專利名稱：穿地行二號鉆機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種能在地層中快速直走、斜走、上下行走、橫向行走的穿地行二號鉆機。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有的地質(zhì)勘探機械是采用旋轉(zhuǎn)筒式鉆頭鉆出芯棒作樣品，得出地質(zhì)資料；打樁機在塑性地層中采用旋轉(zhuǎn)樁機，剛性地層中采用坨式?jīng)_擊樁機，軟性地層中采用管式樁機；打隧道塑性地層用挖機，剛性地層打眼放炮，采礦同樣用此方法；不但各種設(shè)備不能通用，而且工作效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種新的設(shè)計方案，用一種鉆機即能用于地質(zhì)勘探，又能進行石油鉆井；即能用于橫向采礦或打隧道，又能垂直進行打樁孔的通用機型，同時提高效率，其實施方案是一根外成梭型的鉆桿，一頭緊固長長的軟性管道，管道內(nèi)裝有棄渣輸出管，壓力液管和回液管，或用電纜線及其它動力源；另一頭內(nèi)套著可伸縮的活塞缸、活塞缸內(nèi)裝有換向閥、雙作用液壓缸、定向器、轉(zhuǎn)動器、推拉器、鉆頭桿和鉆頭及鎖緊螺母。梭型鉆桿可在活塞缸外作伸縮運動；雙作用液壓缸中的空心活塞桿能在缸體內(nèi)作往返運動，并帶動鉆頭即能作沖擊運動，又能作旋轉(zhuǎn)運動；還帶動混在水中的棄渣作抽流運動。配備推進器就成了穿山機(推進器在本發(fā)明未述)。
本發(fā)明適用范圍甚廣，略以目前市場上的地質(zhì)勘探機械和建橋打樁孔的機械舉例說明1、目前市場上的地質(zhì)勘探采用一個筒式鉆頭進往取樣，后方緊固著幾米長一根根鉆桿進行旋轉(zhuǎn)，隨著入地的深度增加，不斷的把鉆桿接長，鉆頭、鉆桿同時轉(zhuǎn)動，磨擦阻力大。最為麻煩的是，每鉆下去幾米深，為了取出筒式鉆頭內(nèi)的地質(zhì)樣品(棄渣)，就得把加長在后邊的鉆桿一節(jié)一節(jié)的下掉，把筒式鉆頭吊出來空掉筒內(nèi)的樣品后，再一邊接鉆桿一邊往下放，鉆孔越深，做的輔助時間越多，有效時間越少，取樣時間越慢。
采用本發(fā)明進行地質(zhì)勘探，只有前面一根剛性鉆桿，后面是長長的軟性管道，鉆桿和管道都不轉(zhuǎn)動，沒有周邊與地層的磨擦耗動能，鉆頭即沖擊又旋轉(zhuǎn)，大大提高了下鉆的速度，需要垂直下鉆就把鉆桿加長些，利用自身的導(dǎo)向作用就垂直向下鉆去，只要把后面的軟性管道不停的往下放，到達預(yù)定的深度為止。地質(zhì)取樣更簡單，每鉆下去1米，從輸送管口截取一次排出來的樣品即可。
2、建橋打樁孔目前市場上的樁機有吊坨沖擊式和鉆桿旋轉(zhuǎn)式兩種，吊坨沖擊式適用于硬地質(zhì)，旋轉(zhuǎn)式適用于軟地質(zhì)，分開說明工作原理吊坨沖擊式是用鋼絲繩把吊坨拴住，利用卷揚機把吊坨吊起0.5米-3米的高度后丟下去，利用吊坨自身的重量產(chǎn)生加速度形成沖擊力，與樁孔內(nèi)泥漿水和棄渣的阻力抵消后的力量對地層產(chǎn)生破壞作用而成孔，棄渣混在泥漿水中翻起來流出地面外。這種鉆機平均24小時入地深度5-8米，遇到堅硬的巖塊24小時難入地0.3米。
旋轉(zhuǎn)鉆機有兩種，一種鉆桿帶動鉆頭進行旋轉(zhuǎn)，鉆爛的棄渣混在泥漿水中翻起來，流入地面外。另一種在鉆桿上裝一只圓筒有底式鉆頭，刮得一桶泥土后提出地面，取掉后又放于樁孔內(nèi)進行旋刮，這兩種鉆機只適用于軟地層，推廣受到限制且工效不高。
本發(fā)明用于打樁作業(yè)，前面是一根剛性長鉆桿，入地前用鋼絲繩吊起，保證垂直度，后面是軟性管道，鉆桿和管道不轉(zhuǎn)動，只有鉆頭即沖擊又轉(zhuǎn)動，還排出棄渣。鉆桿完全入地后自有導(dǎo)向功能，確保成孔的垂直度。遇到軟地層，把泥土擠向周圍形成堅實的護壁，確保成孔的堅實性，只有少量棄渣從輸送管排出地面外；遇到硬地層，棄渣完全從輸送管中排出。從功能上講，本發(fā)明把旋轉(zhuǎn)鉆機的旋轉(zhuǎn)功能和沖擊鉆機的沖擊功能集于一體，從沖擊功能來講，本發(fā)明是直接把沖擊力傳遞到鉆頭的刃口上，鉆頭的刃口始終與被沖擊地面接觸，而且隨時吸走了棄渣，也就是說把高頻率的沖擊力直接施用在需要破壞的地面上，避開了各種阻力消耗沖擊力的現(xiàn)象，因此產(chǎn)生的工作效率無可比擬。
本發(fā)明的優(yōu)點1、本發(fā)明的工作效率極高雙作用空心活塞桿的沖擊力直接沖擊在鉆頭上，返行時帶動鉆頭轉(zhuǎn)動，同時帶動棄渣的輸送，最大限度利用了運動中的能量，幾乎沒有做無用功的過程。
2、棄渣水從本發(fā)明的軸心通過，帶走了機體在工作時產(chǎn)生的熱量，確保機體長時期在正常溫度中工作，不必另設(shè)散熱裝置。
3、在壓力室內(nèi)裝氣囊，一則把棄渣水的間歇吸入變成連續(xù)輸出，棄渣沒有沉淀的機會；二則返行時把帶動鉆頭轉(zhuǎn)動后的多余能量儲存起來，用于沖擊時產(chǎn)生推力作用，增加沖擊力，提高鉆頭工作效率。
4、高節(jié)能整個工作過程中，都是雙作用空心活塞桿的往返運動完成的，最大限度簡化了傳動結(jié)構(gòu)，減少了磨擦副的耗能量，把有限的動能源，最大限度的利用作有用功。
5、結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低。
6、使用和維修簡單。
7、體積小、重量輕，運輸、轉(zhuǎn)移方便。
本發(fā)明的適用范圍本發(fā)明最小直徑0.1米，最大直徑可做到6米或更大，適用于地質(zhì)勘探、石油鉆井、礦山采礦、架橋打樁孔、建房打基礎(chǔ)樁孔、打隧道、引水打孔?？傊?，哪里需要在地層中打孔，都會帶來超出想象的方便。


圖一是本發(fā)明的主視圖，圖中的序號表示名稱1—壓力液管 2—活塞缸 3—受壓力面 4—梭型鉆桿5—受壓力面 6—受壓力或結(jié)合面 7—回液管 8—閥芯9—進液管 1—管路11—液壓缸 12—活塞13—過液管14—管路 15—液動孔 16—小閥芯17—液孔 18—液孔 19—液孔20—回液管21—管路 22—彈簧 23—過液孔 24—管路25—液動孔26—小閥芯 27—液孔28—彈簧29—雙作用空心活塞桿 30—銷 31—槽 32—花鍵管33—耐磨環(huán)34—撥動板 35—花鍵套 36—彈簧37—型撥齒38—型撥齒 39—吸渣腔 40—吸渣口41—球閥 42—空心管 43—球閥44—壓力室45—氣囊室46—鉆頭桿 47—花鍵中心孔 48—雙作用液壓桿中心孔49—液動換向閥具體實施例方式參照附圖，對本發(fā)明的各功能的結(jié)構(gòu)進行詳細說明1、伸縮結(jié)構(gòu)一根外成梭型的鉆桿(4)套在活塞缸(2)的外周圍，由活塞缸的(3)面和梭型鉆桿的(5)面及兩者之間的活塞缸外周面和梭型鉆桿的內(nèi)周面，這四個面構(gòu)成一個液壓腔，并裝有壓力液管路(1)通往該腔，壓力管(1)與進液管(9)相通(圖中未畫)；梭型鉆桿的內(nèi)頂面(6)與活塞缸的頂面構(gòu)成另一個液壓腔，此腔與回液管(7)相通，回液管(7)與回液管(20)相通(圖中未畫)，構(gòu)成伸縮結(jié)構(gòu)。
2、雙作用空心活塞桿往返運動結(jié)構(gòu)一個二位四通液動換向閥(49)，其內(nèi)裝有大閥芯(8)，在圖中右端彈簧鋼珠與閥套內(nèi)的相對應(yīng)的幾何形狀結(jié)構(gòu)控制下，因彈簧的推力作用，閥芯只能靠左或靠右的兩個位置停定，萬一停在中間位置，它不向左走就會向右走，兩個小閥芯(16)和(26)分別受彈簧(22)和(28)的推力作用，始終靠緊兩個液動孔(15)和(25)，受壓力的一瞬間，推動小閥芯上行，失去液壓力后瞬時返回原位，上述的就是三個閥芯的特性；換向閥上的6個通孔分別(9)與液壓站壓力液相通(圖中未畫)，(20)與液壓站的液箱相通(圖中未畫)，(21)與液壓缸(11)左端相通，(10)與液壓缸右端相通，(15)與液壓缸過液孔(13)相通，(25)與液壓缸過液孔(23)相通；液壓缸(11)內(nèi)裝有雙作用空心活塞桿(29)及活塞(12)，構(gòu)成往返運動結(jié)構(gòu)。
3、鉆頭旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)雙作用空心活塞桿(29)一端緊固的銷(30)套在殼體的軸向槽(31)內(nèi)，控制雙作用空心活塞桿只能往返運動，不能轉(zhuǎn)動；一根外成斜花鍵、內(nèi)為空心的花鍵管(32)，一頭緊固在雙作用空心活塞桿的端頭中心孔內(nèi)，其余部分套在鉆頭桿(46)的中心孔內(nèi)，鉆頭桿一端大孔內(nèi)的花鍵管周外裝有彈簧(36)，花鍵套(35)，撥動板(34)。撥動板與鉆頭桿緊固并蓋住花鍵套和彈簧，撥動板上的 形齒(37)和花鍵套上的 形齒(38)在彈簧(36)的推力作用下相互咬合，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
4、棄渣輸送結(jié)構(gòu)套在鉆頭桿(46)中心孔內(nèi)的花鍵管(32)的端頭緊固軟性耐磨環(huán)(33)，與鉆頭桿內(nèi)的吸棄渣腔(39)和吸棄渣口(40)及球閥(41)構(gòu)成棄渣吸入室，由花鍵管的中心孔和雙作用空心活塞桿的中心孔組成排出棄渣的通道；由球閥(43)和氣囊(45)構(gòu)成壓力室(44)，接通棄渣輸出管(圖中未畫)構(gòu)成棄渣輸出結(jié)構(gòu)。
參照附圖，對本發(fā)明的傳動原理進行說明1、伸縮結(jié)構(gòu)的傳動原理在液壓站的出口處給壓力液管(1)和回液管(7)裝一個換向閥，使壓力液管(1)變成回液管，回液管(7)變成壓力液管，活塞缸(2)相對于梭型空殼鉆桿(4)向外伸，反之向內(nèi)縮。
2、雙作用空心活塞桿的往返運動原理以液動換向閥(49)的閥芯(8)在視圖的左端為例，似說明傳動原理壓力液經(jīng)管路(9)進入換向閥內(nèi)，從管路(10)進入液壓缸的右端腔內(nèi)，把活塞(12)向左推，液壓缸左腔內(nèi)原有的液體從管路(21)進入液動換向閥，從回液管(20)流回液箱。當(dāng)活塞(12)右邊的邊沿越過過液孔(13)后，壓力液進入過渡孔(13)經(jīng)管路(14)進入液動換向閥左邊的液動孔(15)內(nèi)，推動小閥芯(16)壓縮彈簧(22)向上行，關(guān)閉液孔(17)后再打開液孔(18)進入大閥芯(8)的左端腔內(nèi)，把大閥芯(8)推向右端。液動換向閥右端腔內(nèi)原有的液體經(jīng)液孔(19)進入回液管(20)流回液箱。這時，液動換向閥已換向，壓力液從管路(21)進入液壓缸的左端腔內(nèi)，把活塞(12)向右推，液壓缸右端腔內(nèi)原有的液體從管路(10)進入液動換向閥內(nèi)經(jīng)回液管(20)流回液箱。當(dāng)活塞(12)左邊的邊沿越過過液孔(23)后，壓力液從過液孔(23)經(jīng)過管路(24)進入液動孔(25)，推動小閥芯(26)壓縮彈簧(28)向上行，關(guān)閉液孔(19)后再打開液孔(27)進入大閥芯(8)的右端腔內(nèi)，把大閥芯(8)推向左端，液動換向閥左腔內(nèi)原有的液體從液孔(17)進入回液管(20)流回液箱，雙作用空心活塞桿完成一次往返運動。只要液壓站連續(xù)供給壓力液，雙作用空心活塞桿就連續(xù)循環(huán)工作，往返運動速度的快慢決定于壓力液供給量的大小，往返運動功率的大小決定于壓力液壓力的高低。
3、鉆頭旋轉(zhuǎn)運動原理花鍵管(32)由雙作用空心活塞桿(29)帶動在鉆頭桿(46)內(nèi)作往返運動，花鍵管拉動時，花鍵管上的斜花鍵對花鍵套(35)產(chǎn)生一個拉力和一個旋轉(zhuǎn)力，由拉力使花鍵套上的撥齒(38)咬住撥動板上的撥齒(37)，由旋轉(zhuǎn)力帶動鉆頭與鉆頭桿轉(zhuǎn)動一個角度；花鍵管推動時，花鍵管對花鍵套產(chǎn)生一個推力和反轉(zhuǎn)力，由推力抵消彈簧力后使兩撥齒(37)和(38)松開，在彈簧(36)的推力與花鍵管的推力互相抵消時，花鍵套反轉(zhuǎn)回到原來的角度，花鍵管停止推動后，花鍵套失去推力，在彈簧力作用下花鍵套上的撥齒(38)相對于撥動板上的撥齒(37)錯開一個齒位重新咬合，花鍵管再次拉動時鉆頭又轉(zhuǎn)一個角度；再次推動時，兩撥齒又錯開一個齒位，雙作用空心活塞桿連續(xù)推拉花鍵管，鉆頭就連續(xù)轉(zhuǎn)動。
4、棄渣輸出原理雙作用空心活塞桿(29)推拉著套在鉆桿(46)內(nèi)的花鍵管(32)作往返運動，花鍵管端頭的周外緊固多道軟性耐磨環(huán)(33)，隨花鍵管一同在鉆桿內(nèi)管中往返密封滑動，花鍵管拉動時，吸渣腔(39)中產(chǎn)生真空，混在水中的棄渣從多個吸渣口(40)吸入，推開球閥(41)到達吸渣腔；花鍵管推動時，球閥(41)關(guān)閉，吸渣腔內(nèi)產(chǎn)生高壓，受壓力的棄渣水從花鍵管的中心孔(47)、雙作用空心活塞桿的中心孔(48)壓出，打開雙作用空心活塞桿另一頭的球閥(43)到達壓力室(44)內(nèi)，受壓力室內(nèi)另一頭氣囊(45)的壓力作用，棄渣水從輸送管(圖未畫)排出地面外。
參照附圖，對本發(fā)明的工作原理進行說明1、活塞缸的伸縮原理根據(jù)目前市場使用的最小是地質(zhì)勘探鉆機，最大是打樁機等，在復(fù)雜的地層中卡住鉆頭后無法取出，造成很大損失。本發(fā)明的伸縮裝置，采用強大的液壓力把梭型空殼鉆桿頂起，排除壓在鉆桿上的垮落棄渣，活塞缸縮回一步，使鉆頭工作數(shù)次，待鉆頭前填滿棄渣后，把梭型空殼鉆桿再頂起，借助地面的拉力，它就一步一步的頂出地面了。
2、鉆頭的工作原理笨重的雙作用空心活塞桿，遠距離的行程快速往返運動，產(chǎn)生強大的沖擊力，直接沖擊在鉆頭桿上，使鉆頭的刃口破壞被沖擊的地面，鉆頭同時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，不斷的變換著被沖擊的角度，沖擊成圓形孔洞。在塑性地層中，大部分棄渣被擠到周圍的壁中，形成堅實的護壁，只有極少棄渣從輸送管排出，可供地質(zhì)取樣之用；在剛性地層中，全部棄渣沖爛后都要經(jīng)過輸送管排出地面。
權(quán)利要求
1.一種多用型穿地行二號鉆機，其特征如下一根外成梭型的鉆桿，一頭緊固長長的軟性管道，管道內(nèi)裝有棄渣輸出管，壓力液管和回液管，或用電纜線及其它動力源；另一頭內(nèi)套著可伸縮的活塞缸、活塞缸內(nèi)裝有換向閥、雙作用液壓缸、定向器、轉(zhuǎn)拉器、鉆頭桿和鉆頭及鎖緊螺母；梭型鉆桿可在活塞缸外作伸縮運動；雙作用液壓缸中的空心活塞桿能在缸體內(nèi)作往返運動，并帶動鉆頭即能作沖擊運動，又能作旋轉(zhuǎn)運動；還帶動混在水中的棄渣作抽流運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1其特征還是一根外成梭型的鉆桿4套在活塞缸2的外周圍，由活塞的3面和梭型鉆桿的5面及兩者之間的活塞缸外周面和梭型鉆桿的內(nèi)周面，這四個面構(gòu)成一個液壓腔，并裝有壓力液管路1通往該腔，壓力管1與進液管9相通圖中未畫；梭型鉆桿的內(nèi)頂面6與活塞缸的頂面構(gòu)成另一個液壓腔，此腔與回液管7相通，回液管7與回液管20相通(圖中未畫)，構(gòu)成伸縮結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1其特征是一個二位四通液動換向閥49，其內(nèi)裝有大閥芯8，在圖中右端彈簧鋼珠與閥磁內(nèi)的相對應(yīng)的幾何形狀結(jié)構(gòu)控制下，因彈簧的推力作用，閥芯只能靠左或靠右的兩個位置停定，萬一停在中間位置，它不向左走就會向右走，兩個小閥16和26分別受彈簧22和28的推力作用，始終靠緊兩個液動孔15和25，受壓力的一瞬間，推動小閥芯上行，失去液壓力后瞬時返回原位，上述的就是三個閥芯的特性；換向閥上的6個通孔分別9與液壓站壓力液相通圖中未畫，20與液壓站的液箱相通圖中未畫，21與液壓缸11左端相通，10與液壓缸右端相通，15與液壓缸過液孔13相通，25與液壓缸過液孔23相通；液壓缸11內(nèi)裝有雙作用空心活塞桿29及活塞12，構(gòu)成往返運動結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1其特征是雙作用空心活塞桿29一端緊固的銷30套在殼體的軸向槽31內(nèi)，控制雙作用空心活塞桿只能往返運動，不能轉(zhuǎn)動；一根外成斜花鍵、內(nèi)為空心的花鍵管32，一頭緊固在雙作用空心活塞桿的端頭中心孔內(nèi)，其余部分套在鉆頭桿46的中心孔內(nèi)，鉆頭桿一端大孔內(nèi)的花鍵管周外裝有彈簧36，花鍵套35，撥動板34。撥動板與鉆頭桿緊固并蓋住花鍵產(chǎn)和彈簧，撥動板上的形齒37和花鍵套上的形齒38在彈簧36的推力作用下相互咬合，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1其特征是套在鉆頭桿46中心孔內(nèi)的花鍵管32的端頭緊固軟性耐磨環(huán)33，與鉆頭桿內(nèi)的吸棄渣腔39和吸棄渣口40及球閥41構(gòu)成棄渣吸入室，由花鍵管的中心孔和雙作用空心活塞桿的中心孔組成排出棄渣的通道；由球閥43和氣囊45構(gòu)成壓力室44，接通棄渣輸出管(圖中未畫)構(gòu)民棄渣輸出結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種把動力裝在鉆桿內(nèi)進入地層中快速任意穿孔的鉆機。特征是一個外成梭形的鉆桿，一頭緊固長長的軟性管道，另一頭套在鉆頭的空心把子上，把沖擊力加旋轉(zhuǎn)力傳遞到地層與鉆頭的刃口接觸面上沖擊地面，在塑性地質(zhì)中使用，大部分棄渣擠開到周圍成為孔洞；在剛性地質(zhì)中使用，棄渣被沖爛混在泥水中，經(jīng)鉆桿的軸心孔吸入，從軟性管內(nèi)輸出地面；用于地質(zhì)勘探時，截取軟管入地不同深度時輸出的棄渣，便得地質(zhì)資料；用于采礦時，直接使用棄渣；用于建設(shè)打樁孔時，成孔就可使用；用于橫向打隧道時，運走棄渣即成孔洞。本發(fā)明用于高山、平原的旱地和海洋、湖泊水下的各種行業(yè)需要在地層中穿孔工程，都會帶來超出想象的效果。
文檔編號E21B6/00GK101029557SQ200710065729
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者向明春 申請人:向明春