專利名稱：一種具有隨鉆測量功能的鉆機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于勘探測量領(lǐng)域，尤其是一種具有隨鉆測量功能的鉆機。
背景技術(shù)：
普通的工程勘探鉆機，除了液壓給進鉆機上有一塊油壓表外，沒
有其他測量裝置；而且大多為取芯鉆探鉆，由地質(zhì)技術(shù)人員定性描述芯樣，據(jù)此判斷粗顆粒土和巖石的特性；對粘性土在孔內(nèi)取原狀土樣品，再到室內(nèi)做土工試驗；對細顆粒土還可做孔內(nèi)原位測試。因此鉆探過程中許多與巖土有關(guān)的信息最多只能由鉆探記錄員定性描述，要么就是丟失不記錄。
對于石油等大型鉆機有隨鉆測量系統(tǒng)，這種鉆機的動力裝置大多在孔內(nèi)，其測量傳感器都安裝在鉆頭附近，主要用于測量與地層含油性質(zhì)有關(guān)的信息。其隨鉆測量系統(tǒng)很復(fù)雜，信息向地面實時傳送更復(fù)雜，甚至很困難。原位測試方法涉及靜力觸探和動力觸探，測試數(shù)據(jù)連續(xù)，但不能觀察和采取巖芯；靜力觸探不適用于比砂粒更粗的地層，因此勘探深度有限，適用范圍有限。動力觸探勘探深度一般很難超過30米，且不適用于巖層。
除此之外，現(xiàn)有扭矩測量是采用在扭轉(zhuǎn)軸上貼電阻應(yīng)變片，或者在扭轉(zhuǎn)部件上串聯(lián)電阻應(yīng)變式扭矩傳感器，用電纜線引到應(yīng)變測量儀器(或類似的儀器)上顯示、記錄。由于存在電纜線，容易產(chǎn)生絞繞問題而導(dǎo)致無法測量轉(zhuǎn)動部件的扭矩。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供可隨鉆連續(xù)測量并記錄鉆探過程中與所鉆巖土工程性質(zhì)相關(guān)的信息以實現(xiàn)鉆探信息的數(shù)字化的一種具有隨鉆測量功能的鉆機。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的
一種具有隨鉆測量功能的鉆機，包括動力機、傳動軸、減速箱、底盤、液壓控制箱、六方鉆桿、機頭殼體、橫梁、立軸、活塞桿、液壓缸，動力機、減速箱及液壓控制箱固裝在底盤上，減速箱的輸出橫軸帶動立軸旋轉(zhuǎn)，液壓控制箱控制液壓缸并使其活塞桿驅(qū)動橫梁上下導(dǎo)向位移，液壓缸為兩組并對稱安裝在立軸的兩側(cè)，六方鉆桿同軸套穿在立軸內(nèi)并由夾持器實現(xiàn)六方鉆桿隨立軸的豎向移動，其特征在于在立軸的下部同軸安裝扭矩測量裝置，在活動橫梁上安裝轉(zhuǎn)速測量裝置及位移測量裝置，在液壓控制箱內(nèi)安裝油壓測量裝置，扭矩、油壓、轉(zhuǎn)速以及位移測量裝置均由相應(yīng)的傳感器和電路板組成，電路板上均安裝有藍牙模塊。
而且，所述扭矩、油壓、轉(zhuǎn)速以及位移測量裝置均由相應(yīng)的傳感器、電路板、充電電池、電源開關(guān)及充電插孔組成。
而且，所述扭矩測量裝置包括扭矩輸出端、扭矩輸入端、彈性體以及電阻應(yīng)變片，扭矩輸出端、彈性體及扭矩輸入端一體同軸制成且彈性體制在扭矩輸出端與扭矩輸入端之間，其中扭矩輸出端及彈性體同軸套裝一外套，在彈性體上固裝電阻應(yīng)變片，在外套內(nèi)安裝有電路板和藍牙模塊，在對應(yīng)藍牙模塊的外套上制有一藍牙通訊孔，在外套內(nèi)還安裝有一充電電池。
而且，所述扭矩測量裝置外套為鋼制，其藍牙通訊孔安裝有一非金屬如尼龍或塑料封堵。
本實用新型的優(yōu)點和積極效果是
1 .本鉆機與現(xiàn)有工程地質(zhì)鉆機相比，可將鉆探過程中與巖土工程性質(zhì)有關(guān)的信息隨鉆記錄下來，相當(dāng)于原位測試手段，且數(shù)據(jù)連續(xù)、精確、準(zhǔn)確，實現(xiàn)了數(shù)字化以及無線控制和無線通訊，進而實現(xiàn)了現(xiàn)場和辦公室的遠程數(shù)據(jù)通訊，由現(xiàn)有的機械化設(shè)備進化到了信息化設(shè)備。
2. 本鉆機與現(xiàn)有石油鉆機相比，實現(xiàn)了微型化。安裝上述系統(tǒng)沒有增大鉆機尺寸和體積，幾乎沒有改變原來鉆機的外貌。數(shù)字化測量系統(tǒng)總重量小于500克，幾乎沒有改變原來鉆機的重量；所有裝置都在地面以上，不需要嚴(yán)格的耐壓和防水措施，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，并同時實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲，可視化程度高，有利于實時監(jiān)控。
3. 本實用新型中的油壓測量、轉(zhuǎn)速測量、位移測量以及扭矩測量可記錄傳感器接收到的信息，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過藍牙將數(shù)字信號用無線方式傳送到現(xiàn)場有藍牙裝置的儀器上接收顯示和記錄，具有體積小、移動靈活、測量方便的特點。


圖1為本實用新型的主視圖；圖2為圖1的左視圖3為扭矩測量器外形示意圖4為圖3的截面剖視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細敘述本實用新型的實施例；需要說明的是，本實施例是敘述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。
一種具有隨鉆測量功能的鉆機，由動力機15、傳動軸16、減速箱8、底盤12、液壓控制箱13、六方鉆桿l、機頭殼體9、橫梁4、立軸6、活塞桿7、液壓缸10及扭矩測量裝置11、油壓測量裝置14、轉(zhuǎn)速測量裝置3、位移測量裝置5構(gòu)成。動力機、減速箱及液壓控制箱固裝在底盤上，減速箱的輸出橫軸通過傘形齒輪帶動立軸旋轉(zhuǎn)，液壓控制箱控制液壓缸并使其活塞桿驅(qū)動橫梁上下導(dǎo)向位移，液壓缸為兩組并對稱安裝在立軸的兩側(cè)，六方鉆桿同軸套穿在立軸內(nèi)并由夾持器2實現(xiàn)六方鉆桿隨立軸的豎向移動，以上是現(xiàn)有技術(shù)，因此沒有完全標(biāo)號并顯示其結(jié)構(gòu)。本實用新型的創(chuàng)新點是在立軸的下部同軸安裝扭矩測量裝置，在橫梁下底面的凹槽內(nèi)安裝轉(zhuǎn)速測量裝置及位移測量裝置，在液壓控制箱內(nèi)安裝油壓測量裝置。本鉆機所安裝的油壓測量裝置、轉(zhuǎn)速測量裝置、位移測量裝置以及扭矩測量裝置的電路板上均安裝有和藍牙模塊，以實現(xiàn)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號再由藍牙傳送給現(xiàn)場的無限接收裝置顯示并存儲。
需要說明的是，四個測量裝置的電路板以及所安裝的微處理器(CPU)和藍牙模塊為通用技術(shù)，因此沒有給出電路構(gòu)成；油壓傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器以及位移傳感器為現(xiàn)有技術(shù)，是市售產(chǎn)品，其安裝位置根據(jù)需要設(shè)定，如油壓傳感器安裝在油路中即可，轉(zhuǎn)速傳感器以及位移傳感器安裝在橫梁的可測量位置，本實施例中是安裝在橫梁下底面，扭矩測量裝置同軸安裝在立軸下部。下面以扭矩測量裝置為例進
行具體敘述
扭矩測量裝置由扭矩輸出端17、扭矩輸入端20、外套19以及電路板26、藍牙模塊23、充電電池28、電阻應(yīng)變片25、彈性體27等構(gòu)成，扭矩輸出端固裝在負荷上，扭矩輸入端固裝在鉆機動力上。扭矩輸出端、彈性體及扭矩輸入端一體同軸制成，彈性體制在扭矩輸出端與扭矩輸入端之間，外套同軸套裝在扭矩輸出端及彈性體上，該外套為鋼制。在彈性體上固裝(一般采用粘貼方式)電阻應(yīng)變片以測量扭轉(zhuǎn)時的彈性應(yīng)變，在外套內(nèi)安裝有電路板和藍牙模塊，電路板和藍牙模塊安裝在外套內(nèi)的扭矩輸出端及扭矩輸入端的任意位置，本實施例附圖中電路板和藍牙模塊安裝在外套內(nèi)的扭矩輸入端上。在對應(yīng)藍牙模塊的外套上制有一藍牙通訊孔18，在外套內(nèi)還安裝有充電電池。為避免外套內(nèi)的電路部分受外界污染并正常通訊，該藍牙通訊孔采用非金屬如塑料或尼龍封堵24進行密封。
本裝置采用在外套內(nèi)安裝充電電池的方式進行供電，并在外套上
制出該充電電池的充電插孔21以及電力開關(guān)22。
扭矩測量裝置的工作原理是在鉆機立軸與六方鉆桿之間安裝扭矩測量裝置，采用電阻應(yīng)變測量方式，測量信息由微型電子裝置測量，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號再由藍牙傳送給現(xiàn)場的無限接收裝置顯示并存儲。
在液壓控制箱的油路上安裝油壓測量裝置，該裝置的傳感器為電阻應(yīng)變式，其功能的實現(xiàn)方式同扭矩測量器。
在橫梁上安裝轉(zhuǎn)速測量裝置，其傳感器為磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，這種傳感器原本是和齒輪配合使用，而本裝置省去了齒輪，而是利用轉(zhuǎn)軸上所制的軸向鍵槽。轉(zhuǎn)動時鍵槽通過磁電傳感器時產(chǎn)生脈沖信號，
信號經(jīng)微處理器(CPU)處理后，通過藍牙傳送到記錄儀器上。
在橫梁上安裝了位移測量裝置，該裝置的傳感器為紅外線傳感器，傳感器發(fā)射紅外線，遇到前方有目標(biāo)時紅外線反射回來被傳感器
接收，在0. 07m-1. 2m范圍內(nèi)，接受信號隨目標(biāo)到傳感器距離的增加而減弱，因此根據(jù)接受信號的強弱判定距離，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過藍牙將信號傳送到記錄儀器上，并將信號換算成機頭移動的距離。
此外，鉆探過程與巖土力學(xué)性質(zhì)相關(guān)的4個參數(shù)扭矩、鉆壓、轉(zhuǎn)速和距離通過記錄儀和控制裝置按一定的時間間隔進行采集、記錄和顯示。記錄儀器采用智能手機(Pocket PC)作為掌中電腦，工作中掌中電腦可以向4個測量裝置發(fā)送指令，控制4個測量裝置的工作，可以設(shè)置測量采樣時間間隔。鉆探中的其他定性信息，如鉆頭類型和規(guī)格、沖洗液、取樣、孔內(nèi)試驗、巖心描述等均可記錄在掌中電腦中，掌中電腦成為鉆探日志的電子手簿，上述記錄過程可以和隨鉆測量系統(tǒng)同時工作，記錄過程不會影響4個測量裝置數(shù)據(jù)的正常接收和存儲。
上述距離測量裝置可以測量機頭的相對位置，用相臨2個距離數(shù)據(jù)的差值除以其采樣時間間隔即可得到鉆進速度。鉆進速度是一個與巖土力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)的參數(shù)。
向下鉆進時，油壓測量裝置得到了機頭位置的鉆壓，機頭連同鉆具向上提升時，油壓反映了鉆具總重，通過標(biāo)定，可用鉆具總重得到鉆具總長。向下鉆進時孔底壓力等于測量油壓數(shù)據(jù)加鉆具總重。
鉆探過程中的信息以文件方式存儲在掌中電腦里(智能手機)，掌中電腦具有移動通訊功能，可通過發(fā)電子郵件的方式實現(xiàn)鉆探資料的遠程傳送。
權(quán)利要求1.一種具有隨鉆測量功能的鉆機，由動力機、傳動軸、減速箱、底盤、液壓控制箱、六方鉆桿、機頭殼體、橫梁、立軸、活塞桿、液壓缸構(gòu)成，動力機、減速箱及液壓控制箱固裝在底盤上，減速箱的輸出橫軸帶動立軸旋轉(zhuǎn)，液壓控制箱控制液壓缸并使其活塞桿驅(qū)動橫梁上下導(dǎo)向位移，液壓缸為兩組并對稱安裝在立軸的兩側(cè)，六方鉆桿同軸套穿在立軸內(nèi)并由夾持器實現(xiàn)六方鉆桿隨立軸的豎向移動，其特征在于在立軸的下部同軸安裝扭矩測量裝置，在活動橫梁上安裝轉(zhuǎn)速測量裝置及位移測量裝置，在液壓控制箱內(nèi)安裝油壓測量裝置，扭矩、油壓、轉(zhuǎn)速以及位移測量裝置均由相應(yīng)的傳感器和電路板組成，電路板上均安裝有藍牙模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有隨鉆測量功能的鉆機，其特征在于所述扭矩、油壓、轉(zhuǎn)速以及位移測量裝置均由相應(yīng)的傳感器、電路板、充電電池、電源開關(guān)及充電插孔組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有隨鉆測量功能的鉆機，其特征在于所述扭矩測量裝置包括扭矩輸出端、扭矩輸入端、彈性體以及電阻應(yīng)變片，扭矩輸出端、彈性體及扭矩輸入端一體同軸制成且彈性體制在扭矩輸出端與扭矩輸入端之間，其中扭矩輸出端及彈性體同軸套裝一外套，在彈性體上固裝電阻應(yīng)變片，在外套內(nèi)安裝有電路板和藍牙模塊，在對應(yīng)藍牙模塊的外套上制有一藍牙通訊孔，在外套內(nèi)還安裝有一充電電池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有隨鉆測量功能的鉆機，其特征在于所述扭矩測量裝置外套為鋼制，其藍牙通訊孔安裝有一非金屬如尼龍或塑料封堵。
專利摘要本實用新型涉及一種具有隨鉆測量功能的鉆機，由動力機、傳動軸、減速箱、底盤、液壓控制箱、六方鉆桿、機頭殼體、橫梁、立軸、活塞桿、液壓缸構(gòu)成，其中在立軸的下部同軸安裝扭矩測量裝置，在橫梁上安裝轉(zhuǎn)速測量裝置及位移測量裝置，在液壓控制箱內(nèi)安裝油壓測量裝置，扭矩、油壓、轉(zhuǎn)速以及位移測量裝置均由相應(yīng)的傳感器和電路板組成，電路板上均安裝有藍牙模塊。本鉆機與現(xiàn)有工程地質(zhì)鉆機相比，可將鉆探過程中的力學(xué)信息以數(shù)字方式隨鉆記錄下來，相當(dāng)于原位測試手段，且數(shù)據(jù)連續(xù)、精確、準(zhǔn)確，實現(xiàn)了數(shù)字化以及無線控制和無線通訊，進而實現(xiàn)了現(xiàn)場和辦公室的遠程數(shù)據(jù)通訊，由現(xiàn)有的機械化設(shè)備進化到了信息化設(shè)備。
文檔編號E21B7/00GK201358711SQ20082014471
公開日2009年12月9日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者別紅霞, 尹銀軒, 楊懷玉 申請人:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司