一种悬臂式自适应扩孔器

本新型涉及一种悬臂式自适应扩孔器，属钻孔设备。

背景技术：

1、目前在进行煤层钻孔等作业中，往往需要对钻孔内部通过扩径达到增透的目的，这一需求在煤层气开采、瓦斯治理等领域中尤为突出，针对这一问题，当前开发了众多的具备钻孔和扩孔功能的钻杆设备，虽然都可以满足钻孔及扩孔作业的需要，往往需要在钻杆等设备上增加额外的机械结构，同时设备自身结构及操控也相对复杂，从而一方面导致钻孔设备结构相对复杂，设备维护及运行成本高，操作难度大，另一方面也造成了扩孔作业时驱动力的传递、控制便捷性和精度也相对较差的缺陷，钻孔产生的碎屑排屑效率也往往相对较差，从而不同程度造成了钻孔、扩孔作业的工作效率和精度受到影响，并因此影响了钻孔及扩孔作业的效率和质量。

2、于是，发明人有鉴于此，秉持多年该相关行业丰富的设计开发及实际制作的经验，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种悬臂式自适应扩孔器，旨在解决一些现存的装备问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术上的不足，本新型提供一种悬臂式自适应扩孔器，该新型极大的简化了钻孔设备的机械结构，设备模块化程度相对较高，维护及故障排除便捷， 同时具有良好的通用性和环境适用性，在钻孔过程中可灵活实现对钻孔进行扩孔作业，有效简化扩孔作业流程，降低扩孔难度，同时还在有助于提高钻孔、扩孔效率。

2、为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

3、一种悬臂式自适应扩孔器，包括刀臂、扩径刀臂、供水孔,其中所述刀臂为轴向截面呈矩形的柱状结构，且外侧面设至少两条刀槽，且刀槽轴线与刀臂轴线平行分布并环绕刀臂轴线平行分布，刀槽内设一条扩径刀臂，扩径刀臂后端面前与刀槽内并与刀槽侧壁间通过铰链铰接，同时扩径刀臂前端面超出刀臂前端面至少5厘米，且扩径刀臂轴线与刀臂轴线呈0°—90°夹角，刀臂前端面设至少两个导向孔，导向孔轴线与刀臂轴线呈0°—60°夹角，同时各导向孔环绕刀臂轴线分布，同时刀槽槽底位置处设至少一个排渣孔，排渣孔嵌于刀槽槽底内，其轴线与刀槽轴线垂直相交，并与扩径刀臂轴线相交，同时排渣孔位于刀臂前端面后方至少10毫米处，导向孔、排渣孔对应的刀臂内分别设一条供水孔，所述供水孔轴线与刀臂轴线间平行分布。

4、进一步的，所述刀臂后端面设连接孔，所述连接孔与刀臂同轴分布，其深度为刀臂长度的30%—70%，所述连接孔孔壁设连接螺纹，同时供水孔后端面位于连接孔底部，并与连接孔连通。

5、进一步的，所述供水孔对应的连接孔底部处设缓存水槽，所述缓存水槽嵌于连接孔底部内，缓存水槽与供水孔间同轴分布，所述缓存水槽最小内径为供水孔管径的1.5—3倍，同时相邻两缓存水槽之间设弹性垫板，且弹性垫板高度不小于5毫米。

6、进一步的，所述缓存水槽对应的连接孔底板设导流槽，所述导流槽嵌于连接孔底部内并为与连接孔同轴分布的圆弧结构，同时相邻两缓存水槽间通过导流槽连通，且导流槽位于弹性垫板下方，并由弹性垫板对导流槽顶部进行密封，所述导流槽深度不大于缓存水槽深度的30%,其横断面呈矩形、等腰梯形及“u”字形结构中的任意一种。

7、进一步的，所述供水孔采用与刀臂一体式结构及通过装配块与刀臂间组装结构中的任意一种。

8、进一步的，所述供水孔采用通过装配块与刀臂间组装结构时，供水孔对应的刀臂侧壁位置设装配块，所述装配块为横断面呈矩形、扇形、任意一种的条状结构，所述装配块通过装配槽前与刀臂外侧面内，且装配块的外侧面与刀臂外侧面平齐分布，所述供水孔、导向孔、排渣孔及刀槽均位于装配块上。

9、进一步的，所述装配块侧表面与装配槽槽壁间通过滑槽滑动连接，同时装配块另通过至少两个沿刀臂轴线方向分布的螺栓与装配槽槽底连接，所述装配块后端面对应的装配槽槽壁处设收纳槽，装配块后端面嵌于收纳槽内，并通过收纳槽与装配槽后端面对应的刀臂间连接，同时供水孔后端面与刀臂处设置的缓存水槽间连通，同时，所述装配块侧表面及后表面与装配槽接触面处另设弹性密封垫。

10、进一步的，所述扩径刀臂后端面与刀槽底部间间距不小于5毫米，同时刀槽前端面的槽底处设至少一个永磁体，且当扩径刀臂轴线与刀槽轴线为0°时，扩径刀臂与永磁体相抵；所述扩径刀臂包括承载臂、连接槽、主切削刃、辅助切削刃，所述承载臂为横断面呈矩形及等腰梯形中任意一种的棱台结构，所述承载臂前端面设一个主切削刃，其前半部的内侧面设与其轴线呈0°—30°的作业面，作业面设若干沿其轴线方向分布的连接槽，连接槽与作业面平行分布，并与承载臂轴线呈15°—60°夹角，同时每个连接槽内均与1—3个沿其轴线分布的辅助切削刃，所述辅助切削刃与连接槽槽壁连接，且辅助切削刃最大宽度不大于连接槽宽度的50%，同时辅助切削刃上端面高出作业面表面至少5毫米。

11、进一步的，扩径刀臂对应的刀槽侧壁处设弹性定位卡销，弹性销与扩径刀臂后端面间间距为扩径刀臂总长度的3%—10%，同时弹性销轴线与扩径刀臂轴线垂直分布，同时弹性销对应的刀臂上设销孔，并通过销孔与刀臂连接，且弹性销前端面位于刀槽内并在扩径刀臂与刀槽平行分布时，与扩径刀臂外侧面相抵并滑动连接，同时弹性销后端面位于刀臂外，并与刀臂外侧面平齐分布。

12、本新型极大的简化了钻孔设备的机械结构，设备模块化程度相对较高，维护及故障排除便捷， 同时具有良好的通用性和环境适用性，在钻孔过程中可灵活实现对钻孔进行扩孔作业，有效简化扩孔作业流程，降低扩孔难度，同时还在有助于提高钻孔、扩孔效率。

技术特征：

1.一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于：所述的悬臂式自适应扩孔器包括刀臂、扩径刀臂、供水孔,其中所述刀臂为轴向截面呈矩形的柱状结构，且外侧面设至少两条刀槽，且刀槽轴线与刀臂轴线平行分布并环绕刀臂轴线平行分布，所述刀槽内设一条扩径刀臂，所述扩径刀臂后端面前与刀槽内并与刀槽侧壁间通过铰链铰接，同时扩径刀臂前端面超出刀臂前端面至少5厘米，且扩径刀臂轴线与刀臂轴线呈0°—90°夹角，所述刀臂前端面设至少两个导向孔，所述导向孔轴线与刀臂轴线呈0°—60°夹角，同时各导向孔环绕刀臂轴线分布，同时刀槽槽底位置处设至少一个排渣孔，所述排渣孔嵌于刀槽槽底内，其轴线与刀槽轴线垂直相交，并与扩径刀臂轴线相交，同时所述排渣孔位于刀臂前端面后方至少10毫米处，所述导向孔、排渣孔对应的刀臂内分别设一条供水孔，所述供水孔轴线与刀臂轴线间平行分布。

2.根据权利要求1所述的一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于，所述刀臂后端面设连接孔，所述连接孔与刀臂同轴分布，其深度为刀臂长度的30%—70%，所述连接孔孔壁设连接螺纹，同时供水孔后端面位于连接孔底部，并与连接孔连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于，所述供水孔对应的连接孔底部处设缓存水槽，所述缓存水槽嵌于连接孔底部内，缓存水槽与供水孔间同轴分布，所述缓存水槽最小内径为供水孔管径的1.5—3倍，同时相邻两缓存水槽之间设弹性垫板，且弹性垫板高度不小于5毫米。

4.根据权利要求3所述的一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于，所述缓存水槽对应的连接孔底板设导流槽，所述导流槽嵌于连接孔底部内并为与连接孔同轴分布的圆弧结构，同时相邻两缓存水槽间通过导流槽连通，且导流槽位于弹性垫板下方，并由弹性垫板对导流槽顶部进行密封，所述导流槽深度不大于缓存水槽深度的30%,其横断面呈矩形、等腰梯形及“u”字形结构中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于，所述供水孔采用与刀臂一体式结构及通过装配块与刀臂间组装结构中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于，所述供水孔采用通过装配块与刀臂间组装结构时，供水孔对应的刀臂侧壁位置设装配块，所述装配块为横断面呈矩形、扇形任意一种的条状结构，所述装配块通过装配槽前与刀臂外侧面内，且装配块的外侧面与刀臂外侧面平齐分布，所述供水孔、导向孔、排渣孔及刀槽均位于装配块上。

7.根据权利要求5或6所述的一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于，所述装配块侧表面与装配槽槽壁间通过滑槽滑动连接，同时装配块另通过至少两个沿刀臂轴线方向分布的螺栓与装配槽槽底连接，所述装配块后端面对应的装配槽槽壁处设收纳槽，装配块后端面嵌于收纳槽内，并通过收纳槽与装配槽后端面对应的刀臂间连接，同时供水孔后端面与刀臂处设置的缓存水槽间连通，同时，所述装配块侧表面及后表面与装配槽接触面处另设弹性密封垫。

8.根据权利要求1所述的一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于，所述扩径刀臂后端面与刀槽底部间间距不小于5毫米，同时刀槽前端面的槽底处设至少一个永磁体，且当扩径刀臂轴线与刀槽轴线为0°时，扩径刀臂与永磁体相抵；所述扩径刀臂包括承载臂、连接槽、主切削刃、辅助切削刃，所述承载臂为横断面呈矩形及等腰梯形中任意一种的棱台结构，所述承载臂前端面设一个主切削刃，其前半部的内侧面设与其轴线呈0°—30°的作业面，作业面设若干沿其轴线方向分布的连接槽，连接槽与作业面平行分布，并与承载臂轴线呈15°—60°夹角，同时每个连接槽内均与1—3个沿其轴线分布的辅助切削刃，所述辅助切削刃与连接槽槽壁连接，且辅助切削刃最大宽度不大于连接槽宽度的50%，同时辅助切削刃上端面高出作业面表面至少5毫米。

9.根据权利要求1所述的一种悬臂式自适应扩孔器，其特征在于，所述扩径刀臂对应的刀槽侧壁处设弹性定位卡销，弹性销与扩径刀臂后端面间间距为扩径刀臂总长度的3%—10%，同时弹性销轴线与扩径刀臂轴线垂直分布，同时弹性销对应的刀臂上设销孔，并通过销孔与刀臂连接，且弹性销前端面位于刀槽内并在扩径刀臂与刀槽平行分布时，与扩径刀臂外侧面相抵并滑动连接，同时弹性销后端面位于刀臂外，并与刀臂外侧面平齐分布。

技术总结
本新型涉及一种悬臂式自适应扩孔器，包括刀臂、扩径刀臂、供水孔,刀臂外侧面设至少两条刀槽，刀槽内设一条扩径刀臂，刀臂前端面设至少两个导向孔，各导向孔环绕刀臂轴线分布，刀槽槽底位置处设至少一个排渣孔，排渣孔嵌于刀槽槽底内，同时排渣孔位于刀臂前端面后方至少10毫米处，导向孔、排渣孔对应的刀臂内分别设一条供水孔，所述供水孔轴线与刀臂轴线间平行分布。本新型极大的简化了钻孔设备的机械结构，设备模块化程度相对较高，维护及故障排除便捷，在钻孔过程中可灵活实现对钻孔进行扩孔作业，有效简化扩孔作业流程，降低扩孔难度，同时还在有助于提高钻孔、扩孔效率。

技术研发人员：雷东记,李雨浓,兰树员,房新亮,陶柱,丛海鹏,张凯,蒋明星,史显峰,李威良,王振军,陈鑫源
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：20230803
技术公布日：2024/4/7