一种仿生气动潜孔锤

本发明涉及潜孔锤，特别是涉及一种仿生气动潜孔锤。

背景技术：

1、气动潜孔锤是一种以压缩空气为动力，通过将压缩空气的能量转换为高频冲击能量来进行破岩，是一种重要的钻探工具，在地下工程、油气勘探、地热开发、矿山开采等领域具有广泛的应用。然而，传统的气动潜孔锤在结构强度、钻进效率、工作寿命等方面仍存在一定的局限性，难以满足日益增长的工程需求。因此，寻找新的设计思路和技术手段来改进气动潜孔锤的性能成为当务之急。

2、国内外研究人员对气动潜孔锤钻进失效模式进行了系统分析，总结了一系列造成气动潜孔锤钻齿磨损、齿裂、脱齿等失效模式的原因，但结构强度低、钻进效率不高、工作寿命短的问题一直没有得到很好的解决，尤其是在硬岩钻进过程，钻头寿命大幅下降，经济成本无法得到有效控制。因此，本申请提出一种仿生气动潜孔锤，通过设计新的有效钻齿设计方法来应对该问题，为气动潜孔锤高效率、高质量、低成本钻进提供可靠保障。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种仿生气动潜孔锤，解决传统的气动潜孔锤在结构强度低、钻进效率不高、工作寿命短的问题。

2、本发明提供了一种仿生气动潜孔锤，包括：外缸、内缸、活塞、上接头、钻头；

3、所述外缸一端与所述上接头连接，所述外缸另一端与所述钻头连接，所述外缸内同轴设置有内缸，所述活塞设置于所述内缸内，所述钻头设置于所述活塞底部；

4、其中，所述钻头包括钻头本体、钻杆和钻齿，所述钻头本体与所述钻杆连接，所述钻齿设置于所述钻头本体表面，所述钻齿设置有四组，每组钻齿以气动潜孔锤的旋转轴线为圆心分布在不同半径的同心圆轨迹上。

5、在本申请的一些实施例中，所述外缸内设置有逆止阀和配气座，所述活塞滑动安装于所述内缸内，所述活塞设置有中心通孔，所述活塞通过所述中心通孔与所述配气座的配气杆滑动连接，所述逆止阀设置于所述配气座的安装孔内，所述逆止阀内设置有弹簧。

6、在本申请的一些实施例中，所述钻齿的焊接面为长腰形，所述钻齿的破岩面为凸出类山脊形。

7、在本申请的一些实施例中，所述钻齿的焊接面的圆径和腰长比为1:1.5，所述钻齿的破岩面的高度为5mm。

8、在本申请的一些实施例中，第一组钻齿的焊接面的圆径为6mm，腰长为9mm；第二组钻齿的焊接面的圆径为5mm，腰长为7.5mm；第一组钻齿的焊接面的圆径为4mm，腰长为6mm；第一组钻齿的焊接面的圆径为3mm，腰长为4.5mm。

9、在本申请的一些实施例中，第一组钻齿分布在第一同心圆h1上，所述第一同心圆h1的直径为30mm；第二组钻齿分布在第二同心圆h2上，所述第二同心圆h2的直径为60mm；第三组钻齿分布在第三同心圆h3上，所述第三同心圆h3的直径为90mm；第四组钻齿分布在第四同心圆h4上，所述第四同心圆h4的直径为120mm。

10、在本申请的一些实施例中，第一组钻齿的数量为1个；第二组钻齿的数量为8个；第三组钻齿的数量为6个；第四组钻齿的数量为10个。

11、在本申请的一些实施例中，所述钻头本体上设置有两个排屑孔，所述排屑孔与气动潜孔锤的旋转轴线形成的夹角为154°。

12、在本申请的一些实施例中，所述钻齿沿所述夹角的角平分线对称分布。

13、在本申请的一些实施例中，所述钻齿在设置时为腰长方向沿同心圆直径排布。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明可以有效提高钻齿强度、延长钻头工作寿命、提高排岩屑效率、优化破岩效果、降低能耗，提升钻进速度，降低钻进成本。本发明将钻齿设计成类山脊形状，起到结构强化的作用，有效保证钻齿不会轻易因为冲击而碎裂，同时，类山脊形状，可以有效掘入岩石，增强冲击效果，使能量更加集中、有效地传递到岩石上，提高破碎效果；通过将钻齿分布从排屑孔到钻头中心延伸，齿形从小到大排列、形成气流通道，能够引导气流均匀分配，提高气流速度和稳定性，同时保证齿顶高在同一平面，保证井底平面度，确保产生的岩屑快速有效地运输到排屑口排出井底，提高钻进速率；本发明结构流体动力学性能高、能耗低、冲击效果好有助于减少能量损失，降低经济成本，并且能够适应不同地质条件和作业需求。通过调整工作参数和结构设计，可以适应各种复杂地层的钻进工作，提高潜孔锤的通用性和实用性。

技术特征：

1.一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，包括：外缸、内缸、活塞、上接头、钻头；

2.根据权利要求1所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，所述外缸内设置有逆止阀和配气座，所述活塞滑动安装于所述内缸内，所述活塞设置有中心通孔，所述活塞通过所述中心通孔与所述配气座的配气杆滑动连接，所述逆止阀设置于所述配气座的安装孔内，所述逆止阀内设置有弹簧。

3.根据权利要求1所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，所述钻齿的焊接面为长腰形，所述钻齿的破岩面为凸出类山脊形。

4.根据权利要求3所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，所述钻头本体上设置有两个排屑孔，所述排屑孔与气动潜孔锤的旋转轴线形成的夹角为154°。

9.根据权利要求8所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，所述钻齿沿所述夹角的角平分线对称分布。

10.根据权利要求9所述的一种仿生气动潜孔锤，其特征在于，所述钻齿在设置时为腰长方向沿同心圆直径排布。

技术总结
本发明涉及潜孔锤技术领域，公开了一种仿生气动潜孔锤，包括：外缸、内缸、活塞、上接头、钻头；所述外缸一端与所述上接头连接，所述外缸另一端与所述钻头连接，所述外缸内同轴设置有内缸，所述活塞设置于所述内缸内，所述钻头设置于所述活塞底部；其中，所述钻头包括钻头本体、钻杆和钻齿，所述钻头本体与所述钻杆连接，所述钻齿设置于所述钻头本体表面，所述钻齿设置有四组，每组钻齿以气动潜孔锤的旋转轴线为圆心分布在不同半径的同心圆轨迹上。本发明可以有效提高钻齿强度、延长钻头工作寿命、提高排岩屑效率、优化破岩效果、降低能耗，提升钻进速度，降低钻进成本。

技术研发人员：孟德忠,岳文,杨志裕,佘丁顺
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10