一种新型潜孔采样取芯气动冲击钻具

技术领域

本发明涉及冲击器制造技术领域，特别涉及一种新型潜孔采样取芯气动冲击钻具。

背景技术

气动潜孔冲击器又称气动潜孔锤，是一种利用压缩空气为动力，推动冲锤(活塞)撞击钻头实施碎石成孔的工程用气动机械钻具。冲击器和钻头在凿岩过程中，通过钻杆连接同时潜入孔内破碎岩石，工作效率不受孔深的影响，潜孔冲击器因此而得名。气动潜孔锤钻进技术广泛应用于爆破孔施工，水文水井钻凿，地质岩芯勘探，水库坝基帷幕灌浆，工程地质勘查，非开挖管线铺设，建筑基础及岩土工程等几乎所有钻孔施工领域。

另外，在凿岩过程中，岩石中心样品的采集可用于地质的勘探，地震的研究等，随着人们对岩石研究深入，人们对岩石中心样品采集的要求越来越高。现有技术中，对岩石中心样品采集经常会遇到采集的样品由于采集不及时，遭到污染和损失。而且，就冲击器与取芯组件的集成结构不尽完善，不能满足高效冲击凿岩与取芯的完美配合，因此，该钻具还有较大的改进空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型潜孔采样取芯气动冲击钻具，该钻具既能满足高效凿岩的同时又能满足方便取芯的要求，集成度较高。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种新型潜孔采样取芯气动冲击钻具，包括：

接头，内设接头中心孔，首端连接中空的外缸一端，外缸另一端连接卡钎套，卡钎套内沿其轴线方向滑接中心钻头末端，所述中心钻头上贯穿首末端设有钻头通气孔、钻头中心孔；所述卡钎套与中心钻头末端滑接处设有限位机构；

外缸内滑动配合的活塞，活塞首段为小径段，末端为大径段，活塞轴线上贯穿首末端设活塞中心孔，大径段靠近末端设有连通活塞中心孔的活塞第一径向通孔，大径段外圆上设有与活塞第一径向通孔相通的活塞大径弦切面，外缸内壁上设有外缸内周向环槽；大径段靠近首端还设有活塞第二径向通孔、连通活塞末端面与活塞第二径向通孔的活塞轴向通孔、以及活塞内壁上与第二径向通孔相通的活塞内周向环槽；

活塞中心孔内滑动配合的配气管，其上贯穿首末端设有配气管中心孔，末端与接头中心孔首端接通，靠近其首端还设有配气管径向通孔；所述活塞内周向环槽与配气管外壁滑动配合；

接头中心孔内套设的配气座，其上贯穿首末端设有配气座进气道、配气座中心孔；

配气管中心孔内套设的采集管，其内设采集管中心孔，一端与配气座中心孔接通，另一端与钻头中心孔末端插接；配气管中心孔首端内壁与采集管外壁闭合，且配气管中心孔内壁与采集管外壁之间间隙配合；所述活塞中心孔首段内壁与采集管外壁之间间隙配合。

进一步地，所述配气座进气道绕配气座轴线均布设置，所述配气座沿其轴线滑接有止逆阀套，所述配气座上还滑动设有将止逆阀套顶紧配气座进气道出口的止逆弹簧。

进一步地，所述配气座首端还设有顶紧止逆弹簧端部的弹簧垫块。

进一步地，所述卡钎套内壁上同轴设有内花键槽，相应地，中心钻头末端外圆周上设有相配合的外花键齿。

进一步地，所述钻头通气孔末端与花键槽、花键齿之间的间隙连通。

进一步地，所述卡钎套外圆周上还固设有耐磨套，耐磨套与中心钻头外径插接。

进一步地，所述限位机构包括：抵接于中心钻头末端的卡环、抵接于卡环端部且内孔与中心钻头末端配合的衬套，相应地，中心钻头末端设有与卡环内壁配合的钻头外周向环槽。

进一步地，所述卡环至少两块围合成环状的圆弧块组成，卡环内壁上设有卡环通气凹槽。

进一步地，所述衬套内壁上设有衬套通气凹槽，且衬套通气凹槽的末端具有阻挡部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该钻具既能满足高效凿岩的同时又能满足方便取芯的要求，集成度较高。本发明中利用活塞运动开启和关闭不同通道，从而控制压缩空气的切换，该潜孔冲击器经济性好，可以压缩空气消耗少，利用率高，减少了无功损耗，冲击能量也随着气体压力的升高而增大，能实现高频、高压、高能冲击钻孔，凿岩效率高、能耗低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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其它相关的附图。

图1为本发明实施例的主剖结构示意图；

图2为本发明图1中活塞处于最上端位置的主视结构示意图；

图3为本发明图1中活塞主剖结构示意图；

图4为本发明图3中B-B剖面结构示意图；

图5为本发明图3中C-C剖面结构示意图；

图6为本发明图3中D-D剖面结构示意图；

图7为本发明图1中卡钎套截面结构示意图；

图8为本发明图1中卡环截面结构示意图；

图9为本发明图1中衬套截面结构示意图。

图中：1、接头；11、接头中心孔；2、外缸；21、外缸内周向环槽；3、卡钎套；31、内花键槽；32、外花键齿；4、活塞；41、活塞中心孔；42、活塞第一径向通孔；43、活塞大径弦切面；44、活塞第二径向通孔；45、活塞轴向通孔；46、活塞内周向环槽；47、活塞小径弦切面；5、配气管；51、配气管中心孔；52、配气管径向通孔；6、配气座；61、配气座进气道；62、配气座中心孔；63、止逆弹簧；64、弹簧垫块；7、采集管；71、采集管中心孔；8、止逆阀套；9、耐磨套；10、中心钻头；100、钻头通气孔；101、钻头中心孔；102、卡环；103、衬套；104、钻头外周向环槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本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本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图9，在一个具体的实施例中，本发明实施例提供了一种新型潜孔采样取芯气动冲击钻具，包括：

接头1，内设接头中心孔11，首端连接中空的外缸2一端，可以采用螺纹连接，外缸2另一端连接卡钎套3，同样可以采用螺纹连接，卡钎套3内沿其轴线方向滑接中心钻头10末端，所述中心钻头上贯穿首末端设有钻头通气孔100、钻头中心孔101；钻头通气孔100用于吹气，而钻头中心孔101中用于集岩芯；所述卡钎套3与中心钻头10末端滑接处设有限位机构；

外缸2内滑动配合的活塞4，活塞4首段为小径段，末端为大径段，活塞4轴线上贯穿首末端设活塞中心孔41，大径段靠近末端设有连通活塞中心孔41的活塞第一径向通孔42，大径段外圆上设有与活塞第一径向通孔42相通的活塞大径弦切面43，外缸2内壁上设有外缸内周向环槽21；大径段靠近首端还设有活塞第二径向通孔44、连通活塞4末端面与活塞第二径向通孔44的活塞轴向通孔45、以及活塞4内壁上与第二径向通孔44相通的活塞内周向环槽46；小径段外圆上设有活塞小径弦切面47；

活塞中心孔41内滑动配合的配气管5，其上贯穿首末端设有配气管中心孔51，末端与接头中心孔11首端接通，靠近其首端还设有配气管径向通孔52；所述活塞内周向环槽46与配气管5外壁滑动配合；

接头中心孔11内套设的配气座6，其上贯穿首末端设有配气座进气道61、配气座中心孔62；

配气管中心孔51内套设的采集管7，其内设采集管中心孔71，一端与配气座中心孔62接通，另一端与钻头中心孔101末端插接；配气管中心孔51首端内壁与采集管7外壁闭合，且配气管中心孔51内壁与采集管7外壁之间间隙配合；所述活塞中心孔41首段内壁与采集管7外壁之间间隙配合。

具体工作过程分以下几个阶段：钻头前端面装有合金齿，钻头中心孔101下端与岩层顶紧，高压空气经接头1内配气座6上的配气座进气道61(顶开止逆阀套)、管管通气隙72中，A、加速冲击段：活塞4位于最上位置，管管通气隙72中的高压气体再经配气管径向通孔52、第二径向通孔44、活塞轴向通孔45后，使压力气体全部作用于活塞4上端(即末端)，使其全速下移冲击中心钻头10末端，冲击做功；B、向上回程段：活塞4冲击中心钻头10到最下端后，配气管径向通孔52与活塞第一径向通孔42对齐，高压气体经活塞大径弦切面43、外缸内周向环槽21后与中心钻头10首端导通，作用使其返程(即上移)，直到配气管径向通孔52再次与第二径向通孔44相通时，进行下一次加速冲击做功。重复上述A、B过程，通过气道的切换使得活塞4往复移动冲击做功。

钻孔时，细碎岩层料通过钻头中心孔101进入至采集管中心孔71中，可通过取芯机构将其中的岩芯取出。

可以理解地，该钻具结构紧凑，冲击钻孔、取芯效果高。利用活塞4运动开启和关闭不同通道，从而控制压缩空气的切换，该潜孔冲击器经济性好，可以压缩空气消耗少，利用率高，减少了无功损耗，冲击能量也随着气体压力的升高而增大，能实现高频、高压、高能冲击钻孔，凿岩效率高、能耗低。

本实施例中，可选地，所述配气座进气道61绕配气座6轴线均布设置，所述配气座6沿其轴线滑接有止逆阀套8，所述配气座6上还滑动设有将止逆阀套8顶紧配气座进气道61出口的止逆弹簧63，止逆阀套8与配气座进气道61出口处设置密封垫圈。用以使气单向通过；更进一步地，所述配气座6首端还设有顶紧止逆弹簧63端部的弹簧垫块64。便于安装。

本实施例中，可选地，所述卡钎套3内壁上同轴设有内花键槽31，相应地，中心钻头10末端外圆周上设有相配合的外花键齿32。在其配合作用下，实现中心钻头10在卡钎套3内滑动配合，并传递转矩。

本实施例中，可选地，所述钻头通气孔100末端与花键槽31、花键齿32之间的间隙连通。

本实施例中，可选地，所述卡钎套3外圆周上还固设有耐磨套9，耐磨套9与中心钻头10外径插接。卡钎套3首端与中心钻头10大径段的侧壁相抵，当中心钻头10在卡钎套3内相对滑动时，此时，钻头通气孔100就与花键槽31、花键齿32之间的间隙断开，气往侧向排出，为了解决此问题，中心钻头10在耐磨套9内滑动，始终保证耐磨套9与卡钎套3首端、中心钻头10末端之间围合成封闭的空间，就有效防止气侧排出。

本实施例中，可选地，所述限位机构包括：抵接于中心钻头10末端的卡环102、抵接于卡环102端部且内孔与中心钻头10末端配合的衬套103，衬套103另一端可以与外缸2内壁上的台阶抵接限位，相应地，中心钻头10末端设有与卡环102内壁配合的钻头外周向环槽104。

本实施例中，可选地，所述卡环102至少两块围合成环状的圆弧块组成，卡环102内壁上设有卡环通气凹槽。卡环通气凹槽与花键槽31、花键齿32之间的间隙相通，同时便于安装。

本实施例中，可选地，所述衬套103内壁上设有衬套通气凹槽，且衬套通气凹槽的末端具有阻挡部。当活塞4与中心钻头10末端相抵时，其小径段外圆与衬套103内壁配合，只要活塞4小径首端滑过阻挡部使活塞小径弦切面47与衬套通气凹槽连通时，可保证钻头通气孔100内继续导通吹气。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。