一种井下锤式冲切装置的制作方法

本实用新型涉及井下物料破碎技术领域，具体涉及一种井下锤式冲切装置。

背景技术：

现有地质钻孔技术一种采用旋转式钻进，地质钻机由于钻进深度越深，钻杆逐渐由刚性特性突出转变为弹性特性突出，此时井口输入的转动转速不能有效地体现在井底的钻头上，过快的井口转速反而会导致钻杆拧成麻花状，甚至产生塑性屈服导致钻杆损坏，因此其转速受传动深度的限制，其随着钻进深度的增加切削效率会逐渐降到很低。另一种方式为冲击式钻进的方式，冲击式钻进的方式能适应较深钻孔的钻进，该方式通过悬吊钻具借重力自由下落的冲击力来凿碎岩石，因此其冲击力的大小与钻具的重量密切相关，而钻具的重量又受到驱动装置的动力及钻具的悬吊钢索的强度限制，因此也限制了这类钻进方式的钻进效率的进一步提高。此外，这种钻进方式也会将钻孔中的岩心完全打碎，而将岩心完全打碎则需要消耗相应的能量，而且也是非必要的，同时破碎后的岩屑从井孔中清理出来也是很麻烦的事情。

现有技术还有一种冲击和旋转联合钻进方式，例如，中国专利文献cn103174380a公开的一种弹簧蓄能激发式旋转冲击钻井装置，包括钻管，设置在该钻管下端的钻头，设置在所述钻管内的冲击机构。该冲击机构包括井下马达、设置在该井下马达下端的旋转轴和套设在该旋转轴下部的冲振套件。该实用新型采用冲击机构的设计，通过井下马达、旋转轴和冲振套件相互配合，产生快速连续的冲击，使钻压在钻进过程中大幅度、高频率地振动，在钻头扭矩的配合下，加快钻进过程，提高钻进效率。该技术方案的本质是以旋转钻进为主，冲击钻进为辅。其需要在钻井装置中以井下马达作为动力，否则仍不能克服深井孔时，钻杆过长所带来的问题。而在井下装置中设置动力装置，还需要有相应的能量输入机构，使得井下装置的结构非常复杂。此外，这类装置也是将岩心打碎，存在无效能量消耗的问题。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的钻头对地下岩石的冲击力小的缺陷；进一步解决现有冲击和旋转联合钻进装置结构复杂的问题；并进一步解决现有装置存在无效能量消耗的问题，从而提供一种在不增加整体重量的前提下，提高冲击力，改善破碎效果的井下锤式冲切装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种井下锤式冲切装置，包括：

锤头结构，与悬吊驱动结构连接；

配重结构，设置在所述锤头结构之上；

储能结构，设置在所述锤头结构与所述配重结构之间，在所述悬吊驱动结构驱动所述锤头结构上升移动时，将所述配重结构的部分重力势能转换为储存能量，并在所述悬吊驱动结构自由释放所述锤头结构下落时释放所述储存能量于所述锤头结构上。

所述的井下锤式冲切装置，所述储能结构为压缩方向平行于所述悬吊驱动结构的施力方向的弹簧，相应地所述储存能量为弹性势能。

所述的井下锤式冲切装置，所述锤头结构和配重结构还通过贯穿所述配重结构并固定在所述锤头结构上的连接杆连接。

所述的井下锤式冲切装置，在所述锤头结构与所述配重结构之间设有所述锤头结构下落时，只允许所述锤头结构沿纵向轴单向转动的旋转结构，所述锤头结构与所述悬吊驱动结构相应地沿纵向轴转动地连接。

所述的井下锤式冲切装置，所述锤头结构和配重结构还通过贯穿所述配重结构并固定在所述锤头结构上的连接杆连接；在所述连接杆和所述配重结构之间设有所述单向转动的旋转结构。

所述的井下锤式冲切装置，所述旋转结构包括与所述连接杆或所述配重结构固定连接的单向离合器；及成型在所述单向离合器及所述连接杆或所述配重结构的另一个上相互啮合的螺旋结构。

所述的井下锤式冲切装置，所述螺旋结构包括成型在所述连接杆上的外螺纹，及成型在所述单向离合器内缘的内螺纹；所述单向离合器与所述配重结构固定连接。

所述的井下锤式冲切装置，多个所述储能结构环向分布在所述连接杆的周围。

所述的井下锤式冲切装置，所述锤头结构具有一中空桶体，所述桶体的中部设有一支撑板，所述储能结构安装在所述支撑板上。

所述的井下锤式冲切装置，所述支撑板上成型有用于安装所述连接杆下端的第一槽体，所述配重结构设于所述支撑板上部的第二槽体中。

所述的井下锤式冲切装置，所述悬吊驱动结构包括支架，通过支点安装在所述支架上的杠杆，连接在所述杠杆与所述连接杆之间的牵引钢缆，以及用于驱动所述杠杆运动的驱动件。

所述的井下锤式冲切装置，所述牵引钢缆连接在所述杠杆的阻力臂上，所述驱动件驱动所述杠杆的动力臂。

所述的井下锤式冲切装置，所述杠杆的阻力臂上设有若干距所述支点不同距离的用于连接所述牵引钢缆的安装位置。

所述的井下锤式冲切装置，所述驱动件包括电机、与电机连接的减速机构和与所述减速机构啮合连接的偏心轮，所述偏心轮通过设置在所述杠杆上的从动轮驱动所述杠杆。

所述的井下锤式冲切装置，所述杠杆的下方还设有对其施加作用力，进而使得所述从动轮始终紧贴所述偏心轮的复位机构。

所述的井下锤式冲切装置，所述牵引钢缆通过转动地安装在所述杠杆上的第一滑轮与所述杠杆连接，并绕过所述第一滑轮与收放电机控制的滚轮连接。

所述的井下锤式冲切装置，还包括支架，所述支架上还安装有设置在所述第一滑轮与所述滚轮之间的第二滑轮和第三滑轮，所述牵引钢缆依次经过所述第二滑轮和第三滑轮。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的井下锤式冲切装置，储能结构设置在锤头结构和配重结构之间，悬吊驱动结构自由释放锤头结构下落时释放储能结构中的储存能量于锤头结构上，这样在不改变原有重量的前提下，由于储能结构能量的释放，增加了锤头结构在撞击前的动量，进而增大了对被击打物料的冲击力，改善了破碎效果。

2.本实用新型提供的井下锤式冲切装置，锤头结构和配重结构还通过贯穿配重结构并固定在锤头结构上的连接杆连接，从而便于整个井下装置的装配组合。

3.本实用新型提供的井下锤式冲切装置，在上述贯穿连接的基础上，在悬吊驱动结构驱动锤头结构和配重结构对被击打物料施加冲击力时，由于锤头结构和配重结构之间单向转动的旋转结构的设置，使得锤头结构只能沿纵向轴单向转动，从而对被击打物料施加一个周向剪切力，使得破碎效果更好。

4.本实用新型提供的井下锤式冲切装置，旋转结构采用与连接杆或配重结构固定连接的单向离合器；及成型在单向离合器及连接杆或配重结构的另一个上相互啮合的螺旋结构。单向离合器的设置使得锤头结构和配重结构在远离被击打物料时，由于弹簧的压缩，配重结构和连接杆之间发生相对位移，螺旋结构可以转动，从而保证这一过程的顺利进行。

5.本实用新型提供的井下锤式冲切装置，锤头结构具有一中空的桶体结构，这样在保证整体冲切效果的同时，仅对岩心与周围岩体进行分隔，不会打碎岩心，避免了无效能量的消耗。

6.本实用新型提供的井下锤式冲切装置，悬吊驱动结构包括与连接杆连接的第一滑轮，用于安装第一滑轮的杠杆和用于驱动杠杆运动的驱动件，第一滑轮和驱动件分设在杠杆支点的两侧。驱动件驱动杠杆上下移动，从而带动第一滑轮顺时针或逆时针转动，进而提升或下放连接杆，实现对被击打物料的多次打击，破碎效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的第一种实施方式中提供的井下锤式冲切装置的示意图；

图2为图1的锤头结构和配重结构的放大示意图；

图3为图1的驱动件的放大示意图；

图4为本实用新型的第二种实施方式中提供的井下锤式冲切装置的示意图。

附图标记说明：

1-锤头结构；2-配重结构；3-储能结构；4-悬吊驱动结构；5-连接杆；6-旋转结构；7-支架；8-摆动件；41-第一滑轮；42-杠杆；43-驱动件；44-第二滑轮；45-第三滑轮；46-牵引钢缆；47-滚轮；431-电机；432-减速机构；433-偏心轮；434-从动轮；435-复位机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1-3所示的井下锤式冲切装置的一种具体实施方式，用于对钻井中的岩石进行打击破碎，包括与悬吊驱动结构4连接的锤头结构1，设置在所述锤头结构1之上的配重结构2，以及设置在所述锤头结构1与所述配重结构2之间作为储能结构3的弹簧。

所述悬吊驱动结构4带动所述锤头结构1沿钻井的深度方向往复运动，以对钻井中的岩石施力。所述弹簧的压缩方向平行于所述悬吊驱动结构4的施力方向，在所述悬吊驱动结构4驱动所述锤头结构1上升移动时，所述配重结构2随之被同步提升，所述弹簧将所述配重结构2的部分重力势能转换为作为储存能量的弹性势能，并在所述悬吊驱动结构4自由释放所述锤头结构1下落时释放所述弹性势能于所述锤头结构1上，从而通过增大所述锤头结构1的下冲速度而提高对地下岩石的冲击力。多个所述弹簧环向分布在所述连接杆5的周围，以提供均匀的弹性势能。

所述锤头结构1和配重结构2还通过贯穿所述配重结构2并固定在所述锤头结构1上的连接杆5连接，具体地，所述配重结构2为内设有通孔的配重块，所述锤头结构1具有一中空桶体，所述桶体的中部设有一支撑板，支撑板将桶体内部的空间分为上下两部分，所述弹簧安装在所述支撑板上。所述支撑板上成型有用于安装所述连接杆5下端的第一槽体，第一槽体成型在中央，所述连接杆5穿过所述配重块的通孔后固定在所述第一槽体中；所述配重结构2设于所述支撑板上部的第二槽体中，并与所述弹簧的顶端接触。

在所述连接杆5和所述配重结构2之间还设有在所述锤头结构1下落时，只允许所述锤头结构1沿纵向轴单向转动的旋转结构6，所述锤头结构1与所述悬吊驱动结构4相应地沿纵向轴转动地连接。在本实施例中，所述旋转结构6包括与所述配重结构2固定连接的单向离合器；及成型在所述单向离合器及所述连接杆5上相互啮合的螺旋结构。所述螺旋结构包括成型在所述连接杆5上的外螺纹，及成型在所述单向离合器内缘的内螺纹。所述锤头结构1被提升时，由于所述配重结构2和所述支撑板之间的弹簧作用，产生较大的摩擦力，所述配重结构2和所述锤头结构1之间不会有转动，但在弹簧压缩过程中所述配重结构2与所述连接杆5之间会有上下的相对移动，使得与所述连接杆5啮合连接的单向离合器必须旋转才能上下移动，从而保证这一过程的顺利进行。当所述配重结构2被释放下落时，所述连接杆5相对所述配重结构2向下移动，这时由于所述单向离合器的设置，所述单向离合器向相反方向转动的趋势被阻止，而所述连接杆5发生转动，进而带动所述锤头结构1转动，同时对岩石施加一个周向剪切力。

所述悬吊驱动结构4包括通过牵引钢缆46与所述连接杆5连接的第一滑轮41，用于安装所述第一滑轮41的基本水平设置的杠杆42和用于驱动所述杠杆42运动的驱动件43，所述第一滑轮41和所述驱动件43分设在所述杠杆42支点的两侧的阻力臂和动力臂上，所述牵引钢缆46连接在所述杠杆42的阻力臂上，所述驱动件43驱动所述杠杆42的动力臂。所述杠杆42的阻力臂上设有若干距所述支点不同距离的用于连接所述牵引钢缆46的安装位置，可以根据实际需求选择。所述牵引钢缆46通过转动地安装在所述杠杆42上的第一滑轮41与所述杠杆42连接，并绕过所述第一滑轮41与收放电机控制的滚轮47连接。所述驱动件43包括电机431、与电机431连接的减速机构432和与所述减速机构432啮合连接的偏心轮433，所述偏心轮433通过设置在所述杠杆42上的从动轮434驱动所述杠杆42。所述杠杆42的下方还设有对其施加作用力，进而使得所述从动轮434始终紧贴所述偏心轮433的作为复位机构435的压缩弹簧。电机431通过传送带带动减速机构432转动，进而驱动与减速机构432啮合连接的偏心轮433转动，从而通过从动轮434向杠杆42的一端施力，使得设于杠杆42另一端的第一滑轮41上下运动，从而提升或释放所述锤头结构1。

所述悬吊驱动结构4安装在设于钻井外部的支架7上，杠杆42通过支点安装在支架7上，所述支架7上还安装有设置在所述第一滑轮41与所述滚轮47之间的第二滑轮44和第三滑轮45，所述牵引钢缆46依次经过所述第二滑轮44和第三滑轮45。

当需要对钻井中的岩石进行破碎时，首先电机驱动偏心轮转动，从而通过从动轮向杠杆42的一端向下施力，使得设于杠杆42另一端的第一滑轮41向上运动，从而提升所述锤头结构1。在所述锤头结构1被提升的过程中，所述配重结构2随之被同步提升，同时设于所述锤头结构1和所述配重结构2之间的多个弹簧被压缩，所述配重结构2的部分重力势能转换为所述弹簧的压缩弹性势能被储存。同时与所述连接杆5啮合连接的单向离合器内圈旋转，而与配重结构2固定连接的单向离合器外圈不转动，使得所述连接杆5不转动而向上移动。随着冲击电机进一步转动，所述偏心轮脱离所述杠杆42的端部，偏心销释放对杠杆42的施力，设于杠杆42另一端的第一滑轮41向下运动，所述锤头结构1被释放，所述弹簧的压缩弹性势能同时被释放，从而对钻井中的岩石施加一个较大的冲击力。由于所述单向离合器的设置，所述单向离合器的内外圈的向相反方向转动的趋势被阻止，而所述锤头结构1在弹性势能的作用下，以脱离所述配重结构2的趋势移动，配合所述连接杆5及所述单向离合器内圈之间的螺旋结构，所述连接杆5在相对所述配重结构2向下移动的同时发生转动，进而带动所述锤头结构1转动，由此对岩石施加了一个周向剪切力。随着所述锤头结构1的钻进，收放电机控制所述滚轮47转动，所述滚轮47逐渐释放牵引钢缆46依次带动第三滑轮45和第二滑轮44转动，从而保持所述锤头结构1对岩石的有效冲击。

作为替代的实施方式，所述锤头结构1和配重结构2直接通过贯穿所述配重结构2并固定在所述锤头结构1上的连接杆5连接。

作为替代的实施方式，所述旋转结构6包括与所述连接杆5固定连接的单向离合器；及成型在所述单向离合器及所述配重结构2上相互啮合的螺旋结构。

作为替代的实施方式，如图4所示，所述悬吊驱动结构4还可以替换为三角形的杠杆42，第一滑轮41安装在三角形的杠杆42中与支点基本水平的阻力臂上，而所述偏心轮替换为摆动件8，所述摆动件8设置在所述三角形的杠杆42的自所述支点基本上竖直延伸的动力臂上，所述摆动件8与电机连接。电机驱动摆动件8往复摆动，从而带动三角形的杠杆42随之摆动，从而提升或释放所述连接杆5。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。