[发明专利]一种旋挖钻机用高频扭转振动回转动力头及其钻进方法

说明书

本发明提供了一种旋挖钻机用高频扭转振动回转动力头及其钻进方法，动力头包括动力头箱体、钻杆组件、柔性回转机构以及扭转振动机构，所述柔性回转机构和扭转振动机构均安装在所述动力头箱体内，且分别与回转动力输入装置和振动动力输入装置驱动连接，所述柔性回转机构驱动所述钻杆组件转动，所述扭转振动机构用于对钻杆组件施加按正弦规律变化的高频扭转振动。可实现钻杆组件回转运动或回转、高频扭转振动叠加运动。本发明将扭转振动切削的工艺应用到旋挖钻成孔中，可有效降低旋挖钻机在入岩作业时对动力头扭矩的需求，实现小扭矩动力头快速入岩的效果，进而可有效减低整机的功率需求，提高入岩效率，且性能稳定，成本较低，适应性好。

技术领域：

本发明涉及地表覆盖地层高效钻进技术领域，具体涉及应用离心力产生的激振扭矩与回转运动和纵向进给运动相结合，实现高频扭转振动回转钻进的钻进工具及其钻进方法。

背景技术：

现有旋挖钻钻进入岩时，须具备大的加压力能力和大的动力头功率(即动力头大扭矩和高转速)，为满足大的加压力能力和大的动力头功率，旋挖钻机整机设备重量急剧增大，整机发动机功率急剧增加，因此在入岩作业时，功率消耗很大，不符合环保要求。

在钻孔时施加高频冲击振动，能快速入岩成孔的技术，已广泛应用于凿岩钻机、声波钻机等小孔成型领域。当前对旋挖钻振动成孔的研究，也主要在冲击振动方向，但由于旋挖钻机成孔直径大，深度深，钻杆多为多节伸缩式钻杆，重量大，冲击振动能量消耗大，且很难传递到几十米深的钻头处，所以冲击振动钻孔的方法，一直没有在旋挖钻机上得到应用。目前旋挖钻机用小功率动力头即小扭矩动力头入岩能力差的困境是迟迟未解决的一个难题，这限制了有入岩需求作业时，采用小扭矩动力头的旋挖钻机的使用。在满足入岩需求的情况下如何，降低整机功率消耗，即降低动力头功率的消耗成为亟待解决的问题。

发明内容：

为解决上述问题，本发明提供了一种旋挖钻机用高频扭转振动回转动力头及其钻进方法。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：

一种旋挖钻机用高频扭转振动回转动力头，包括动力头箱体、钻杆组件、柔性回转机构以及扭转振动机构，所述柔性回转机构和扭转振动机构均安装在所述动力头箱体内，所述柔性回转机构与回转动力输入装置驱动连接，且与所述钻杆组件固定连接，并可驱动所述钻杆组件转动；所述扭转振动机构与振动动力输入装置驱动连接，并通过所述柔性回转机构与所述钻杆组件固定连接，其用于对钻杆组件施加按正弦规律变化的高频扭转振动，实现难钻进工况下钻杆组件的快速切削入岩的钻进动作。

可在动力头箱体内注入润滑油，对各运动部件进行润滑，为保证油液清洁，确保润滑效果，动力头箱体各结合部位均需有相应的密封零件，确保密封良好。

优选地，所述柔性回转机构包括回转大齿圈、主动回转块、柔性连接件、被动回转块，所述被动回转块与主动回转块同轴安装，且两者之间通过若干柔性连接件连接，相互间有一定的绕轴向旋转的旋转自由度。所述主动回转块与所述回转大齿圈固定连接，所述回转大齿圈在所述回转动力输入装置的驱动下旋转，所述钻杆组件安装在所述被动回转块上。

优选地，所述回转动力输入装置安装在所述动力头箱体上。

优选的，所述柔性连接件为弹簧或橡胶连接件。

优选地，所述扭转振动机构包括振动支架及设在所述振动支架内的振动下齿圈、振动上齿圈、若干偏心块及与其配套的振动齿轮轴，所述振动齿轮轴与所述振动支架转动连接，所述偏心块通过所述振动齿轮轴安装在所述振动支架内，所述振动齿轮轴与所述振动上齿圈啮合，所述振动上齿圈通过振动连接座与所述振动下齿圈固定连接，并可与所述振动下齿圈的同步旋转，所述振动下齿圈在所述振动动力输入装置的驱动下转动。

优选地，所述振动动力输入装置安装在所述动力头箱体上。

优选地，所述偏心块数量为偶数，且沿所述振动上齿圈所在的圆周对称分布。