稳定构件及钻具的制作方法

1.本实用新型属于钻具技术领域，涉及一种稳定构件及钻具。


背景技术：

2.在现有技术中，隧道掘进是岩石非爆破开挖的常见手段，即利用水平环缝钻机在岩石的掌子面钻出环缝，破坏岩石边界，以利于剥离岩石。例如，中国专利公开了一种三轴定位钻进装置[申请公布号为cn108086909a]，包括钻筒、中心轴、第一定位轴和第二定位轴，中心轴设于钻筒的中心，用于伸入作业区域以初步定位钻筒；第一定位轴、第二定位轴与中心轴平行，中心轴、第一定位轴和第二定位轴呈三角布置，其中第一定位轴和第二定位轴的端点的连线形成三角形的底边，中心轴的端点形成三角形的顶点，第一定位轴和第二定位轴用于对钻筒进行辅助定位。
[0003]
上述三轴定位钻进装置中，由于中心轴、第一定位轴和第二定位轴的端部抵靠在掌子面上，不能在周向上对钻筒进行限位，当钻筒以低转速、大扭矩的方式工作时，钻筒前端晃动，导致偏离轴向位置，稳定性较差。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种定位效果好的稳定构件。
[0005]
还提出了一种包括上述稳定构件的钻具。
[0006]
本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：
[0007]
稳定构件，包括具有导向孔的导向稳定座、与导向孔滑动配合的稳定钻杆、用于驱动稳定钻杆绕自身中轴线转动的动力单元和用于使稳定钻杆轴向运动的驱动单元，所述稳定钻杆的前端设有钻头。
[0008]
动力单元工作时带动稳定钻杆绕自身中轴线转动，驱动单元工作时带动稳定钻杆轴向运动，使钻头在岩石面上钻出一个定位孔，并在驱动单元的顶压作用下，使稳定钻杆定位在岩石上。
[0009]
在上述稳定构件中，所述稳定钻杆的前端具有圆锥面，所述钻头位于圆锥面的前端，所述圆锥面的外径由前往后逐渐增大，所述钻头的最大外径小于圆锥面的最大外径，所述钻头的最大外径大于圆锥面的最小外径。
[0010]
圆锥面的中轴线与稳定钻杆的中轴线共线，且与钻头的中轴线共线。需要定位时，先由钻头在岩石面上钻出定位孔，稳定钻杆同时向前运动，使圆锥面的前半段进入定位孔，当圆锥面与定位孔的端口接触时，配合驱动单元实现稳定钻杆的轴向定位，在定位孔的作用下又能实现稳定钻杆的径向限位。
[0011]
在上述稳定构件中，所述稳定钻杆内具有轴向延伸的水气孔，所述水气孔的前端贯通钻头设置，所述稳定钻杆的后端连接有用于供给水、气的水气供给单元。通过水气供给单元向水气孔内输送水或气体或水气混合体，并由钻头前端喷出，用于吹渣。
[0012]
在上述稳定构件中，所述水气供给单元包括具有连接孔的连接套、套设在连接套上且与连接套转动配合的水气密封套、设于水气密封套内侧的环形槽以及设于水气密封套上且与环形槽连通的水气管，所述连接套上设有用于连通环形槽与连接孔的导流孔，所述稳定钻杆的后端连接在连接孔内，所述水气孔与连接孔连通。
[0013]
在上述稳定构件中，所述驱动单元为液压缸，所述液压缸的活塞杆与稳定钻杆平行，所述活塞杆的前端固连有连接支撑座，所述动力单元设于支撑连接座上，所述水气密封套与支撑连接座固连。
[0014]
在上述稳定构件中，所述动力单元为液压马达，所述液压马达的输出主轴与连接套连接，所述输出主轴与钻头同轴设置。
[0015]
钻具，包括钻架和设于钻架上的钻筒，所述钻架上设有至少两个上述的稳定构件，所述稳定构件中的导向稳定座和驱动单元固定在钻架上，所述稳定构件中的钻杆与钻筒平行。
[0016]
在上述钻具中，所述钻架上设有与稳定钻杆平行的导轨，所述连接支撑座上固连有与导轨滑动配合的滑块。每个连接支撑座对应设有两个导轨，每个导轨上均滑动配合有滑块，连接支撑座和与之对应设置的滑块固连。通过导轨和滑块可对连接支撑座进行周向限位，防止动力单元带其转动，从而提高稳定性。
[0017]
在上述钻具中，所述稳定构件为2
‑
4个。
[0018]
在上述钻具中，所述稳定构件为两个，其中一个稳定构件位于钻架的左侧，另一稳定构件位于钻架的右侧。
[0019]
在上述钻具中，所述稳定构件为三个，其中两个稳定构件位于钻架的左侧，另一稳定构件位于钻架的右侧。
[0020]
在上述钻具中，若干所述液压缸串联在同一油路中。工作时，通过同一油路同时向各液压缸供油，使各液压缸的活塞杆推动稳定钻杆前方的钻头先后自由抵靠到岩石面，当所有稳定钻杆的钻头均抵靠在岩石面上后，油路中的油压保持恒定后液压马达才开始工作。其能适应纯平的岩石面，也能适应非纯平的岩石面，适用范围广。
[0021]
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0022]
由于在稳定钻杆的前端设置圆锥面，在液压缸的作用下圆锥面与定位孔配合，可将钻杆牢牢卡死，定位效果好；通过至少两个稳定构件对钻架进行定位，可将钻架的前端牢牢固定，能有效防止低转速、大扭矩钻筒的前端发生晃动，使钻筒不会偏离轴向位置，有效保证钻筒稳定地实现同轴旋转。
附图说明
[0023]
图1是本实用新型提供的钻具的结构示意图。
[0024]
图2是本实用新型提供的稳定构件的结构示意图。
[0025]
图3是本实用新型提供的稳定构件的剖视图。
[0026]
图4是本实用新型提供的水气供给单元处的剖视图。
[0027]
图5是本实用新型提供的钻头处的剖视图。
[0028]
图中，1、导向稳定座；2、稳定钻杆；3、钻头；4、圆锥面；5、水气孔； 6、连接孔；7、连接套；8、水气密封套；9、环形槽；10、水气管；11、导流孔；12、液压缸；121、活塞杆；13、连接支
撑座；14、液压马达；141、输出主轴；15、固定座；16、钻架；17、钻筒；18、支撑筒；19、导轨；20、岩石面；21、密封圈。
具体实施方式
[0029]
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
[0030]
如图2和图3所示的稳定构件，包括由后往前依次设置的固定座15、固定在固定座15上的驱动单元、设于驱动单元前方且由驱动单元驱动其前后运动的连接支撑座13、设于连接支撑座13上的动力单元、设于动力单元前方且由动力单元驱动其绕自身中轴线转动的稳定钻杆2、以及设于连接支撑座13前方的导向稳定座1，在导向稳定座1内具有沿前后方向延伸的导向孔，稳定钻杆2滑动设于该导向孔内，即稳定钻杆2的外径与导向孔的孔径相等，摩擦力非常小。
[0031]
如图5所示，稳定钻杆2的前端具有圆锥面4，圆锥面4的外径由前往后逐渐增大，圆锥面4的中轴线与稳定钻杆2的中轴线共线，在圆锥面4的前端同轴设有钻头3，钻头3的最大外径小于圆锥面4的最大外径，钻头3的最大外径大于圆锥面4的最小外径。
[0032]
如图3和图4所示，本实施例中的动力单元为液压马达14，液压马达14的输出主轴141与稳定钻杆2同轴设置。为了实现输出主轴141与稳定钻杆2的连接，如图3和图4所示，在输出主轴141上连接有连接套7，连接套7的前端具有与输出主轴141同轴设置的连接孔6，钻头3的后端通过螺纹或卡接的方式同轴固连在连接孔6内。其中，连接套7呈圆柱状，与输出主轴141和稳定钻杆2同轴。
[0033]
在一些其他实施例中，动力单元为电机。
[0034]
为了实现排渣，如图3所示，在稳定钻杆2内设置轴向延伸的水气孔5，水气孔5的前端贯通钻头3设置，水气孔5的后端与连接孔6连通。如图4所示，连接套7上套设有水气密封套8，水气密封套8与连接套7转动配合，在水气密封套8的内侧设有环形槽9，在水气密封套8上设有与环形槽9连通的水气管 10，连接套7上设有连通环形槽9与连接孔6的导流孔11。通过水气供给单元向水气孔5内输送水或气体或水气混合体，并由钻头3前端喷出，用于吹渣。
[0035]
本实施例中，如图3所示，驱动单元为液压缸12，液压缸12的活塞杆121 与稳定钻杆2平行，例如活塞杆121与稳定钻杆2同轴。活塞杆121的前端固连有连接支撑座13，液压马达14设于支撑连接座上，水气密封套8通过螺丝也固定在连接支撑座13上。当液压马达14的输出主轴141转动时，带动连接套7 在水气密封套8内转动。
[0036]
为了提高密封性，在水气密封套8与连接套7之间设有两个密封圈21，其中一个密封圈21位于环形槽9的前方，另一个密封圈21位于环形槽9的后方。水、气或水气混合体经水气管10进入环形槽9，再通过导流孔11进入连接孔6，最后进入水气孔5。由于设有密封圈21，可防止水、气或水气混合体经连接套7 与水气密封套8之间泄漏出去。
[0037]
在一些其他实施例中，驱动单元为气缸或电动推杆等其他直线驱动机构。
[0038]
本实施例还提出了一种钻具，结构如图1所示，包括钻架16、设于钻架16 上的支撑筒18以及驱动支撑筒18前后运动的驱动组件，在支撑筒18的前端同轴设有由动力组件驱动的钻筒17，动力组件的结构同申请号为 cn202010288227.6中动力组件的结构相同或相似，用于驱动钻筒17绕自身中轴线转动，驱动组件的结构同申请号为cn202010288227.6中驱动
组件的结构相同或相似，用于驱动支撑筒18前后运动，从而使钻筒17前后运动。
[0039]
钻架16上设有至少两个稳定构件，稳定构件采用图2
‑
5中所述的结构，稳定钻杆2与钻筒17平行。其中，固定座15通过螺丝固定在钻架16上，导向稳定座1通过螺丝固定在钻架16上。导向稳定座1的长度较长，对稳定钻杆2进行导向的同时，还对稳定钻杆2起稳定作用。
[0040]
如图1和图2所示，在钻架16上设有与稳定钻杆2平行的导轨19，连接支撑座13上固连有与导轨19滑动配合的滑块。每个连接支撑座13对应设有两个导轨19，每个导轨19上均滑动配合有滑块，连接支撑座13和与之对应设置的滑块固连。通过导轨19和滑块可对连接支撑座13进行周向限位，防止动力单元带动其转动，从而提高稳定性。
[0041]
本实施例中，稳定构件为三个，当钻筒17为左旋工作时，在钻架16的左侧设置两个稳定构件，在钻架16的右侧设置一个稳定构件。每个稳定构件中均具有一个液压缸12，三个液压缸12被串联在同一油路中。
[0042]
其中，三个稳定构件位于三角形的三个顶点处，钻筒17位于三角形区域内。
[0043]
在一些其他实施例中，稳定构件为两个，其中一个稳定构件位于钻架16的左侧，另一稳定构件位于钻架16的右侧，两个液压缸12被串联在同一油路中。
[0044]
工作时，移动钻架16至钻架16抵靠到岩石面20，液压缸12的活塞杆121 伸出，带动连接支撑座13、液压马达14、连接套7、水气密封套8、稳定钻杆2 和钻头3同时向前运动，将钻头3抵靠到岩石面20，由于各液压缸12被串联在同一油路中，可保证各钻头3都能准备抵靠到岩石面20上。
[0045]
当各钻头3都抵靠到岩石面20上后，液压马达14开始工作，液压马达14 的输出主轴141转动时，带动连接套7绕自身中轴线转动，从而带动稳定钻杆2 绕自身中轴线转动，实现钻头3的钻进。由于水气密封套8与连接支撑座13固定，当连接套7转动时，水气密封套8不转动。此时通过水气管10向水气孔5 供给水、气或水气混合体，用于排渣。
[0046]
钻头3在钻进的过程中，液压缸12的活塞杆121继续向前推进，直至圆锥面4的前半段进入定位孔，并将圆锥面4牢牢卡死在定位孔内，配合导向稳定座1，实现对稳定钻杆2的定位。
[0047]
当各稳定钻杆2被定位好后，共同作用可对钻架16的前端进行定位，防止钻筒17钻进时前端晃动，使钻筒17不会偏离轴向位置，有效保证钻筒17稳定地实现同轴旋转。
[0048]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。