一种多功能高频共振的软岩取芯钻头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程试验仪器领域，特别涉及一种多功能高频共振的软岩取芯钻头，适用于软岩样品制作过程中无水、无尘、地质液环境等条件下的快速取芯。
【背景技术】
[0002]软岩遇水软化是国际工程地质学科领域的前沿课题之一。其软化试验研宄是其中的重点和难点，是许多重大工程灾变机制研宄与控制的基础，已经成为学术界与工程界共同关注的焦点。目前，通过实验在其软化机制、变形破坏的力学效应及其模型方面已经开展了较多工作，初步形成了软岩软化研宄的基本试验框架。其中，软岩样品的室内取芯、切磨制样等是试验开展前提保证，且均需用水降温而导致样品逐渐软化破坏，难以维持强度。特别是，软岩样品的旋转或冲击取芯过程缓慢，须用水来冷却钻头、降尘，且用水量大，使得软岩样品常处于湿水状态进而软化破坏，导致取芯及切磨制样的成功率大大降低，特别是泥质软岩制样的低成功率更加突出，成为软岩试验的瓶颈问题。但是，目前针对这一问题尚未见到合理有效的方法，大大降低了软岩试验效率、增加了养护困难、提高了试验成本、延长了试验时间，严重制约了软岩试验的开展。因此，根据高频共振可快速切割材料的原理，设计研制一种多功能高频共振的软岩取芯钻头，重点针对软岩样品取芯过程缓慢、冷却水至样品破坏问题，兼顾高效控尘，解决软岩样品高效取芯设备欠缺的问题，对于提升软岩养护与试验效率、降低试验成本、缩短试验时间及拓展相关试验内容与规模等，具有十分重要的科学意义和实际应用价值。
【发明内容】
[0003]本发明的目是，针对现有软岩样品高效取芯设备欠缺的问题，提供一种能够在软岩样品制作过程中无水、无尘、地质液环境等条件下快速取芯的设备。
[0004]本发明涉及的一种多功能高频共振的软岩取芯钻头，由高频振动钻头、高频振动控制机、地质液控制器组成。
[0005]1、高频振动钻头
[0006]尚频振动钻头由尚频振动头、振动头卡轴、振动传动接口、振动头锁扣、钻杆、冷却控尘罩位置卡口、冷却控尘罩、地质液进口、地质液喷口、切旋钻头等组成，利用高频共振可快速切割材料的原理，实现高频振动钻头与软岩样品的共振，以切削、剪切、旋转等方式的控尘快速取芯；并由于取芯快速使得钻头温度不会急剧升高而无需水冷却，可防止软岩样品因湿水而软化破坏。
[0007]2、高频振动控制机
[0008]高频振动控制机由振动发动机、振动传动轴等组成，可实现根据软岩样品的固有频率输出高频振动给钻头，从而引起软岩样品的共振，实现快速取芯。
[0009]3、地质液控制器
[0010]地质液控制器由地质液驱动泵、地质液导管、地质液等组成，可实现软岩样品地质液的模拟与施加；根据地质液抑制软岩软化原理，可实现长时间大规模软岩样品取芯条件下钻头冷却且会抑制软岩遇水软化。
[0011]本发明具有以下优点:
[0012]1、能够实现软岩样品的高频共振的无水控尘快速取芯。
[0013]2、能够在同一台设备上实现无水、控尘、地质液等不同条件下抑制软岩样品软化的快速取芯。
[0014]3、本钻头重力轻便、稳定性高、效率高、结构简单、清洗便捷、操作方便，对试验测试人员没有很强的技术要求。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的整体组成结构示意图。
[0016]其中:
[0017]A.高频振动钻头:A1.高频振动头；A2.振动头卡轴；A3.振动传动接口 ；A4.振动头锁扣；A5.钻杆；A6.冷却控尘罩位置卡口 ；A7.冷却控尘罩；A8.地质液进口 ；A9.地质液喷口 ;Α10.切旋钻头。
[0018]B.高频振动控制机:B1.振动发动机；Β2.振动传动轴。
[0019]C.地质液控制器:C1.地质液驱动泵；C2.地质液导管；C3.地质液。
[0020]图2是具体取芯实施方式流程图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图对本发明的技术方案进一步说明:
[0022]将A.高频振动钻头连接B.高频振动控制机与C.地质液控制器，形成完整的多功能高频共振的软岩取芯钻头。取芯过程中，首先，将A.高频振动钻头通过A2.振动头卡轴安装固定在取芯机上；软岩样品放置于A.高频振动钻头下方接着，通过A6.冷却控尘罩位置卡口调节并固定A7.冷却控尘罩的位置，以有效控尘，在需冷却时刻有效冷却A10.切旋钻头；然后，根据软岩样品的固有频率，开启B.高频振动控制机，调节振动频率，并通过B2.振动传动轴将振动传到Al.高频振动头；Al.高频振动头通过A4.振动头锁扣与A5.钻杆将振动传给A10.切旋钻头，实现与软岩样品的共振；最后通过A10.切旋钻头实现控尘快速取芯。同时，若因长时间大规模软岩样品取芯而导致A10.切旋钻头需冷却，则开启C.地质液控制器，通过C2.地质液导管与A7.冷却控尘罩的内部循环管道及其A9.地质液喷口，将由同类软岩泡水或其它盐溶液配置C3.地质液喷到A10.切旋钻头，实现A10.切旋钻头冷却与进一步控尘，并根据地质液抑制软岩软化原理，可抑制软岩样品的软化破坏。
【主权项】
1.一种多功能高频共振的软岩取芯钻头，包括高频振动钻头、高频振动控制机、地质液控制器组成。其特征在于:所述高频振动钻头由高频振动头、振动头卡轴、振动传动接口、振动头锁扣、钻杆、冷却控尘罩位置卡口、冷却控尘罩、地质液进口、地质液喷口、切旋钻头等组成，利用高频共振可快速切割材料的原理，实现高频振动钻头与软岩样品的共振，以切肖IJ、剪切、旋转等方式的控尘快速取芯；并由于取芯快速使得钻头温度不会急剧升高而无需水冷却，可防止软岩样品因湿水而软化破坏；所述高频振动控制机由振动发动机、振动传动轴等组成，可实现根据软岩样品的固有频率输出高频振动给钻头，从而引起软岩样品的共振，实现快速取芯；所述地质液控制器由地质液驱动泵、地质液导管、地质液等组成，可实现软岩样品地质液的模拟与施加；根据地质液抑制软岩软化原理，可实现长时间大规模软岩样品取芯条件下钻头冷却且会抑制软岩遇水软化。该钻头可实现软岩样品的高频共振的无水控尘快速取芯，以及在在同一台设备上实现无水、控尘、地质液等不同条件下抑制软岩样品软化的快速取芯。
【专利摘要】本发明涉及一种多功能高频共振的软岩取芯钻头，由高频振动钻头，高频振动控制机、地质液控制器组成。其主要优点在于能够实现软岩样品的高频共振的无水控尘快速取芯，以及能够在同一台设备上实现无水、控尘、地质液等不同条件下抑制软岩样品软化的快速取芯，对于提升软岩养护与试验效率、降低试验成本、缩短试验时间及拓展相关试验内容与规模等，具有十分重要的科学意义和实际应用价值。
【IPC分类】G01N1-08
【公开号】CN104807670
【申请号】CN201510193471
【发明人】刘镇, 周翠英, 苏定立, 黎杰明
【申请人】中山大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月21日