一种取芯钻头

1.本发明涉及取芯机技术领域，特别是涉及一种取芯钻头。


背景技术：

2.取芯钻头主要是用来对岩石或混凝土等产品进行钻孔取样的工具。但现有的取芯钻头普遍存在着“钻得进，拿不出”的问题，即在取芯机器的电机驱动下取芯钻头只能在母体上切割出环形槽，而环形槽内的芯块由于其根部与母体连接着却无法随取芯钻头一同取出，因此还需用棍棒插入芯块与母体之间的间隙将其撬断才能取出，导致施工效率大大降低。为此，专利号为“202122390289.0”，专利名称为“一种液压取芯钻头”的实用新型专利中公开了一种可在钻取之后，能够将芯块顶断的取芯钻头，包括筒体和劈裂器，筒体内沿其轴线方向设置容纳腔，筒体底部设置有与容纳腔连通的开口，劈裂器设置于筒体的侧壁上，劈裂器包括劈裂器顶柱，劈裂器顶柱能够沿容纳腔的径向伸缩。在开槽完成后，劈裂器顶柱伸出将芯块的根部顶断即可将芯块与母体脱离，然后再通过劈裂器顶柱夹紧岩芯，便可使岩心随取芯钻头一同取出。但上述专利中，由于岩石和混凝土等均为脆性材料，采用劈裂器顶柱挤断芯块根部的方式，很容易使整个芯块由内向外开裂，在后期劈裂器顶柱顶紧芯块时更是容易将开裂的芯块挤断变成无数小块，无法保持岩芯较好的完整性，不利于观察和研究。此外若岩石和混凝土内部本身就有裂缝、孔洞等损伤时，无论是现有取芯钻头，还是上述专利中在钻取过程中的机械震动也容易导致岩芯碎裂，在成型时就出现损伤。


技术实现要素：

3.本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种取芯钻头，空心钻筒内壁上的斜坡槽和滚动体相互配合，形成了“顺松逆紧”特性，正转取芯时，滚动体上的夹紧柱和环切盘会在芯块推动下隐藏到斜坡槽内，不影响正常取芯，反转空心钻筒时，环切盘和夹紧柱会在弹性复位机构和芯块推动下，依次从斜坡槽内显露出来，逐步实现“环切—夹紧—扭断”芯块的功能，保证芯块较完整地从母体上进行根部断裂并脱离的功能。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种取芯钻头，包括一端设有开口的空心钻筒，所述空心钻筒的内壁上周向布设有若干个槽底为坡面的斜坡槽，所述斜坡槽内设有能够从坡面的坡底端朝向坡顶端滚动并在滚动过程中由隐藏逐渐转至显露的滚动体，所述滚动体平行于所述空心钻筒的轴线并通过弹性复位机构保持在所述斜坡槽的坡面的坡顶端，所述滚动体包括能够随所述空心钻筒转动而被芯块推动的环切盘和显露状态下能够夹紧芯块的夹紧柱，所述环切盘同轴固定在所述夹紧柱靠近所述开口的一端上。
5.优选地，所述斜坡槽沿所述空心钻筒轴线延伸的两端设有倾斜方向和倾斜度与所述坡面一致的导向槽，所述夹紧柱的两端同轴固定有滚动连接在所述导向槽内的滚动轴。
6.优选地，所述弹性复位机构包括设置在所述导向槽的坡底端和所述滚动轴之间的复位压簧。
7.优选地，所述复位压簧的端头固定有与所述滚动轴抵接的推动球，所述推动球滑动连接在所述导向槽内。
8.优选地，所述斜坡槽包括分别与所述夹紧柱和所述环切盘时刻贴合的第一槽段和第二槽段。
9.优选地，所述环切刀的截面为椭圆形。
10.优选地，所述夹紧柱的表面为麻面。
11.优选地，所述空心钻筒远离所述开口的一端内壁上设有伸缩顶杆，所述伸缩顶杆的端部转动连接有用于顶紧芯块的顶头，所述伸缩顶杆上套设有时刻顶紧所述顶头的压紧弹簧。
12.优选地，所述顶头用于顶紧所述芯块的顶紧面上设有防滑齿。
13.优选地，所述顶头通过轴承与所述伸缩顶杆转动连接。
14.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
15.1.本发明的取芯钻头中，空心钻筒内壁上的斜坡槽和滚动体相互配合，形成了“顺松逆紧”特性，正转取芯时，滚动体上的夹紧柱和环切盘会在芯块推动下隐藏到斜坡槽内，从而不影响正常取芯，而需要将芯块打断时，只需反转空心钻筒，夹紧柱和环切盘会在弹性复位机构和芯块推动下，从斜坡槽内显露出来，环切盘会首先接触芯块根本，由于其接触面小，比较“锋利”，会对芯块表面产生“环切”效果，将芯块端部进行一圈环切，使芯块产生薄弱带，对于脆性材料而言，薄弱位置就是断裂位置，随后夹紧柱接触芯块并夹紧，随着空心钻筒反转，从而将芯块从薄弱位置扭断，实现“环切—夹紧—扭断”芯块的功能，保证芯块较完整地从母体上进行根部断裂并脱离的功能。
16.2.本发明的取芯钻头中，在空心钻筒内部增加了一个顶杆装置，伸缩顶杆和压紧弹簧配合下能够时刻顶紧芯块，以对芯块施加轴向压力，增大破碎芯块内部的碎片之间的摩擦力，从而可有效缓解岩芯碎裂，因为顶头和伸缩顶杆之间转动连接，因此伸缩顶杆是一个只能传递轴向压力、不能传递转动力矩的装置，不会跟随空心钻筒一起转动。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为安装有本取芯钻头的取芯机结构示意图；
19.图2为取芯钻头的环切夹紧时的内部结构示意图；
20.图3为取芯钻头的内部结构局部放大图；
21.图4为取芯钻头的仰视角度的剖视图；
22.图5为滚动体位于坡底端时正剖面图；
23.图6为滚动体位于坡顶端时正剖面图；
24.图7为滚动体位于坡底端时导向槽的结构示意图；
25.图8为滚动体位于坡顶端时导向槽的结构示意图；
26.图9为滚动体位于坡底端时斜坡槽的结构示意图；
27.图10为滚动体位于坡顶端时斜坡槽的结构示意图；
28.图11为空心钻筒内伸缩顶杆等结构示意图。
29.附图标记说明：1、空心钻筒；2、滚动体；3、夹紧柱；4、环切盘；5、滚动轴；6、斜坡槽；7、导向槽；8、复位压簧；9、推动球；10、第一槽段；11、第二槽段；12、伸缩顶杆；13、顶头；14、压紧弹簧；15、防滑齿；16、双向轴承；17、驱动电机；18、芯块。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本实施例提供了一种取芯钻头，如图1至图11所示，包括空心钻筒1，空心钻筒1一端开口，另一端可安装在取芯机的驱动电机17的输出轴上，从而通过驱动电机17带动空心钻筒1进行正转或反转。空心钻筒1的内壁上周向布设有若干个斜坡槽6，斜坡槽6的槽底为坡面，因为斜坡槽6的槽底为坡面，因此槽底坡底端的槽深要深于坡顶端的槽深。斜坡槽6内设有滚动体2，滚动体2能够从斜坡槽6的槽底的坡底端滚动至坡顶端，或从坡顶端滚动至坡底端，坡底端的槽深大于滚动体2的直径，同时坡顶端的槽深小于滚动体2的直径，从而使得原本隐藏在坡底端的滚动体2在向坡顶端滚动过程中逐渐显露出来，滚动体2平行于空心钻筒1的轴线并通过弹性复位机构保持在斜坡槽6的坡面的坡顶端，即未使用空心钻筒1前，滚动体2处于显露状态。滚动体2包括夹紧柱3和环切盘4，环切盘4同轴固定在夹紧柱3靠近开口的一端上，当空心钻筒1正转进行钻芯时，环切盘4受到芯块18的摩擦力推动下，环切盘4会克服掉弹性复位机构的弹力，然后带动夹紧柱3从斜坡槽6的坡面的坡顶端滚动至坡底端，从而环切盘4和夹紧柱3隐藏入斜坡槽6内，当空心钻筒1反转时，环切盘4受到弹性复位机构以及芯块18的摩擦力推动下，环切盘4会带动夹紧柱3从斜坡槽6的坡面的坡底端滚动至坡顶端，从而环切盘4和夹紧柱3会凸出斜坡槽6，达到显露状态，此时显露出的环切盘4会随着空心钻筒1转动切割芯块18的根部，切割出环形切缝，从而实现环切效果，降低芯块18根部与母体之间的连接，然后显露出的夹紧柱3会夹紧住芯块18，并随着空心钻筒1反转拧动芯块18，因为有环切缝的存在，芯块18会从环切缝处与母体断开，然后将反向转动状态下的空心钻筒1上提，即可将芯块18取出。
32.工作过程：
33.首先，将空心钻筒1安装到取芯机的驱动电机17上；然后，调节驱动电机17的高度，使空心钻筒1对准所要取芯的位置；然后，启动驱动电机17，使空心钻筒1正向旋转，同时驱动电机17整体向下移动进行钻取，钻取过程中环切盘4受到芯块18的推动，环切盘4带动着夹紧柱3从斜坡槽6的槽底的坡顶端向坡底端移动，复位弹性机构会逐渐被压缩，直至环切盘4隐藏进斜坡槽6的坡底端并在原地“打转”，在钻取到位后停止驱动电机17；然后，再次启动驱动电机17，使空心钻筒1反向旋转，此时滚动体2在复位弹性机构的复位弹力推动下以及环切盘4在芯块18的摩擦力推动下，环切盘4会带动夹紧柱3从从斜坡槽6的槽底的坡底端向坡顶端移动，环切盘4和夹紧柱3会逐渐显露出来，环切盘4对芯块18的根部进行环切，夹紧柱3则夹紧芯块18将其从根部拧断脱离母体；最后，保持空心钻筒1反向转动的同时，向上
移动驱动电机17，从而上提空心钻筒1，在夹紧柱3的夹紧作用和环切盘4承托芯块18底部作用下，将芯块18提出母体，实现取芯。
34.本实施例中，如图1至图11所示，斜坡槽6沿空心钻筒1轴线延伸的两端均设有导向槽7，导向槽7为一倾斜设置的长条槽，导向槽7的倾斜方向和倾斜度与斜坡槽6的槽底的倾斜方向和坡度一致。夹紧柱3的两端同轴固定有滚动轴5，滚动轴5滚动连接在导向槽7内，导向槽7和滚动轴5共同作用下，一是可以引导夹紧柱3和环切盘4的移动，二是能够使夹紧柱3和环切盘4保持在斜坡槽6内。
35.本实施例中，如图1至图11所示，弹性复位机构包括复位压簧8，复位压簧8设置在导向槽7的坡顶端和滚动轴5之间，复位压簧8一端与导向槽7的坡顶端固定连接，另一端与滚动轴5抵接。
36.进一步，为了防止复位压簧8卷入滚动轴5中，本实施例中，如图1至图11所示，在复位压簧8的端头固定有一个推动球9，推动球9滑动连接在导向槽7内并时刻与滚动轴5抵接，推动球9的直径与导向槽7的宽度相匹配。
37.本实施例中，如图1至图11所示，斜坡槽6包括第一槽段10和第二槽段11，第一槽段10和第二槽段11的槽深均从坡底端到坡顶端逐渐增大，以分别与夹紧柱3和环切盘4时刻贴合，从而在夹紧柱3和环切盘4与芯块18接触时，提供夹紧柱3和环切盘4足够的支撑力，以使夹紧柱3夹紧芯块18以及使环切盘4能够有效切入芯块18内。第二槽段11的槽深整体大于第一槽段10，以保证第二槽段11能够有效的容纳直径大于夹紧柱3的环切盘4。
38.本实施例中，如图1至图11所示，环切刀4的截面为椭圆形，椭圆形截面的环切刀4两侧的端面都为弧面，有利于初次取芯时，芯块18能够顺着弧面向两侧推动环切刀4，将环切刀4推入第二槽段11内，不会出现环切刀4抵在芯块18的端部被顶坏。
39.本实施例中，如图1至图11所示，夹紧柱3的表面为麻面，可增大与芯块18的摩擦力，确保能够夹紧芯块18，避免出现“打滑”问题致使取芯时芯块18脱离夹紧柱3。作为优选地，第一槽段10的槽底也可设置为麻面，从而增大第一槽段10与夹紧柱3之间的摩擦力，从而避免夹紧柱3与第一槽段10之间也出现“打滑”问题。
40.本实施例中，如图1至图11所示，空心钻筒1远离开口的一端内壁上设有伸缩顶杆12，伸缩顶杆12的端部转动连接有用于顶紧芯块18的顶头13，伸缩顶杆12上套设有时刻顶紧顶头13的压紧弹簧14。伸缩顶杆12会根据空心钻筒1深入程度改变长度，压紧弹簧14可保证顶头13时刻顶紧芯块18，从而通过对芯块18施加轴向压力，增大芯块18内部碎片之间的摩擦力来有效缓解芯块18碎裂。
41.进一步，本实施例中，如图1至图11所示，顶头13用于顶紧芯块的顶紧面上设有防滑齿15，以增大顶头13与芯块18之间摩擦力，避免出现“打滑”现象，以保证顶紧效果。
42.进一步，本实施例中，如图1至图11所示，顶头13通过轴承与伸缩顶杆12转动连接。轴承采用双向轴承16，双向轴承16只传递轴力，不传递扭力。
43.发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。