CN111206925B - 定向钻探***及定向钻探方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定向钻探***及定向钻探方法，其包括机架、取样组件和若干滚轮，取样组件包括安装架、升降件、伺服电机和取样杆，安装架上转动连接有若干转动杆，所有转动杆的底部均设有钻头，所有钻头上均设有容纳腔和卡接组件；机架上设有联动组件、若干脱离件、若干限位件和若干带动件。在取样过程中，先通过伺服电机带动取样杆旋转，再通过升降件带动安装架下降，然后卡接组件将运动抵触于脱离件，钻头将被固定在地底，取样杆将旋转深入到地底内进行土质取样。当取样完成后，先通过伺服电机带动取样杆反向转动，再通过升降件带动安装架上升，取样杆将从地底转出，从而完成了土质的取样。本发明提高了取样效率。

Description

定向钻探***及定向钻探方法

技术领域

本发明涉及地质勘测的技术领域，尤其是涉及定向钻探***及定向钻探方法。

背景技术

在地质勘探过程中，需要对土质进行取样分析，现有的取样装置结构死板，功能单一，不便于地质勘测使用。

通过检索，中国专利公告号CN109060416A公开了一种地质勘探用钻探取样装置，包括升降机构和固定机构，固定机构的上方设有升降机构，固定机构由第一支撑底板、万向轮、第二支撑底板、取样孔、限位滑杆、缓冲弹簧、限位插销、第一固定板、第二固定板、固定顶板、配重铁、固定滑槽、第一电动伸缩杆、固定滑块、升降滑块等组成，本发明结构紧凑，便于地质勘测使用，通过设置了固定电机和固定钻头，在土壤取样时，便于通过固定钻头将取样装置进行固定，方便快捷，增加了取样装置工作时的稳定性，通过设置了配重铁和第二电动伸缩杆，通过在配重铁的作用下，取样时无需人工施加压力，实现自动取样，降低了工人的劳动强度，大大增加了土壤取样的工作效率。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在取样过程中，需要先通过第一电动伸缩杆和固定电机带动固定钻头钻入到地底，从而对本装置进行固定；然后再通过第二电动伸缩杆和伺服电机带动取样杆深入到地底进行取样。故土质的取样需要工人依次操作四组固定电机、四组第一电动伸缩杆、伺服电机和第二电动伸缩杆，操作较为麻烦，因此需要改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供定向钻探***，提高了取样效率。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：定向钻探***，包括机架、取样组件和若干设于机架底部的滚轮，取样组件包括安装架、设于机架上并用于带动安装架升降的升降件、固定在安装架底部的伺服电机和连接于伺服电机输出轴的取样杆，安装架上转动连接有若干绕取样杆呈周向设置的转动杆，所有转动杆的底部均设有钻头，所有钻头上均设有供转动杆转动嵌设并供转动杆沿竖直方向滑动的容纳腔和用于将转动杆卡接固定的卡接组件；机架上设有带动所有转动杆与取样杆同步转动的联动组件、若干供卡接组件运动抵触从而促使卡接组件取消对转动杆卡接状态的脱离件、若干避免转动杆脱离于容纳腔的限位件和若干带动脱离于脱离件的卡接组件将转动杆卡接固定的带动件。

通过采用上述技术方案，在取样过程中，先通过伺服电机带动取样杆旋转，在联动组件的作用下，转动杆与钻头也将同步转动；再通过升降件带动安装架下降，使得钻头钻入到地底内，保证了机架和取样杆的稳定性；然后卡接组件将运动抵触于脱离件，脱离件将促使卡接件取消对转动杆的卡接固定，此时钻头将被固定在地底，而无需继续向下深入；转动杆将在容纳腔内转动下降，转动杆侧壁与容纳腔腔壁之间的摩擦力将继续保证机架和取样杆的稳定性；之后取样杆将旋转深入到地底内进行土质取样。

当取样完成后，先通过伺服电机带动取样杆反向转动，再通过升降件带动安装架上升，取样杆将从地底转出，从而完成了土质的取样；随后，转动杆将继续在容纳腔内上升，在限位件的作用下，转动杆将带动钻头上升使得卡接组件脱离于脱离件，此时带动件将带动卡接组件将转动杆卡接固定，然后钻头将被转动杆带动转动并从地底转出。因此，仅需控制伺服电机和升降件即可完成土质的取样，从而提高了取样效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述卡接组件包括若干周向开设在钻头侧壁上的贯穿槽、若干滑动嵌设在对应贯穿槽内的卡接件、若干周向开设在转动杆侧壁上的卡接槽和推动所有卡接件均卡接在对应卡接槽内的推动件，所有贯穿槽均连通于容纳腔。

通过采用上述技术方案，推动件将推动所有卡接件均卡接在对应的卡接槽内，从而将转动杆卡接固定在钻头上，保证了钻头和转动杆的同步转动。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述推动件为滑动套设在钻头外的推动环，推动环朝向卡接件的一端设有朝钻头轴线倾斜的推动面，所有卡接件均从卡接槽内穿出并抵触于推动面。

通过采用上述技术方案，滑动推动环使得推动面压紧于所有卡接件，即可促使所有卡接件均卡接在对应的卡接槽内，从而方便将转动杆卡接固定在钻头上。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述脱离件设于推动环的下方，推动面倾斜朝下。

通过采用上述技术方案，在安装架的下降过程中，推动环的下端将抵紧于脱离件，使得推动环无法与钻头同步下降，故推动面将脱离于卡接件，使得卡接件脱离于卡接槽，从而取消了卡接组件对转动杆的卡接固定。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述带动件为弹簧，弹簧的两端分别固定连接于推动环和钻头。

通过采用上述技术方案，当推动环的下端抵紧于脱离件后，弹簧将被压缩并促使推动面脱离于卡接件，从而取消了卡接组件对转动杆的卡接固定；当转动杆带动钻头上升后，弹簧将回复至自然状态并促使推动面将所有卡接件均推入到对应的卡接槽内，从而再次将转动杆卡接固定在钻头上，以便钻头从地底转出。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述容纳腔包括连通于贯穿槽的第一圆腔和连通于第一圆腔并位于第一圆腔下方的第二圆腔，第一圆腔的腔口面积小于第二圆腔的腔口面积，限位件为固定在转动杆上并转动嵌设在第二圆腔内的限位盘；当限位盘抵触于第二圆腔的顶部腔壁时，卡接槽将对应于贯穿槽。

通过采用上述技术方案，当安装架上升使得限位盘抵触于第二圆腔的顶部腔壁时，卡接槽将对应于贯穿槽，随后限位盘将带动钻头上升并促使弹簧回复至自然状态，弹簧将带动推动环下滑使得卡接件卡入到卡接槽内，此时钻头将被转动杆带动转动并从地底转出。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述转动杆共设有四组，联动组件包括固定套设在伺服电机输出轴外的主动皮带轮和四组固定套设在对应转动杆外的从动皮带轮，主动皮带轮和其中两组从动皮带轮上套设有同步皮带，主动皮带轮和另外两组从动皮带轮上也套设有同步皮带。

通过采用上述技术方案，在同步皮带的作用下，所有转动杆和钻头均将与取样杆同步同向转动，使得四组钻头能够同步钻入到地底内，从而提高了取样效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述机架上固定有两组供对应的同步皮带套设的竖杆，竖杆包括从上至下依次设置的大直径部、渐变部和小直径部，大直径部的直径大于小直径部的直径，渐变部呈倒圆台状设置；当卡接组件抵触于脱离件后，同步皮带将抵触于渐变部。

通过采用上述技术方案，当卡接组件抵触于脱离件后，卡接组件将取消对转动杆的卡接固定，转动杆将在容纳腔内转动下降；然后同步皮带将经过渐变部运动至小直径部，使得同步皮带松弛，转动杆将停止转动，从而减小了转动杆对容纳腔腔壁的磨损。当取样完成后，安装架带动取样杆上升，同步皮带将经过渐变部运动至大直径部，此时同步皮带将张紧，转动杆将在容纳腔内转动，从而能够带动钻头从地底转出。

本发明的另一目的是提供定向钻探方法，提高了取样效率。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：定向钻探方法，包括以下步骤：

S1、先将机架推动至指定的位置，再通过伺服电机带动取样杆转动，并通过升降件带动安装架、取样杆、转动杆和钻头同步下降；

S2、通过同步皮带的联动促使转动杆和钻头转动，使得钻头旋转钻入到地底内；

S3、当推动环下降抵紧于脱离件后，弹簧将被压缩并促使推动面脱离于卡接件，然后卡接件将脱离于卡接槽，使得转动杆在容纳腔内转动下降；

S4、当同步皮带经过渐变部运动至小直径部后，同步皮带将松弛，使得转动杆停止转动并继续下降；

S5、取样杆将旋转深入到地底内进行土质取样；

S6、通过升降件带动安装架上升，并通过伺服电机带动取样杆反向转动；

S7、带有土质的取样杆将从地底转出，随后同步皮带经过渐变部运动至大直径部，此时同步皮带将张紧，并促使转动杆在容纳腔内转动；

S8、当限位盘上升抵紧于第二圆腔的顶部腔壁后，卡接槽将对应于贯穿槽，然后限位盘将带动钻头上升并促使弹簧回复至自然状态，弹簧将带动推动环下滑使得卡接件卡入到卡接槽内；

S9、之后钻头将被转动杆带动转动并从地底转出，升降件带动安装架上升复位。

综上所述，本发明包括以下有益技术效果：

1.转动杆、钻头、卡接组件、联动组件、脱离件、限位件和带动件的设置，仅需控制伺服电机和升降件即可完成土质的取样，从而提高了取样效率；

2.同步皮带的设置，使得四组钻头能够同步钻入到地底内，从而提高了取样效率；

3.竖杆的设置，减小了转动杆对容纳腔腔壁的磨损，并便于转动杆带动钻头从地底转出。

附图说明

图1是本发明实施例中整体结构示意图；

图2是本发明实施例中表示联动组件和竖杆的结构示意图；

图3是本发明实施例中表示卡接组件的剖视结构示意图。

附图标记：1、机架；11、滚轮；12、配重铁；13、钻孔；2、取样组件；21、安装架；22、电缸；23、伺服电机；24、取样杆；25、联轴器；3、钻头；31、转动杆；32、容纳腔；321、第一圆腔；322、第二圆腔；33、限位盘；4、联动组件；41、主动皮带轮；42、从动皮带轮；43、同步皮带；5、卡接组件；51、贯穿槽；52、卡接件；53、卡接槽；54、推动环；541、推动面；55、弹簧；6、脱离件；7、竖杆；71、大直径部；72、渐变部；73、小直径部。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：如图1所示，定向钻探***，包括机架1、取样组件2和若干安装在机架1底部的滚轮11，取样组件2包括安装架21、升降件、伺服电机23和取样杆24；升降件为沿竖直方向延伸的电缸22并固定在机架1上，电缸22的活塞杆固定连接于安装架21的上表面；伺服电机23固定在安装架21底部；取样杆24通过联轴器25连接于伺服电机23的输出轴；机架1的两侧均安装有配重铁12。

如图1所示，安装架21上转动连接有若干绕取样杆24呈周向设置的转动杆31，在本实施例中转动杆31的数量为四组；所有转动杆31的底部均设有钻头3，机架1上开设有四组供钻孔13转动嵌设的钻孔13。

如图1和图2所示，机架1上设有联动组件4，联动组件4包括固定套设在伺服电机23输出轴外的主动皮带轮41和四组固定套设在对应转动杆31外的从动皮带轮42，主动皮带轮41和其中两组从动皮带轮42上套设有同步皮带43，主动皮带轮41和另外两组从动皮带轮42上也套设有同步皮带43。在同步皮带43的作用下，所有转动杆31和钻头3均将与取样杆24同步同向转动，使得四组钻头3能够同步钻入到地底内，方便将机架1固定。

如图3所示，所有钻头3上均设有容纳腔32和卡接组件5，转动杆31转动嵌设在容纳腔32内并能够在容纳腔32内上下滑动；卡接组件5包括若干周向开设在钻头3侧壁上的贯穿槽51，在本实施例中贯穿槽51的数量为四组，所有贯穿槽51均连通于容纳腔32；所有贯穿槽51内均滑动嵌设有卡接件52，所有卡接件52均呈球状设置；所有转动杆31的侧壁上均周向开设有四组卡接槽53，供对应的卡接件52卡入。

如图3所示，所有钻头3外均设有推动件和带动件，推动件为滑动套设在钻头3外的推动环54，推动环54位于卡接件52的上方，推动环54的下端设有朝钻头3轴线倾斜的推动面541，所有卡接件52均从卡接槽53内穿出并抵触于推动面541；带动件为弹簧55并在钻头3上设有多组，弹簧55的两端分别固定连接于推动环54的端部和钻头3的侧壁。当弹簧55处于自然状态时，推动面541将抵紧于所有卡接件52并促使所有卡接件52均卡入到对应的卡接槽53内，从而将转动杆31卡接固定在钻头3上，保证了转动杆31和钻头3的同步转动。

如图1和图3所示，所有推动环54的下方均设有固定在机架1上的脱离件6，脱离件6呈“L”形的块状设置。当通过电缸22带动安装架21下降后，推动环54的下端将抵紧于脱离件6，弹簧55将被压缩并促使推动面541脱离于卡接件52，使得卡接件52脱离于卡接槽53；此时钻头3将被固定在地底，而无需继续向下深入，转动杆31将在容纳腔32内转动下降。

如图3所示，容纳腔32包括连通于贯穿槽51的第一圆腔321和连通于第一圆腔321并位于第一圆腔321下方的第二圆腔322，第一圆腔321的腔口面积小于第二圆腔322的腔口面积；第二圆腔322内转动嵌设有限位件，限位件为固定在转动杆31底部的限位盘33。当转动杆31将在容纳腔32内转动下降时，转动杆31侧壁与第一圆腔321腔壁之间的摩擦力、限位盘33侧壁和第二容纳腔32腔壁之间的摩擦力将继续保证机架1和取样杆24的稳定性。

如图1和图3所示，当电缸22带动安装架21上升，使得限位盘33抵触于第二圆腔322的顶部腔壁时，卡接槽53将对应于贯穿槽51；随后限位盘33将带动钻头3上升并促使弹簧55回复至自然状态，弹簧55将带动推动环54下滑使得卡接件52卡入到卡接槽53内，此时钻头3将被转动杆31带动转动并从地底转出，从而便于机架1的继续移动。

如图1、图2和图3所示，机架1上固定有两组供对应的同步皮带43套设的竖杆7，竖杆7包括从上至下依次设置的大直径部71、渐变部72和小直径部73，大直径部71的直径大于小直径部73的直径，渐变部72呈倒圆台状设置。当推动环54抵触于脱离件6后，卡接件52将脱离于卡接槽53；然后同步皮带43将经过渐变部72运动至小直径部73，使得同步皮带43松弛并促使转动杆31停止转动，从而减小了转动杆31和限位盘33对容纳腔32腔壁的磨损。当取样完成后，安装架21带动取样杆24上升，同步皮带43将经过渐变部72运动至大直径部71，此时同步皮带43将张紧并促使转动杆31在容纳腔32内转动，从而能够带动钻头3从地底转出。

本实施例的实施原理为：在取样过程中，先将机架1推动至指定的位置，再通过伺服电机23带动取样杆24转动，并通过电缸22带动安装架21、取样杆24、转动杆31和钻头3同步下降；然后通过同步皮带43的联动促使转动杆31和钻头3转动，使得钻头3旋转钻入到地底内，保证机架1和取样杆24的稳定性。

当推动环54下降抵紧于脱离件6后，弹簧55将被压缩并促使推动面541脱离于卡接件52，随后卡接件52将脱离于卡接槽53，使得钻头3被固定在地底，而无需继续向下深入，转动杆31将继续在容纳腔32内转动下降；当同步皮带43经过渐变部72运动至小直径部73后，同步皮带43将松弛，使得转动杆31停止转动并继续下降，从而减小了转动杆31和限位盘33对容纳腔32腔壁的磨损；之后取样杆24将旋转深入到地底内进行土质取样。

当取样完成后，通过电缸22带动安装架21上升，并通过伺服电机23带动取样杆24反向转动；带有土质的取样杆24将从地底转出，随后同步皮带43经过渐变部72运动至大直径部71，此时同步皮带43将张紧，并促使转动杆31在容纳腔32内转动。

当限位盘33上升抵紧于第二圆腔322的顶部腔壁后，卡接槽53将对应于贯穿槽51，然后限位盘33将带动钻头3上升并促使弹簧55回复至自然状态，弹簧55将带动推动环54下滑使得卡接件52卡入到卡接槽53内，使得转动杆31被卡接固定在钻头3上；之后钻头3将被转动杆31带动转动并从地底转出，电缸22将带动安装架21上升复位，从而完成了土质的取样。

实施例二：定向钻探方法，如图1至图3所示，包括以下步骤：

S1、先将机架1推动至指定的位置，再通过伺服电机23带动取样杆24转动，并通过电缸22带动安装架21、取样杆24、转动杆31和钻头3同步下降；

S2、通过同步皮带43的联动促使转动杆31和钻头3转动，使得钻头3旋转钻入到地底内；

S3、当推动环54下降抵紧于脱离件6后，弹簧55将被压缩并促使推动面541脱离于卡接件52，然后卡接件52将脱离于卡接槽53，使得转动杆31在容纳腔32内转动下降；

S4、当同步皮带43经过渐变部72运动至小直径部73后，同步皮带43将松弛，使得转动杆31停止转动并继续下降；

S5、取样杆24将旋转深入到地底内进行土质取样；

S6、通过电缸22带动安装架21上升，并通过伺服电机23带动取样杆24反向转动；

S7、带有土质的取样杆24将从地底转出，随后同步皮带43经过渐变部72运动至大直径部71，此时同步皮带43将张紧，并促使转动杆31在容纳腔32内转动；

S8、当限位盘33上升抵紧于第二圆腔322的顶部腔壁后，卡接槽53将对应于贯穿槽51，然后限位盘33将带动钻头3上升并促使弹簧55回复至自然状态，弹簧55将带动推动环54下滑使得卡接件52卡入到卡接槽53内；

S9、之后钻头3将被转动杆31带动转动并从地底转出，电缸22带动安装架21上升复位。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.定向钻探***，包括机架（1）、取样组件（2）和若干设于机架（1）底部的滚轮（11），取样组件（2）包括安装架（21）、设于机架（1）上并用于带动安装架（21）升降的升降件、固定在安装架（21）底部的伺服电机（23）和连接于伺服电机（23）输出轴的取样杆（24），其特征在于：安装架（21）上转动连接有若干绕取样杆（24）呈周向设置的转动杆（31），所有转动杆（31）的底部均设有钻头（3），所有钻头（3）上均设有供转动杆（31）转动嵌设并供转动杆（31）沿竖直方向滑动的容纳腔（32）和用于将转动杆（31）卡接固定的卡接组件（5）；机架（1）上设有带动所有转动杆（31）与取样杆（24）同步转动的联动组件（4）、若干供卡接组件（5）运动抵触从而促使卡接组件（5）取消对转动杆（31）卡接状态的脱离件（6）、若干避免转动杆（31）脱离于容纳腔（32）的限位件和若干带动脱离于脱离件（6）的卡接组件（5）将转动杆（31）卡接固定的带动件。

2.根据权利要求1所述的定向钻探***，其特征在于：所述卡接组件（5）包括若干周向开设在钻头（3）侧壁上的贯穿槽（51）、若干滑动嵌设在对应贯穿槽（51）内的卡接件（52）、若干周向开设在转动杆（31）侧壁上的卡接槽（53）和推动所有卡接件（52）均卡接在对应卡接槽（53）内的推动件，所有贯穿槽（51）均连通于容纳腔（32）。

3.根据权利要求2所述的定向钻探***，其特征在于：所述推动件为滑动套设在钻头（3）外的推动环（54），推动环（54）朝向卡接件（52）的一端设有朝钻头（3）轴线倾斜的推动面（541），所有卡接件（52）均从卡接槽（53）内穿出并抵触于推动面（541）。

4.根据权利要求3所述的定向钻探***，其特征在于：所述脱离件（6）设于推动环（54）的下方，推动面（541）倾斜朝下。

5.根据权利要求4所述的定向钻探***，其特征在于：所述带动件为弹簧（55），弹簧（55）的两端分别固定连接于推动环（54）和钻头（3）。

6.根据权利要求5所述的定向钻探***，其特征在于：所述容纳腔（32）包括连通于贯穿槽（51）的第一圆腔（321）和连通于第一圆腔（321）并位于第一圆腔（321）下方的第二圆腔（322），第一圆腔（321）的腔口面积小于第二圆腔（322）的腔口面积，限位件为固定在转动杆（31）上并转动嵌设在第二圆腔（322）内的限位盘（33）；当限位盘（33）抵触于第二圆腔（322）的顶部腔壁时，卡接槽（53）将对应于贯穿槽（51）。

7.根据权利要求1所述的定向钻探***，其特征在于：所述转动杆（31）共设有四组，联动组件（4）包括固定套设在伺服电机（23）输出轴外的主动皮带轮（41）和四组固定套设在对应转动杆（31）外的从动皮带轮（42），主动皮带轮（41）和其中两组从动皮带轮（42）上套设有同步皮带（43），主动皮带轮（41）和另外两组从动皮带轮（42）上也套设有同步皮带（43）。

8.根据权利要求7所述的定向钻探***，其特征在于：所述机架（1）上固定有两组供对应的同步皮带（43）套设的竖杆（7），竖杆（7）包括从上至下依次设置的大直径部（71）、渐变部（72）和小直径部（73），大直径部（71）的直径大于小直径部（73）的直径，渐变部（72）呈倒圆台状设置；当卡接组件（5）抵触于脱离件（6）后，同步皮带（43）将抵触于渐变部（72）。

9.一种采用权利要求 1-8 任意一项所述的定向钻探***的定向钻探方法 ，其特征在于：包括以下步骤：

S1、先将机架（1）推动至指定的位置，再通过伺服电机（23）带动取样杆（24）转动，并通过升降件带动安装架（21）、取样杆（24）、转动杆（31）和钻头（3）同步下降；

S2、通过同步皮带（43）的联动促使转动杆（31）和钻头（3）转动，使得钻头（3）旋转钻入到地底内；

S3、当推动环（54）下降抵紧于脱离件（6）后，弹簧（55）将被压缩并促使推动面（541）脱离于卡接件（52），然后卡接件（52）将脱离于卡接槽（53），使得转动杆（31）在容纳腔（32）内转动下降；

S4、当同步皮带（43）经过渐变部（72）运动至小直径部（73）后，同步皮带（43）将松弛，使得转动杆（31）停止转动并继续下降；

S5、取样杆（24）将旋转深入到地底内进行土质取样；

S6、通过升降件带动安装架（21）上升，并通过伺服电机（23）带动取样杆（24）反向转动；

S7、带有土质的取样杆（24）将从地底转出，随后同步皮带（43）经过渐变部（72）运动至大直径部（71），此时同步皮带（43）将张紧，并促使转动杆（31）在容纳腔（32）内转动；

S8、当限位盘（33）上升抵紧于第二圆腔（322）的顶部腔壁后，卡接槽（53）将对应于贯穿槽（51），然后限位盘（33）将带动钻头（3）上升并促使弹簧（55）回复至自然状态，弹簧（55）将带动推动环（54）下滑使得卡接件（52）卡入到卡接槽（53）内；

S9、之后钻头（3）将被转动杆（31）带动转动并从地底转出，升降件带动安装架（21）上升复位。

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