一种用于水文地质勘探的智能钻孔设备的制作方法

1.本发明涉及水文地质勘探技术领域，具体而言，涉及一种用于水文地质勘探的智能钻孔设备。


背景技术：

2.为了解天然湖底的水文地质形成，为此需要对天然湖底的岩石进行钻探和取样检测，通过检测的结果来确定天然湖底的水位地质形成的过程。
3.目前在对湖底的岩石进行钻孔时，多通过钻杆对其钻孔后，再对湖底的岩石进行取样工作，而钻杆在对岩石进行钻孔的过程中，会产生向上的竖向力和横向力，如不对产生的横向力和竖向力抵消，会造成钻杆钻进的方向偏斜，不便后续的取样工作，且由于湖水的流动性会对钻杆冲击，会造成钻杆的平衡出现偏差，致使钻孔倾斜，对此直接取样检测，会造成检测的结果误差较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于水文地质勘探的智能钻孔设备，以解决上述背景技术中提出的钻杆在对岩石进行钻孔的过程中，会产生向上的竖向力和横向力，会造成钻杆钻进的方向偏斜，且由于湖水的流动性会对钻杆冲击，会造成钻杆的平衡出现偏差，致使钻孔倾斜，对此直接取样检测，会造成检测的结果误差较大的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于水文地质勘探的智能钻孔设备，包括有固定架，固定架的上部安装有密封壳，密封壳上设置有钻孔机构，钻孔机构用于对海底岩石钻孔并将钻孔时产生的横向力和竖向力抵消，固定架上设置有导向机构，导向机构用于对钻孔的位置进行导向，钻孔机构和导向机构配合，使钻孔机构竖直向下移动进行钻孔。
6.此外，特别优选的是，钻孔机构包括有双轴电机，双轴电机安装在密封壳内下部，双轴电机下侧的输出轴安装有扇叶，扇叶套在密封壳的外侧且与其转动连接，固定架的下部安装有固定壳，双轴电机下侧的输出轴端穿过固定壳的上侧面并与其转动连接，双轴电机下侧的输出轴端安装有第一锥齿轮，固定壳内的前后两壁均转动式安装有第二锥齿轮，两个第二锥齿轮分别与相邻的第一锥齿轮相啮合，固定壳的下部转动式安装有钻杆，钻杆的下端开设有两个出水孔，钻杆的上端安装有第三锥齿轮，第三锥齿轮位于固定壳内侧，第三锥齿轮与两个第二锥齿轮相啮合，密封壳的上部设有平衡组件，平衡组件用于抵消钻孔产生向上的力，平衡组件与双轴电机的上侧输出轴连接。
7.此外，特别优选的是，平衡组件包括有减速件，减速件安装在密封壳内的上部，减速件与双轴电机的上侧输出轴连接，减速件上安装有锥齿轮盘，密封壳的上部安装有两个对称的l形壳体，每个l形壳体的下部均通过轴杆转动式安装有第四锥齿轮，两个第四锥齿轮分别与锥齿轮盘相啮合，每个l形壳体的上部均通过轴杆转动式安装有叶轮，叶轮的轴杆和第四锥齿轮的轴杆通过锥齿轮组传动配合。
8.此外，特别优选的是，导向机构包括有导向绳，导向绳设有两个，每个导向绳上从上往下依次均设有第一安装架和第二安装架，两个第一安装架和两个第二安装架分别与固定架连接，两个第一安装架和两个第二安装架上均转动式安装有转轴，每个转轴上均安装有导向轮，每个导向轮两侧的转轴上均安装有直齿轮，相邻的直齿轮相啮合。
9.此外，特别优选的是，导向绳从上往下依次设有若干个向外的环形凸起，导向轮上圆周方向开有若干个弧形凹槽，导向轮上的弧形凹槽与导向绳上的环形凸起限位配合。
10.此外，特别优选的是，还包括有水循环组件，水循环组件包括有第五锥齿轮，第五锥齿轮安装在第一锥齿轮的下部，固定壳的中部嵌有防水壳，第五锥齿轮穿过防水壳的上侧面并与其转动连接，防水壳的两侧壁上部均安装有管道，防水壳的内顶部安装有隔板，隔板的中部转动式安装有绞龙，绞龙的两部螺旋叶片方向相反，绞龙的两部分别位于相邻的管道内，绞龙的中部安装有第六锥齿轮，第六锥齿轮位于隔板的内侧，第六锥齿轮与第五锥齿轮相啮合。
11.此外，特别优选的是，还包括有自平衡组件，自平衡组件包括有横向架，横向架设有两个，两个横向架分别连接在导向绳的下端，每个横向架的下侧面均安装有配重块，两个横向架的左右两部均安装有弧形架，每个弧形架的外部均安装有储存管，每个弧形架的下部均安装有安装壳，每个安装壳内底部均安装有驱动件，每个驱动件的输出轴上均安装有传动齿轮，每个储存管上均滑动设有活塞杆，每个活塞杆的上均安装有齿条架，同侧的活塞杆和齿条架位于相邻的安装壳内，两个齿条架分别与相邻的传动齿轮相啮合。
12.此外，特别优选的是，两个横向架和两个弧形架组合形成椭圆形，用于钻杆钻孔时的平衡。
13.此外，特别优选的是，还包括有螺旋片，螺旋片连接在钻杆的上部，螺旋片与钻杆螺旋结构连接配合，用于钻孔产生的杂物向上导出。
14.此外，特别优选的是，还包括有钻刀，钻刀安装在钻杆的下端，钻刀用于对钻孔位置定位，防止钻孔偏离。
15.本发明还提供一种用于水文地质勘探的智能钻孔方法，采用如上所述的钻孔设备，包括以下步骤：
16.首先将导向绳固定并伸入水中，随后启动双轴电机工作，通过减速件、锥齿轮盘和第四锥齿轮传动，使两个叶轮转动，且两个叶轮转动的方向相反，此时两个叶轮会通过l形壳体推动固定架向下移动，如此会使导向轮沿导向绳向下移动，且相邻的两个导向轮通过其上的直齿轮，如此使相邻的两个导向轮转动方向相反，通过导向轮和导向绳的配合，使固定架沿着导向绳稳定竖直向下，固定架向下移动带动其上的其它零件同步向下移动；当钻杆向下移动与湖底接触时，双轴电机工作的同时，使扇叶和第一锥齿轮转动，第一锥齿轮通过第二锥齿轮和第三锥齿轮传动使钻杆转动，且钻杆转动的方向与扇叶转动的方向相反，如此通过扇叶转动实现对钻杆钻孔产生的横向力抵消；通过两个叶轮转动使钻杆向下移动，由于通过减速件传动，使两个叶轮转动，实现钻杆的缓慢向下移动，此过程中，两个叶轮转动对钻杆钻孔产生的竖向力抵消；
17.当钻孔完成后，启动双轴电机工作，使两个叶轮的转动方向相反，如此使两个叶轮配合，产生向下的推力，从而实现固定架的上移，如此使钻杆移出钻孔内，当固定架移出水面后，此时关闭双轴电机，并将本发明移出放置，随后将导向绳取出即可。
18.进一步的，在使用前，首先将自平衡组件放入水中，并向下沉入水面下，此时启动驱动件工作，驱动件工作通过传动齿轮使相邻的齿条架带动活塞杆，将水抽入储存管，使两侧的储存管处于水平状态；随后关闭驱动件工作，储存管内装有水后为本发明设备向下移动提供重力，将本发明设备向下放至合适位置，通过配重块使横向架快速向下移动，到达设定的位置，随后使固定架向下移动并重复上述操作，对湖底进行钻孔工作；
19.钻孔完成后，使用者启动驱动件工作，驱动件工作通过传动齿轮使相邻的齿条架带动活塞杆，将水排出储存管内，并关闭驱动件工作，如此通过排空储存管提供浮力，从而便于本发明设备快速向上移动；
20.当本发明设备向上移出水面后，将本发明设备从水中移出即可，随后通过导向绳使取样设备沉入水底，对钻孔处进行取样，通过自平衡组件使取样的位置与钻孔的位置相同，避免取样位置偏离致使检测结果不准确。
21.与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过钻孔机构和导向机构配合，利用导向轮和导向绳的配合，实现对钻杆的方向稳定，使其始终垂直于水平面，避免湖水流动冲击钻杆，致使钻杆偏离预设位置，造成后续的检测结果误差加大，通过钻杆转动与扇叶配合，将钻杆钻孔时产生的力抵消，实现更好的对岩石钻孔工作；利用绞龙将水抽取并推入钻杆内，并通过出水孔流出，避免钻孔时产生的混水向外扩散，给水环境造成污染；利用储存管储水增加重力的同时使钻杆始终保持平衡，实现钻杆的平衡，达到始终垂直于水平面钻孔的目的，利用螺旋片与钻杆上的螺纹配合，实现将钻孔时产生的杂物向上导向排出，达到钻孔内无杂物的目的，利用钻刀实现对钻孔位置的预定位，避免钻孔时偏斜。
附图说明
22.图1为本发明的立体结构示意图。
23.图2为本发明的剖视立体结构示意图。
24.图3为本发明钻孔机构的立体结构示意图。
25.图4为本发明导向机构的立体结构示意图。
26.图5为本发明水循环组件的立体结构示意图。
27.图6为本发明平衡组件的立体结构示意图。
28.图7为本发明平衡组件的部分立体结构示意图。
29.其中：1-固定架，2-密封壳，3-钻孔机构，301-双轴电机，302-扇叶，303-固定壳，304-第一锥齿轮，3041-第二锥齿轮，305-钻杆，3051-出水孔，306-第三锥齿轮，307-减速件，308-锥齿轮盘，309-l形壳体，310-第四锥齿轮，311-叶轮，4-导向机构，401-导向绳，402-第一安装架，403-第二安装架，404-转轴，405-导向轮，406-直齿轮，5-水循环组件，501-第五锥齿轮，502-防水壳，503-管道，504-隔板，505-绞龙，506-第六锥齿轮，6-自平衡组件，601-横向架，602-配重块，603-弧形架，604-储存管，605-安装壳，606-驱动件，607-传动齿轮，608-活塞杆，609-齿条架，7-螺旋片，8-钻刀。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述
的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
31.实施例1
32.一种用于水文地质勘探的智能钻孔设备，如图1-图4所示，包括有固定架1，固定架1的上部通过螺栓安装有密封壳2，且密封壳2与固定架1之间设有用于防水的密封垫，密封壳2呈开口朝向上的圆柱形筒状结构，密封壳2上设置有用于对海底岩石钻孔并将钻孔时产生的横向力和竖向力抵消的钻孔机构3，固定架1上设置有用于对钻孔的位置进行导向的导向机构4，钻孔机构3和导向机构4配合，使钻孔机构3竖直向下移动进行钻孔。
33.如图1-图4所示，钻孔机构3包括有双轴电机301，双轴电机301安装在密封壳2内下部，双轴电机301下侧的输出轴安装有扇叶302，扇叶302套在密封壳2的外侧且与其转动连接，扇叶302转动用于将钻孔产生的横向力抵消，避免钻孔时产生的力使固定架1的上部晃动，致使钻孔偏离，固定架1的下部通过螺栓安装有固定壳303，双轴电机301下侧的输出轴端穿过固定壳303的上侧面并与其转动连接，双轴电机301下侧的输出轴端安装有第一锥齿轮304，固定壳303内的前后两壁均转动式安装有与相邻的第一锥齿轮304相啮合的第二锥齿轮3041，固定壳303的下部转动式安装有钻杆305，双轴电机301启动使钻杆305转动用于对海底岩石进行钻孔工作，钻杆305的下端开设有两个出水孔3051，钻杆305的上端安装有与两个第二锥齿轮3041相啮合第三锥齿轮306，且第三锥齿轮306位于固定壳303内侧，密封壳2的上部设有平衡组件，平衡组件用于抵消钻孔产生向上的力，平衡组件与双轴电机301的上侧输出轴连接。
34.如图3所示，平衡组件包括有减速件307，减速件307安装在密封壳2内的上部且与双轴电机301的上侧输出轴固接，减速件307为多齿轮传动实现减速，减速件307上安装有锥齿轮盘308，密封壳2的上部安装有两个对称的l形壳体309，每个l形壳体309的下部均通过轴杆转动式安装有与锥齿轮盘308相啮合的第四锥齿轮310，每个l形壳体309的上部均通过轴杆转动式安装有叶轮311，两个叶轮311转动的方向相反，使其产生向下或向上的推力，为固定架1向上或向下移动提供动力，叶轮311的轴杆和第四锥齿轮310的轴杆通过锥齿轮组传动配合。
35.如图4所示，导向机构4包括有导向绳401，导向绳401设有两个，每个导向绳401上从上往下依次均设有第一安装架402和第二安装架403，两个第一安装架402和两个第二安装架403分别与固定架1连接，导向绳401从上往下依次设有若干个向外的环形凸起，两个第一安装架402和两个第二安装架403上均转动式安装有转轴404，每个转轴404上均安装有导向轮405，导向轮405上圆周方向开有若干个弧形凹槽，导向轮405上的弧形凹槽与导向绳401上的环形凸起限位配合，通过相邻的两个导向轮405与导向绳401配合，实现固定架1的竖直向上或竖直向下移动，防止移动过程中倾斜，每个导向轮405两侧的转轴404上均安装有直齿轮406，相邻的直齿轮406相啮合。
36.使用本发明对湖底岩石钻孔时，首先将导向绳401固定并伸入水中，随后启动双轴电机301工作，通过减速件307、锥齿轮盘308和第四锥齿轮310传动，使两个叶轮311转动，且两个叶轮311转动的方向相反，此时两个叶轮311会通过l形壳体309推动固定架1向下移动，如此会使导向轮405沿导向绳401向下移动，且相邻的两个导向轮405通过其上的直齿轮406，如此使相邻的两个导向轮405转动方向相反，通过导向轮405和导向绳401的配合，使固定架1沿着导向绳401稳定竖直向下，固定架1向下移动带动其上的其它零件同步向下移动，
当钻杆305向下移动与湖底接触时，双轴电机301工作的同时，使扇叶302和第一锥齿轮304转动，第一锥齿轮304通过第二锥齿轮3041和第三锥齿轮306传动使钻杆305转动，且钻杆305转动的方向与扇叶302转动的方向相反，如此通过扇叶302转动实现对钻杆305钻孔产生的横向力抵消，通过两个叶轮311转动使钻杆305向下移动，由于通过减速件307传动，使两个叶轮311转动，实现钻杆305的缓慢向下移动，此过程中，两个叶轮311转动对钻杆305钻孔产生的竖向力抵消，达到更好的钻孔目的，当钻孔完成后，启动双轴电机301工作，使两个叶轮311的转动方向相反，如此使两个叶轮311配合，产生向下的推力，从而实现固定架1的上移，如此使钻杆305移出钻孔内，当固定架1移出水面后，此时关闭双轴电机301，并将本发明移出放置，随后将导向绳401取出即可。
37.实施例2
38.在实施例1的基础之上，如图3和图5所示，还包括有水循环组件5，水循环组件5包括有第五锥齿轮501，第五锥齿轮501安装在第一锥齿轮304的下部，固定壳303的中部嵌有防水壳502，第五锥齿轮501穿过防水壳502的上侧面并与其转动连接，防水壳502的两侧壁上部均安装有用于进水的管道503，防水壳502的内顶部安装有隔板504，隔板504的中部转动式安装有绞龙505，且其两部分别位于相邻的管道503内侧，绞龙505的两部螺旋叶片方向相反，在钻孔的过程中，第一锥齿轮304转动通过第五锥齿轮501和第六锥齿轮506的传动，使绞龙505转动，绞龙505转动与管道503配合，将水抽入防水壳502内，防水壳502内的水随之流入钻杆305内并通过出水孔3051排出，排出的水随之向上流动，此时再次通过绞龙505的转动对其进行抽取，实现钻孔时的水循环，达到减少钻杆305摩擦力的目的，绞龙505的中部安装有与第五锥齿轮501相啮合的第六锥齿轮506，且第六锥齿轮506位于隔板504的内侧。
39.实施例3
40.在实施例2的基础之上，如图6和图7所示，还包括有自平衡组件6，自平衡组件6包括有横向架601，横向架601设有两个，两个横向架601分别通过螺栓连接在导向绳401的下端，每个横向架601的下侧面均安装有配重块602，两个横向架601的左右两部均安装有弧形架603，两个横向架601和两个弧形架603组合形成椭圆形，为钻杆305提供水平支撑，实现钻杆305的竖直钻孔，每个弧形架603的外部均安装有用于存水的储存管604，每个弧形架603的下部均安装有安装壳605，每个安装壳605内底部均安装有驱动件606，驱动件606采用伺服电机，每个驱动件606的输出轴上均安装有传动齿轮607，每个储存管604上均滑动设有活塞杆608，每个活塞杆608的上均安装有与相邻的传动齿轮607相啮合的齿条架609，同侧的活塞杆608和齿条架609位于相邻的安装壳605内，活塞杆608移动将水抽入或排出储存管604，使钻杆305始终垂直于水平面。
41.在使用前，首先将自平衡组件6放入水中，并向下沉入水面下，此时启动驱动件606工作，驱动件606工作通过传动齿轮607使相邻的齿条架609带动活塞杆608，将水抽入储存管604，使两侧的储存管604处于水平状态，随后关闭驱动件606工作，储存管604内装有水后为本发明向下移动提供重力，将本发明向下放至合适位置，通过配重块602使横向架601快速向下移动，到达设定的位置，随后使固定架1向下移动并重复上述操作，对湖底进行钻孔工作，钻孔完成后，使用者启动驱动件606工作，驱动件606工作通过传动齿轮607使相邻的齿条架609带动活塞杆608，将水排出储存管604内，并关闭驱动件606工作，如此通过排空储
存管604提供浮力，从而便于本发明快速向上移动，当本发明向上移出水面后，将本发明从水中移出即可，随后通过导向绳401使取样设备沉入水底，对钻孔处进行取样，通过自平衡组件6使取样的位置与钻孔的位置相同，避免取样位置偏离致使检测结果不准确。
42.实施例4
43.在实施例2的基础之上，如图5所示，还包括有螺旋片7，螺旋片7连接在钻杆305的上部，螺旋片7与钻杆305螺旋结构连接配合，实现将钻孔时产生的杂物向上导向排出，方便后续对钻孔内的岩石进行取样工作，避免钻孔内存有杂物。
44.如图5所示，还包括有钻刀8，钻刀8安装在钻杆305的下端，钻刀8用于对钻孔位置的预定位，防止钻孔偏斜。
45.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。