CN107702941A - 一种手持超声波钻机 - Google Patents
一种手持超声波钻机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107702941A CN107702941A CN201711086624.XA CN201711086624A CN107702941A CN 107702941 A CN107702941 A CN 107702941A CN 201711086624 A CN201711086624 A CN 201711086624A CN 107702941 A CN107702941 A CN 107702941A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hand
- rig
- held ultrasound
- slip ring
- conducting slip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 230000002463 transducing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 13
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000686 essence Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/04—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
- G01N1/08—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting involving an extracting tool, e.g. core bit
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明属于勘探工具领域，公开了一种手持超声波钻机，电机的转轴通过联轴器与输出轴连接，输出轴上固定导电滑环，导电滑环的端面与碳刷电接触滑动连接，输出轴的末端与超声波换能器上的法兰盘连接，控制开关控制电机的转速和超声波换能器的频率。本发明采用的是高频率(20000Hz以上)振动联合回转的方式进行钻进取样，将超声波换能器产生的高频振动力作用于钻头，使钻头以切削、剪切、断裂的方式钻进地层中，同时利用换能器的振动频率与岩石的固有频率接近，实现共振钻进。超声波手持钻机能够在较小的钻压下获得较高的机械钻速，可极大地提高在中硬岩中的钻进效率，降低了作业人员的劳动强度，降低工作成本。
Description
技术领域
本发明属于勘探工具领域，尤其涉及一种手持超声波钻机。
背景技术
手持钻机是适用于山岭、交通和能源等不便地区的一种小型轻便化取样钻孔设备。采用该钻机取样可代替传统的人工挖掘、槽探及井探等取样手段，具有操作简单、便捷、高效、植被破坏少的优点而一直被广泛应用。
超声辅助加工技术是应用于工业领域的一种非常有效的特种加工方法，特别适合于加工玻璃、陶瓷、石英、金刚石、硅等各种硬脆材料，并已得到了广泛应用。将超声加工和传统的切削加工结合形成的超声辅助加工技术，可以有效降低切削力，降低切削热，提高加工质量，减小刀具磨损，提高加工效率。
综上所述，国内手持钻机钻进效率较低，对于具有超声振动功能的手持式超声波钻机的研发基本属于空白，且超声辅助加工技术日趋完善，现代化钻机朝着安全、轻便、高效的方向发展，故现有技术有待改进和发展，一种手持式超声波钻机的研发势在必行。但在使用手持钻机进行钻孔过程中，一直存在以下问题：
1、常规钻进过程中，在中、硬岩地层钻进时需提供较大的钻压，作业人员需要用大力按压手持钻机，人工难以施加所需的压力，工作效率低下；
2、常规钻进过程中，常伴随着钻孔倾斜等问题，对于岩心质量影响较大，影响了岩样的原状性；
3、常规钻进过程中，由于岩石耐磨性较高，钻头磨损快，导致了钻进成本较大。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种手持超声波钻机。
本发明是这样实现的，一种手持超声波钻机设置有上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖通过螺栓固定在外壳上，电机通过螺栓固定在外壳内部，电机的转轴通过联轴器与输出轴连接，输出轴上固定导电滑环，导电滑环的端面与碳刷电接触滑动连接，导电滑环和输出轴之间固定绝缘环，输出轴的末端与超声波换能器上的法兰盘连接，
控制开关上输出端通过导线和电机相连接，控制开关的下输出端与碳刷用导线连接，碳刷和导电滑环的端面电接触滑动连接，用穿过输出轴上孔的导线将导电滑环与超声波换能器连接。调节控制开关，使换能器的振动频率与岩石的固有频率相接近，利用共振机理达到快速钻进目的。保留传统手持钻机供给钻井液的方式，利用超声波空化效应在固体和液体表面上所产生的高速微射流，能够除去或削弱边界岩层,加速钻取岩样进程。
振碎岩换能器频率与岩石固有频率相等时，产生共振；超声波空化效应，液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程为超声波空化现象。
进一步，所述输出轴通过第一轴承和第二轴承固定安装在外壳上。
进一步，所述法兰盘下端连接变幅杆，变幅杆和传振杆固定连接，传振杆通过推力轴承固定在外壳上，传振杆末端安装取心钻杆和取心钻头。
进一步，所述控制开关通过导线和电源插头相连，控制开关安装在钻机外壳上。
进一步，所述换能器为复合压电陶瓷换能器。
进一步，所述外壳的两端对称焊接有手柄。
进一步，所述控制开关既可以调节电机的转速又可以调节超声波换能器的频率。
本发明的优点及积极效果为：
1、本发明采用的是高频率(20000Hz以上)振动联合回转的方式进行钻进取样，将超声波换能器产生的高频振动力作用于钻头，使钻头以切削、剪切、断裂的方式钻进地层中，利用换能器的振动频率与岩石的固有频率接近，实现共振钻进。同时利用超声波空化作用使钻进变得非常容易。超声波手持钻机能够在较小的钻压下获得较高的机械钻速，可极大地提高在中硬岩中的钻进效率，降低了作业人员的劳动强度。
2、在钻进过程中对地层扰动小，保证采集到原状岩样。
3、延长钻头使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的手持超声波钻机的结构示意图；
图中：1、外壳；2、电机；3、联轴器；4、第一轴承；5、第二轴承；6、绝缘环；7、超声波换能器；8、法兰盘；9、变幅杆；10、推力轴承；11、传振杆；12、取心钻杆；13、钻头；14、上端盖；15、转轴；16、手柄；17、控制开关；18、输出轴；19、碳刷；20、导电滑环；21、导线；22、下端盖；23、电源插头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图1及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
手持超声波钻机设置有上端盖14和下端盖22，所述上端盖14和下端盖22通过螺栓固定在外壳1上，电机2通过螺栓固定在外壳1内部，电机2的转轴15通过联轴器3与输出轴18连接，输出轴18上固定导电滑环20，导电滑环20的端面与碳刷19电接触滑动连接，导电滑环20和输出轴18之间固定绝缘环6，输出轴18的末端与超声波换能器7上的法兰盘8连接，
控制开关17上输出端通过导线21和电机2相连接，控制开关17的下输出端与碳刷19用导线21连接，碳刷19和导电滑环20的端面电接触滑动连接，用穿过输出轴18上孔的导线21将导电滑环20与超声波换能器7连接。
作为本发明的优选实施例，所述输出轴18通过第一轴承4和第二轴承5固定安装在外壳1上。
作为本发明的优选实施例，所述法兰盘8下端连接变幅杆9，变幅杆9和传振杆11固定连接，传振杆11通过推力轴承10固定在外壳1上，传振杆11末端安装取心钻杆12和取心钻头13。
作为本发明的优选实施例，所述控制开关17通过导线21和电源插头23相连，控制开关17安装在钻机外壳1上。
作为本发明的优选实施例，所述换能器为复合压电陶瓷换能器。
作为本发明的优选实施例，所述外壳1的两端对称焊接有手柄16。
作为本发明的优选实施例，所述控制开关17既可以调节电机2的转速又可以调节超声波换能器7的频率。换能器7频率与岩石固有频率相等时，产生共振，能够更好的碎岩。
利用超声波振动结合回转运动的方式钻取岩样。超声波振动器产生20000Hz以上的振动频率，当振动频率与地层的自然谐振频率吻合时，能把极大的能量直接传递给钻头13。高频振动作用使钻头13以切削、剪切、断裂的方式钻进地层中，甚至还会引起周围土粒液化，同时利用超声波空化作用使钻进变得非常容易。相对于普通的手持钻机，尤其是在钻进中、硬岩地层时，超声波手持钻机在较小的钻压下便能够获得较高的机械钻速。超声波钻进施工技术具有安全性好、钻进效率高、劳动强度低、地层扰动性小、钻头13寿命长等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种手持超声波钻机，其特征在于，该手持超声波钻机设置有上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖通过螺栓固定在外壳上，电机通过螺栓固定在外壳内部支架上，电机的转轴通过联轴器与输出轴连接，输出轴上固定导电滑环，导电滑环的端面与碳刷电接触滑动连接，导电滑环和输出轴之间固定绝缘环，输出轴的末端与超声波换能器上的法兰盘连接；
控制开关上输出端通过导线和电机相连接，控制开关的下输出端与碳刷用导线连接，碳刷和导电滑环的端面电接触滑动连接，用穿过输出轴上孔的导线将导电滑环与超声波换能器连接。
2.如权利要求1所述的手持超声波钻机，其特征在于，所述输出轴通过第一轴承和第二轴承固定安装在外壳上。
3.如权利要求1所述的手持超声波钻机，其特征在于，所述法兰盘下端连接变幅杆，变幅杆和传振杆固定连接，传振杆通过推力轴承固定在外壳上，传振杆末端安装取心钻杆和取心钻头。
4.如权利要求1所述的手持超声波钻机，其特征在于，所述控制开关通过导线和电源插头相连，控制开关安装在钻机外壳上。
5.如权利要求1所述的手持超声波钻机，其特征在于，所述换能器为复合压电陶瓷换能器。
6.如权利要求1所述的手持超声波钻机，其特征在于，所述外壳的两端对称焊接有手柄。
7.如权利要求1所述的手持超声波钻机，其特征在于，所述控制开关既可以控制电机的转速又可以调节超声波换能器的频率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711086624.XA CN107702941A (zh) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | 一种手持超声波钻机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711086624.XA CN107702941A (zh) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | 一种手持超声波钻机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107702941A true CN107702941A (zh) | 2018-02-16 |
Family
ID=61178672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711086624.XA Pending CN107702941A (zh) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | 一种手持超声波钻机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107702941A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108672766A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-10-19 | 南京航空航天大学 | 便携式振动辅助钻孔装置及制孔方法与加工信号检测方法 |
| CN108982147A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-11 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于空间凸轮机构的柱塞式振动回转取样钻机 |
| CN109129681A (zh) * | 2018-07-27 | 2019-01-04 | 武汉理工大学 | Frp罐体开孔装置 |
| CN110514475A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-11-29 | 吉林大学 | 一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取*** |
| CN111485884A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种多级伸缩钻取采样装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202964721U (zh) * | 2012-12-12 | 2013-06-05 | 华南农业大学 | 具有轴向振动旋转刀具的果蔬糕食品超声切割装置 |
| CN104400063A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 大连理工大学 | 一种手持式超声电钻 |
| CN205297317U (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-08 | 吉林大学 | 一种超声波振动碎岩实验装置 |
| CN206316006U (zh) * | 2016-12-28 | 2017-07-11 | 西安石油大学 | 一种复合振动变幅杆 |
| CN107096929A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-08-29 | 杭州精瑞科技有限公司 | 超声波电主轴 |
| CN207318144U (zh) * | 2017-11-07 | 2018-05-04 | 吉林大学 | 一种手持超声波钻机 |
-
2017
- 2017-11-07 CN CN201711086624.XA patent/CN107702941A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202964721U (zh) * | 2012-12-12 | 2013-06-05 | 华南农业大学 | 具有轴向振动旋转刀具的果蔬糕食品超声切割装置 |
| CN104400063A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 大连理工大学 | 一种手持式超声电钻 |
| CN205297317U (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-08 | 吉林大学 | 一种超声波振动碎岩实验装置 |
| CN206316006U (zh) * | 2016-12-28 | 2017-07-11 | 西安石油大学 | 一种复合振动变幅杆 |
| CN107096929A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-08-29 | 杭州精瑞科技有限公司 | 超声波电主轴 |
| CN207318144U (zh) * | 2017-11-07 | 2018-05-04 | 吉林大学 | 一种手持超声波钻机 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108672766A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-10-19 | 南京航空航天大学 | 便携式振动辅助钻孔装置及制孔方法与加工信号检测方法 |
| CN109129681A (zh) * | 2018-07-27 | 2019-01-04 | 武汉理工大学 | Frp罐体开孔装置 |
| CN108982147A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-11 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于空间凸轮机构的柱塞式振动回转取样钻机 |
| CN108982147B (zh) * | 2018-08-06 | 2024-02-27 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于空间凸轮机构的柱塞式振动回转取样钻机 |
| CN110514475A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-11-29 | 吉林大学 | 一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取*** |
| CN110514475B (zh) * | 2019-10-14 | 2024-01-19 | 吉林大学 | 一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取*** |
| CN111485884A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种多级伸缩钻取采样装置 |
| CN111485884B (zh) * | 2020-03-31 | 2021-05-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种多级伸缩钻取采样装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107702941A (zh) | 一种手持超声波钻机 | |
| CN107503687B (zh) | 一种全电动超声波钻机及钻进方法 | |
| US6968910B2 (en) | Ultrasonic/sonic mechanism of deep drilling (USMOD) | |
| CN105464588B (zh) | 一种超声波振动碎岩实验装置及实验方法 | |
| CN204402349U (zh) | 旋挖桩机孔底液压高频潜孔破岩钻 | |
| EP2649265B1 (en) | Resonance enhanced rotary drilling module | |
| CN102287137A (zh) | 自激共振钻井装置及其钻井方法 | |
| CN103982131B (zh) | 一种可调频超声波共振凿岩机及使用方法 | |
| CN108278078B (zh) | 超声波高频冲击钻井装置 | |
| CN205618089U (zh) | 一种超声波振动旋挖钻头 | |
| KR20090024787A (ko) | 공진이 향상된 드릴링 장치 및 방법 | |
| CN1995686A (zh) | 脉动冲击钻井工具 | |
| WO2016101387A1 (zh) | 扰动破岩钻具及扰动破岩钻井方法 | |
| CN207318144U (zh) | 一种手持超声波钻机 | |
| CN110145234A (zh) | 一种微型超声波振动回转钻进实验装置及实验方法 | |
| CN104653107B (zh) | 利用液体空化效应的辅助碎岩装置及方法 | |
| CN104863496B (zh) | 旋挖桩机孔底液压高频潜孔破岩钻 | |
| CN205558803U (zh) | 一种地质勘察钻探装置 | |
| CN106639864A (zh) | 一种振动冲击短节 | |
| CN107237628B (zh) | 一种振动式土壤采样器 | |
| CN203614029U (zh) | 一种涡轮扭转冲击发生器 | |
| CN102435459A (zh) | 便携式地表浅层取样器 | |
| CN205315007U (zh) | 一种带有超声波振动器的tbm高效碎岩刀盘 | |
| CN103774993B (zh) | 一种压电陶瓷式声波钻头 | |
| CN105507804B (zh) | 一种超声波振动绳索取心钻具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180216 |