装置是振动动力头，其核心为动力头上的振动器。
[0006]2009年吉林大学建设工程学院研制了 JDD-100型城市地质调查多功能钻机，钻机动力头上装有两个高速液压马达，同时驱动两根安装有同齿数同步齿轮的轴，转速相同、转向相反，保持同步转动。振动频率46.7转/秒(46.7Hz)，激振力16.7kN，振幅8mm，功率15kff0该动力头上的振动器属于高频振动器，经试验，发现激振力仍然偏低、钻进效率不高。
[0007]2011年中国煤炭地质总局第二勘探局与中国地质大学(北京)联合开发出YSZ-50型声频振动钻机，动力头采用两个高速马达驱动两个偏心轴，偏心轴间无机械连接，靠各自的反向高速旋转实现自同步，频率达到150?200Hz，振动力140kN，振动功率39.2kW。属于超高频振动动力头。经试验，效果良好，成为国内首台振动深度达到50米的声频振动钻机，填补了国内空白。但是使用寿命仅能达到50h，需要检修更换的时间较多，从而使得作业效率降低。
[0008]故现有技术有待改进和发展。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够延长使用寿命，从而提高整机的作业效率的新型液压超高频振动动力头。
[0010]本实用新型的技术解决方案是:一种新型液压超高频振动动力头，包括动力头框架、置于动力头框架上端的回转马达、通过侧向布置的减振橡胶块与动力头框架联接的振动器、以及贯穿振动器通过联轴器与该回转马达联接的主轴；
[0011]所述振动器包括振动器箱体、横向对称布置在振动器箱体内的带第一同步轮的第一偏心轴和带第二同步轮的第二偏心轴、用于驱动偏心轴的高速马达、以及使得两偏心轴反向等速旋转的同步机构；
[0012]该同步机构包括同步带、第一导向轮、以及第二导向轮；该同步带依次绕经第一同步轮，第一导向轮，第二同步轮，以及第二导向轮。
[0013]在所述振动器箱体上设有调节所述同步带松紧的压紧轮。
[0014]在所述偏心轴的端部设有吸风叶轮，在所述振动器箱体内设有环形空腔；在吸风叶轮出风口设有空气过滤器，空气过滤器通过长孔与环形空腔连通，该环形空腔与偏心轴的孔道连通。
[0015]所述动力头框架与所述回转马达之间设有减振橡胶垫。
[0016]所述主轴中部设有环形台阶，在该台阶上和/或下设有推力调心轴承。
[0017]本实用新型的有益效果:
[0018]本实用新型创新采用新型超高频振动动力头结构和减振机构型式，能有效保护动力头的各个零部件，延长动力头的使用寿命，进而提高整机的作业效率。在第四纪覆盖层钻进取样时，该动力头可采用静压及振动钻进取样的方式，不需冲洗液，可获取高质量的无扰动样品。在岩石地层钻进取样时，该动力头可采用回转、振动+回转的钻进方式实现快速钻进取样，扩大了对地层的适应性。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型新型动力头的主视图；
[0020]图2为本实用新型新型动力头的俯视图；
[0021]图3为本实用新型动力头振动器的竖向剖视图；
[0022]图4为本实用新型动力头振动器的强制同步机构图；
[0023]图5为本实用新型动力头振动器的横向剖视图。
【具体实施方式】
[0024]实施例:
[0025]参阅图1和图2，本实用新型的一种新型液压超高频振动动力头，包括回转马达1、减振型联轴器2、动力头框架3、振动器4、主轴5及减振橡胶块7。其特征在于:回转马达1安装在动力头框架3上端，两者之间夹有减振橡胶垫6，以隔离振动。主轴5上下贯穿于振动器4中，减振橡胶块7对称侧向布置于振动器4上，通过螺栓与动力头框架3联接，作为该动力头的主要减振方式。动力头框架3的背板通过螺栓与钻机桅杆上的滑板联接，实现动力头的整体滑动。
[0026]参阅图3、图4、图5所示，振动器4包括振动器箱体401、高速马达402和偏心轴403。振动器箱体401前端面对称安装两个高速马达402，第一偏心轴/第二偏心轴403横向对称布置，两者之间无机械齿轮传动，由高速轴承404支承，实现各自独立运转。振动器4竖向安装主轴5，主轴5台阶上下各布置一个推力调心轴承405，上面的轴承405通过两个左旋锁母406固定压紧，防止回转轴承振松。
[0027]同步机构置于振动器4背后，包括同步轮轴407、第一 /第二同步轮408、同步带409、导向轮轴410、第一 /第二导向轮411及压紧轮412。高速马达402通过键驱动偏心轴403，偏心轴403通过键驱动同步轮轴407，同步轮轴407通过键驱动同步轮408，同步轮408驱动同步带409实现两个同步轮408的反向等速旋转，进而驱动偏心轴403的反向等速旋转，实现振动器4的自同步振动。同步带409运转一段时间松弛后，可通过压紧轮412调整同步带409的松紧度。
[0028]高速轴承冷却润滑机构包括带自润滑功能的高速轴承404、空气过滤器413和吸风叶轮414。高速轴承404选用进口带自润滑功能的轴承。高速马达402驱动偏心轴403和吸风叶轮414旋转，吸入外界空气，空气经由空气过滤器413、长孔415、环形空腔416进入偏心轴403的腔体中，从而冷却高速轴承404，空气冷却轴承后沿原通道排出。
[0029]减振机构包括减振橡胶垫6、减振型联轴器2和振动器侧面的减振橡胶块7，减振橡胶垫6置于回转马达1与动力头框架3之间，用来吸收动力头框架3的振动。减振型联轴器2置于回转马达1与主轴5之间，用来吸收主轴5的振动。振动器4侧面的减振橡胶块7作为该动力头的主要减振元件，用来隔离振动器4与动力头框架3之间的振动。通过这三种减振组合，能有效保护动力头的各个零部件，延长动力头的使用寿命。
[0030]本实用新型中，在第四纪覆盖层中钻进时，优先使用静压及振动钻进取样方式:动力头在向下钻进时，通过给进油缸拉动链条背板，进而拉动动力头框架3，依次传递给侧面减振橡胶块7、振动器4和主轴5，再传递到钻杆、钻具，钻具在给进静压力的作用下向下钻进，实现钻进取样；当钻进阻力较大、进尺缓慢或不进尺时，启动振动器，振动频率高达150?200Hz，振动力高达llOkN以上，带动钻杆、钻具向下钻进，同时当振动频率与振动器与钻杆的固有频率接近或相等时，在钻杆中产生驻波共振，实现快速钻进或取样。该钻进方法不使用循环液，无需钻柱旋转，对样品和环境无污染，取样质量高，样品扰动小，可对地层样品进行精细勘查。
[0031]向上提钻时，给进油缸的起拔力向上依次传递给动力头框架3、侧面减振橡胶块
7、振动器4和主轴5，再传递到钻杆、钻具。当钻具卡阻时，启动振动器向上振动，在向上振动力和起拔力的共同作用下，拔出钻具并获取高质量样品。
[0032]本实用新型中，在岩石地层钻进时，该动力头可采用回转钻进的方法:回转马达1通过减振型联轴器2驱动主轴5旋转，进而带动钻柱旋转，通过外接水龙头可实现泥浆循环的回转钻进。在回转钻进的同时，开启振动器，还能实现振动+回转的复合钻进取样，进一步提尚钻进效率。
[0033]本实用新型采用新型超高频振动动力头结构和减振机构型式，能有效保护动力头的各个零部件，延长动力头的使用寿命，进而提高整机的作业效率。
[0034]上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
【主权项】
1.一种新型液压超高频振动动力头，包括动力头框架、置于动力头框架上端的回转马达、通过侧向布置的减振橡胶块与动力头框架联接的振动器、以及贯穿振动器通过联轴器与该回转马达联接的主轴；其特征在于: 所述振动器包括振动器箱体、横向对称布置在振动器箱体内的带第一同步轮的第一偏心轴和带第二同步轮的第二偏心轴、用于驱动偏心轴的高速马达、以及使得两偏心轴反向等速旋转的同步机构； 该同步机构包括同步带、第一导向轮、以及第二导向轮；该同步带依次绕经第一同步轮，第一导向轮，第二同步轮，以及第二导向轮。2.根据权利要求1所述的新型液压超高频振动动力头，其特征在于:在所述振动器箱体上设有调节所述同步带松紧的压紧轮。3.根据权利要求1或2所述的新型液压超高频振动动力头，其特征在于:在所述偏心轴的端部设有吸风叶轮，在所述振动器箱体内设有环形空腔；在吸风叶轮出风口设有空气过滤器，空气过滤器通过长孔与环形空腔连通，该环形空腔与偏心轴的孔道连通。4.根据权利要求1所述的新型液压超高频振动动力头，其特征在于:所述动力头框架与所述回转马达之间设有减振橡胶垫。5.根据权利要求1所述的新型液压超高频振动动力头，其特征在于:所述主轴中部设有环形台阶，在该台阶上和/或下设有推力调心轴承。
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型液压超高频振动动力头，包括动力头框架、置于动力头框架上端的回转马达、通过侧向布置的减振橡胶块与动力头框架联接的振动器、以及贯穿振动器通过联轴器与该回转马达联接的主轴；所述振动器包括振动器箱体、横向对称布置在振动器箱体内的带第一同步轮的第一偏心轴和带第二同步轮的第二偏心轴、用于驱动偏心轴的高速马达、以及使得两偏心轴反向等速旋转的同步机构；该同步机构包括同步带、第一导向轮、以及第二导向轮；该同步带依次绕经第一同步轮，第一导向轮，第二同步轮，以及第二导向轮。本实用新型的有益效果：能有效保护动力头的各个零部件，延长动力头的使用寿命，进而提高整机的作业效率，同时扩大了对地层的适应性。
【IPC分类】E21B7/24, E21B49/02
【公开号】CN205047156
【申请号】CN201520796323
【发明人】刘勤学, 赵晓冬, 吴浩
【申请人】中煤地第二勘探局有限责任公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月14日