CN111594039A - 一种大直径组合式空气反循环潜孔锤 - Google Patents
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Abstract
一种大直径组合式空气反循环潜孔锤，包括配气接头总成、行星齿轮分流器、中心锤、边锤、钟形护罩、连接罩及护筒；配气接头总成通过浮动花键传扭，并通过改变浮动上轴的位置实现旋冲钻进和提钻强吹清渣的功能切换。高压气体通过行星齿轮分流器均匀分配给各边锤及中心锤，边锤围绕中心锤均匀布置，中心锤钻头底唇面超前于边锤钻头底唇面，中心锤钻头底唇面形状与边锤钻头底唇面形状组合形成一个完整的圆形截面，各边锤钻头采用T型槽结构安装，可沿轴向浮动，中心钻头采用卡键式花键轴安装。该潜孔锤钻具具有整体式外护筒，上部配气段具有钟形护罩，本发明潜孔锤配气稳定、结构紧凑、维修方便、碎岩效率高，且可实现多种钻探工艺方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于岩土钻凿施工的大直径组合式潜孔锤钻具，特别是涉及一种适用于中硬及硬岩地层中进行建筑物深基础施工的大直径组合式空气反循环潜孔锤。
背景技术
随着我国城市地上与地下建筑物逐步向超高与超深发展，如何高效地进行大直径桩基础施工成为了一个热点问题。桩基础施工最常使用的机具就是反循环风动潜孔锤，反循环风动潜孔锤具有高效的碎岩机理以及广泛的地层适用性。大直径桩基础施工常用大直径的组合式潜孔锤，如美国Ingersoll-Rand公司生产的组合式潜孔锤，专利号为4,429,439的大直径潜孔锤产品、国内某公司生产的组合式潜孔锤，专利号为201010298838.5的大直径潜孔锤产品。以上两种组合式潜孔锤共同点之一便是其安装的冲击器的工作锤面处于同一平面，工作时所有冲击器与岩层同时接触，再通过高频冲击破碎岩层。这种结构的组合式潜孔锤虽然能实现入岩施工，但是由于所有冲击器的工作面处于同一平面，工作时需对钻孔底部整个大直径岩面同时锤击、同时破碎、同时排渣，具有入岩效率低、能量浪费大、易钻偏的缺点。
为解决大直径组合式潜孔锤钻具存在的上述不足，国内某公司提出了一种组合式潜孔锤钻具产品，专利号为201320841607.3，该发明采取了在钻具底面中部放置中部冲击器、***放置外部冲击器的设计，且中部冲击器的钻头超前于***冲击器，使得中部冲击器先破碎岩石，然后***冲击器再破碎岩石。这种设计可以将一个大直径岩面分散成若干小的岩面破碎岩石，可以大幅减小潜孔锤能量消耗，提高钻具入岩效率。
但该发明描述的组合式潜孔锤的不足之处在于：
1、受中部冲击器钻头与***冲击器钻头的形状与空间排布所限，潜孔锤钻具形成的破碎岩石面不是一个完整的碎岩面，在每两个冲击器间都会形成一个直径大且未经破碎的岩石柱抵抗钻具进尺，这就会导致钻具必须冲击回转更多次才能将岩石完全破碎向更深钻进，降低了钻进速度。
2、压缩空气经管路输送到冲击器时没有经过均匀分配，不同的冲击器的产生的冲击功不均匀，钻进时产生的岩石穴深度不一，易造成孔斜。此外，每一个冲击器都需要一套管线单独与空气压缩机相连，增加了安装难度与一定的危险性。
3、由于钻具结构不够紧凑，安装可靠性差，导致钻具安装困难，维护成本高。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中存在的问题，提出了一种大直径组合式空气反循环潜孔锤，通过改良潜孔锤钻具的钻头形状、增设配气管总成、增设行星齿轮分流器提升钻具的综合性能，具有机械钻速高、岩屑易上返，孔底清洁、循环介质分配均匀，能量消耗小，结构紧凑，安装维护方便等优势。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：大直径组合式空气反循环潜孔锤，其特征在于，包括：配气接头总成、行星齿轮分流器、中心锤、边锤、钟形护罩、连接罩及护筒；
所述配气接头总成包括高压供气接头、边锤清孔供气接头、浮动上轴、内管接头、配气外管、密封法兰盖、驱动管路及边锤清孔管路，高压供气接头通过螺纹将配气外管和驱动管路连接；边锤清孔供气接头通过螺纹将配气外管和边锤清孔管路连接；浮动上轴套设在内管接头外部，浮动上轴的内壁与内管接头外壁形成环状间隙，且浮动上轴下部与内管接头外壁通过密封圈密封连接，同时浮动上轴穿设在配气外管内部并与其花键连接，浮动上轴和配气外管之间沿竖直方向相对移动；配气外管通过长螺栓与螺母配合构成的连接件分别与分流器箱体、连接罩、中卡盘、尼龙轴套、法兰垫圈、尼龙法兰相连；密封法兰盖设置在配气外管上方并与配气外管通过螺栓连接，密封法兰盖用以固定配气外管，同时密封法兰盖与浮动上轴间安装有密封圈；
其中浮动上轴为一根外径变径的中空花键轴，且浮动上轴的外壁上设置有台阶及花键，沿浮动上轴环向均布有排气孔，所述排气孔沿浮动上轴的径向贯穿，浮动上轴的外壁上设置有与所述排气孔连通的环形配气槽；配气外管内部具有花键槽，配气外管通过花键连接套装在浮动上轴外部，配气外管通过设置在其内壁上部的台阶与浮动上轴外壁的花键配合进行悬挂安装，配气外管上开设有驱动管路供气孔和边锤清孔供气孔，钻具处于冲击回转钻进工况时，浮动上轴的排气孔与配气外管上的驱动管路供气孔保持常通状态；提升钻具工况时，浮动上轴的排气孔与配气外管上的边锤清孔供气孔保持常通状态，同时配气外管下端具有环向均布的配气孔，该配气孔与位于尼龙轴套内部的环槽连通；
所述行星齿轮分流器包括行星齿轮、从动齿轮、双联配流气动马达、中心锤高压进气管路及边锤高压进气管路，双联配流气动马达通过螺栓安装在分流器箱体上，同时其输出轴穿过分流器箱体的轴向预制孔，双联配流气动马达的数量至少两个，至少两个双联配流气动马达沿分流器箱体的周向呈环形均匀布置，双联配流气动马达的进气口通过管接头与驱动管路连接，至少两个双联配流气动马达的排气口中，一个排气口通过管接头与中心锤高压进气管路相连，其余排气口通过管接头与边锤高压进气管路连接，中心锤高压进气管路远离双联配流气动马达的一端通过螺纹管接头与尼龙轴套相连并对中心锤进行供气；边锤高压进气管路远离双联配流气动马达的一端通过螺纹管接头与边锤高压供气口相连；行星齿轮的数量与双联配流气动马达的数量一致，且一一对应，每个行星齿轮通过平键与轴端紧固螺母安装在与其对应的双联配流气动马达的输出轴上，行星齿轮与从动齿轮啮合形成行星齿轮系；
所述中心锤包括中芯管、尼龙轴套、中卡盘、中心锤上砧座、调整环、中心锤冲锤活塞、中心锤内缸、中心锤中隔套、中心锤配气套、中心锤下隔套、中心锤钻头、中心锤钻头卡键、中外管及中心锤下接头，中芯管通过***的方式安装于配气接头总成中的内管接头下方，中芯管是一根外径变径且外壁带台阶的管状结构，中芯管位于配气外管、中心锤上砧座、调整环、中心锤冲锤活塞、中心锤内缸、中心锤中隔套及中心锤配气套的内部，且中芯管同时与配气外管、中心锤上砧座、调整环、中心锤冲锤活塞、中心锤内缸、中心锤中隔套及中心锤配气套环状间隙配合，中芯管分为上轴段和下轴段两部分，其下轴段直径小于上轴段直径，且中芯管的下轴段与中心锤冲锤活塞间的环状间隙为活塞上腔排气通道；尼龙轴套安装于配气外管的下端圆周外壁上，尼龙轴套的内壁具有环槽，尼龙轴套与配气外管通过长螺栓配合螺母进行连接；中卡盘位于尼龙轴套下方，中卡盘和尼龙轴套之间通过长螺栓配合螺母进行连接；中心锤上砧座位于中卡盘下方且中心锤上砧座的上端面紧贴中芯管的台阶面，中心锤上砧座下端***中心锤内缸中，中心锤上砧座和中心锤内缸之间设置有密封圈，中心锤上砧座上端加工有环向均布的斜孔；调整环安装在中心锤上砧座上方，并通过中外管的台阶进行限位；中心锤冲锤活塞为一根变径的中空轴，分为上轴段和下轴段，上轴段直径大于下轴段直径，且上轴段具有沿环向均布的凹槽，下轴段为台阶型，中心锤冲锤活塞位于中心锤上砧座下方，中心锤冲锤活塞与中心锤上砧座之间形成活塞上腔，中心锤冲锤活塞位于中心锤内缸、中心锤中隔套及中心锤配气套内部，中心锤冲锤活塞的上轴段的凹槽与中心锤内缸的台阶进行配合形成活塞上下腔的进气通道，中心锤冲锤活塞的下轴段与中心锤中隔套之间形成的环状间隙作为活塞下腔；中心锤内缸安装在中心锤上砧座下方，中心锤内缸上加工有沿其环向均布的通气孔，中心锤内缸与中心锤上砧座之间设置有密封圈，中心锤内缸的下方依次安装有中心锤中隔套、中心锤配气套和中心锤下隔套；中心锤配气套的上端设置有环向均布的斜孔槽，并在中心锤配气套内部设置有环向均布的通孔，中心锤配气套与中外管之间设置有密封圈；中心锤下隔套套在中心锤钻头的外侧，用于对中心锤钻头卡键进行限位；中心锤钻头的中部具有台阶，中心锤钻头的上端为花键轴并加工有环向均布的花键槽，中心锤钻头***环锤中轴内部，通过所述台阶对环锤中轴进行限位，中心锤钻头位于中心锤配气套下方，中心锤钻头的上端与中芯管下端插接配合，中心锤钻头与中心锤下接头通过花键连接，并通过中心锤半环卡键与中心锤下接头的配合对中心锤钻头进行限位，中心锤钻头的底唇面超前于边锤钻头的底唇面，同时中心锤钻头底唇面形状与边锤钻头底唇面形状组合形成圆截面，中心锤钻头的碎岩面上镶嵌有合金齿并采用焊接的方式连接；中外管套设在中心锤上砧座、中心锤内缸、中心锤中隔套、中心锤配气套和中心锤下隔套外侧，中外管同时与中心锤上砧座、中心锤内缸、中心锤中隔套、中心锤配气套和中心锤下隔套环状间隙配合，中外管与配气外管通过卡键卡槽配合，中外管的上端设置有凹槽，该凹槽与中卡盘的下部台阶配合进行悬挂安装定位；中心锤下接头通过螺纹连接安装于中外管下方；
其中，中心锤钻头底部加工有若干岩屑上返入口，所述岩屑上返入口与中心锤钻头轴心的岩屑增速通道连通，中心锤钻头底部绕中心轴环向均布有若干排气孔；
所述边锤围绕中心锤均匀布置，边锤包括边锤钻头、下端板、边锤下砧座、边锤下接头、边锤冲锤活塞、边锤芯管、上端板、边锤安装卡键、边锤内进气接头、边锤外管、边锤内缸、边锤上砧座、边锤配气套、边锤中隔套、边锤下隔套及边锤盖板，边锤钻头的碎岩面上镶嵌有合金齿并采用焊接的方式连接，边锤钻头通过螺纹连接在边锤下砧座下方；边锤下砧座上端***边锤下接头的内部并向上延伸，边锤下砧座以***的方式安装在边锤外管的中空区域里并且可沿竖直方向移动，边锤下砧座上端加工有环向均布的边锤下砧座集气孔，边锤下砧座集气孔与位于边锤钻头上的边锤清理喷气孔相通；边锤下接头通过螺纹连接安装在边锤外管下方，边锤下接头上端加工有环向均布的边锤下接头配气孔；边锤外管通过与边锤安装卡键的台阶配合悬挂安装定位，边锤外管套设在边锤内缸、边锤上砧座、边锤配气套、边锤中隔套及边锤下隔套的外部且环状间隙配合；下端板安装在边锤下砧座的下方，同时下端板位于环锤中轴的台阶面上方，下端板通过螺栓及中轴卡键与环锤中轴连接，边锤钻头和中心锤钻头处于竖直方向位移上止点时环锤中轴的下端面与中心锤钻头接触；边锤芯管是一根外径变径且外径带台阶的管状结构，边锤芯管的上端通过台阶与边锤上砧座配合进行悬挂安装，边锤芯管的下端通过***的方式安装在边锤下砧座的中空区域里，边锤芯管与边锤下砧座之间设置有密封圈；边锤上砧座上开设有环向均布的斜孔，边锤上砧座下端***边锤内缸中，且边锤上砧座和边锤内缸间安装有密封圈边锤内缸安装在边锤上砧座下方，边锤内缸内壁上加工有环向均布的通气孔，边锤内缸下方依次安装有边锤中隔套、边锤配气套和边锤下隔套；边锤下隔套位于边锤下砧座外部，且间隙配合；边锤冲锤活塞是一根变径的中空轴，分为上轴段和下轴段，上轴段直径大于下轴段直径，且上轴段具有沿环向均布的凹槽，下轴段为台阶型，边锤冲锤活塞位于边锤上砧座下方，边锤冲锤活塞位于边锤内缸、边锤中隔套、边锤配气套和边锤下隔套内部且间隙配合，同时边锤冲锤活塞的内壁与边锤芯管间隙配合，边锤冲锤活塞与边锤芯管之间设置有密封圈，边锤冲锤活塞与边锤上砧座之间形成活塞上腔，边锤冲锤活塞的上轴段凹槽通过与边锤内缸的台阶进行配合形成活塞上下腔的进气通道，边锤冲锤活塞的下轴段与边锤中隔套之间形成的环状间隙作为活塞下腔；边锤卡键为一对带台阶的半环卡键，通过螺栓螺母与台阶安装在上端板上方，同时通过台阶悬挂安装边锤外管；上端板焊接在连接罩下方；边锤内进气接头通过螺纹连接安装在边锤芯管上方，边锤内进气接头通过螺纹将边锤清孔管路与边锤芯管相连并接通；边锤盖板同时与边锤安装卡键及上端板通过螺栓连接，边锤盖板通过螺纹管接头分别与边锤清孔管路、边锤高压进气管路相连；
其中边锤钻头的数量至少两个，至少两个边锤钻头沿钻具整体的中心轴线环向均布，形成了一个完整的圆环形横截面；所述圆环形横截面与中心锤钻头的横截面一同构成一个完整的圆形横截面；
所述钟形护罩包括护罩和分流器箱体，护罩位于驱动管路和边锤清孔管路外侧，护罩上端与导正环通过螺栓连接，且二者整体套装在配气外管的外部；分流器箱***于护罩下方，并设置在行星齿轮分流器外侧，分流器箱体的上端与护罩下端通过螺栓连接，分流器箱体与配气接头总成中的配气外管通过长螺栓配合螺母进行连接；分流器箱体上加工有管接头孔，管接头孔上安装有中间管接头，该中间管接头将驱动管路的两管段与边锤清孔管路的两管段相连，形成完整的管路；
所述护筒位于边锤外侧，护筒的上端面、下端面均具有环中心轴的卡槽，卡槽与套筒端板的卡键配合，套筒端板数量为两个，两个套筒端板分别位于护筒上下两侧，两个套筒端板分别与上端板和下端板通过螺栓连接，护筒的外壁一侧通过焊接的方式安装有扩孔螺纹。
进一步，所述从动齿轮上设置有分别与法兰垫圈和尼龙法兰相配合的台阶，从动齿轮通过加工在其上的台阶安装在法兰垫圈和尼龙法兰之间，并且可围绕法兰垫圈回转。
作为本发明的一种优选技术方案，所述中心锤钻头的横截面呈梅花形。
所述边锤钻头数量至少两个，至少两个边锤钻头的横截面呈梅花花瓣形均布在中心锤钻头外侧，至少两个边锤钻头沿钻具整体的中心轴线环向均布，形成了一个完整的圆环形横截面；所述圆环形横截面与中心锤钻头的横截面一同构成一个完整的圆形横截面。
作为本发明的一种优选技术方案，所述边锤钻头通过螺纹与边锤下砧座连接，边锤钻头的结构为扇环形，该扇环内径一侧加工有T型卡槽，与环锤中轴的外径处加工的T型卡键相互配合，使边锤钻头随着环锤中轴一起回转并沿环锤中轴的T型卡键的竖直方向产生位移。
作为本发明的一种优选技术方案，所述护筒位于边锤外侧，护筒的上端面、下端面均具有环中心轴的T型卡槽，与位于护筒上下两侧的套筒端板的T型卡键配合，护筒卡装在两个套筒端板之间并随着钻具一起回转。
作为本发明的一种优选技术方案，所述护筒的上下端面加工有扇环形卡槽，通过所述扇环形卡槽与两个套筒端板的卡键配合，护筒卡装在两个套筒端板之间并随着钻具一起回转。
进一步，所述扩孔螺纹为合金条，扩孔螺纹通过焊接的方式安装在护筒外侧。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明大直径组合式空气反循环潜孔锤具有钻进效率高、钻孔质量高、钻速快、钻头寿命长、操作简单、钻孔清洁度高、不易卡钻的技术优势。
2、采用行星齿轮分流器对压缩空气进行强制均分并输送给中心锤与边锤，使空气的利用率得到提高，钻进效率得到提高。
3、中心锤钻头底唇面超前于边锤钻头底唇面，使得潜孔锤碎岩时中心锤形成的岩石凹穴可以对中心锤起到约束作用，中心锤能够对钻具进行导向，减小了钻孔孔斜程度，提高钻孔质量；中心锤钻头底唇面形状与边锤钻头底唇面形状组合形成一个完整的圆形截面，因此当中心锤与边锤同时工作时，组合式潜孔锤产生的碎岩面是完整的圆形截面，与常规的非圆形截面碎岩面的组合式潜孔锤相比减少了岩石的重复破碎，减轻了潜孔锤冲击碎岩产生的岩石柱对潜孔锤进尺的阻碍作用，进而提高了钻进速度、延长了钻头寿命。
4、本发明的钻进配气功能与钻孔清理功能通过配气接头总成与钻进、提钻或扫孔几个动作的配合实现，配气接头总成的浮动上轴与钻杆相连，钻进时在钻压的作用下浮动上轴位于下端将空气分配给中心锤与边锤进行空气反循环冲击回转钻进，当提钻或上下扫孔时浮动上轴位于上端将空气导入到边锤岩屑清理孔对钻孔内岩屑进行清理，配气过程与操作简单，提钻时空气对钻孔的清洁充分可以有效防止埋钻、卡钻事故发生。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1是大直径组合式空气反循环潜孔锤剖视图；
图2是大直径组合式空气反循环潜孔锤不包含中心锤钻头的钻具底唇面示意图；
图3是大直径组合式空气反循环潜孔锤的行星齿轮分流器俯视图；
图4是大直径组合式空气反循环潜孔锤的钟形护罩内部行星齿轮分流器轴测图；
图5是大直径组合式空气反循环潜孔锤的轴测图；
图6是大直径组合式空气反循环潜孔锤的中心锤结构剖视图；
图7是大直径组合式空气反循环潜孔锤的边锤结构剖视图。
图中各标记如下：1-中心锤钻头；2-边锤钻头；3-合金齿；4-中心锤冲锤活塞；5-环锤中轴；6-中轴卡键；7-中心锤下接头；8-护筒；9-扩孔螺纹；10-下端板；11-边锤下砧座；12-边锤下接头；13-边锤冲锤活塞；14-中心锤半环卡键；15-边锤芯管；16-上端板；17-边锤安装卡键；18-边锤内进气接头；19-管接头；20-分流器箱体；21-连接罩；22-中卡盘；23-尼龙轴套；24-法兰垫圈；25-尼龙法兰；26-护罩；27-高压供气接头；28-边锤清孔供气接头；29-浮动上轴；30-内管接头；31-导正环；32-配气外管；33-密封法兰盖；34-长螺栓；35-行星齿轮；36-从动齿轮；37-驱动管路；38-中芯管；39-双联配流气动马达；40-中心锤高压进气管路；41-边锤清孔管路；42-边锤高压进气管路；43-中心锤上砧座；44-调整环；45-中心锤内缸；46-中心锤中隔套；47-中心锤配气套；48-中心锤下隔套；49-中外管；50-套筒端板；51-边锤外管；52-边锤内缸；53-边锤上砧座；54-边锤配气套；55-边锤中隔套；56-边锤下隔套；57-边锤盖板；k-边锤内部气流通道；n-边锤清理喷气孔；g-驱动管路供气孔；f-边锤清孔供气孔；i-排气孔；p-边锤高压供气口；a-岩屑上返入口；b-岩屑增速通道；e-供气环空；h-中心锤高压储气室；q-边锤下接头配气孔。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选的实施例和附图对本发明做进一步说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6及图7所示，大直径组合式空气反循环潜孔锤包括配气接头总成、行星齿轮分流器、中心锤、边锤、钟形护罩、连接罩21及护筒8。
所述配气接头总成位于整个大直径组合式空气反循环潜孔锤的最上端，配气接头总成包括高压供气接头27、边锤清孔供气接头28、浮动上轴29、内管接头30、配气外管32、密封法兰盖33、驱动管路37及边锤清孔管路41，高压供气接头27通过螺纹将配气外管32和驱动管路37连接，将气体输送至行星齿轮分流器；边锤清孔供气接头28通过螺纹将配气外管32和边锤清孔管路41连接，将空气输送到边锤内部气流通道k并经位于边锤钻头2上的边锤清理喷气孔n喷出；浮动上轴29套设在内管接头30外部，且浮动上轴29下部与内管接头30外壁通过密封圈密封连接，浮动上轴29的内壁与内管接头30外壁形成环状间隙，所述环状间隙即图1中的供气环空e，同时浮动上轴29穿设在配气外管32内部并与其花键连接，浮动上轴29和配气外管32之间可沿竖直方向相对移动，浮动上轴29与配气外管32通过花键连接传递碎岩扭矩；配气外管32通过长螺栓34与螺母配合构成的连接件分别与分流器箱体20、连接罩21、中卡盘22、尼龙轴套23、法兰垫圈24、尼龙法兰25相连；密封法兰盖33设置在配气外管32上方并与配气外管32通过螺栓连接，密封法兰盖33用以固定配气外管32，同时密封法兰盖33与浮动上轴29间安装有密封圈；当所述浮动上轴29受到扭矩时，浮动上轴29通过花键将扭矩传递给配气外管32，配气外管32将扭矩通过螺栓螺母传递给连接罩21；
其中浮动上轴29为一根外径变径的中空花键轴，且浮动上轴29的外壁上设置有台阶及花键，沿浮动上轴29环向均布有排气孔i，所述排气孔i沿浮动上轴29的径向贯穿，浮动上轴29的外壁上设置有与所述排气孔i连通的环形配气槽；配气外管32内部具有花键槽，配气外管32通过花键连接安装在浮动上轴29外壁上，配气外管32上开设有驱动管路供气孔g和边锤清孔供气孔f，同时配气外管32下端具有环向均布的配气孔，该配气孔与位于尼龙轴套23内部环槽连通；
浮动上轴29上的环形配气槽保证了当钻具处于冲击回转钻进工况时，浮动上轴29的排气孔i与配气外管32上的驱动管路供气孔g保持常通状态；提升钻具工况时，浮动上轴29的排气孔i与配气外管32上的边锤清孔供气孔f保持常通状态。
所述行星齿轮分流器包括行星齿轮35、从动齿轮36、双联配流气动马达39、中心锤高压进气管路40及边锤高压进气管路42，双联配流气动马达39通过螺栓安装在分流器箱体20上，同时其输出轴穿过分流器箱体20的轴向预制孔，双联配流气动马达39的数量至少两个，至少两个双联配流气动马达39沿分流器箱体20的周向呈环形均匀布置，双联配流气动马达39的进气口通过管接头19与驱动管路37连接，至少两个双联配流气动马达39的排气口中，一个排气口通过管接头19与中心锤高压进气管路40相连，其余排气口通过管接头19与边锤高压进气管路42连接，中心锤高压进气管路40远离双联配流气动马达39的一端通过螺纹管接头与尼龙轴套23相连并对中心锤进行供气；边锤高压进气管路42远离双联配流气动马达39的一端通过螺纹管接头与边锤高压供气口p相连；行星齿轮35的数量与双联配流气动马达39的数量一致，且一一对应，每个行星齿轮35通过平键与轴端紧固螺母安装在与其对应的双联配流气动马达39的输出轴上，行星齿轮35与从动齿轮36啮合形成行星齿轮系；行星齿轮系、双联配流气动马达39、驱动管路37、中心锤高压进气管路40、边锤高压进气管路42组合形成一套行星齿轮强制分流机构；驱动管路37与双联配流气动马达39的内部容积及边锤高压进气管路42形成一条封闭的供气路径；
行星齿轮分流器的双联配流气动马达39通过与驱动管路37、中心锤高压进气管路40、边锤高压进气管路42相连分别实现接收高压空气、分配空气到中心锤、分配空气到边锤的作用；
其中，所述从动齿轮36上设置有分别与法兰垫圈24和尼龙法兰25相配合的台阶，从动齿轮36通过加工在其上的台阶安装在法兰垫圈24和尼龙法兰25之间，并且可围绕法兰垫圈24回转，从动齿轮36通过台阶与法兰垫圈24配合，防止从动齿轮36的下端面与分流器箱体20发生干涉，从动齿轮36通过台阶与尼龙法兰25配合，尼龙法兰25、法兰垫圈24、分流器箱体20、尼龙轴套23、中卡盘22及连接罩21自上而下通过长螺栓34配合螺母进行紧密连接，限制从动齿轮36沿竖直方向的位移，确保从动齿轮36的安装稳固性；
所述中心锤包括中芯管38、尼龙轴套23、中卡盘22、中心锤上砧座43、调整环44、中心锤冲锤活塞4、中心锤内缸45、中心锤中隔套46、中心锤配气套47、中心锤下隔套48、中心锤钻头1、中心锤钻头卡键14、中外管49及中心锤下接头7，中芯管38通过***的方式安装于配气接头总成中的内管接头30下方，中芯管38是一根外径变径且外壁带台阶的管状结构，中芯管38位于配气外管32、中心锤上砧座43、调整环44、中心锤冲锤活塞4、中心锤内缸45、中心锤中隔套46及中心锤配气套47的内部，且中芯管38同时与配气外管32、中心锤上砧座43、调整环44、中心锤冲锤活塞4、中心锤内缸45、中心锤中隔套46及中心锤配气套47环状间隙配合，中芯管38分为上轴段和下轴段两部分，其下轴段直径小于上轴段直径，且中芯管38的下轴段与中心锤冲锤活塞4间的环状间隙为活塞上腔排气通道；尼龙轴套23安装于配气外管32的下端圆周外壁上，尼龙轴套23的内壁具有环槽，尼龙轴套23与配气外管32通过长螺栓34配合螺母进行连接；中卡盘22位于尼龙轴套23下方，中卡盘22和尼龙轴套23之间通过长螺栓34配合螺母进行连接；中心锤上砧座43位于中卡盘22下方且中心锤上砧座43的上端面紧贴中芯管38的台阶面，中心锤上砧座43下端***中心锤内缸45中，中心锤上砧座43和中心锤内缸45之间设置有密封圈，中心锤上砧座43上端加工有环向均布的斜孔；调整环44安装在中心锤上砧座43上方，并通过中外管49的台阶进行限位；中心锤冲锤活塞4为一根变径的中空轴，分为上轴段和下轴段，上轴段直径大于下轴段直径，且上轴段具有沿环向均布的凹槽，下轴段为台阶型，中心锤冲锤活塞4位于中心锤上砧座43下方，中心锤冲锤活塞4与中心锤上砧座43之间形成活塞上腔，中心锤冲锤活塞4位于中心锤内缸45、中心锤中隔套46及中心锤配气套47内部，中心锤冲锤活塞4的上轴段的凹槽与中心锤内缸45的台阶进行配合形成活塞上下腔的进气通道，中心锤冲锤活塞4的下轴段与中心锤中隔套46之间形成的环状间隙作为活塞下腔；中心锤内缸45安装在中心锤上砧座43下方，中心锤内缸45上加工有沿其环向均布的通气孔，中心锤内缸45与中心锤上砧座43之间设置有密封圈，中心锤内缸45的下方依次安装有中心锤中隔套46、中心锤配气套47和中心锤下隔套48；中心锤配气套47的上端设置有环向均布的斜孔槽，并在中心锤配气套47内部设置有环向均布的通孔，中心锤配气套47与中外管49之间设置有密封圈；中心锤下隔套48套在中心锤钻头1的外侧，用于对中心锤钻头卡键14进行限位；中心锤钻头1的中部具有台阶，中心锤钻头1的上端为花键轴并加工有环向均布的花键槽，中心锤钻头1***环锤中轴5内部，通过所述台阶对环锤中轴5进行限位，环锤中轴5在钻具钻进时对中心锤钻头1钻进时起到导正作用，中心锤钻头1位于中心锤配气套47下方，中心锤钻头1的上端与中芯管38下端插接配合，中心锤钻头1与中心锤下接头7通过花键连接，并通过中心锤半环卡键14与中心锤下接头7的配合对中心锤钻头1进行限位，中心锤钻头1的底唇面超前于边锤钻头2的底唇面，同时中心锤钻头1底唇面形状与边锤钻头底唇面形状组合形成圆截面，中心锤钻头1的碎岩面上镶嵌有合金齿3并采用焊接的方式连接；中外管49套设在中心锤上砧座43、中心锤内缸45、中心锤中隔套46、中心锤配气套47和中心锤下隔套48外侧，中外管49同时与中心锤上砧座43、中心锤内缸45、中心锤中隔套46、中心锤配气套47和中心锤下隔套48环状间隙配合，中外管49与配气外管32通过卡键卡槽配合，中外管49的上端设置有凹槽，该凹槽与中卡盘22的下部台阶配合进行悬挂安装定位；中心锤下接头7通过螺纹连接安装于中外管49下方；
其中，所述中心锤钻头1的横截面呈梅花形状，中心锤钻头1底部加工有若干岩屑上返入口a，所述岩屑上返入口a与中心锤钻头1轴心的岩屑增速通道b连通，中心锤钻头1底部绕中心轴环向均布有若干排气孔，岩屑上返入口a从下至上直径逐渐变小，岩屑上返入口a顶端的直径与岩屑增速通道b的直径一致；岩屑在进入岩屑增速通道b之后由于过流面积变小流速增大。
所述边锤包括边锤钻头2、下端板10、边锤下砧座11、边锤下接头12、边锤冲锤活塞13、边锤芯管15、上端板16、边锤安装卡键17、边锤内进气接头18、边锤外管51、边锤内缸52、边锤上砧座53、边锤配气套54、边锤中隔套55、边锤下隔套56及边锤盖板57，边锤钻头2的碎岩面上镶嵌有合金齿3并采用焊接的方式连接，边锤钻头2通过螺纹连接在边锤下砧座11下方；边锤下砧座11上端***边锤下接头12的内部并向上延伸，边锤下砧座11以***的方式安装在边锤外管51的中空区域里并且可沿竖直方向移动，边锤下砧座11上端加工有环向均布的边锤下砧座集气孔y，边锤下砧座集气孔y与位于边锤钻头2上的边锤清理喷气孔n相通；边锤下接头12通过螺纹连接安装在边锤外管51下方，边锤下接头12上端加工有环向均布的边锤下接头配气孔q；边锤外管51通过与边锤安装卡键17的台阶配合悬挂安装定位，边锤外管51套设在边锤内缸52、边锤上砧座53、边锤配气套54、边锤中隔套55及边锤下隔套56的外部且环状间隙配合；下端板10安装在边锤下砧座11的下方，同时下端板10位于环锤中轴5的台阶面上方，下端板10通过螺栓及中轴卡键6与环锤中轴5连接，当边锤钻头2和中心锤钻头1处于竖直方向位移上止点时环锤中轴5的下端面与中心锤钻头1接触，通过边锤下砧座11的台阶与下端板10的配合对边锤下砧座11进行限位；边锤芯管15是一根外径变径且外径带台阶的管状结构，边锤芯管15的上端通过台阶与边锤上砧座53配合进行悬挂安装，边锤芯管15的下端通过***的方式安装在边锤下砧座11的中空区域里，边锤芯管15与边锤下砧座11之间设置有密封圈；边锤上砧座53上开设有环向均布的斜孔，边锤上砧座53下端***边锤内缸52中，且边锤上砧座53和边锤内缸52间安装有密封圈；边锤内缸52安装在边锤上砧座53下方，边锤内缸52内壁上加工有环向均布的通气孔，边锤内缸52下方依次安装有边锤中隔套55、边锤配气套54和边锤下隔套56；边锤下隔套56位于边锤下砧座11外部，且间隙配合；边锤冲锤活塞13是一根变径的中空轴，分为上轴段和下轴段，上轴段直径大于下轴段直径，且上轴段具有沿环向均布的凹槽，下轴段为台阶型，边锤冲锤活塞13位于边锤上砧座53下方，边锤冲锤活塞13位于边锤内缸52、边锤中隔套55、边锤配气套54和边锤下隔套56内部且间隙配合，形成环状空隙，同时边锤冲锤活塞13的内壁与边锤芯管15间隙配合，边锤冲锤活塞13与边锤芯管15之间设置有密封圈，边锤冲锤活塞13与边锤上砧座53之间形成活塞上腔，边锤冲锤活塞13的上轴段凹槽通过与边锤内缸52的台阶进行配合形成活塞上下腔的进气通道，边锤冲锤活塞13的下轴段与边锤中隔套55之间形成的环状间隙作为活塞下腔；边锤卡键17为一对带台阶的半环卡键，通过螺栓螺母与台阶安装在上端板16上方，同时通过台阶悬挂安装边锤外管51；上端板16焊接在连接罩21下方；边锤内进气接头18通过螺纹连接安装在边锤芯管15上方，边锤内进气接头18通过螺纹将边锤清孔管路41与边锤芯管15相连并接通；边锤盖板57同时与边锤安装卡键17及上端板16通过螺栓连接，边锤盖板57通过螺纹管接头分别与边锤清孔管路41、边锤高压进气管路42相连；
其中，所述边锤钻头2的数量至少两个，至少两个边锤钻头2的横截面呈梅花花瓣形均布在中心锤钻头1外侧，至少两个边锤钻头2沿钻具整体的中心轴线环向均布，形成了一个完整的圆环形横截面；所述圆环形横截面与中心锤钻头1的横截面一同构成一个完整的圆形横截面，综上边锤钻头2和中心锤钻头1构成分体式全断面活瓣钻头。
边锤钻头2通过螺纹与边锤下砧座11连接，边锤钻头2的结构为扇环柱体，该扇环柱体内径一侧加工有T型卡槽，与环锤中轴5的外径处加工的T型卡键相互配合，边锤钻头2通过其T型卡槽与环锤中轴5的T型卡键配合接收来自于钻机的扭矩，使边锤钻头2随着环锤中轴5一起回转，并沿环锤中轴5的T型卡键的竖直方向产生位移；边锤钻头2竖直方向的位移下止点由边锤下砧座11的台阶和下端板10配合进行限制；通过下端板10限制边锤下砧座11的冲击行程，进而控制边锤钻头2的竖直位移下止点。
合金齿3在中心锤钻头1与边锤钻头2上的数量与排布关系均根据岩石岩性与钻头形状来设计。
所述钟形护罩包括护罩26和分流器箱体20，护罩26位于驱动管路37和边锤清孔管路41外侧，护罩26上端与导正环31通过螺栓连接，且二者整体套装在配气外管32的外部；分流器箱体20位于护罩26下方，并设置在行星齿轮分流器外侧，分流器箱体20的上端与护罩26下端通过螺栓连接，分流器箱体20与配气接头总成中的配气外管32通过长螺栓34配合螺母进行连接；分流器箱体20上加工有管接头孔，管接头孔上安装有中间管接头，该中间管接头将驱动管路37的两管段与边锤清孔管路41的两管段相连，形成完整的管路。钟形护罩起到承载安装钻具各功能模块同时封装行星齿轮分流器防止钻具工作时产生的岩石碎屑污染行星齿轮系引发故障的作用。分流器箱体20通过螺栓螺母与连接罩21、上端板16、配气接头总成的配气外管32相连，通过螺栓连接，在钻杆回转作用下三者可以同步回转且扭矩自上而下传递。
所述护筒8位于边锤外侧，护筒8的上端面、下端面均具有环中心轴的卡槽，卡槽与套筒端板50的卡键配合，套筒端板50数量为两个，两个套筒端板50分别位于护筒8上下两侧，两个套筒端板50分别与上端板16和下端板10通过螺栓连接，护筒8的外壁一侧通过焊接的方式安装有扩孔螺纹9；所述扩孔螺纹9为合金条，扩孔螺纹9通过焊接的方式安装在护筒8外侧。
优选地，护筒8位于边锤外侧，护筒8的上端面、下端面均具有环中心轴的T型卡槽，与位于护筒8上下两侧的套筒端板50的T型卡键配合。
优选地，护筒8的上下端面加工有扇环形卡槽，通过所述扇环形卡槽与两个套筒端板50的卡键配合，护筒8被卡装在两个套筒端板50之间并随着钻具一起回转。
所有的零部件按照各自正确的安装方式进行组装之后，大直径组合式空气反循环潜孔锤的工作过程如下：
当进行一口大直径钻孔施工钻进遇到坚硬岩石需要使用冲击回转钻进工艺时，大直径组合式空气反循环潜孔锤在钻机钻杆与浮动上轴29通过螺纹连接，在钻杆的旋转与向下给进的作用下大直径组合式空气反循环潜孔锤向钻孔底部回转运移，此时，浮动上轴29位于配气外管32内部上端，浮动上轴29的排气孔i及环形配气槽和配气外管32上的边锤清孔供气孔f相连通，在潜孔锤钻头的底唇面未到达钻孔底部与岩石接触时，对钻具不供气。当潜孔锤钻具到达钻孔底部，中心锤钻头1底唇面及边锤钻头2的底唇面与岩石接触时，浮动上轴29此时位于配气外管32内部下端，浮动上轴29的排气孔i及环形配气槽和配气外管32上的驱动管路供气孔g相连，地面的空气压缩机开始工作向钻具送气，驱动中心锤与边锤进行冲击回转钻进。
钻孔过程中，压缩空气从空气压缩机输送到钻具并驱动钻具进行钻进的过程如下：由于大直径组合式空气反循环潜孔锤使用的钻进工艺为空气反循环冲击回转钻进，与钻具配套的钻杆则为双层钻杆，内层钻杆与内管接头30相连，作为钻进时产生的岩屑在空气作用下的上返排出通道，外层钻杆与浮动上轴29相连，外层钻杆由钻机驱动回转并带动浮动上轴29回转，浮动上轴29通过花键与配气外管32相连，将钻杆回转扭矩传递给配气外管32进而传递给整个钻具。当浮动上轴29在钻压作用下位于配气外管32下端时，来自于空气压缩机的压缩空气经过双通道气龙头被输送到浮动上轴29与内管接头30之间的供气环空e、经过浮动上轴29的排气孔i、浮动上轴29的环形配气槽和配气外管32上的驱动管路供气孔g，压缩空气被输送到驱动管路37进而被输送到双联配流气动马达39中，双联配流气动马达39带动行星齿轮35回转，从动齿轮36与行星齿轮35为外啮合关系，相较于行星齿轮35的回转方向从动齿轮36进行反向回转。行星齿轮35受到从动齿轮36的限制导致每一个行星齿轮35以及双联配流气动马达39转速都为一个相等的值，根据配流气动马达原理，则有每一个双联配流气动马达39输出的气体流量都相等。双联配流气动马达39分别通过中心锤高压进气管路40和边锤高压进气管路42将压缩空气均等分配给中心锤与边锤。驱动中心锤工作的压缩空气经中心锤高压进气管路40被输送到尼龙轴套23内部环槽，而后压缩空气经过配气外管32下端的配气孔，到达中芯管38与配气外管32之间的环状间隙形成的中心锤高压储气室h，在中心锤高压储气室h，空气被储存加压后经过中心锤上砧座43的斜孔被输送到中心锤内缸45与中外管49之间形成的环状间隙内，随后空气通过中心锤内缸45的通气孔、中心锤冲锤活塞4与中心锤内缸45之间配合形成活塞上下腔的进气通道进入活塞下腔，抬升中心锤冲锤活塞4，当中心锤冲锤活塞4被抬升到中心锤上砧座43下方时，中心锤冲锤活塞4与中心锤内缸45之间配合形成活塞上下腔的进气通道与活塞下腔的通道关闭同时连通活塞上腔，空气进入活塞上腔，推动中心锤冲锤活塞4向下运动并冲击中心锤钻头1破碎岩石，与此同时活塞上腔的空气经中心锤冲锤活塞4与中芯管38之间的环状间隙进入中芯管38与中心锤配气套47的环状间隙，活塞下腔的空气经中心锤冲锤活塞4与中心锤配气套47之间的环状间隙进入中芯管38与中心锤配气套47的环状间隙，中芯管38与中心锤配气套47的环状间隙中的废气进入钻头上部环向均布的花键槽中，通过中心锤钻头1的花键槽底部留出的通道由中心锤钻头1的排气孔排出，携带钻孔底部岩屑经过岩屑上返入口a、岩屑增速通道b、岩屑上返通道c返回地表；上述空气流动路径完成了中心锤的空气反循环过程。当中心锤冲锤活塞4冲击中心锤钻头1完成一次冲击作用时，压缩空气将再一次通过中心锤内缸45的气孔抬升中心锤冲锤活塞4进行下一周期冲击作用。
驱动边锤工作的压缩空气经边锤高压进气口p、边锤上砧座53的斜孔、边锤内缸52与边锤外管51的环状间隙、边锤内缸52的通气孔抬升边锤冲锤活塞13向上运动，当边锤冲锤活塞13上升至边锤上砧座53下方时，边锤内缸52与边锤冲锤活塞13之间的环状空隙与活塞下腔的连通通道关闭同时连通活塞上腔，空气进入活塞上腔，推动边锤冲锤活塞13向下运动并冲击边锤钻头2破碎岩石，与此同时活塞上腔的空气经边锤冲锤活塞13与边锤芯管15之间的环状间隙进入边锤下隔套56与边锤下砧座11的环状间隙中，活塞上腔的空气经边锤冲锤活塞13与边锤配气套54之间的环状间隙进入边锤下隔套56与边锤下砧座11的环状间隙中，边锤下隔套56与边锤下砧座11的环状间隙中的废气经边锤下接头配气孔q、边锤下砧座集气孔y和边锤钻头2的边锤清理喷气孔n排出，汇同中心锤钻头1排出的空气携带岩屑经中心锤钻头的岩屑上返入口a、岩屑增速通道b、岩屑上返通道c返回地表；上述空气流动路径完成了边锤的空气反循环过程。当边锤冲锤活塞13冲击边锤钻头2完成一次冲击作用时，压缩空气将再一次通过边锤内缸52的通气孔抬升边锤冲锤活塞13进行下一周期冲击作用。
中心锤与边锤在接收到来自于行星齿轮分流器的压缩空气后，二者的冲击钻进是同时且不间断进行的，受中心锤钻头1与边锤钻头2的形状影响，大直径组合式空气潜孔锤形成的岩石破碎面为一个完整的圆形，可以大幅减少钻具对岩石的重复破碎。
钻孔过程中，大直径组合式空气潜孔锤的中心锤与边锤的冲击功传递路径如下：在钻压作用下，中心锤钻头1与边锤钻头2均与钻孔底部岩石紧密接触，当中心锤冲锤活塞4被压缩空气抬升时，中心锤冲锤活塞4的重力势能增加，当中心锤冲锤活塞4在自重以及空气推力作用下下落时，中心锤冲锤活塞4的动能迅速增大，最后当冲锤活塞4下落与中心锤钻头1上端发生冲击碰撞时，中心锤冲锤活塞4的动能转换为中心锤钻头1的对岩石的冲击功；由于边锤与中心锤结构类似，因此边锤传递冲击功的路径与中心锤基本一致，所不同的是当边锤冲锤活塞13运动到活塞行程下止点时，边锤冲锤活塞13将与边锤下砧座11发生冲击碰撞，由于边锤钻头2通过螺纹连接在边锤下砧座11下方，边锤冲锤活塞13的动能将转换为边锤钻头2的对岩石的冲击功；中心锤钻头1与边锤钻头2的对岩石的冲击功将对岩石产生冲击破坏作用，使岩石产生裂隙，高频次的冲击功作用将会使岩石裂隙逐步发展并产生岩石的破碎，岩石破碎块在高频冲击下将会破碎成小块碎屑，在空气反循环作用下岩石碎屑将被带出钻孔，实现钻孔的清理作用。
钻孔过程中，大直径组合式空气潜孔锤的钻压与扭矩传递过程如下：
当大直径组合式空气反循环潜孔锤钻具在自重与钻杆的给进作用下接触岩石开始钻进时，浮动上轴29对配气外管32产生向下的推力，配气外管32通过自身的台阶结构将推力传递给分流器箱体20，配气外管32通过长螺栓34和螺母配合分别与连接罩21、中卡盘22、尼龙轴套23、法兰垫圈24、尼龙法兰25连接，并将推力依次通过尼龙轴套23、中卡盘22、连接罩21向下传递，由于连接罩21通过焊接的方式与上端板16相连，护筒8上端的套筒端板50通过螺栓与上端板16连接，同时通过卡键与护筒8上端面卡槽相连，护筒8下端的套筒端板50通过螺栓与下端板10连接，同时该套筒端板50通过卡键与护筒8下端板10卡槽相连，因此推力作用通过连接罩21传递给上端板16，通过上端板16传递给护筒8上部的套筒端板50，而后传递给护筒8、套筒端板50、下端板10；由于下端板10位于环锤中轴5大外径轴段的上端面上方，且环锤中轴5通过螺栓与中轴卡键6安装在下端板10下方，推力作用将传递给环锤中轴5，当中心锤钻头1与边锤钻头2接触岩石时，两种钻头均处于竖直方向位移上止点，环锤中轴5的下端面与中心锤钻头1接触，将推力传递给中心锤钻头1，中心锤钻头1通过其底唇面将推力传递给岩石时产生钻压，与此同时，来自于下端板10的推力通过边锤钻头2与下端板10下端面接触传递给边锤钻头2，边锤钻头2通过其底唇面将推力传递给岩石时产生钻压。
当钻进过程中钻杆开始回转时，由于钻杆与浮动上轴29之间通过螺纹连接，浮动上轴29随同钻杆同步进行回转，浮动上轴29与配气外管32之间通过花键连接，浮动上轴29则通过花键将回转扭矩传递给配气外管32，如上所述，配气外管32与连接罩21、中卡盘22、尼龙轴套23、法兰垫圈24、尼龙法兰25通过长螺栓34配合螺母进行连接，配气外管32则将回转扭矩传递给中卡盘22、分流器箱体20和连接罩21，中卡盘22、分流器箱体20和连接罩21跟随配气外管32进行同步的回转，配气外管32与中外管49通过卡槽卡键连接，中外管49下端通过螺纹与中心锤下接头7相连，中心锤下接头7内径为花键套结构，与中心锤钻头1的花键轴配合安装，所以回转扭矩通过配气外管32传递给中外管49，经过中心锤下接头7最终传递给中心锤钻头1；由于行星齿轮分流器的双联配流气动马达39安装在分流器箱体20上，行星齿轮分流器的从动齿轮36通过台阶安装在法兰垫圈24的外径处，行星齿轮35则在双联配流气动马达39的驱动与分流器箱体20的回转作用下进行转动，与之啮合的从动齿轮36则围绕法兰垫圈24进行与行星齿轮35自转方向相反的回转；由于连接罩21与上端板16通过焊接的方式连接，边锤安装卡键17通过螺栓螺母与台阶安装在上端板16上方同时通过其内径台阶悬挂安装边锤外管51，在边锤下端，边锤下砧座11通过花键安装在边锤下接头12的内径处，同时插装在套筒端板50与下端板10对齐的同心孔内，护筒8通过键连接与上下两端的两个套筒端板50相连，两端的套筒端板50通过螺栓分别与上端板16、下端板10相连，所以上端板16直接将回转扭矩传递给边锤外管51，进而传递给边锤钻头2，与此同时，为了防止大直径组合式空气反循环潜孔锤钻具在钻孔内发生埋钻卡钻事故，上端板16将回转扭矩传递给护筒8上方的套筒端板50，套筒端板50通过卡键带动护筒8与焊接在护筒8外径的扩孔螺纹9一起回转，将回转扭矩传递给扩孔螺纹9，回转的扩孔螺纹9可以起到防止钻孔壁岩石掉块，保持钻孔直径不变的作用。
使用大直径组合式空气潜孔锤扫孔修整钻孔壁、清理岩屑和提钻时钻具对钻孔进行强制吹气清理钻孔的原理如下：
当钻孔内钻具上方孔壁岩石极其破碎且不稳定，掉落岩屑时，需要使用大直径组合式空气潜孔锤的强制吹气清孔功能对钻孔进行清理，具体的操作方法为使用钻杆提升钻具，浮动上轴29相对于配气外管32竖直向上产生位移，当浮动上轴29移动位移上止点时，浮动上轴29上的排气孔i和环形配气槽与配气外管32的上加工的边锤清孔供气孔f连通，来自于地面空气压缩机的压缩空气将通过供气环空e、浮动上轴29上的排气孔i和环形配气槽、配气外管32上的边锤清孔供气孔f被输送到边锤清孔管路41内，而后压缩空气通过边锤内进气接头18被输送到边锤芯管15的边锤内部气流通道k、经过在边锤清孔增压室m内增压后，压缩空气最终通过边锤下砧座11的中心孔与边锤钻头2的边锤清理喷气孔n高速喷出，冲洗掉落在钻孔底部的岩石碎屑，并将其带入岩屑上返入口a，途径岩屑增速通道b、岩屑上返通道c、中芯管内部气体通道d上返至地表，完成岩屑的清理工作。
Claims (7)
1.大直径组合式空气反循环潜孔锤，其特征在于，包括：配气接头总成、行星齿轮分流器、中心锤、边锤、钟形护罩、连接罩(21)及护筒(8)；
所述配气接头总成包括高压供气接头(27)、边锤清孔供气接头(28)、浮动上轴(29)、内管接头(30)、配气外管(32)、密封法兰盖(33)、驱动管路(37)及边锤清孔管路(41)，高压供气接头(27)通过螺纹将配气外管(32)和驱动管路(37)连接；边锤清孔供气接头(28)通过螺纹将配气外管(32)和边锤清孔管路(41)连接；浮动上轴(29)套设在内管接头(30)外部，浮动上轴(29)的内壁与内管接头(30)外壁形成环状间隙，且浮动上轴(29)下部与内管接头(30)外壁通过密封圈密封连接，同时浮动上轴(29)穿设在配气外管(32)内部并与其花键连接，浮动上轴(29)和配气外管(32)之间沿竖直方向相对移动；配气外管(32)通过长螺栓(34)与螺母配合构成的连接件分别与分流器箱体(20)、连接罩(21)、中卡盘(22)、尼龙轴套(23)、法兰垫圈(24)、尼龙法兰(25)相连；密封法兰盖(33)设置在配气外管(32)上方并与配气外管(32)通过螺栓连接，密封法兰盖(33)用以固定配气外管(32)，同时密封法兰盖(33)与浮动上轴(29)间安装有密封圈；
其中浮动上轴(29)为一根外径变径的中空花键轴，且浮动上轴(29)的外壁上设置有台阶及花键，沿浮动上轴(29)环向均布有排气孔(i)，所述排气孔(i)沿浮动上轴(29)的径向贯穿，浮动上轴(29)的外壁上设置有与所述排气孔(i)连通的环形配气槽；配气外管(32)内部具有花键槽，配气外管(32)通过花键连接套装在浮动上轴(29)外部，配气外管(32)通过设置在其内壁上部的台阶与浮动上轴(29)外壁的花键配合进行悬挂安装，配气外管(32)上开设有驱动管路供气孔(g)和边锤清孔供气孔(f)，钻具处于冲击回转钻进工况时，浮动上轴(29)的排气孔(i)与配气外管(32)上的驱动管路供气孔(g)保持常通状态；提升钻具工况时，浮动上轴(29)的排气孔(i)与配气外管(32)上的边锤清孔供气孔(f)保持常通状态，同时配气外管(32)下端具有环向均布的配气孔，该配气孔与位于尼龙轴套(23)内部的环槽连通；
所述行星齿轮分流器包括行星齿轮(35)、从动齿轮(36)、双联配流气动马达(39)、中心锤高压进气管路(40)及边锤高压进气管路(42)，双联配流气动马达(39)通过螺栓安装在分流器箱体(20)上，同时其输出轴穿过分流器箱体(20)的轴向预制孔，双联配流气动马达(39)的数量至少两个，至少两个双联配流气动马达(39)沿分流器箱体(20)的周向呈环形均匀布置，双联配流气动马达(39)的进气口通过管接头(19)与驱动管路(37)连接，至少两个双联配流气动马达(39)的排气口中，一个排气口通过管接头(19)与中心锤高压进气管路(40)相连，其余排气口通过管接头(19)与边锤高压进气管路(42)连接，中心锤高压进气管路(40)远离双联配流气动马达(39)的一端通过螺纹管接头与尼龙轴套(23)相连并对中心锤进行供气；边锤高压进气管路(42)远离双联配流气动马达(39)的一端通过螺纹管接头与边锤高压供气口(p)相连；行星齿轮(35)的数量与双联配流气动马达(39)的数量一致，且一一对应，每个行星齿轮(35)通过平键与轴端紧固螺母安装在与其对应的双联配流气动马达(39)的输出轴上，行星齿轮(35)与从动齿轮(36)啮合形成行星齿轮系；
所述中心锤包括中芯管(38)、尼龙轴套(23)、中卡盘(22)、中心锤上砧座(43)、调整环(44)、中心锤冲锤活塞(4)、中心锤内缸(45)、中心锤中隔套(46)、中心锤配气套(47)、中心锤下隔套(48)、中心锤钻头(1)、中心锤钻头卡键(14)、中外管(49)及中心锤下接头(7)，中芯管(38)通过***的方式安装于配气接头总成中的内管接头(30)下方，中芯管(38)是一根外径变径且外壁带台阶的管状结构，中芯管(38)位于配气外管(32)、中心锤上砧座(43)、调整环(44)、中心锤冲锤活塞(4)、中心锤内缸(45)、中心锤中隔套(46)及中心锤配气套(47)的内部，且中芯管(38)同时与配气外管(32)、中心锤上砧座(43)、调整环(44)、中心锤冲锤活塞(4)、中心锤内缸(45)、中心锤中隔套(46)及中心锤配气套(47)环状间隙配合，中芯管(38)分为上轴段和下轴段两部分，其下轴段直径小于上轴段直径，且中芯管(38)的下轴段与中心锤冲锤活塞(4)间的环状间隙为活塞上腔排气通道；尼龙轴套(23)安装于配气外管(32)的下端圆周外壁上，尼龙轴套(23)的内壁具有环槽，尼龙轴套(23)与配气外管(32)通过长螺栓(34)配合螺母进行连接；中卡盘(22)位于尼龙轴套(23)下方，中卡盘(22)和尼龙轴套(23)之间通过长螺栓(34)配合螺母进行连接；中心锤上砧座(43)位于中卡盘(22)下方且中心锤上砧座(43)的上端面紧贴中芯管(38)的台阶面，中心锤上砧座(43)下端***中心锤内缸(45)中，中心锤上砧座(43)和中心锤内缸(45)之间设置有密封圈，中心锤上砧座(43)上端加工有环向均布的斜孔；调整环(44)安装在中心锤上砧座(43)上方，并通过中外管(49)的台阶进行限位；中心锤冲锤活塞(4)为一根变径的中空轴，分为上轴段和下轴段，上轴段直径大于下轴段直径，且上轴段具有沿环向均布的凹槽，下轴段为台阶型，中心锤冲锤活塞(4)位于中心锤上砧座(43)下方，中心锤冲锤活塞(4)与中心锤上砧座(43)之间形成活塞上腔，中心锤冲锤活塞(4)位于中心锤内缸(45)、中心锤中隔套(46)及中心锤配气套(47)内部，中心锤冲锤活塞(4)的上轴段的凹槽与中心锤内缸(45)的台阶进行配合形成活塞上下腔的进气通道，中心锤冲锤活塞(4)的下轴段与中心锤中隔套(46)之间形成的环状间隙作为活塞下腔；中心锤内缸(45)安装在中心锤上砧座(43)下方，中心锤内缸(45)上加工有沿其环向均布的通气孔，中心锤内缸(45)与中心锤上砧座(43)之间设置有密封圈，中心锤内缸(45)的下方依次安装有中心锤中隔套(46)、中心锤配气套(47)和中心锤下隔套(48)；中心锤配气套(47)的上端设置有环向均布的斜孔槽，并在中心锤配气套(47)内部设置有环向均布的通孔，中心锤配气套(47)与中外管(49)之间设置有密封圈；中心锤下隔套(48)套在中心锤钻头(1)的外侧，用于对中心锤钻头卡键(14)进行限位；中心锤钻头(1)的中部具有台阶，中心锤钻头(1)的上端为花键轴并加工有环向均布的花键槽，中心锤钻头(1)***环锤中轴(5)内部，通过所述台阶对环锤中轴(5)进行限位，中心锤钻头(1)位于中心锤配气套(47)下方，中心锤钻头(1)的上端与中芯管(38)下端插接配合，中心锤钻头(1)与中心锤下接头(7)通过花键连接，并通过中心锤半环卡键(14)与中心锤下接头(7)的配合对中心锤钻头(1)进行限位，中心锤钻头(1)的底唇面超前于边锤钻头(2)的底唇面，同时中心锤钻头(1)底唇面形状与边锤钻头底唇面形状组合形成圆截面，中心锤钻头(1)的碎岩面上镶嵌有合金齿(3)并采用焊接的方式连接；中外管(49)套设在中心锤上砧座(43)、中心锤内缸(45)、中心锤中隔套(46)、中心锤配气套(47)和中心锤下隔套(48)外侧，中外管(49)同时与中心锤上砧座(43)、中心锤内缸(45)、中心锤中隔套(46)、中心锤配气套(47)和中心锤下隔套(48)环状间隙配合，中外管(49)与配气外管(32)通过卡键卡槽配合，中外管(49)的上端设置有凹槽，该凹槽与中卡盘(22)的下部台阶配合进行悬挂安装定位；中心锤下接头(7)通过螺纹连接安装于中外管(49)下方；
其中，中心锤钻头(1)底部加工有若干岩屑上返入口(a)，所述岩屑上返入口(a)与中心锤钻头(1)轴心的岩屑增速通道(b)连通，中心锤钻头(1)底部绕中心轴环向均布有若干排气孔；
所述边锤围绕中心锤均匀布置，边锤包括边锤钻头(2)、下端板(10)、边锤下砧座(11)、边锤下接头(12)、边锤冲锤活塞(13)、边锤芯管(15)、上端板(16)、边锤安装卡键(17)、边锤内进气接头(18)、边锤外管(51)、边锤内缸(52)、边锤上砧座(53)、边锤配气套(54)、边锤中隔套(55)、边锤下隔套(56)及边锤盖板(57)，边锤钻头(2)的碎岩面上镶嵌有合金齿(3)并采用焊接的方式连接，边锤钻头(2)通过螺纹连接在边锤下砧座(11)下方；边锤下砧座(11)上端***边锤下接头(12)的内部并向上延伸，边锤下砧座(11)以***的方式安装在边锤外管(51)的中空区域里并且可沿竖直方向移动，边锤下砧座(11)上端加工有环向均布的边锤下砧座集气孔(y)，边锤下砧座集气孔(y)与位于边锤钻头(2)上的边锤清理喷气孔(n)相通；边锤下接头(12)通过螺纹连接安装在边锤外管(51)下方，边锤下接头(12)上端加工有环向均布的边锤下接头配气孔(q)；边锤外管(51)通过与边锤安装卡键(17)的台阶配合悬挂安装定位，边锤外管(51)套设在边锤内缸(52)、边锤上砧座(53)、边锤配气套(54)、边锤中隔套(55)及边锤下隔套(56)的外部且环状间隙配合；下端板(10)安装在边锤下砧座(11)的下方，同时下端板(10)位于环锤中轴(5)的台阶面上方，下端板(10)通过螺栓及中轴卡键(6)与环锤中轴(5)连接，边锤钻头(2)和中心锤钻头(1)处于竖直方向位移上止点时环锤中轴(5)的下端面与中心锤钻头(1)接触；边锤芯管(15)是一根外径变径且外径带台阶的管状结构，边锤芯管(15)的上端通过台阶与边锤上砧座(53)配合进行悬挂安装，边锤芯管(15)的下端通过***的方式安装在边锤下砧座(11)的中空区域里，边锤芯管(15)与边锤下砧座(11)之间设置有密封圈；边锤上砧座(53)上开设有环向均布的斜孔，边锤上砧座(53)下端***边锤内缸(52)中，且边锤上砧座(53)和边锤内缸(52)间安装有密封圈；边锤内缸(52)安装在边锤上砧座(53)下方，边锤内缸(52)内壁上加工有环向均布的通气孔，边锤内缸(52)下方依次安装有边锤中隔套(55)、边锤配气套(54)和边锤下隔套(56)；边锤下隔套(56)位于边锤下砧座(11)外部，且间隙配合；边锤冲锤活塞(13)是一根变径的中空轴，分为上轴段和下轴段，上轴段直径大于下轴段直径，且上轴段具有沿环向均布的凹槽，下轴段为台阶型，边锤冲锤活塞(13)位于边锤上砧座(53)下方，边锤冲锤活塞(13)位于边锤内缸(52)、边锤中隔套(55)、边锤配气套(54)和边锤下隔套(56)内部且间隙配合，同时边锤冲锤活塞(13)的内壁与边锤芯管(15)间隙配合，边锤冲锤活塞(13)与边锤芯管(15)之间设置有密封圈，边锤冲锤活塞(13)与边锤上砧座(53)之间形成活塞上腔，边锤冲锤活塞(13)的上轴段凹槽通过与边锤内缸(52)的台阶进行配合形成活塞上下腔的进气通道，边锤冲锤活塞(13)的下轴段与边锤中隔套(55)之间形成的环状间隙作为活塞下腔；边锤卡键(17)为一对带台阶的半环卡键，通过螺栓螺母与台阶安装在上端板(16)上方，同时通过台阶悬挂安装边锤外管(51)；上端板(16)焊接在连接罩(21)下方；边锤内进气接头(18)通过螺纹连接安装在边锤芯管(15)上方，边锤内进气接头(18)通过螺纹将边锤清孔管路(41)与边锤芯管(15)相连并接通；边锤盖板(57)同时与边锤安装卡键(17)及上端板(16)通过螺栓连接，边锤盖板(57)通过螺纹管接头分别与边锤清孔管路(41)、边锤高压进气管路(42)相连；
其中边锤钻头(2)的数量至少两个，至少两个边锤钻头(2)沿钻具整体的中心轴线环向均布，形成了一个完整的圆环形横截面；所述圆环形横截面与中心锤钻头(1)的横截面一同构成一个完整的圆形横截面；
所述钟形护罩包括护罩(26)和分流器箱体(20)，护罩(26)位于驱动管路(37)和边锤清孔管路(41)外侧，护罩(26)上端与导正环(31)通过螺栓连接，且二者整体套装在配气外管(32)的外部；分流器箱体(20)位于护罩(26)下方，并设置在行星齿轮分流器外侧，分流器箱体(20)的上端与护罩(26)下端通过螺栓连接，分流器箱体(20)与配气接头总成中的配气外管(32)通过长螺栓(34)配合螺母进行连接；分流器箱体(20)上加工有管接头孔，管接头孔上安装有中间管接头，该中间管接头将驱动管路(37)的两管段与边锤清孔管路(41)的两管段相连，形成完整的管路；
所述护筒(8)位于边锤外侧，护筒(8)的上端面、下端面均具有环中心轴的卡槽，卡槽与套筒端板(50)的卡键配合，套筒端板(50)数量为两个，两个套筒端板(50)分别位于护筒(8)上下两侧，两个套筒端板(50)分别与上端板(16)和下端板(10)通过螺栓连接，护筒(8)的外壁一侧通过焊接的方式安装有扩孔螺纹(9)。
2.根据权利要求1所述的大直径组合式空气反循环潜孔锤，其特征在于：所述从动齿轮(36)上设置有分别与法兰垫圈(24)和尼龙法兰(25)相配合的台阶，从动齿轮(36)通过加工在其上的台阶安装在法兰垫圈(24)和尼龙法兰(25)之间，并且可围绕法兰垫圈(24)回转。
3.根据权利要求1所述的大直径组合式空气反循环潜孔锤，其特征在于：所述中心锤钻头(1)的横截面呈梅花形。
4.根据权利要求2所述的大直径组合式空气反循环潜孔锤，其特征在于：所述边锤钻头(2)数量至少两个，至少两个边锤钻头(2)的横截面呈梅花花瓣形均布在中心锤钻头(1)外侧，至少两个边锤钻头(2)沿钻具整体的中心轴线环向均布，形成了一个完整的圆环形横截面；所述圆环形横截面与中心锤钻头(1)的横截面一同构成一个完整的圆形横截面。
5.根据权利要求3所述的大直径组合式空气反循环潜孔锤，其特征在于：所述边锤钻头(2)通过螺纹与边锤下砧座(11)连接，边锤钻头(2)的结构为扇环形，该扇环内径一侧加工有T型卡槽，与环锤中轴(5)的外径处加工的T型卡键相互配合，使边锤钻头(2)随着环锤中轴(5)一起回转并沿环锤中轴(5)的T型卡键的竖直方向产生位移。
6.根据权利要求1所述的大直径组合式空气反循环潜孔锤，其特征在于：所述护筒(8)位于边锤外侧，护筒(8)的上端面、下端面均具有环中心轴的T型卡槽，与位于护筒(8)上下两侧的套筒端板(50)的T型卡键配合，护筒(8)卡装在两个套筒端板(50)之间并随着钻具一起回转。
7.根据权利要求1所述的大直径组合式空气反循环潜孔锤，其特征在于：所述扩孔螺纹(9)为合金条，扩孔螺纹(9)通过焊接的方式安装在护筒(8)外侧。
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| CN202010607895.0A CN111594039A (zh) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | 一种大直径组合式空气反循环潜孔锤 |
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=72179947
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN112431547A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-02 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 交叉接头及潜孔钻进装置 |
| CN113250604A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-13 | 重庆科技学院 | 自配气集束式气动潜孔锤组 |
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2020
- 2020-06-30 CN CN202010607895.0A patent/CN111594039A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112431547A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-02 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 交叉接头及潜孔钻进装置 |
| CN113250604A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-13 | 重庆科技学院 | 自配气集束式气动潜孔锤组 |
| CN113250604B (zh) * | 2021-06-29 | 2023-10-13 | 重庆科技学院 | 自配气集束式气动潜孔锤组 |
| CN114059920A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-02-18 | 中国地质大学（北京） | 大直径双回转集束式气动反循环冲击器及配套锤头 |
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