一种具有过载保护的土层勘探钻进装置

技术领域

本发明属于地质勘探设备领域，具体来说，特别涉及一种具有过载保护的土层勘探钻进装置。

背景技术

在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的过程中，由于地层岩石的非均质性，在难钻地层钻进时，钻头经常得不到足够大的扭矩破碎地层，导致钻头短时间内停止旋转，与此同时转轴在钻进驱动设备的驱动下仍然继续旋转，从而容易导致钻头扭曲断裂和驱动设备过载损坏，影响勘探钻进工作的正常进行。

中国专利CN201246124Y公开了一种具有冷却润滑及过载保护结构的钻具，它包括锥柄扭矩轴、连接套，锥柄扭矩轴通过连接套与空芯套料钻头连接，锥柄扭矩轴的后部有冷却润滑液防漏套，冷却润滑液防漏套上有冷却润滑液软管接头，连接套通过扭矩传递平键与空芯套料钻头连接。在钻取岩芯过程的同时，同步实施钻头切消区的内循环冷却润滑，保持稳定旋转钻进和快速冲排细碎岩屑的目的，在钻取岩芯的过程中当发生意外卡钻时，扭矩传递平键及螺钉均被立刻剪断、仅有锥柄扭矩轴的独自空转。

其中，在钻头被卡住时，通过扭转力将扭矩传递平键和螺钉剪断来达到对钻头进行过载保护的目的，但在进行过载保护时，会导致扭矩传递平键和螺钉损坏，需要将过载保护结构和钻头拆卸后，再通过新的扭矩传递平键和螺钉对钻头进行重新安装，不仅增加了过载保护所需的成本，同时钻头需要将钻头重新拆装，耗费时间较长，容易影响勘探钻进工作的进程。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种具有过载保护的土层勘探钻进装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种具有过载保护的土层勘探钻进装置，包括钻进机构、过载保护机构和锁定机构，所述钻进机构包括钻进驱动组件和钻头，所述钻进驱动组件通过过载保护机构与钻头固定连接；

所述过载保护机构包括上连接件、下连接件和弹性连接件，所述上连接件固定安装于所述钻进驱动组件的下端，所述下连接件固定安装于钻头的顶端，且上连接件与下连接件之间转动连接，所述弹性连接件的一端卡装于下连接件内，另一端弹性抵接于上连接件内；

当钻进驱动组件驱动上连接件旋转时，上连接件通过弹性连接件带动下连接件同步旋转，以使下连接件带动钻头向土层内旋转钻进；而当钻头在土层内被卡死不再旋转时，弹性连接件在上连接件的旋转扭矩作用下被抵接回缩到下连接件内，以使上连接件和下连接件之间不再锁紧固定，此时上连接件在钻进驱动组件的驱动下旋转时，不再带动下连接件和钻头同步旋转；

所述锁定机构包括弹性销和定位孔，所述弹性销抵接安装于所述弹性连接件内，所述定位孔开设于所述下连接件的外壁上，当弹性连接件被抵接回缩到下连接件内时，带动弹性销同步下行，当弹性销下行到定位孔内时，弹性销的一端弹射插接到定位孔内，以将弹性连接件在下连接件内销接锁定。

进一步地，所述钻进机构包括机座，所述机座的顶面固定安装有发动机和与发动机连通的油箱，所述机座顶面的两侧均固定安装有把手，所述机座的底端转动安装有与发动机传动连接的转轴，所述转轴通过过载保护机构与钻头固定连接。

进一步地，所述上连接件包括上轴套，所述上轴套的底端开设有对接槽，所述下连接件包括下轴套，所述下轴套的顶端固定安装有与对接槽转动连接的凸台。

进一步地，所述弹性连接件包括多个锥孔和多个升降滑孔，多个所述锥孔呈圆周分布开设于所述上轴套底端的外圈，多个所述升降滑孔呈圆周分布设置于所述下轴套顶端的外圈；

所述升降滑孔内滑动安装有升降柱，所述升降柱的底端抵接安装有支撑弹簧，所述升降柱的顶端固定安装有卡接于所述锥孔内的球头。

进一步地，所述升降滑孔的下端滑动安装有抵接于所述支撑弹簧底端的升降滑块，所述升降滑块的底端固定安装有调节柱，所述调节柱的底端延伸到下轴套外部，且下轴套的表面安装有与调节柱固定连接的升降调节单元。

进一步地，所述升降调节单元包括螺纹套和外螺纹筒，所述外螺纹筒固定安装于所述下轴套的底端，所述螺纹套螺纹安装于所述外螺纹筒的外圈，多个所述调节柱的底端均滑动抵接于所述螺纹套的顶面。

进一步地，所述弹性销包括定位座，所述定位座固定安装于所述升降柱的下端，并滑动卡装于所述升降滑孔内，所述定位座的外侧开设有与定位孔对应的销孔，所述定位孔内滑动卡装有销轴，所述销轴的内侧端抵接安装有压力弹簧。

进一步地，所述下轴套的外表面转动安装有位于定位孔外圈的转环，所述转环的内圈固定安装有多个与定位孔一一对应的抵块，且相应的定位孔与抵块之间错开设置。

进一步地，所述下轴套的外表面固定安装有位于转环下方的固定环，所述转环和固定环之间通过弹簧槽安装有扭簧，所述扭簧的一端与所述转环固定连接，另一端与所述固定环固定连接。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明中过载保护机构内的上连接件和下连接件之间通过弹性连接件卡接固定，从而使钻进驱动组件和钻头之间通过过载保护机构锁紧固定连接，以使钻进驱动组件能驱动钻头在土层内旋转钻进；而当钻头在土层内被卡死不再旋转时，弹性连接件在上连接件的旋转扭矩作用下被抵接回缩到下连接件内，以使上连接件和下连接件之间不再锁紧固定，此时上连接件在钻进驱动组件的驱动下旋转时，不再带动下连接件和钻头同步旋转，从而使下连接件和钻头不再受到扭转力，同时钻进驱动组件不再受到扭转阻力，能防止钻头扭曲断裂和钻进驱动组件过载损坏，且通过弹性连接件的伸缩来实现过载保护机构的连接和断开，在过载防护过程中，不会造成过载保护机构内零部件的损坏，不仅降低了过载保护所需的成本，且后续只需将弹性连接件复位卡接于上下连接件之间，即能将过载保护机构重新闭合，而无需将钻头和过载保护机构重新拆装，从而缩短过载保护后钻进装置的检修时间，有利于提高勘探钻进效率。

2.本发明中当弹性连接件被抵接回缩到下连接件内使上下连接件断开时，弹性连接件带动弹性销同步下行，当弹性销下行到定位孔内时，弹性销的一端弹射插接到定位孔内，以将弹性连接件在下连接件内销接锁定，从而防止弹性连接件在自身弹性作用下复位上行重新插接于上连接件，使得在过载保护过程中上下连接件始终处于断开状态，提高了过载保护效果，且能防止弹性连接件因上下连接件的相对旋转而重复抵接回缩以及复位插接过程，进而防止弹性连接件因往复运动而碰撞损坏，提高了弹性连接件的使用寿命，而当钻进驱动组件停机不再驱动上连接件旋转时，再将弹性销抵接回缩解除对弹性连接件的锁定，弹性连接件即能在自身弹力作用下复位上行重新插接于上连接件内，从而使上下连接件快速恢复锁定状态，进而使钻进装置能快速恢复工作状态，有利于提高勘探钻进效率。

3.本发明中在弹性连接件的底端安装有弹性调节组件，从而能根据钻头的材质硬度以及钻进驱动组件的功率来调节弹性支撑件的支撑弹力，进而调节弹性连接件被抵接回缩时所需的扭力大小，能防止因弹性连接件的支撑弹力过小而导致土层钻进过程中过载保护机构频繁断开，或弹性支撑件的支撑弹力过大，使得钻头和过载保护机构承受过大扭力时过载保护机构无法断开进行过载保护而导致钻头和钻机驱动组件过载损坏。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明勘探钻进装置的立体结构示意图；

图2为本发明图1的A处局部放大结构示意图；

图3为本发明过载保护机构的立体剖切结构示意图；

图4为本发明图3的B处局部放大结构示意图；

图5为本发明图3的C处局部放大结构示意图；

图6为本发明钻探驱动组件与钻头通过过载保护机构连接时的剖面示意图；

图7为本发明图6的D处局部放大结构示意图；

图8为本发明过载保护机构断开连接时的剖面示意图；

图9为本发明图8的E处局部放大结构示意图。

图中：1、钻进机构；11、机座；12、发动机；13、油箱；14、把手；15、转轴；16、钻头；2、过载保护机构；21、上轴套；22、下轴套；23、螺纹套；24、外螺纹筒；25、对接槽；26、凸台；27、锥孔；28、球头；29、升降柱；210、升降滑孔；211、支撑弹簧；212、升降滑块；213、调节柱；3、锁定机构；31、转环；32、固定环；33、定位座；34、压力弹簧；35、销孔；36、销轴；37、定位孔；38、抵块；39、扭簧。

具体实施方式

下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“顶”、“中”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

请参阅图1、图3所示，本发明为一种具有过载保护的土层勘探钻进装置，包括钻进机构1、过载保护机构2和锁定机构3，钻进机构1包括钻进驱动组件和钻头16，钻进驱动组件通过过载保护机构2与钻头16固定连接；

过载保护机构2包括上连接件、下连接件和弹性连接件，上连接件固定安装于钻进驱动组件的下端，下连接件固定安装于钻头16的顶端，且上连接件与下连接件之间转动连接，弹性连接件的一端卡装于下连接件内，另一端弹性抵接于上连接件内；

当钻进驱动组件驱动上连接件旋转时，上连接件通过弹性连接件带动下连接件同步旋转，以使下连接件带动钻头16向土层内旋转钻进；而当钻头16在土层内被卡死不再旋转时，弹性连接件在上连接件的旋转扭矩作用下被抵接回缩到下连接件内，以使上连接件和下连接件之间不再锁紧固定，此时上连接件在钻进驱动组件的驱动下旋转时，不再带动下连接件和钻头16同步旋转；

锁定机构3包括弹性销和定位孔37，弹性销抵接安装于弹性连接件内，定位孔37开设于下连接件的外壁上，当弹性连接件被抵接回缩到下连接件内时，带动弹性销同步下行，当弹性销下行到定位孔37内时，弹性销的一端弹射插接到定位孔37内，以将弹性连接件在下连接件内销接锁定；

本发明中当钻头16钻进到难钻地层时，若钻头16的扭矩无法破碎地层，导致钻头16停止旋转时，弹性连接件在上连接件的扭转抵接下回缩到下连接件内，从而使上下连接件之间断开连接，此时下连接件和钻头16不再受到扭转力，同时钻进驱动组件不再受到扭转阻力，能防止钻头16在停止旋转时持续受到扭转力而扭曲形变、断裂，同时防止钻进驱动组件受到过大的扭转阻力而过载损坏，且通过弹性连接件的伸缩来实现过载保护机构的连接和断开，在过载防护过程中，不会造成过载保护机构2内零部件的损坏，不仅降低了过载保护所需的成本，且后续只需将弹性连接件复位卡接于上下连接件之间，即能将过载保护机构2重新闭合，而无需将钻头16和过载保护机构2重新拆装，从而缩短过载保护后钻进装置的检修时间，有利于提高勘探钻进效率；

当弹性连接件下行回缩到下连接件内时通过弹性销和定位孔37的配合将弹性连接件在下连接件内销接锁定，从而防止弹性连接件在自身弹性作用下复位上行重新插接于上连接件，使得在过载保护过程中上下连接件始终处于断开状态，提高了过载保护效果，且能防止弹性连接件因上下连接件的相对旋转而重复抵接回缩以及复位插接过程，进而防止弹性连接件因往复运动而碰撞损坏，提高了弹性连接件的使用寿命，而当钻进驱动组件停机不再驱动上连接件旋转时，再将弹性销抵接回缩解除对弹性连接件的锁定，此时弹性连接件即能在自身弹力作用下复位上行重新插接于上连接件内，从而使上下连接件快速恢复锁定状态，进而使钻进装置能快速恢复工作状态，有利于提高勘探钻进效率。

请参阅图1、图2所示，一个实施例中，钻进机构1包括机座11，机座11的顶面固定安装有发动机12和与发动机12连通的油箱13，机座11顶面的两侧均固定安装有把手14，机座11的底端转动安装有与发动机12传动连接的转轴15，转轴15通过过载保护机构2与钻头16固定连接；

土层勘探钻进时，工作人员手持把手14，将钻头16垂直立于地面，之后通过发动机12驱动转轴15旋转，转轴15经过载保护机构2带动钻头16同步旋转，当钻头16钻进到难钻地层导致钻头16停止旋转时，过载保护机构2断开，使得转轴15和钻头16之间断开连接，从而防止钻头16扭转断裂和发动机12因扭转阻力过大而过载损坏。

请参阅图3、图4、图6-图9所示，一个实施例中，上连接件包括上轴套21，上轴套21的底端开设有对接槽25，下连接件包括下轴套22，下轴套22的顶端固定安装有与对接槽25转动连接的凸台26；弹性连接件包括多个锥孔27和多个升降滑孔210，多个锥孔27呈圆周分布开设于上轴套21底端的外圈，多个升降滑孔210呈圆周分布设置于下轴套22顶端的外圈；升降滑孔210内滑动安装有升降柱29，升降柱29的底端抵接安装有支撑弹簧211，升降柱29的顶端固定安装有卡接于锥孔27内的球头28；

其中，上轴套21固定安装于转轴15的底端，下轴套22固定安装于钻头16的顶端，支撑弹簧211对升降柱29和球头28进行弹性支撑，使球头28卡接于锥孔27内，从而使上轴套21和下轴套22之间在多组锥孔27和球头28的卡接限位下被锁紧固定，当转轴15带动上轴套21旋转时，上轴套21带动下轴套22和钻头16同步旋转，而当钻头16被土层卡死不再旋转时，下轴套22随钻头16停止旋转，而上轴套21在转轴15的驱动下具有扭转作用力，从而使上轴套21和下轴套22之间的扭转作用力持续增大，此时上轴套21在扭转作用下通过锥孔27将球头28向下抵接移动，以使球头28下滑到升降滑孔210内，不再与锥孔27卡接锁定，进而使上轴套21与下轴套22之间解除锁定，之后上轴套21在转轴15带动下旋转时，不再驱动钻头16旋转，防止钻头16扭转断裂和发动机12因扭转阻力过大而过载损坏。

请参阅图3、图4、图6-图9所示，一个实施例中，弹性销包括定位座33，定位座33固定安装于升降柱29的下端，并滑动卡装于升降滑孔210内，定位座33的外侧开设有与定位孔37对应的销孔35，定位孔37内滑动卡装有销轴36，销轴36的内侧端抵接安装有压力弹簧34；

当球头28卡接于锥孔27内时，销轴36的一端在压力弹簧34的弹力作用下抵接于升降滑孔210的内壁上，当球头28被抵接向下移动时，带动升降柱29和定位座33在升降滑孔210内同步下行，从而带动销轴36在升降滑孔210内下行，直至球头28被抵接回缩到升降滑孔210内，销轴36移动到定位孔37位置，此时销轴36在压力弹簧34的弹力作用下向定位孔37方向移动，从而使销轴36的一端插接于定位孔37内，进而通过销轴36和定位孔37配合将定位座33、升降柱29和球头28在升降滑孔210内销接锁定，防止锥孔27在上轴套21旋转过程中再次与升降滑孔210对齐时，球头28在支撑弹簧211的复位弹力作用下再次上行卡接到锥孔27内，使得在过载保护过程中上轴套21和下轴套22始终处于断开状态，提高了过载保护效果，从而防止球头28在锥孔27快速旋转过程中上行插接到锥孔27内，而导致球头28碰撞损坏。

请参阅图1-图4、图8、图9所示，一个实施例中，下轴套22的外表面转动安装有位于定位孔37外圈的转环31，转环31的内圈固定安装有多个与定位孔37一一对应的抵块38，且相应的定位孔37与抵块38之间错开设置；

其中，抵块38和销轴36的端部均设置有弧形端头，当销轴36插接到定位孔37内时，销轴36端部的弧形端头延伸到转环31的内圈；当需要将球头28复位卡接到锥孔27内将上轴套21和下轴套22再次锁紧连接时，相对旋转上轴套21和下轴套22，使上轴套21和下轴套22内的多个锥孔27和多个升降滑孔210一一对准，再旋转转环31，从而带动转环31内圈的多个抵块38同步旋转，使多个抵块38同时将对应的多个销轴36抵接回缩到定位孔37内，进而使销轴36在其弧形端头的导向作用下被抵接回缩到升降滑孔210内，从而解除对定位座33的销接锁定，此时，定位座33、升降柱29和球头28在支撑弹簧211的复位弹力作用下，在升降滑孔210内向上滑动复位，使得球头28重新卡接于锥孔27内，通过转环31和抵块38的配合，能同时将下轴套22内的多个球头28同步解除锁定，以使多个球头28同时复位卡接于相应的锥孔27内，使得球头28的复位及上轴套21和下轴套22之间的锁定过程更加方便快捷，有利于钻进设备因过载保护停机后快速恢复工作状态。

请参阅图1-图4所示，一个实施例中，下轴套22的外表面固定安装有位于转环31下方的固定环32，转环31和固定环32之间通过弹簧槽安装有扭簧39，扭簧39的一端与转环31固定连接，另一端与固定环32固定连接；

其中，固定环32和扭簧39配合转环31进行限位，防止下轴套22旋转工作时转环31因旋转惯性而在下轴套22表面旋转移动，进而对转环31内圈的抵块38进行限位，防止抵块38移动到定位孔37位置，将定位孔37堵塞，而当旋转转环31带动抵块38移动将销轴36抵接回缩时， 转环31带动扭簧39扭转形变产生扭转弹力，当完成销轴36的抵接复位过程后，放松转环31，此时转环31在扭簧39的扭转弹力作用下旋转复位，进而带动抵块38移动复位，使抵块38始终位于相应的定位孔37的一侧，以便于后续通过抵块38将定位孔37内伸出的销轴36抵接回缩。

请参阅图1-图5所示，一个实施例中，升降滑孔210的下端滑动安装有抵接于支撑弹簧211底端的升降滑块212，升降滑块212的底端固定安装有调节柱213，调节柱213的底端延伸到下轴套22外部，且下轴套22的表面安装有与调节柱213固定连接的升降调节单元；

通过升降调节单元能驱动调节柱213升降移动，进而带动升降滑块212在升降滑孔210内升降移动，当升降滑块212上行时，能将支撑弹簧211抵接收缩，以提高支撑弹簧211对升降柱29和球头28的支撑弹力，进而提高球头28被抵接下移时所需的扭力大小，而当升降滑块212下行时，支撑弹簧211复位伸长减小对升降柱29和球头28的支撑弹力，进而减小球头28被抵接下移时所需的扭力大小；从而能根据钻头16的材质硬度以及钻进驱动组件的功率来调节支撑弹簧211对球头28的支撑弹力，进而调节球头28被抵接回缩时所需的扭力大小，能防止因支撑弹簧211的支撑弹力过小而导致球头28被抵接回缩，进而导致土层钻进过程中过载保护机构2断开连接，或支撑弹簧211对球头28的支撑弹力过大，使得钻头16承受过大扭力时过载保护机构2无法及时断开进行过载保护而导致钻头16和钻机驱动组件过载损坏。

请参阅图1-图5所示，一个实施例中，升降调节单元包括螺纹套23和外螺纹筒24，外螺纹筒24固定安装于下轴套22的底端，螺纹套23螺纹安装于外螺纹筒24的外圈，多个调节柱213的底端均滑动抵接于螺纹套23的顶面；

当需要对支撑弹簧211的支撑弹力进行调节时，旋转螺纹套23，使螺纹套23通过螺纹传动在外螺纹筒24的表面升降移动，当螺纹套23上行时，其将调节柱213和升降滑块212顶推上移，从而使支撑弹簧211被抵接收缩支撑弹力增大，而当螺纹套23下行时，支撑弹簧211通过复位弹力驱动升降滑块212和调节柱213同步下行，使调节柱213始终抵接于螺纹套23的顶面，且此时支撑弹簧211长度伸长支撑弹力减小；通过螺纹套23和外螺纹筒24的配合，能同时对多个支撑弹簧211的支撑弹力进行调节，使得支撑弹簧211的弹力调节过程更加方便，同时能保证调节过程中每个支撑弹簧211的支撑弹力相同，从而使上轴套21和下轴套22锁定时受力更均匀。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的发明优选实施例只是用于帮助阐述发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用发明。