一种振动钻机的制作方法

本发明有关一种钻机，尤其是指一种用于地层勘查取样的振动钻机。

背景技术：

随着全球气候的不断变化，人们对环境的保护日益重视，土壤环境问题成为环境科学领域的热点之一，土壤的形成、发育与演化是土壤环境理论研究的核心问题，对于土壤古环境重建、古环境演变研究侧重于高分辨率、高准确度和高精度，需要提高对土壤取样分析的精度，同时对取样设备、工具和取样工艺提出了更高的要求，即这类取样必须具有样品采取率高、完整性好、无污染、无扰动、样品保持原生结构和原始产状态的特点，从而能够提取第一手真实的资源环境信息。

目前，国内土壤环境取样钻机基本上是以旋转钻进为主的地质岩心钻机，这类钻机取样时需要冲洗液( 泥浆、泡沫或空气) 冲洗孔底、携带钻屑、冷却钻头和保护孔壁。严格意义上讲，回转取样不适用于土壤环境取样，这是由于一方面旋转钻进对土壤样品的扰动大，另一方面冲洗液( 泡沫或空气) 在冲洗孔底的同时，也将土壤内需要检测的物质稀释，致使测量数据低于实际值。

国外有一种直接驱动振动钻进的声频钻机，这种声频钻机的声频振动头设计了一个特殊马达，其通过花键连接和驱动一个水平轴，该轴通过第二个端部带有球冠花键连接的轴与曲柄连接，一副曲柄驱动方向相反的偏心轴，一个偏心轴设置在一个圆柱腔体内，偏心轴提供凸轮运动产生上下振动作用于纵轴和钻具上。而该声频振动钻机声频振动头为机械强制性偏心轮同步方式，具有结构复杂、驱动偏心轴的齿轮加工精度要求高、声频振动头体积大等缺点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种结构简单，安全可靠，使用方便并且能满足无污染、无扰动的直推式振动钻机。

为达到上述目的，本发明提供一种振动钻机，其设置于桅杆上，该振动钻机包括有箱体、由上至下贯穿于所述箱体中间的主轴、设置于所述箱体内呈水平方向且相对于所述主轴对称的两个偏心轴、设于所述箱体外围的滑板，以及连接于所述滑板与所述箱体之间的缓冲装置，所述偏心轴上设有偏心块，所述主轴中间形成有突出的轴肩，所述主轴上端连接回转动力头，所述主轴下端连接钻杆与取样器，所述桅杆上设有滑轨，所述滑板设置在所述滑轨上，所述振动钻机通过给进油缸及所述滑轨在所述桅杆上滑动。

所述偏心轴的两端分别安装有高速轴承，所述高速轴承设置在所述箱体两侧的轴承孔内，所述箱体上靠近所述滑板一侧的所述高速轴承由轴承端盖定位，所述箱体上远离所述滑板一侧的所述高速轴承由高速马达定位。

所述高速马达与所述偏心轴之间由花键连接，或者所述高速马达与所述偏心轴之间采用联轴器连接。

所述箱体中心的垂直方向上下两侧设置两个滑动轴承座，该两个滑动轴承座与所述主轴的轴肩之间内各设置有围绕所述主轴的滑动轴承，且所述滑动轴承搁置在所述轴肩上，上下两个所述滑动轴承的外侧由主轴端盖定位，该主轴端盖通过螺栓固定在所述箱体上。

所述缓冲装置包括有设于所述箱体左右两侧的支撑板、包裹于所述支撑板的减震件及位于所述减震件外围的减震件挡板，该减震件挡板安装于耳板上，该耳板设于所述滑板的两端，所述滑板的两端分别与所述耳板之间通过螺栓连接。

所述减震件由橡胶或者减震弹簧制成。

所述振动钻头还包括有润滑系统，该润滑系统包括有设置于所述高速轴承位置处的箱体上及轴承端盖上的四个油气入口、与该油气入口连接的油气输送管、连接于该油气输送管另一端的油气混合器，以及分别与该油气混合器连接的送气管和送油管，该送气管的另一端与空气压缩机连接，该送油管的另一端与油泵连接。

本发明的振动钻机可以实现取样时对土壤无污染、无扰动的效果，还可以实现钻进及提钻速度，并能实现振动冲击钻进加回转钻进的复合取样钻进，进一步提高钻进速度，提高工作效率。

附图说明

图1 为本发明振动钻机的主视剖面图；

图2 为本发明振动钻机的俯视剖面图；

图3 为本发明中的油气润滑系统的示意图；

图4为本发明振动钻机的实施状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图2所示，本发明的振动钻头包括有箱体1、由上至下贯穿于箱体1中间的主轴2、设置于箱体1内呈水平方向且相对于主轴2对称的两个偏心轴3、设于箱体1 外围的滑板4，以及连接于滑板4与箱体1之间的缓冲装置。该两个偏心轴3 结构完全相同，偏心轴3上设有偏心块30，偏心轴3的两端分别安装有高速轴承32，本发明中偏心轴3两端的高速轴承32共有四只，分别设置在箱体1两侧的轴承孔内，箱体1上靠近滑板4 一侧的高速轴承32由轴承端盖33定位，箱体1上远离滑板4一侧的高速轴承32由高速马达5定位，高速马达5与偏心轴3之间由花键连接，也可以采用联轴器连接。本发明中的主轴2的中间形成有轴肩20，箱体1中心的垂直方向上下两侧设置两个滑动轴承座(图中未示出)，该两个滑动轴承座与主轴2的轴肩20之间内各设置有围绕主轴2的滑动轴承21，且滑动轴承21搁置在轴肩20上，上下两个滑动轴承21的外侧由主轴端盖22定位，主轴端盖22通过螺栓固定在箱体1上，该滑动轴承21抵靠于箱体1的侧壁(如图1与图2所示)，偏心轴3旋转时偏心块30产生的振动力(或振动波)依次通过箱体1、主轴端盖22和滑动轴承21传递到主轴2的轴肩20上。主轴2的下端与钻杆、取样器(图中未示出)连接，上端与驱动该主轴2旋转的回转动力头(图中未示出)连接。

本发明的缓冲装置包括有设于箱体1左右两侧的支撑板10、包裹于支撑板10的减震件6及位于减震件6外围的减震件挡板70，该减震件挡板70安装于耳板7上，该耳板7设于滑板4的两端，滑板4的两端分别与耳板7之间通过螺栓连接。本发明中的减震件可以由橡胶制成，或者减震件6由减震弹簧制成。

如图1至图3所示，本发明振动钻头还包括有润滑系统，其包括有设置于高速轴承32位置处的箱体1上及轴承端盖33上的四个油气入口330、与该油气入口330连接的油气输送管331、连接于油气输送管331另一端的油气混合器9，以及与油气混合器9连接的送气管90和送油管91，该送气管90的另一端与空气压缩机(图中未示出)连接，送油管91的另一端与油泵(图中未示出)连接。经空气压缩机压缩的清洁空气通过送气管90 进入油气混合器9，由油泵泵送的润滑油通过送油管91 进入油气混合器9，与压缩空气在油气混合器9 内混合后进入四条油气输送管331，润滑油在压缩空气的带动下沿管壁流动，并被压缩空气吹散，形成油膜，通过油气入口330 以细微油滴的方式进入到高速轴承32 上，润滑和冷却高速轴承32。润滑油和压缩空气在箱体1 内分离，润滑油在自重的作用下流到箱体1 下端的油气出口11 处，并在空气压力的作用下流出箱体1。设置油气润滑方式的目的是避免高速轴承32 和偏心轴3 在润滑油内高速旋转时，润滑油对高速轴承32 和偏心轴3 产生巨大的阻尼作用，减少无用功率消耗。

本发明振动钻头在使用时，钻机作用在滑板4上的钻进静压力(即钻压)向下依次传递给减振件挡板70、支撑板10上侧的减振件6、箱体1、上侧的主轴端盖22、滑动轴承21、主轴2的轴肩20上侧，再传递到钻杆、取样器，取样器在钻进静压力的作用下向下钻进，实现静压快速钻进成孔或取样；当钻进阻力较大、进尺缓慢或不进尺时，启动两个高速马达5 旋转，两个高速马达5 转速相同，旋转方向相反，该两个高速马达5 分别驱动两只偏心轴3 旋转，使两只偏心轴3转速相同，旋转方向相反，该两只偏心轴3 的转速达到3000 ～ 12000 转/ 分钟，偏心轴3上的偏心块30在旋转时所产生的离心力在水平方向的分力大小相等，方向相反，即水平方向的分力抵消；而垂直方向的分力大小相等，方向一致，即垂直方向的分力叠加，产生向下的振动力(或振动波)，并将振动力(或振动波)依次传递给高速轴承32、箱体1、上侧的主轴端盖22、滑动轴承21、主轴2的轴肩20上侧以及钻杆、取样器，并向下钻进，实现声频振动钻进成孔或取样，因此可以提高钻进速度，无需钻杆和取样器旋转，避免取样时因取样器旋转而扰动土壤或松软土层。这种取样方式样品采取率高、完整性好、无泥浆循环，对样品和环境无污染，可进一步提高岩土样品的原状特性。

向上提钻时，利用钻机作用在滑板4上的提升力向上依次传递给减振件挡板70、支撑板10侧的减振件6、箱体1、下侧的主轴端盖22、滑动轴承21、主轴2的轴肩20下侧以及钻杆、取样器，并向上提钻，将取样器提到地面；若钻机的提升力不足于将钻杆和取样器提升，可以同时利用偏心轴3产生的向上的振动力依次传递给高速轴承32、箱体1、下侧的主轴端盖22、滑动轴承21、主轴2的轴肩20下侧以及钻杆、取样器，并向上提钻。

偏心轴3 产生的振动力在传递给高速轴承32 的同时，也将振动力传递给减振件6、减振件挡板70、滑板4 以及取样钻机整机，但由于减振件6 具有良好的减弱冲击和(或)振动传输的作用，减弱了振动力向钻机整机的传递，起到减振作用。

在启动高速马达5的同时，启动油泵和空气压缩机，油泵通过送油管91将润滑油送到油气混合器9，空气压缩机将清洁的压缩空气通过送气管90送到油气混合器9内，与润滑油混合后，通过四个油气输送管331、油气入口330送到高速轴承32上，润滑和冷却高速轴承32，油气混合物在箱体1内分离，润滑油在自重的作用下流到箱体1底部的油气出口11内，并在空气压力的作用下流出，保证箱体1 底部不会储存润滑油。

图4为本发明振动钻机的实施状态示意图，振动钻机（图中A所示）安装于桅杆80，桅杆80通过起塔油缸81立起到竖直位置，通过滑移油缸82在滑轨83中滑动，实现滑移落地，保证机身稳定。本发明振动钻机的滑板4设置在滑轨83中，振动钻机的转动角频率为200Hz，工作状态角频率一般在150-200Hz 范围变化，能够产生最大振动力140kN。振动钻机通过给进油缸84和滑轨83沿桅杆80滑动，实现钻进和提升钻杆。给进行程达3.5m，可一次加接3m 长的钻杆，减少了辅助工作时间，提高了钻进效率。底盘85由方管和槽钢焊接而成，承载钻机的上部结构。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。