一种换向阀水压潜孔锤及其循环冲击方法

技术领域

本发明涉及潜孔锤技术领域，更具体地说它是一种换向阀水压潜孔锤。本发明还涉及这种换向阀水压潜孔锤的循环冲击方法。

背景技术

现有水压潜孔锤技术如专利CN1756888A公开的水压潜孔锤，为高压水为介质驱动潜孔锤冲击工作，具有无粉尘污染工作环境和能效高的优点，但是存在结构复杂、制造困难，环状活塞面积小，需要水压力太高，冲击能较小，活塞滑动工作面多介质泄露量大，水道曲折能效低的问题。

因此，现亟需开发一种结构简单、冲击能量大、能效高的水压潜孔锤。

发明内容

本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种换向阀水压潜孔锤。

本发明的第二目的是为了提供这种换向阀水压潜孔锤的循环冲击方法。

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种换向阀水压潜孔锤，其特征在于：包括外缸、上接头、钻头、内缸、滤网、活塞和阀芯，所述内缸、滤网由下到上依次安装在外缸内；所述活塞和阀座由下到上依次安装在内缸内；所述阀芯安装在阀座内；所述内缸盖将阀座和阀芯压紧在内缸顶部；所述上接头锁紧在外缸顶部；所述钻头从外缸底部安装在外缸内；

所述阀芯顶部与内缸盖之间为阀芯无杆腔，阀芯中部开有阀芯槽；所述活塞的活塞杆与内缸下部围成潜孔锤前腔，活塞上部的活塞头与内缸、阀座、阀芯围成潜孔锤后腔；所述外缸与内缸之间有第一夹壁；所述内缸左侧内壁开有内缸壁第一通孔，内缸右侧内壁开有内缸壁第二通孔；所述内缸与活塞的中部缩颈之间有第二夹壁；

所述上接头的进水孔穿过滤网与第一夹壁的顶部连通；

所述内缸左侧内由上到下依次开有换向阀进水孔、换向阀排水孔和前腔进水孔，内缸右侧内由上到下依次开有阀芯无杆腔进水孔和阀芯无杆腔排水孔；所述潜孔锤后腔通过后腔进水孔连通阀芯槽，所述活塞内开有活塞排水孔；所述钻头内开有钻头排水孔；

所述换向阀进水孔一端与阀芯槽耦合、另一端与第一夹壁连通；所述换向阀排水孔一端与阀芯槽耦合，另一端依次通过内缸壁第一通孔、第二夹壁、活塞排水孔与钻头排水孔连通；所述前腔进水孔一端与第一夹壁连通、另一端与潜孔锤前腔耦合；所述后腔进水孔一端与阀芯槽连通、另一端与潜孔锤后腔连通；所述阀芯无杆腔进水孔一端通过内缸壁第二通孔与阀芯无杆腔连通，另一端与潜孔锤后腔耦合；所述阀芯无杆腔排水孔一端通过内缸壁第二通孔与阀芯无杆腔连通、另一端与第二夹壁耦合。

在上述技术方案中，所述活塞的活塞杆上设置有活塞杆排水槽，所述活塞杆排水槽与潜孔锤前腔连通。

在上述技术方案中，还包括第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈、第五密封圈和第六密封圈；所述第一密封圈安装在上接头与外缸之间；第二密封圈安装在内缸与内缸盖之间；第三密封圈安装在阀座，第三密封圈外将阀芯无杆腔与换向阀进水孔隔离；第四密封圈安装在阀座外侧，第四密封圈将换向阀进水孔与换向阀排水孔隔离；第五密封圈安装在阀座外侧下部，将阀座与内缸之间隔离、第六密封圈安装在内缸下部与外缸之间。

为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：一种换向阀水压潜孔锤的循环冲击方法，其特征在于：包括如下动作，

动作一，活塞向上返回行程：

活塞上升时阀芯处于下端位置，此时，换向阀进水孔被阀芯关闭；高压水流依次经过滤网、第一夹壁、前腔进水孔，进入潜孔锤前腔，高压水流对活塞施加向上推力，活塞向上移动，潜孔锤后腔内的水流依次经过后腔进水孔、阀芯槽、换向阀排水孔、内缸壁第一通孔、第二夹壁、活塞排水孔、钻头排水孔，排出到潜孔锤底部，冲洗钻头底部钻渣；

动作二：阀芯向上换向

活塞上升移动直到活塞到达上止点附近，活塞顶升阀芯的阀芯活塞杆，使阀芯向上移动完成换向；阀芯向上换向完成后，换向阀排水孔被关闭，换向阀进水孔的高压水流依次经过阀芯的阀芯槽、后腔进水孔，进入潜孔锤后腔，使活塞向上运动停止；

阀芯向上换向移动时，阀芯无杆腔内水流经内缸壁第二通孔、阀芯无杆腔排水孔、第二夹壁、活塞排水孔排出；

阀芯向上换向完成后，阀芯的阀芯活塞杆受到潜孔锤后腔高压水流推力，阀芯无杆腔内水流排出压力降低，阀芯会保持在上端不动；

动作三：活塞向下冲击行程

阀芯向上换向完成后，高压水流依次经过第一夹壁、换向阀进水孔、阀芯槽、后腔进水孔进入潜孔锤后腔，同时，高压水流经第一夹壁、前腔进水孔连通潜孔锤前腔，由于潜孔锤后腔活塞面积远大于潜孔锤前腔面积，活塞在高压水流作用下会快速向下移动，此时潜孔锤前腔内的水流依次经过第一夹壁、换向阀进水孔、阀芯槽、后腔进水孔进入潜孔锤后腔；活塞在高压水流作用下加速向钻头的冲击运动，完成潜孔锤冲击钻进；

动作四：阀芯向下换向

活塞向下冲击运动到撞击钻头之前，阀芯无杆腔排水孔被活塞关闭，阀芯无杆腔进水孔通过内缸壁第二通孔与潜孔锤后腔连通，潜孔锤后腔高压水流压力传导至阀芯无杆腔，阀芯向下移动完成向下换向动作；

阀芯向下换向完成后，活塞因为高速运动的惯性继续向下冲击运动，直到撞击钻头；阀芯向下换向完成后，阀芯位于下端位置，高压水流经过第一夹壁、前腔进水孔，进入潜孔锤前腔，活塞在潜孔锤前腔水流压力推动下恢复向上运动；

动作五：重复动作一至四，连续进行冲击钻进和水流冲洗排渣。

在上述技术方案中，还包括防止空打动作：

当活塞向下冲击运动时，如果钻头向下行程过大，活塞无法撞击到钻头，活塞会继续向下运动，然后活塞将关闭前腔进水孔，使潜孔锤前腔停止高压水进入，活塞停止向上返回，关闭在潜孔锤前腔内的水流经活塞杆排水槽排出潜孔锤前腔，活塞将停止运动，避免潜孔锤发生持续空打；

当潜孔锤下放接触岩石表面后，钻头向上顶托活塞，前腔进水孔再次打开，活塞恢复上升继续动作一、动作二、动作三、动作四的循环，进行不停的冲击钻进和排水冲洗排渣工作。

在上述技术方案中，改变不同的滑动摩擦面间隙尺寸，潜孔锤可以使用清洁水、泥浆、液压油或空气作为高压介质。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明结构简单容易制造；

2)本发明的活塞冲击水流流道顺直，活塞滑动工作面少，内泄露量小能效高；

3)本发明的活塞为圆柱形，活塞面积大，单次冲击能量大，可以降低供水压力。

综合以上内容，本发明提供的一种水压潜孔锤具有结构简单制造费用低，冲击能量大能效高，使用水压低的优点。

附图说明

图1为本发明进行活塞向上返回行程动作时的结构示意图。

图2为本发明进行阀芯向上换向动作时的结构示意图。

图3为本发明进行活塞向下冲击行程动作时的结构示意图。

图4为本发明进行阀芯向下换向动作时的结构示意图。

图5为本发明进行防止空打动作时的结构示意图。

其中，1-外缸，2-上接头，3-钻头，4-内缸，41-内缸盖，5-滤网，6-活塞，61-活塞杆，62-活塞头，7-阀芯，71-阀座，72-阀芯无杆腔，73-阀芯槽，74-阀芯活塞杆，81-第一夹壁，82-内缸壁第一通孔，83-内缸壁第二通孔，84-第二夹壁，85-活塞杆排水槽，91-第一密封圈，92-第二密封圈，93-第三密封圈，94-第四密封圈，95-第五密封圈，96-第六密封圈，A-潜孔锤前腔，B-潜孔锤后腔，a-换向阀进水孔，b-换向阀排水孔，c-前腔进水孔，d-后腔进水孔，e-活塞排水孔，f-阀芯无杆腔进水孔，g-阀芯无杆腔排水孔，h-钻头排水孔。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种换向阀水压潜孔锤，其特征在于：包括外缸1、上接头2、钻头3、内缸4、滤网5、活塞6和阀芯7，所述内缸4、滤网5由下到上依次安装在外缸1内；所述活塞6和阀座71由下到上依次安装在内缸4内；所述阀芯7安装在阀座71内；所述内缸盖41将阀座71和阀芯7压紧在内缸4顶部；所述上接头2锁紧在外缸1顶部；所述钻头3从外缸1底部安装在外缸1内；内缸4支承在外缸1的内台阶上；

所述阀芯7顶部与内缸盖41之间为阀芯无杆腔72，阀芯7中部开有阀芯槽73；所述活塞6的活塞杆61与内缸4下部围成潜孔锤前腔A，活塞6上部的活塞头62与内缸4、阀座71、阀芯7围成潜孔锤后腔B；所述外缸1与内缸4之间有第一夹壁81；所述内缸4左侧内壁开有内缸壁第一通孔82，内缸4右侧内壁开有内缸壁第二通孔83；所述内缸4与活塞6的中部缩颈之间有第二夹壁84；所述活塞6的活塞杆上设置有活塞杆排水槽85，所述活塞杆排水槽85与潜孔锤前腔A连通。

所述阀芯槽73为环形凹槽；

所述上接头2的进水孔穿过滤网5与第一夹壁81的顶部连通；

所述内缸4左侧内由上到下依次开有换向阀进水孔a、换向阀排水孔b和前腔进水孔c，内缸4右侧内由上到下依次开有阀芯无杆腔进水孔f和阀芯无杆腔排水孔g；潜孔锤后腔B通过后腔进水孔d连通阀芯槽73，所述活塞6内开有活塞排水孔e；所述钻头3内开有钻头排水孔h；

所述换向阀进水孔a一端与阀芯槽73耦合、另一端与第一夹壁81连通；

所述换向阀排水孔b一端与阀芯槽73耦合，另一端依次通过内缸壁第一通孔82、第二夹壁84、活塞排水孔e与钻头排水孔h连通；

所述前腔进水孔c一端与第一夹壁81连通、另一端与潜孔锤前腔A耦合；

所述后腔进水孔d一端与阀芯槽73连通、另一端与潜孔锤后腔B连通；

所述阀芯无杆腔进水孔f通过内缸壁第二通孔83与阀芯无杆腔72连通，阀芯无杆腔进水孔f与潜孔锤后腔B耦合；所述阀芯无杆腔排水孔g一端通过内缸壁第二通孔83与阀芯无杆腔72连通、另一端与第二夹壁84耦合；

所述第一夹壁81上连通部内侧与换向阀进水孔a连通，第一夹壁81下部内侧与前腔进水孔c连通；

还包括第一密封圈91、第二密封圈92、第三密封圈93、第四密封圈94、第五密封圈95和第六密封圈96；所述第一密封圈91安装在上接头2与外缸1之间；第二密封圈92安装在内缸4与内缸盖41之间；第三密封圈93安装在阀座71，第三密封圈93外将阀芯无杆腔72与换向阀进水孔a隔离；第四密封圈94安装在阀座71外侧，第四密封圈94将换向阀进水孔a与换向阀排水孔b隔离；第五密封圈95安装在阀座71外侧下部，将阀座71与内缸4之间隔离、第六密封圈96安装在内缸4下部与外缸1之间。

潜孔锤后腔B活塞面积大于潜孔锤前腔A面积。

一种换向阀水压潜孔锤的循环冲击方法，其特征在于：包括如下动作，

动作一，活塞向上返回行程：

如图1所示，活塞6上升时阀芯7处于下端位置，此时，换向阀进水孔a被阀芯7关闭；高压水流依次经过滤网5、第一夹壁81、前腔进水孔c，进入潜孔锤前腔A，高压水流对活塞6施加向上推力，活塞6向上移动，潜孔锤后腔B内的水流依次经过后腔进水孔d、阀芯槽73、换向阀排水孔b、内缸壁第一通孔82、第二夹壁84、活塞排水孔e、钻头排水孔h，排出到潜孔锤底部，冲洗钻头3底部钻渣；

动作二：阀芯向上换向

如图2所示，活塞6上升移动直到活塞6到达上止点附近，活塞6顶升阀芯7的阀芯活塞杆74，使阀芯7向上移动完成换向；阀芯7向上换向完成后，前腔进水孔c被关闭，换向阀进水孔a的高压水流依次经过阀芯7的阀芯槽73、后腔进水孔d，进入潜孔锤后腔B，使活塞6向上运动停止；

阀芯7向上换向移动时，阀芯无杆腔72内水流经内缸壁第二通孔83、阀芯无杆腔排水孔g、第二夹壁84、活塞排水孔e排出；

阀芯7向上换向完成后，阀芯7的阀芯活塞杆74受到潜孔锤后腔B高压水流推力，阀芯无杆腔72内水流排出压力降低，阀芯7会保持在上端不动；

动作三：活塞向下冲击行程

如图3所示，阀芯7向上换向完成后，高压水流依次经过第一夹壁81、换向阀进水孔a、阀芯槽73、后腔进水孔d进入潜孔锤后腔B，同时，高压水流经第一夹壁81、前腔进水孔c连通潜孔锤前腔A，由于潜孔锤后腔B活塞面积远大于潜孔锤前腔A面积，活塞6在高压水流作用下会快速向下移动，此时潜孔锤前腔A内的水流依次经过第一夹壁81、换向阀进水孔a、阀芯槽73、后腔进水孔d进入潜孔锤后腔B；活塞6在高压水流作用下加速向钻头3的冲击运动，完成潜孔锤冲击钻进；

动作四：阀芯向下换向

如图4所示，活塞6向下冲击运动到撞击钻头3之前，阀芯无杆腔排水孔g被活塞6关闭，阀芯无杆腔进水孔f通过内缸壁第二通孔83与潜孔锤后腔B连通，潜孔锤后腔B高压水流压力传导至阀芯无杆腔72，阀芯7向下移动完成向下换向动作；阀芯7向下换向完成后，阀芯7受到潜孔锤后腔B的排水背压的推力，阀芯7保持在下端位置不动；

阀芯7向下换向完成后，活塞7因为高速运动的惯性继续向下冲击运动，直到撞击钻头3；阀芯7向下换向完成后，阀芯7位于下端位置，高压水流经过第一夹壁81、前腔进水孔c，进入潜孔锤前腔A，活塞6在潜孔锤前腔A水流压力推动下恢复向上运动；

动作五：重复动作一至四，连续进行冲击钻进和水流冲洗排渣。

还包括防止空打动作：

如图5所示，当活塞6向下冲击运动时，如果钻头3向下行程过大，活塞6无法撞击到钻头3，活塞6会继续向下运动，然后活塞6将关闭前腔进水孔c，使潜孔锤前腔A停止高压水进入，活塞6停止向上返回，关闭在潜孔锤前腔A内的水流经活塞杆排水槽85排出潜孔锤前腔A，活塞6将停止运动，避免潜孔锤发生持续空打；

当潜孔锤下放接触岩石表面后，钻头3向上顶托活塞6，前腔进水孔c再次打开，活塞6恢复上升继续动作一、动作二、动作三、动作四的循环，进行不停的冲击钻进和排水冲洗排渣工作。

改变不同的滑动摩擦面间隙尺寸，潜孔锤可以使用清洁水、泥浆、液压油或空气作为高压介质。

其它未说明的部分均属于现有技术。