專利名稱：一種液壓超高頻振動動力頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓超高頻振動動力頭，尤其是指一種用于淺層鉆孔取樣鉆機用液壓超高頻振動動力頭。
背景技術：
目前，在油氣、資源勘探和基礎設施建設中都需要進行大量的淺層鉆孔取樣工作，淺層鉆孔取樣基本上采用以回轉鉆進為主的地質巖心鉆機，這類鉆機鉆孔取樣時需要沖洗液(泥漿、空氣或泡沫)沖洗鉆孔，泥漿中的水容易進入樣品，對樣品進行污染，造成樣品的檢測結果失真。同時空氣鉆進帶來了大量的粉塵污染，對操作人員的健康和環境均不利。此夕卜，在西部干旱地區和很多水源難以進入的地區(例如尾礦壩)施工，回轉鉆進無法采用，采用不需沖洗液循環的振動鉆進成為一種理想的方法。 振動鉆進可以解決缺水地區的淺層鉆孔取樣難題，在覆蓋層的鉆進速度約為回轉鉆進的2 3倍；地質樣品僅在管壁極小范圍內有輕微擾動，取樣質量高、無污染；同時振動鉆進可以容易下入套管以防孔壁坍塌；遇到復雜地層時，使用振動器可以容易解決鉆具卡鉆問題。振動鉆進的核心裝置是振動器，傳統振動器的振動頻率較低，如中國有色金屬工業總公司礦產地質研究院1987年設計的CSG-24型多功能工程砂鉆鉆機，該機配備了雙軸四輪偏心塊式振動器，它的振動頻率是1350轉/分鐘，即角頻率為22. 5轉/秒(Hz);它產生的最大激振力是22kN。江蘇省無錫探礦機械總廠有限公司生產的G系列工程地質勘察鉆機采用雙偏心塊式振動器，該系列鉆機中的最大激振力僅50kN。上述傳統振動裝置中，兩根連接偏心塊的旋轉軸之間為機械式齒輪傳動，偏心塊的轉動速度慢、即振動頻率低，從而產生的激振力偏小，導致鉆孔取樣深度淺、地層適應性差、鉆進速度慢、施工效率低等問題。
發明內容
為克服現有振動鉆機振動頻率低、鉆孔取樣深度淺、地層適應性差的缺點，本發明的目的在于提供一種液壓超高頻振動動力頭，能夠實現對多種覆蓋層的快速、高效的淺層鉆孔取樣，提高了鉆進速度，且結構簡單，易于維修，便于推廣應用。為了實現上述目的，本發明提供了一種液壓超高頻振動動力頭，包括回轉馬達、聯軸器、聯軸器箱體、振動器、減振裝置、主軸、動力頭背板和托板，回轉馬達通過聯軸器與主軸上端連接，主軸上下貫穿于振動器中，振動器通過減振裝置與聯軸器箱體的底板連接，主軸下端連接鉆桿和鉆具，動力頭背板連接在鉆機桅桿的鏈條背板上，振動器包括振動器箱體、主軸兩側對稱設置的兩組高速液壓馬達、偏心軸、同步帶/同步輪強制同步機構、高速軸承冷卻潤滑裝置，高速液壓馬達通過鍵聯接驅動偏心軸旋轉，兩根偏心軸間無機械齒輪傳動，通過同步帶/同步輪強制同步機構實現同步運轉，偏心軸的兩端安裝有高速軸承，高速軸承設置在振動器箱體兩側的軸孔內，靠近動力頭背板一側的高速軸承由后端壓蓋定位，遠離動力頭背板一側的高速軸承由高速馬達安裝座定位。進一步地，所述同步帶/同步輪強制同步機構，置于靠近動力頭背板一側，包括同步輪、導向輪、壓緊輪和同步帶，同步輪與同步輪軸鍵聯接，同步輪軸與偏心軸鍵聯接，同步帶設置在同步輪上。進一步地，所述高速軸承冷卻潤滑機構包括油杯、空氣過濾器和吸風葉輪，通過油杯注入潤滑脂對高速軸承進行潤滑，偏心軸驅動吸風葉輪高速旋轉，吸入空氣，對高速軸承進行風冷。進一步地，所述減振裝置包括減振銷軸和減振組件，減振銷軸與聯軸器箱體底板連接，減振組件穿于減振銷軸上，將振動器產生的超高頻振動與上方的聯軸器箱體隔開，減振組件由金屬橡膠或減振彈簧制成。優選地，所述主軸下部還設置有托板，托板置于振動器下方，防止振動器突然掉落而造成人員傷害。
本發明的液壓超高頻振動動力頭，高速液壓馬達驅動偏心軸高速旋轉，工作轉速一般在9000轉/分鐘以上，實現了超高頻率的振動，較傳統振動裝置產生更大的激振力，提 高了鉆進速度和取樣深度，高速液壓馬達可以實現振動頻率的無級調節，根據地層的軟硬變化調整振動頻率，可以更好的適應各種覆蓋層的淺層鉆進取樣工作，同步帶/同步輪強制同步機構可以使偏心軸容易實現完全的同步運轉，提高了振動器的工作效率。
圖I為本發明的整體結構示意 圖2為液壓超高頻振動動力頭振動器的右側結構示意 圖3為液壓超高頻振動動力頭振動器的俯視結構示意 圖4為液壓超高頻振動動力頭振動器的左側結構示意圖；具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細說明。實施例I
圖I示意性的示出了本發明優選實施例的結構，如圖所示，本優選實施例包括回轉馬達I、聯軸器2、聯軸器箱體3、動力頭背板4、主軸5、振動器9、減振裝置和托板10，回轉馬達I通過聯軸器2與主軸5上端連接，主軸上下貫穿于振動器9中，主軸5下端連接鉆桿和鉆具(圖中未標出)。振動器9通過減振裝置與聯軸器箱體3的底板連接，動力頭背板4連接在鉆機桅桿的鏈條背板上，可以在鉆機桅桿上上下滑動，達到鉆進和提鉆的目的。托板10起到安全作用，防止振動器突然掉落而造成人員傷害。振動器9包括振動器箱體11、兩個對稱布置的高速液壓馬達20和偏心軸16、同步帶/同步輪強制同步機構、高速軸承冷卻潤滑裝置。高速液壓馬達20與偏心軸16之間通過平鍵或花鍵19聯接，驅動偏心軸16高速旋轉，兩根偏心軸16的結構完全相同、獨立對稱布置，兩者之間無機械齒輪傳動，能夠實現自同步運轉。偏心軸16的轉速可達12000轉/分鐘，即轉動角頻率為200轉/秒(200 Hz)，工作時，偏心軸16的轉動角頻率可在(Γ200Ηζ范圍變化，偏心軸16的兩端安裝有高速軸承14，高速軸承14設置在振動器箱體11兩側的軸孔內，靠近動力頭背板4 一側的高速軸承14由后端壓蓋12定位，遠離動力頭背板一側的高速軸承由高速馬達安裝座18定位。實施例2
在實施例2中，其他結構都與實施例I結構相同，不同之處在于
同步帶/同步輪強制同步機構，置于靠近動力頭背板4 一側，包括同步輪21、導向輪24、壓緊輪23和同步帶22，同步帶/同步輪強制同步機構能夠確保兩根偏心軸16的轉速完全同步，更好的實現自同步運轉。實施例3
在實施例3中，其他結構都與實施例2結構相同，不同之處在于所述高速軸承冷卻潤滑機構包括油杯13、空氣過濾器15和吸風葉輪17。通過油杯13注入潤滑脂對高速軸承14進行潤滑，偏心軸16驅動吸風葉輪17高速旋轉，吸入空氣，對高速軸承14進行風冷。實施例4
在實施例4中，其他結構都與實施例3結構相同，不同之處在于所述減振裝置包括減振銷軸6和減振組件8，減振銷軸6與聯軸器箱體3的底板連接，減振組件8穿于減振銷軸6上，將振動器9產生的超高頻振動與上面的聯軸器箱體3隔開。減振組件由金屬橡膠或減振彈黃制成。
實施例5
本發明還提供了一種液壓超高頻振動動力頭的工作過程，具體是
本發明液壓超高頻振動動力頭在使用時，鉆機作用在動力頭背板4上的鉆進靜壓力(即給進力)向下依次傳遞給聯軸器箱體3、減振裝置、振動器9、主軸軸承7、主軸5，再傳遞到鉆桿、鉆具，鉆具在給進靜壓力的作用下向下鉆進，實現靜壓快速鉆進成孔或取樣；當鉆進阻力較大、進尺緩慢或不進尺時，啟動兩個高速馬達20旋轉，兩個高速馬達20驅動兩根偏心軸16高速旋轉，轉速相同，轉向相反，轉速可達12000轉/分鐘，偏心軸16在高速旋轉時所產生的離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，方向相同，兩個垂直方向的分力疊加，產生向下的振動力，振動力依次傳遞給高速軸承14、振動器箱體11、主軸軸承7、主軸5，再傳遞到鉆桿、鉆具，向下鉆進，實現超高頻振動鉆進成孔或取樣，該動力頭可以提高鉆進速度，鉆柱不旋轉、無需沖洗液循環，對樣品無污染，對松散軟地層的采取率高，完整性好，提高了巖土樣品的原狀性。實施例6
在實施例6中,其他結構都與實施例5的工作方法相同,不同之處在于向上提鉆時，作用在動力頭背板4上的起拔力向上依次傳遞給聯軸器箱體3、減振裝置、振動器箱體11、主軸軸承7、主軸5，再傳遞到鉆桿、鉆具，并向上提鉆，將鉆具提到地面。若鉆機的提升力不足以將鉆桿和鉆具提升，可以同時利用偏心軸16產生的向上振動力依次傳遞給高速軸承14、振動器箱體11、主軸軸承7、主軸5的下端以及鉆桿、鉆具，進行提鉆，可解決鉆具的卡阻問題。實施例7
優選地，本發明中主軸5的上端連接回轉馬達1，該回轉馬達為鉆柱提供旋轉動力。在取樣時，回轉馬達不工作，當鉆進取樣到堅硬地層時，超高頻振動鉆進緩慢，或者出現如卡鉆事故需要旋轉鉆桿處理孔內事故時，轉換取樣方法，啟動回轉馬達，驅動主軸5、鉆桿和鉆具回轉取樣或處理孔內事故。此時液壓超高頻振動器不工作，與普通回轉式動力頭功能一樣。該裝置也能實現在回轉馬達工作的同時，啟動高速馬達，實現振動+回轉的復合鉆進取樣，進一步提聞鉆進速度。由技術常識可知，本發明可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發明范圍內或在等同于本發明的范圍內的改變均被本發明包含。
權利要求
1.一種液壓超高頻振動動力頭，包括回轉馬達、聯軸器、聯軸器箱體、振動器、減振裝置、主軸、動力頭背板和托板，其特征在于回轉馬達通過聯軸器與主軸上端聯接，主軸上下貫穿于振動器中，振動器通過減振裝置與聯軸器箱體的底板連接，主軸下端連接鉆桿和鉆具，動力頭背板連接在鉆機桅桿的鏈條背板上，振動器包括振動器箱體、主軸兩側對稱設置的兩組高速液壓馬達、偏心軸、同步帶/同步輪強制同步機構、高速軸承冷卻潤滑裝置，高速液壓馬達通過鍵聯接驅動偏心軸旋轉，兩根偏心軸間無機械齒輪傳動，通過同步帶/同步輪強制同步機構實現同步運轉，偏心軸的兩端安裝有高速軸承，高速軸承設置在振動器箱體兩側的軸孔內，靠近動力頭背板一側的高速軸承由后端壓蓋定位，遠離動力頭背板一側的高速軸承由高速馬 達安裝座定位。
2.如權利要求I所述的一種液壓超高頻振動動力頭，其特征在于所述同步帶/同步輪強制同步機構，置于靠近動力頭背板一側，包括同步輪、導向輪、壓緊輪和同步帶，同步輪與同步輪軸鍵聯接，同步輪軸與偏心軸鍵聯接，同步帶設置在同步輪上。
3.如權利要求2所述的一種液壓超高頻振動動力頭，其特征在于所述高速軸承冷卻潤滑機構包括油杯、空氣過濾器和吸風葉輪，通過油杯注入潤滑脂對高速軸承進行潤滑，偏心軸驅動吸風葉輪高速旋轉，吸入空氣，對高速軸承進行風冷。
4.如權利要求I所述的一種液壓超高頻振動動力頭，其特征在于所述減振裝置包括減振銷軸和減振組件，減振銷軸與聯軸器箱體底板連接，減振組件穿于減振銷軸上，將振動器產生的超高頻振動與上方的聯軸器箱體隔開，減振組件由金屬橡膠或減振彈簧制成。
5.如權利要求I所述的一種液壓超高頻振動動力頭，其特征在于所述主軸下部還設置有托板，托板置于振動器下方，防止振動器突然掉落而造成人員傷害。
全文摘要
本發明公開了一種液壓超高頻振動動力頭，涉及淺層鉆孔取樣領域，包括回轉馬達、聯軸器、聯軸器箱體、振動器、減振裝置、主軸、動力頭背板和托板，回轉馬達通過聯軸器與主軸上端連接，主軸上下貫穿于振動器中，振動器通過減振裝置與聯軸器箱體的底板連接，振動器包括振動器箱體、主軸兩側對稱設置的兩組高速液壓馬達、偏心軸、同步帶/同步輪強制同步機構、高速軸承冷卻潤滑裝置，高速液壓馬達通過鍵聯接驅動偏心軸旋轉，兩根偏心軸通過同步帶/同步輪強制同步機構實現同步運轉，能夠實現對多種覆蓋層的快速、高效的淺層鉆孔取樣，提高了鉆進速度，便于推廣。
文檔編號E21B1/26GK102900354SQ20121016196
公開日2013年1月30日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者劉勤學, 劉寶林, 趙曉冬, 李國民, 陸衛星, 周琴, 胡遠彪, 王瑜, 張蔚, 吳浩, 任曉飛 申請人:中煤地第二勘探局有限責任公司