振動設備的制作方法

專利名稱：振動設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及振動設備。
本發明涉及振動設備，該設備能夠為多種目的(例如，為了 使鉆柱、料斗、粉末供送線、輸送機等振動)中的任一種提供振動 輸出。
背景技術：
許多振動設備依賴于偏心旋轉。其它的依賴于氣動裝置和/或 液壓裝置從而使活塞往復運動，所述活塞提供振動輸出的直接輸 出。然而，這種結構雖然對于許多終端用途是公開的，但是這種結 構具有這樣的缺點，即當輸出活塞連接到其上的裝置使它本身停住
(stall)時，難以確保振動輸出的重新開始，因為活塞本身難以 相對于它的缸或者等效裝置運動。
雖然振動頭對于許多最終用途是公知的，但是振動頭具有這 樣的缺點，即當輸出活塞連接到其上的裝置使它本身停止時，難以 確保振動輸出的重新開始，因為活塞本身難以相對于它的缸或者等 效裝置運動。對于Bantry Limited的PCT/NZ2003/000158 (作為 W0 2004/009298公布)的設備就會發生這種情況。
本發明意識到從振動開始點的角度和/或調諧點(tuning point)的角度來看的顯著的優點(與設備如何安裝無關)。可以得 出一種沒有直接到待振動設備的輸出的往復運動件。
與待振動的設備無關(也就是，無論設備是鉆柱或者用于鉆 柱的附件的形式或者不是)，我們認識到對于上述說明中公開的往 復運動件往復運動的可替換模式。這是優選的一個，不需要位于可 變幾何輪廓腔室中的流體。
我們已經確定，我們可以提供位于被引導的往復運動件的每 一端處的磁性相互作用，由于提供給往復運動的往復運動件的旋轉 驅動，所述磁性相互作用來回驅動這個往復運動件，從而極大地簡 化操作。
已經確定，通過提供類似極性形式的間隔開的磁體，并且通 過提供補充磁體，其中所述補充磁體在每個端部處在極性方面交 替，可以通過往復運動件的旋轉來造成往復運動，同時不會發生固 體表面與固體表面的任何碰撞。裝置的調諧依賴于所包括的磁體的 固有特性、它們的陣列的特征和結構的整體幾何輪廓。與此相關的 是往復運動件本身的重量和它的轉速的事實。
我們相信，永久磁體可以在這種設置中有效地使用，從而就 它的振動輸出而言，允許旋轉的往復運動件被調諧。在每一端處， 從相同磁極對相同磁極到相同磁極對類似磁極相互作用的過渡的 正時例如將避免沖擊，然而提供來自往復運動件的振動輸出，同時 沒有到任何輸出裝置的任何直接連接。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種振動頭，所述振動頭依賴于 振動頭的元件的旋轉，從而提供不同類型的磁性相互作用(優選但 不必須在往復運動件的每一端處)，從而使往復運動件在界限之間 往復運動，優選沒有被任何沖擊或緩沖支配，但是優選磁到磁的相
互作用，不管任何緩沖。
我們同樣已經確定，利用空氣或其它浮動支承或磁懸浮支承 可以避免熱量積聚在旋轉的往復運動件和引導元件之間，它可圍繞 所述引導元件旋轉。可替換的是，我們己經確定，可旋轉的往復運 動件的每一端處的樞軸(stub sxle)本身可以浮動或者否則以不 會積聚熱量的方式被支撐。
因此對于這種結構的一些方面，本發明涉及組件、操作和使 用的方法。
在一些方面，本發明同樣認識到下列中的至少一個是適合的， 與振動頭的形式無關
鉆探到更深深度的能力
鉆頭回退的優點
鉆探重啟的優點
對于振動鉆探的優點。
本發明同樣或者可替換地看到可操縱的支撐件或框架中的優 點，所述支撐件或框架柔順性地支撐振動頭。鉆柱的長度被增加到 振動頭。柔順性的安裝或者支撐有利地允許振動頭的運動自由度， 同時不會破壞支撐件或框架，然而帶來下列優點(a)鉆探的優點， 能夠鉆探到更深深度的能力，開始、重啟和/或回退的情況中的優 點，和/或(b)相對于其它懸掛的振動頭和任何連接的或者待連接 的鉆柱，設備壽命和/或簡單程度的優點。
因此，本發明至少為公眾提供有用的選擇。
本發明涉及一種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備包
括
具有第一和第二端的往復運動件，
與所述往復運動件的第一端相關聯的第一補充結構，和
與所述往復運動件的第二端相關聯的第二補充結構，
其中具有一個或多個驅動裝置以使所述往復運動件圍繞穿過
所述補充結構的軸線旋轉，
并且其中，由所述往復運動件在每一端處承載的磁體和由每
個補充結構承載的磁體具有這樣的作用，所述作用使得在由旋轉
引起的相互作用的影響下，
第一端移動遠離第二補充結構，并且依次，第二端移動遠離
第一補充結構，
并且其中，振動輸出是來自所述補充結構中的一個或另一個 或者兩者，并且不是直接來自所述往復運動件本身。
優選的是，就距離而言，所述第一和第二補充結構相對彼此 固定，但是不相對彼此圍繞所述軸線旋轉。
優選的是，對于往復運動件沿著它的每個方向的驅動類型是 相同的，但是異相，但是，在本發明的一些次優選形式中，可以使 用混合設置。
優選的是，往復運動沒有固體到固體的高的沖擊或者沖擊接觸。
優選的是，振動輸出是來自其中一個補充結構。 本發明還包括一種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備
包括
往復運動件，能夠重復地在第一和第二補充結構之間的往復 運動軸線上或者位置上往復運動，
驅動裝置，使所述往復運動件圍繞所述往復運動軸線或軌跡 的至少一部分旋轉，和
磁性相互作用區域，位于至少一個補充結構和往復運動件中 的每一個上，從而往復運動件的旋轉具有使往復運動件進行往復運 動的效果，在所述或者一補充結構和往復運動件之間引起交替的吸 引力和排斥力，
并且其中，振動的輸出是來自所述補充結構中的一個或另一 個或者兩者，并且不是直接來自往復運動件本身。
本發明還包括一種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備
包括
往復運動件，可圍繞限定的往復運動軸線旋轉，并且可在所 述往復運動軸線上來回運動，
驅動裝置，使所述往復運動件圍繞它的往復運動軸線旋轉，
第一補充結構，所述往復運動件朝著和遠離所述第一補充結 構運動，并且反之亦然，
第二補充結構，所述往復運動件遠離和朝著所述第二補充結 構運動，并且反之亦然，所述往復運動件位于所述補充結構之間，
其中，第一補充結構/往復運動件和往復運動件/第二補充結 構中的每一對的鄰近區域具有磁性區域，當所述往復運動件旋轉 時，所述磁性區域可操作以交替地為每一對提供吸引力或排斥力，
并且其中，所述對之間的定相使得或者可以使得由于通過 它的旋轉作用在往復運動件上的磁性相互作用，往復運動件在它的 往復運動軸線上往復運動，
并且其中，振動的輸出是來自所述補充結構中的一個或另一 個或者兩者，并且不是直接來自往復運動件本身。
優選的是，就距離而言，所述第一和第二補充結構相對彼此 固定。
優選的是，往復運動沒有固體到固體的高的沖擊或者沖擊接觸。
可選但不是優選的是，所述往復運動件至少在一端處與它的 補充結構共同作用，從而提供緩沖效果，例如通過擠壓流體。可替 換的是，可以在兩端處進行。往復運動件的一端或兩端(不管它可 能已經具有的任何導向接觸)可以適用于僅在它的往復運動行程的 終點處接觸補充結構的部分，或者用于接觸置于往復運動件的該端 部和補充結構之間的某種材料。
優選的是，振動輸出是來自其中一個補充結構。 在另一個方面中，本發明包括一種能夠提供振動輸出的振動 設備，所述設備包括具有往復運動件的組件，所述往復運動件能 夠在補充結構之間往復運動，至少一個所述補充結構提供振動輸 出，
所述裝置的特征在于，具有驅動裝置以使往復運動件旋轉， 并且在旋轉的往復運動件和補充結構之間具有磁性相互作用，從而 與每個補充結構的相互作用、和使磁性作用交替的補充結構相對于 往復運動件的定相導致往復運動件進行往復運動。
優選的是，磁性相互作用由永久磁體引起。
優選的是，往復運動件的驅動裝置是帶或往復運動件的其它 邊緣驅動裝置，不會損壞往復運動件在往復運動界限(優選通過磁 性限定)之間的往復運動。
本發明涉及對我們的PCT/NZ2003/000128 (公開為W0 2004/113668)和PCT/NZ2005/000047中公開的那些設備的可替換 的振動頭形式。
本發明還包括一種用于鉆探的振動頭，所述振動頭包括如上
所述的振動設備。它還涉及用于本發明的振動頭的具有浮動的或者 柔順性的支撐件的鉆探設備的用途，所述振動頭連接到或者可連接 到鉆桿。
優選的是，包括下列中的至少一個、 一些或者全部 往復運動行程的一個(或兩個)界限上的柔順性限制 振動設備相對于它的支撐件的運動上的柔順性限制 振動設備和任何相連的鉆柱的重量的柔順性支承 驅動裝置，獨立于部分或者全部振動設備的旋轉運動或者 缺少旋轉，使所述鉆柱旋轉
頂部帽式支撐組件，使所述振動頭懸擺。
在另一個方面，本發明包括一種鉆探設備，包括
本發明的振動頭，連接到或者可連接到鉆柱，
支撐件，和
至少一個可重新配置的(例如柔順性的)流體儲存器(例如 柔順性的氣囊)，以將振動頭承載然而限制到支撐件，
其中，振動頭、支撐件和所述至少一個可重新配置的流體儲 存器的相互作用具有下面的效果承載所述連接的或者待連接的鉆 柱的重量，而且允許振動頭相對于支撐件沿著鉆柱軸線的縱向方向 和橫向方向的一些運動自由度。
優選的是，具有至少兩個儲存器。
優選的是，至少一個儲存器中的流體是氣體(例如空氣)。 優選的是，所述儲存器中的至少一個并且優選是多個或者全 部是氣囊。
優選的是，支撐件是框架。
優選的是，所述振動頭的大部分在儲存器(多個)的下面(當
鉆探軸線豎直時)。
優選的是，縱向支撐件允許比橫向支撐件更大的運動自由度， 但不是必須如此。
優選的是，與如何磁性地使得往復運動件進行往復運動無關，
具有
(a) 優選的是，振動輸出不直接來自往復運動件，
(b) 往復運動件進行往復運動
(C) 往復運動件優選在它的行程的每個終點處沖擊在柔 順性結構上
(d) —個或每個柔順性結構可以是氣囊
(e) 柔順性結構(多個)優選可以特征上被改變以通過流
體或者氣體供應的變化從而影響行程
(f) 振動輸出不是來自柔順性結構，而是通過柔順性結構
(g) 往復運動件可以或者可以不在它的行程軸線上旋轉。 優選的是，從振動頭到鉆柱中的振動輸出是通過從非旋轉的
但是振動的組件直接或者間接地進入可旋轉的和旋轉的組件的過 渡(例如鉆柱的可連接到或者形成部件)。
在另一個方面，本發明包括一種鉆探設備，包括 本發明的振動頭，連接到或者可連接到鉆柱， 支撐件，
至少一個氣囊，置于振動頭的部件(多個)和支撐件之間， 作為第一相互作用，從而支撐振動頭和所述或者任何連接的鉆柱的 重量，和
至少一個氣囊，置于支撐件和振動頭的部件(多個)之間， 作為第二相互作用，從而相對于支撐件限制所述振動頭，從而在振
動頭的振動循環的任何部分的過程中，所述第一相互作用不完全損 失。
優選的是，振動頭的部件(多個)置于由所述支撐件提供的
頂部和底部限制件之間，并且至少一個氣囊置于所述部件(多個)
上方，并且位于一個限制件的下面，并且至少一個氣囊置于部件(多
個)的下面和其它限制件的上面。
優選的是，振動頭的大部分位于所述部件(多個)的下面。 所述設置例如提供振動頭和它承載的或者待承載的鉆柱相對
于支撐件的運動自由度，然而能夠響應于重量使振動頭相對于支撐
件的基準狀態偏移。
在另一個方面，本發明包括一種鉆探設備，包括
振動頭，連接到或者可連接到鉆柱，所述振動頭在由鉆柱限
定或者將由鉆柱限定的縱向軸線的側面具有一個或多個突起(多
個)，以限定至少一個上表面和至少一個下表面， 用于振動頭的支撐框架，
至少一個氣囊，作用在框架和所述至少一個上表面之間，和
至少一個氣囊，作用在框架和所述至少一個下表面之間。
優選的是，振動頭具有用于往復運動行程的每一端處的柔順 性限制(例如氣囊等)和來自支撐件或框架的振動頭本身的柔順性 安裝(例如氣囊等)。
優選的是，上表面(多個)和下表面(多個)比振動頭的底 部更靠近頂部。
在另一個方面，本發明包括一種鉆探設備，包括
振動頭，連接到或者可連接到鉆柱，
支撐件，和
其中，(I)振動頭具有往復運動件，所述往復運動件在它的 行程中至少部分由柔順性裝置柔順性地限制，和(II)振動頭由支 撐件柔順性地支撐，
并且其中，通過柔順性支撐的振動頭，支撐件適用于承載連 接的或者待連接的鉆柱的重量，但是允許振動頭相對于支撐件沿著 鉆柱軸線的縱向方向和橫向方向的一定的運動自由度。
優選的是，具有至少兩個流體儲存器以提供振動頭的柔順性 支撐。
優選的是，至少一個儲存器中的流體是氣體(例如空氣)。 優選的是，所述儲存器中的至少一個、并且優選是多個或者 全部是氣囊。
優選的是，支撐件是框架。
優選的是，振動頭的大部分(當鉆探軸線豎直時)在儲存器 (多個)的下面。
優選的是，縱向支撐件允許比橫向支撐件更大的運動自由度， 但是不是必須如此。
優選的是，往復運動件的柔順性限制是當處于行程的界限時 位于往復運動的終點處的流體儲存器。
在另一個方面，本發明包括一種鉆探設備，包括
振動頭，連接到或者可連接到鉆柱，所述振動頭具有可被旋 轉驅動的往復運動件，所述往復運動件圍繞它的往復運動軸線旋 轉，并且在旋轉的作用下，以不同的磁性作用相互作用從而被往復 運動，振動輸出不是來自往復運動件本身，
支撐件，
柔順性的裝置(例如優選是置于振動頭的部件(多個)和支撐件之間的至少一個氣囊)，作為第一相互作用，承載振動頭和所 述或任何連接的鉆柱的重量，和
柔順性的裝置，作為第二相互作用，(優選將振動頭相對于支 撐件限定)，從而在振動頭的振動循環的任何部分的過程中，所述 第一相互作用(優選)不完全損失。
優選的是，振動頭包括在行程方面被柔順性限制的往復運動件。
優選的是，振動頭的部件(多個)置于由所述支撐件提供的 頂部和底部限制件之間，并且至少一個氣囊置于所述部件(多個) 上方(例如，作為所述柔順性裝置的一個選擇)和一個限制件的下 面，并且至少一個氣囊置于所述部件(多個)的下面和其它限制件 的上方。
優選的是，振動頭的大部分位于所述部件(多個)的下面。 對于柔順性裝置，存在其它選擇，包括彈簧、可變體積儲存 器中的可壓縮流體、囊、波紋管或者任何這種可變輪廓包容物中的 不可壓縮的流體或者可壓縮流體、或者二者，彈性的或者另外的。 所述設置例如提供振動頭和它承載的或者待承載的鉆柱相對 于支撐件的運動自由度，然而能夠響應于重量使振動頭相對于支撐 件的基準狀態偏移。
在另一個方面，本發明包括一種鉆探設備，包括 本發明的振動頭，連接到或者可連接到鉆柱，所述振動頭在 由鉆柱限定或者將由鉆柱限定的縱向軸線的側面具有一個或多個 突起(多個)，以限定至少一個上表面和至少一個下表面， 用于振動頭的支撐框架，
至少一個氣囊，作用在框架和所述至少一個上表面之間，和 至少一個氣囊，作用在框架和所述至少一個下表面之間
并且其中，振動頭具有鉆柱旋轉驅動裝置，所述驅動裝置連 接到用于鉆桿的連接部或者位于其附近。
在本發明的一個特別優選的實施例中，優選所述設備是振動 鉆探設備，包括
振動頭，具有往復運動件，然而振動輸出不直接來自往復運
動件，
可操縱的支撐件，振動頭從所述支撐件安裝，以在往復運動 件的作用下柔順性地振動，
支承件，與來自振動頭的振動輸出獨立而被支撐(s叩ported from)，和由支承件承載的鉆柱連接器， 旋轉驅動裝置，連接到鉆柱連接器，
其中在使用中，當往復運動件在往復運動件的驅動裝置的作 用下旋轉時，往復運動件在它的每一個端部處磁性地相互作用，從 而在這種相互作用下往復運動。
優選的是，到鉆柱連接器的旋轉驅動裝置是來自電動機發動 機或者其它動力源(例如燃燒的、液壓的、氣動的、電動的等)的 柔性傳遞裝置。
優選的是，柔性驅動裝置是一帶，能夠提供旋轉傳遞，具有 能夠降低從鉆柱連接器到支撐件的沖擊的傳遞，然而能夠通過支承 允許鉆柱連接器根據輸出進行振動運動。
本發明還包括一種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備
包括
往復運動件，能夠重復地在第一和第二補充結構之間的往復 運動軸線或者位置上往復運動，
驅動裝置，使所述往復運動件圍繞往復運動軸線或者軌跡的 至少一部分旋轉，和
磁性相互作用區域，位于至少一個補充結構和往復運動件中 的每一個上，從而往復運動件的旋轉具有使往復運動件進行往復運 動的效果，在補充結構和往復運動件之間導致交替的吸引力和排斥 力，
并且其中，振動的輸出是來自所述補充結構中的一個或另一 個或者兩者，并且不是直接來自往復運動件本身。
優選的是，包括下列中的至少一個、 一些或者全部 往復運動行程的一個(或兩個)界限上的柔順性限制 振動設備相對于它的支撐件的運動上的柔順性限制 振動設備和任何相連的鉆柱的重量的柔順性支承 驅動裝置，獨立于部分或者全部振動設備的旋轉運動或者 缺少旋轉，使所述鉆柱旋轉
頂部帽式支撐組件，使所述振動頭懸擺。
本發明還包括一種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備
包括
往復運動件，可圍繞限定的往復運動軸線旋轉，并且可在所 述往復運動軸線上來回運動，
驅動裝置，使所述往復運動件圍繞它的往復運動軸線旋轉，
第一補充結構，所述往復運動件朝著和遠離所述第一補充結 構運動，并且反之亦然，
第二補充結構，所述往復運動件遠離和朝著所述第二補充結 構運動，并且反之亦然，所述往復運動件位于所述補充結構之間，
其中，第一補充結構/往復運動件和往復運動件/第二補充結
構中的每一對的鄰近區域具有磁性區域，當所述往復運動件旋轉 時，所述磁性區域可操作以交替地為每一對提供吸引力或排斥力，
并且其中，所述對之間的定相使得或者可以使得由于通過 它的旋轉作用在往復運動件上的磁性相互作用，往復運動件在它的 往復運動軸線上往復運動，
并且其中，振動的輸出是來自所述補充結構中的一個或另一 個或者兩者，并且不是直接來自往復運動件本身。
優選的是，包括下列中的至少一個、 一些或者全部 ，往復運動行程的一個(或兩個)界限上的柔順性限制 振動設備相對于它的支撐件的運動上的柔順性限制 振動設備和任何相連的鉆柱的重量的柔順性支承 驅動裝置，獨立于部分或者全部振動設備的旋轉運動或者 缺少旋轉，使所述鉆柱旋轉
頂部帽式支撐組件，使所述振動頭懸擺。
優選的是，就距離而言，所述第一和第二補充結構相對于彼 此固定。
優選的是，往復運動沒有固體到固體的高的沖擊或者沖擊接觸。
在又另一個方面，本發明包括一種能夠提供振動輸出的振動 設備，所述設備包括具有往復運動件的組件，所述往復運動件能 夠在補充結構之間往復運動，至少一個所述補充結構提供振動輸 出，所述裝置特征在于具有驅動裝置以使往復運動件旋轉，并且 在旋轉的往復運動件和補充結構之間具有磁性相互作用，從而與每 個補充結構的相互作用、和使磁性相互作用交替的補充結構相對于 往復運動件的定相導致往復運動件的往復運動。
優選的是，包括下列中的至少一個、 一些或者全部 往復運動行程的一個(或兩個)界限上的柔順性限制 振動設備相對于它的支撐件的運動上的柔順性限制 振動設備和任何相連的鉆柱的重量的柔順性支承 驅動裝置，獨立于部分或者全部振動設備的旋轉運動或者 缺少旋轉，使所述鉆柱旋轉
頂部帽式支撐組件，使所述振動頭懸擺。 優選的是，磁性相互作用是由永久磁體造成。
優選的是，往復運動件的驅動裝置是帶或者往復運動件的其 它邊緣驅動裝置，不會損壞往復運動件在往復運動界限(優選通過 磁性限定)之間的往復運動。
可選的是，沒有依賴于通過引入從而加壓來提供外部加壓流 體作為使得能夠進行往復運動的裝置，同時在補充結構和所述往復 運動件之間沒有另外的事件。
如此處所使用的，"往復運動件"相對于移動和不移動來說具 有最廣泛的含義。優選的是，往復運動件直線運動。
如此處所使用的，術語"和/或"意思是"和"或者"或"， 或者如果上下文允許，意思是兩者。
如此處所使用的，術語"包括"可以指"包含"。
如此處所使用的，名詞之后的術語"(多個)"可以指該名詞 的單數和復數形式。
如此處所使用的，術語"行程"或者"行程界限"可以指直 線行程或者任何曲線行程的界限(例如，可以圍繞樞轉軸線或者其 它支撐件擺動，無論固定還是移動)。
如此處所使用的，"柔順性的"和它的變形是指任何結構的特
征，無論是否是氣囊、氣壓彈簧等，能夠實現適合的效果(例如，
行程限制，減小沖擊，緩沖，避免沖擊等)。
可選的是，沒有依賴于通過引入從而加壓來提供外部加壓流
體作為使得能夠進行往復運動的裝置，同時在補充結構和所述往復
運動件之間沒有另外的事件。
如此處所使用的，"和/或"是指"和"或者"或"。 如此處所使用的，名詞之后的"(多個)"可以是單個或多個。


下面參考附圖描述本發明的優選形式，附圖中 圖1是根據本發明的優選設備的示意圖，
圖2是根據本發明的設備的平面圖，示出了一框架，所述框 架具有位于用于往復運動件的往復運動導向裝置的每一端處的固 定的補充元件，并且示出了通過帶連接的電動機驅動裝置，以使往 復運動件旋轉，
圖3是一示意圖，示出了往復運動件沿著順時針方向在固定
的補充元件之間旋轉，并且以"R"和"A"分別示出了補充元件和 往復運動件之間以及往復運動件和另一個補充元件之間的排斥和 吸引的情況，從而在往復運動件上具有沿著箭頭方向的純粹的往復 推力，
圖4示出了與圖3相同的裝置，是在當成對的固定補充元件 和往復運動件之間的吸引力"A"和排斥力"R"反向之后的時刻， 往復運動件已經沿著箭頭方向往復運動，
圖5例如是第二補充元件的示意圖，
圖6是往復運動件每一端的示意圖，但對于往復運動件的每
一端的極性來說不必彼此相同，雖然這是最優選的，
圖7是與圖5類似的視圖，但是是第一補充元件的視圖(例
如可以從第一補充元件輸出)，示出了相對于圖5的元件的異相狀 態，圖5中的雙向箭頭示出了在旋轉一個部件的沖錘或其它外力的
作用下如何做出設置，從而解調或者調諧設備，這可能不時需要用 于服務檢修或者用于控制幅值和頻率，
圖8示出了根據本發明的鉆頭，所述鉆頭被懸掛，從而承載 根據本發明的振動頭，振動設備本身部分示出，
圖9示出了用于將磁體保持到往復運動件的適合的裝配方法， 依賴于截頭圓錐體形式的磁體，所述磁體通過固定板被保持到往復 運動件，
圖IO是與圖IO不同的實施例，示出了機加工的或者模制的 截頭圓錐體的或者其它成形磁體支撐件如何可以被固定到往復運 動件中，是以不可能由于往復振動而被破壞的方式，
圖11示出了優選的磁懸浮支承的往復運動組件，和 圖12示出了用于往復運動件的匹配的帶驅動裝置(在這種情 況中為兩個，但是可以是三個或四個)。
具體實施例方式
通過實例，參考適用于連接到鉆柱13的鉆柱振動設備描述本 發明的一個優選形式。
不管如何安裝的設備(優選柔順性地(compliantly)懸掛) 具有端部元件15和16以及端部元件18和20，元件15和16用作 第一補充(complementary)裝置，元件18和20用作第二補充裝 置。這些補充裝置由元件19保持固定的關系。往復運動件
(shuttle) 17在所提供的物理邊界內來回運動，并且理想的是具
有較小的往復運動距離以避免沖擊。
往復運動件本身是否用作補充端的孔內的活塞或者反之亦然 并不重要。即使根本沒有成缸體關系的活塞也不重要。往復運動是 重要的，不管是如何引起的。
參考圖1，示出了下列附圖標記。
(13) 鉆柱
(14) 旋轉接頭/驅動輪
(15) 端板
(16) 相鄰的元件
(17) 往復運動件
(18) 相鄰元件
(19) 拉桿
(20) 端板
往復運動件17的目的是往復運動將能量傳遞到相鄰元件16 和18上。與過去相同，這種能量的傳遞可以通過在往復運動件和 它的相鄰元件之間以適合的正時注入油來實現，從而使得往復運動 件往復運動，因此使得鉆柱平行于往復運動件的運動進行線性運 動，因此將能量以最有效的方式向鉆柱下傳遞到鉆頭。然而對于本 發明，我們優選磁性相互作用的方式，如下面所述。
往復運動件的質量對于將能量傳遞到相鄰元件是關鍵的。移 動方向的改變將能量傳遞到相鄰元件。往復運動件具有的質量越 大，實現方向的這種改變所需要的能量就越大，并且直接涉及所需 要的馬力。往復運動件的質量和被振動的鉆柱的總質量之間的關系 必須被考慮，并且大小應當適合。
往復作用具有這樣的優點，即從不會處于下面情況中由于
鉆柱被鎖定或者粘合(binding)在鉆孔中而停止。往復運動件可以
向鉆柱或者可能被配合的附件輸送充分的功率。
端板和拉桿(19， 20)是相鄰元件之間的連接件，并且這些 將往復運動能量傳遞到鉆柱。
往復運動件優選通過磁性裝置而往復運動。往復運動件的端 部具有電磁體或(優選)稀土磁體，所述電磁體或者稀土磁體以這 樣一種設置配合，使得當往復運動件17旋轉時，它將響應于同樣 配合有磁體的相鄰元件以這樣的方式脈動，該方式將使得往復運動 件進行往復運動。下面將特別參考圖2到圖7的實施例進行描述。
上述和/或其它驅動裝置的混合裝置可以使用。
上面的實例都具有共同的主題。
(1) 往復運動件優選從不需要與相鄰元件物理接觸，因 為這將破壞磁體和鉆柱接頭連同相連的下面的孔 的設備。
(2) 往復運動件的運動優選從不依賴于鉆柱或者連接 的設備，所述鉆柱或連接的設備相對于往復運動件 的運動可自由運動。
(3) 往復運動件的作用優選沿著進出兩個方向驅動鉆 柱，并且在這樣動作的過程中，因此允許鉆頭旋轉， 從而在鉆頭的硬質合金上以非常小的阻力(drag) 運動。這個作用允許孔的倒劃眼(backreaming)。
當"向內"鉆孔時，涉及架式鉆機(drifter)的其它鉆探作 用不會驅動鉆柱到孔的外部。它們依賴于鉆柱的跳動(boimce)。 架式鉆機使鋼鐵撞擊在鋼鐵上，并且在動作過程中，因此造
成破壞性的沖擊波穿過鉆柱。
N.B.架式鉆機是賦予普通液壓鉆巖機的名稱。 下面將描述具有磁性驅動裝置的本發明的優選形式。
圖2示出了位于固定導軸2上的往復運動件1，導軸2由框架 3支撐，框架3分別承載固定的第一和第二補充結構4和5。
振動的功率輸出可以來自6或者事實上來自端部7或者連接 到框架3的任何其它輸出裝置。
電動機8優選驅動帶9，帶9適用于使往復運動件1旋轉，然 而當它旋轉時，提供有限量的往復運動件的軸向運動，從而提供往 復運動效果，往復運動效果在6、 7處或者通過3產生了振動輸出。
圖3和圖4參考永久磁體或者其它磁體的不同極性的區域示 出了所述效果。斷開的鋸齒形箭頭表示來自第一補充結構10的功 率輸出。然而在所示的設置中，具有第二補充結構11，就所示的 "正"和"負"極而言，第二補充結構11示為是異相的。往復運 動件12優選在每個端部具有相同的極性，從而在圖3所示的狀態 中，由于往復運動件12和第一補充結構IO之間的"正"和"正" 極的對準，存在純粹的排斥力，而同時，在往復運動件12和第二 補充結構11之間具有"正"和"負"的吸引力"A"。如圖4所示， 相反位置之后的短暫時刻存在，并且隨著往復運動件旋轉，這個快 速交替的"R"和"A"到"A"和"R"導致了往復運動件方向的反 向。
在本發明的一些形式中，采取了措施，借此，對于補充結構 10和11所示的180°的異相位置可以被改變，并且這參考圖5中的 雙向箭頭示出。這可以是在沖錘或者其它裝置(未示出)的作用下， 從而在操作過程中，定相(phasing)可以移動離幵180°的異相位
置，或者移動離開一些其它位置，移動到這樣一個位置，該位置可 以提供往復運動的更好的調諧頻率和往復運動軸線上的往復運動 的幅度。
振動的輸出優選通過第一補充結構10，如圖3和圖4所示。
即使在本發明的變形中，其中沒有參考圖3到圖7所述的兩 端的磁性相互作用，但是，可以具有往復運動效果，只要設置了使 往復運動件交替返回的適合裝置。這種設置的實例之前己經給出。
振動輸出來自其處的組件的端部處或者不在組件端部處的磁 性相互作用的使用同樣在本發明的范圍內。
然而應當認為，承載磁體的往復運動件與補充結構的相互作 用將例如使得能夠提供可用于鉆探或者其它振動工具中的適合的 振動輸出。應當看到，對于最終使用目的、我們的PCT申請 PCT/NZ2004/000128和PCT/NZ2005/000047中公開的裝置，本發明 的裝置是可供選擇的，或者對于其它輸入可以是輔助的。
優選的是使用永久磁體(特別是具有高的磁密度的稀土類型 磁體，例如Neodymium磁體，例如NdFeb制成的磁體，可以穩定到 180°C,以及Samarium Cobalt磁體(FmCo)，其能夠使用直達400°C)。
可以使用其它形式的磁體，包括那些在未來發展出來的磁體。 然而通常來說，單純從尺寸的角度和需要提供結構中的適合的電輸 入的角度來看，電磁體是禁用的(contra-indicated),其中所述 結構振動并且受到不利環境的影響。
可預見，對于往復運動件1的旋轉速度可以顯著改變。 一個 這種旋轉的實例是1600 RPM，對于上述的磁體，該速度足以提供 充分的推動使往復運動件來回運動，以提供良好的振動輸出。通常 的范圍可以從1000到2000 RPM，但是可以更高或者更低。2000 RPM
等于大約130 Hz。
下面參考圖8描述本發明的一個不同的實施例形式。 在圖8中，示出了在振動設備部件28之間共同作用的主要的 空氣或者流體(氣體)囊組25，部件28是固定的或者可操縱的鉆 頭框架組件。這個組件為鉆柱23提供了下面的能力當操作時， 能夠在鉆孔中浮動，不管鉆柱的重量，因為它恒定地通過空氣閥(未 示出)被調節，從而提供鉆柱夾具32上的相等的壓力，所述夾具 32保持在空氣囊25之間。這個組件還提供鉆柱29和往復運動組 件和鉆塔結構或者支撐件/框架28的動質量(moving mass)之間 的隔離。
這兩個功能是優選的，并且可以證實在頭部的操作中是至關 重要的。
端板27和26 ("補充結構")將通過軸29和它的延伸部分25 向鉆柱23提供輸出。作為過渡的旋轉支承組件24允許鉆柱29旋 轉。在支承組件24上方，振動輸出獨立于鉆柱旋轉，即25不需要 旋轉。到24下面的鉆柱軸的旋轉輸入優選通過寬齒帶組件43提供， 所述組件43由固定的電動機44驅動。驅動裝置之間的距離使得鉆 柱運動，并且相關的振動通過帶驅動裝置被耗散，并且因此沒有傳 遞到鉆探結構。帶驅動裝置還例如不會由于振動失效。
優選的是，往復運動件旋轉的驅動裝置是電動的、氣動的或 者液壓電動機42驅動的柔性驅動裝置。優選的是，使用多個驅動 帶31。這種帶優選可以承受所要求的運動幅度。
在其它驅動形式中，往復運動件可以被推動以依賴于葉片而 旋轉，所述葉片被流體(例如空氣、水等)沖擊。對于驅動裝置的 其它選擇同樣存在，或者可以使用。
就振動設備而言，可以看到，端板27承載磁體40的陣列，
以與位于往復運動件30的該端部處的磁體38的陣列共同作用。類 似的是，端板26承載磁體41的陣列，以與保持到往復運動件另一 端處的磁體39的陣列共同作用。
可以看出，磁體38和39中的每一個示為優選為截頭圓錐體 的，或者是成形的形式，能夠通過保持板36和37固定到往復運動 件30的主體。
往復運動件的主體優選襯砌有具有第一磁極的永久磁體35， 磁體35將被磁懸浮在軸29的具有第二磁極的磁性襯層34周圍。
優選的是，設置如上所述。如果由于往復運動的強度而難以 將板36和37保持到往復運動件30的主體，可選的是，除了如圖 9所示的設置外，其中在圖9的設置中，磁體51通過端板48簡單 地保持到主體47的端部，端板48可通過粘著、螺紋連接、螺栓連 接等(未示出)固定，可替換的是，可以設置元件49，從而通過 在50處徑向地擰入往復運動件的主體46中，對于磁體52實現相 同的目的。
雖然優選的是磁體在每個往復運動件的端部處暴露，但是在 一些情況中，可以具有保護性覆層，只要所述覆層不會影響磁性相 互作用的效果。對于端板27和26的固定磁體40和41分別也是同 樣的。這些可以簡單地保持到往復運動件，或者簡單的粘著可以滿 足。
可以預見，端板27能夠被旋轉(例如45°C)，從而當需要時， 往復運動件b0可以在端板27和26之間被保持在穩定的狀態，與 是否被旋轉無關。為了實現這個目的，之前在一些詳細描述中所述 的異相設置被使用，從而存在力的一些平衡。如果需要板27的旋
轉，那么取決于陣列的設置和在相互作用表面中包括磁體。
往復運動件磁性支撐在導向軸上是優選的，但是在其它可替 換形式中，可以設置某種空氣或者其它支撐裝置。這是為了避免任 何不必要的熱積聚，熱積聚會使永久磁體的性能下降。已經設置有 潤滑支承件的根據本發明的系統容易產生一些熱量，但是，如果存 在任何潤滑劑的冷卻，或者操作參數例如不會產生比永久磁體的劣 化溫度更高的溫度，那么這種系統可以操作。
同樣提供流體通道53，流體通道53延伸穿過設備進入鉆柱中， 因此提供沖洗能力以及冷卻功能。這種流體可以是空氣、液體(例 如水)，或者可以包括通常用在鉆探中的潤滑流體(例如漿料)。
對于圖8到圖12的設置，例如如果往復運動件為1.5米長， 并且往復運動的幅度從0. 1毫米到15毫米(取決于往復運動件的 轉速、往復運動件的質量、磁體陣列、磁強、幾何輪廓和間隙)。
優選的是，從(優選)高于20圈/秒到200圈/秒的循環頻率 被認為是處于穩定的狀態。200圈/秒的頻率可以方便地利用4/8 磁性相互作用產生，如圖2到圖7中，依賴于大約3000 RPM的往 復運動件的旋轉。
權利要求
1.一種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備包括具有第一和第二端的往復運動件，與所述往復運動件的第一端相關聯的第一補充結構，和與所述往復運動件的第二端相關聯的第二補充結構，其中具有一個或多個驅動裝置以使所述往復運動件圍繞穿過所述補充結構的軸線旋轉，并且其中，由所述往復運動件在每一端處承載的磁體和由每個補充結構承載的磁體具有這樣的作用，所述作用使得在由旋轉引起的相互作用的影響下，第一端移動遠離第二補充結構，并且依次，第二端移動遠離第一補充結構，并且其中，振動輸出是來自所述補充結構中的一個或另一個或者兩者，并且不是直接來自所述往復運動件本身。
2. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，就距離而言，所 述第一和第二補充結構相對彼此固定，但是不相對彼此圍繞所述軸 線旋轉。
3. 如權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述補充結構由所述往復運動件在其上被引導的軸承載。
4. 一種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備包括 往復運動件，能夠重復地在第一和第二補充結構之間的往復運動軸線上或者軌跡上往復運動，驅動裝置，使所述往復運動件圍繞所述往復運動軸線或軌跡 的至少一部分旋轉，和 磁性相互作用區域，位于至少一個補充結構和往復運動件中 的每一個上，從而往復運動件的旋轉具有使往復運動件進行往復運 動的作用，在所述或者一補充結構和往復運動件之間引起交替的吸 引力和排斥力，并且其中，振動的輸出是來自所述補充結構中的一個或另一 個或者兩者，并且不是直接來自往復運動件本身。
5. —種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備包括 往復運動件，可圍繞限定的往復運動軸線旋轉，并且可在所述往復運動軸線上來回運動，驅動裝置，使所述往復運動件圍繞它的往復運動軸線旋轉，第一補充結構，所述往復運動件朝著和遠離所述第一補充結 構運動，并且反之亦然，第二補充結構，所述往復運動件遠離和朝著所述第二補充結 構運動，并且反之亦然，所述往復運動件位于所述補充結構之間，其中，第一補充結構/往復運動件和往復運動件/第二補充結 構中的每一對的鄰近區域具有磁性區域，當所述往復運動件旋轉 時，所述磁性區域可操作以交替地為每一對提供吸引力或排斥力，并且其中，所述對之間的定相使得或者可以使得由于通過 它的旋轉作用在往復運動件上的磁性相互作用，往復運動件在它的 往復運動軸線上往復運動，并且其中，振動的輸出是來自所述補充結構中的一個或另一 個或者兩者，并且不是直接來自往復運動件本身。
6. 如權利要求5所述的設備，其特征在于，就距離而言，所 述第一和第二補充結構相對彼此固定。
7. 如上述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，往復 運動件位于導軸周圍的磁性支承件或空氣支承件上。
8. —種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備包括具有 往復運動件的組件，所述往復運動件能夠在補充結構之間往復運 動，至少一個所述補充結構提供振動輸出，所述裝置的特征在于，具有驅動裝置以使往復運動件旋轉， 并且在旋轉的往復運動件和補充結構之間具有磁性相互作用，從而 與每個補充結構的相互作用、和使磁性作用交替的補充結構相對于 往復運動件的定相導致往復運動件的往復運動。
9. 如權利要求8所述的設備，其特征在于，磁性相互作用由 永久磁體引起。
10. 如權利要求8或9所述的設備，其特征在于，往復運動 件的驅動裝置是帶或往復運動件的其它邊緣驅動裝置，不會損壞往 復運動件在往復運動界限之間的往復運動。
11. 一種用于鉆探的振動頭，所述振動頭包括如上述權利要 求中任一項所述的振動設備。
12. 用于權利要求11的振動頭的具有浮動的或者柔順性的支 撐件的鉆探設備的用途，所述振動頭連接到或者可連接到鉆桿。
13. —種鉆探設備，包括如權利要求11所述的振動頭，連接到或者可連接到鉆柱， 支撐件，和至少一個可重新配置的(例如柔順性的)流體儲存器(例如 柔順性的氣囊)，將振動頭承載然而限制到支撐件， 其中，振動頭、支撐件和所述至少一個可重新配置的流體儲 存器的相互作用具有下面的效果承載所述連接的或者待連接的鉆 柱的重量，而且允許振動頭相對于支撐件沿著鉆柱軸線的縱向方向 和橫向方向的一些運動自由度。
14. 如權利要求13所述的設備，其特征在于，具有至少兩個 儲存器。
15. 如權利要求14所述的設備，其特征在于，至少一個所述儲存器是氣囊。
16. 如權利要求13-15中任一項所述的設備，其特征在于， 所述振動頭的至少大部分在儲存器(多個)的下面(當鉆探軸線豎 直時)。
17. 如權利要求13-16中任一項所述的設備，其特征在于， 從振動頭到鉆柱中的振動輸出是通過過渡件從非旋轉但是振動的 組件直接或者間接地進入可旋轉的和旋轉的組件(例如鉆柱的可連 接到的或者成形的部件)。
18. —種鉆探設備，包括振動頭，連接到或者可連接到鉆柱，所述振動頭具有可被旋 轉驅動的往復運動件，所述往復運動件圍繞它的往復運動軸線旋 轉，并且在旋轉的作用下以不同的磁性作用相互作用從而被往復運 動，振動輸出不是來自往復運動件本身，支撐件，作為第一相互作用的柔順性的裝置(例如優選是置于振動頭 的部件(多個)和支撐件之間的至少一個氣囊)，承載振動頭和所 述或任何連接的鉆柱的重量，和作為第二相互作用的柔順性的裝置，(優選將振動頭相對于 支撐件限制)，從而在振動頭的振動循環的任何部分的過程中，所 述第一相互作用(優選)不完全損失。
19. 一種振動鉆探設備，包括振動頭，具有往復運動件，然而振動輸出不直接來自往復運動件，可操縱的支撐件，振動頭從所述支撐件安裝，以在往復運動 件的作用下柔順性地振動，支承件，與來自振動頭的振動輸出獨立而被支撐，和由所述 支承件承載的鉆柱連接器，旋轉驅動裝置，連接到鉆柱連接器，其中在使用中，當往復運動件在往復運動件的驅動裝置的作 用下旋轉時，往復運動件在它的每一個端部處磁性地相互作用，從 而在這種相互作用下往復運動。
20. —種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備包括具 有往復運動件的組件，所述往復運動件能夠在補充結構之間往復運 動，至少一個所述補充結構提供振動輸出，所述裝置特征在于具 有驅動裝置以使往復運動件旋轉，并且在旋轉的往復運動件和補充 結構之間具有磁性相互作用，從而與每個補充結構的相互作用、和 使磁性相互作用交替的補充結構相對于往復運動件的定相導致往 復運動件的往復運動。
全文摘要
一種能夠提供振動輸出的振動設備，所述設備包括具有往復運動件的組件，所述往復運動件能夠在補充結構之間往復運動，至少一個所述補充結構提供振動輸出，所述裝置特征在于具有驅動裝置以使往復運動件旋轉，并且在旋轉的往復運動件和補充結構之間具有磁性相互作用，從而與每個補充結構的相互作用、和使磁性相互作用交替的補充結構相對于往復運動件的定相導致往復運動件的往復運動。
文檔編號E21B7/00GK101107417SQ200580042797
公開日2008年1月16日 申請日期2005年12月14日 優先權日2004年12月14日
發明者R·普法勒特 申請人:柔性鉆井有限公司