技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种潜孔冲击器，尤其涉及一种机械潜孔冲击器，在
水下、
岩石层、深孔钻进时据有明显优势，技术领先，属于钻进机械技术领域。技术背景
[0002] 现在实际生产中应用广泛的冲击器有以下几种：
气动潜孔冲击器、液动潜孔冲击器、机械冲击器。1、气动潜孔冲击器：是由压缩空气作动
力推动滑
块运动，滑块运动冲击其他物体的机械装置。又分有
阀门和无阀门两种，如
空气锤、
风镐、潜孔冲击器等。气动潜孔冲击器优点很多，特别是在钻进岩石方面，不怕硬岩石、速度快而倍受青睐，近年来大有取代回转钻机之势；但在使用的过程中人们也发现，它有很多难以克服弊端：(1)局限性大，3
如J-215B潜孔冲击器，配备一台20M/min的空压机供气，井口直径219毫米，深不能超过
3
80米，即使是井口变径159毫米，用两台20M/min空压机供气，也很难到达120米深；泥土沙石层无法钻进，需要另外钻机钻进，到岩石层后再用气动潜孔冲击器。〔2〕井孔壁有夹层的不能扩孔，遇到烂茬石层容易塌方，井出水量超过20吨/小时水时打不了，返不了石削。
原因是井深增加了就增加了压力差，该压力差抵消了压缩空气的压力，使冲击器入口和出口的压力差变小，冲击无力、
频率降低，水量大也会如此结果。井口口径大了，井孔内空间大了，冲击器排出的气体扩散的特别快，气体压力迅速降低，井底气体到井口的流速变慢，不利于返石削，会造成大量石削滞留井底或悬浮在半空，增加了危险性，所以局限性很大。(3)故障率高，冲击器要求清洁度特别高，有一点沙子就不工作。每班都要检修清洁。(4)能耗
3
高，一台20M/min空压机需用270-320
马力柴油机带动，再加钻机本身的
发动机1822马力，需要同时工作，井深时还需要备第二台空压机，能耗非常高，
费用大。(5)人员多，每个设备都需要人员管理，投入大。2液压潜孔冲击器：是以压力油作动力推动滑块运动，滑块运动冲击钎头的机械装置，如挖掘机上的挖掘钎搞。据介绍油田有使用，钻孔深度已达3000米以上。暂时还没有看到在打水井方面应用。3机械冲击器：是以
电机作动力源，以机械传动的方式使滑块运动，滑块运动冲击钎头的机械装置，多为
曲柄连杆机构形式。除了小型冲击手电钻、电镐等手持在地面上广泛使用外，目前还没有看到机械潜孔冲击器在地下打孔的应用。
发明内容
[0003] 为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种机械潜孔冲击器，是用潜
水电机为冲击器提供动力，机械潜孔冲击器是将潜水电机、
传动轴、变速机构、
凸轮连杆机构、冲击器、
缓冲器等设置到圆筒形的
外壳内，即所说的
钻杆内制作成的，经变速机构降速增扭后输出，一路连接套筒凸轮机构，套筒凸轮机构连接锤头，锤头冲击
钻头，另一路输出连接三级变速机构，降速增扭后带动钻头转动；由于采用一体化设计，井孔深了只是增加了
电缆线长度，没有改变电机和冲击器的相对
位置，内置两条给水通道，钻头顶部设有两个喷水口，钻头上设有导流槽，采用正循环技术，(反循环技术亦可，只是排削方式有区别，但效果相同)在地面上利用往复
泵将井中的水、石削、泥沙排到井外，冲击器的冲击功率不受井孔直径大小、井孔深、井孔内出水量大小及地质结构的限制；不需辅助设备，安装施工快，投入人力少，节约生产成本，降低能耗，降低噪音，改善施工环境，提高成井率，与气动潜孔冲击器、液压潜孔冲击器相比较，在各种复杂地理环境打深水井具有明显优势。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：机械潜孔冲击器，它是由旋转
传动系统、冲击传动系统、行星
齿轮减速机构、套筒凸轮连杆机构、直线
导轨滑动结构、转套连接结构、密封结构、外壳和内壁
支撑结构、储能冲击装置、主副锤延时装置、主锤体缓冲装置、凸轮缓冲装置、给水和排屑通道组成。在外壳内部上端固定有潜水电机，经
联轴器连接旋转和冲击传动系统，旋转和冲击传动系统连接置于外壳下端的钻头。在外壳内设有内壁支撑结构，其两端采用机械密封装置与传动系统密封连接。
[0005] 所述的旋转传动系统，参阅图1至图6，它是由
螺栓固定在外壳上的潜水电机通过联轴器与一轴传动连接，一轴经行星齿轮，由齿圈支撑，通过传动销轴与二轴传动连接，二轴经行星齿轮、由齿圈支撑，通过传动销轴与三轴传动连接，三轴与四轴通过
螺纹连接，四轴经行星齿轮、由齿圈支撑，通过传动销轴与五轴传动连接，五轴通过
花键与钻头传动连接。
[0006] 所述的冲击传动系统，参阅图1，图4至图6，它是在四轴中部横向设有滑动
转轴，其外
轴头与套筒凸轮上的凸轮工作面滑动连接，套筒凸轮与连杆通过燕尾槽连接，连杆与副锤体通过连杆
锁定卡块凹槽连接，副锤体依次连接主锤体、锤头、钻头。
[0007] 所述的行星齿轮减速机构，参阅图1，图3，图4，它是在一轴下端设有的轴齿与行星齿轮
啮合，行星齿轮与齿圈啮合，行星齿轮中心孔通过
轴承装有传动销轴与二轴上端的孔传动连接。二轴与三轴和四轴与五轴之间行星齿轮减速机构均与之相同。
[0008] 所述的套筒凸轮连杆机构，参阅图4，图9，图12，图13，它是在四轴中间位置圆周上均布三个滑动转轴轴孔，由两个轴承支撑，各安装一个滑动转轴，其外轴头分别与套筒凸轮下端的三个凸轮工作面滑动连接，套筒凸轮上端设有
直线导轨滑动结构与固定套滚动连接，四轴中部通过圆锥轴承与齿圈滚动连接，套筒凸轮与连杆通过燕尾槽连接。
[0009] 所述的直线导轨滑动结构，参阅图4，图7，图8，它是在套筒凸轮上端设有4条滑道，与固定在支撑外套上的固定套上、下两端连接有内、外滚珠罩的纵向通孔内设有的滚珠滚动连接。
[0010] 所述的转套连接结构，参阅图6，它是在转套中、上部与锤头转动连接，下部通过O型
密封圈和销钉与钻头连接，转套外圆中间位置凸台上端，向上依次装有轴承环、滚珠、轴承环、
滚针轴承、内连接套、外连接套、滚针轴承、下壳体的台阶、滚珠、轴承环，用大
螺母固定。其台阶下端设有机械密封装置和伸缩密封罩。
[0011] 所述的密封结构，参阅图3，图6，它是在一轴的上端由挡圈固定，装有密封装置，挡圈通过螺栓固定在上端盖上。在五轴的尾端，钻头与转套之间设有4个“O”型密封圈。在转套与下壳体之间，通过环型螺母将机械密封装置固定。在转套与钻头之间连接固定有伸缩密封罩。
[0012] 所述的外壳和内壁支撑结构，参阅图3至图6，外壳为细长
钢筒结构，最上端用四个内六
角螺栓连接固定潜水电机，最下端用四个内六角螺栓连接固定下壳体，中间用四个内六角螺栓连接固定上端盖。内壁是从潜水电机外壳开始，通过外六角螺栓连接连接环，连接环用外六角螺栓与第一个齿圈连接，再依次连接第二个齿圈、固定套、上支撑外套、第三个齿圈、
弹簧支撑环、下支撑外套、下壳体。在上支撑外套与下支撑外套之间固定有连杆防尘罩。
[0013] 所述的储能冲击装置，参阅图4，图5，它是在副锤体上端装有推力弹簧座，在推力弹簧座与弹簧支撑环之间设置有主推力弹簧、副推力弹簧。
[0014] 所述的主副锤延时装置，参阅图5，它是在主锤体上端连接有主锤锁环和主锤卡环与副锤体之间设置有延时弹簧。
[0015] 所述的主锤体缓冲装置，参阅图5、图6，它是在主锤体下端连接的主锤体缓冲环和在下壳体上端连接的主锤体缓冲座之间设置有主锤体缓冲弹簧。
[0016] 所述的凸轮缓冲装置，参阅图4，图5，它是在套筒凸轮内圆台阶连接的凸轮缓冲套与四轴中部外圆台阶之间设置有凸轮缓冲弹簧。
[0017] 所述的给水和排屑通道，参阅图3至图6，图10，图11，给水通道从机械潜孔冲击器上口开始，经由外壳与内壁之间，至钻头底部的三个喷水口形成的通道。排屑通道是从钻头底面六个导流槽开始，从井底通过外壳与井孔壁之间形成的通道。
[0018] 本实用新型的有益效果是：由于冲击器是采用潜水电机提供动力一体化设计的，实现了机械潜孔冲击钻进。特点是：1.适应性强，一机多用，配以不同的镶嵌硬质
合金的钻头，可以适应各种地质条件的钻进需求，如
砂土层、
砾石层、乱茬石层、完整岩石层，不必更换钻机。2.速度快、费用低，机械潜孔冲击器的冲击效率高，钻进速度快，消耗的功率小，配备的动力小，节省了
能源，降低了费用。3.由于采用正循环给水排屑方式，钻井的业内人士能很快熟练掌握，并且有很好的堵水防漏、固壁防塌的方法和经验，减少事故的发生，成井率高。
[0019] 下面两种有代表性的气动潜孔冲击器性能指标见表1
[0020] 表1
[0021]
[0022] 本机械潜孔冲击器性能指标如表2
[0023] 表2
[0024]
[0025] 通过表1和表2对比，可以看出本实用新型机械潜孔冲击器单次冲击功650J，频率6.3Hz是恒定的，动力5.5KW；而气动潜孔冲击器单次冲击功450J，频率15Hz是
波动的，动力200KW；我们可以清楚的看出：机械潜孔冲击器单次冲击功比气动潜孔冲击器提高1.45倍，所用动力是气动潜孔冲击器的2％；只有频率是风动潜孔冲击器42％。在实际生产中通常情况下气动潜孔冲击器用风压力0.5MPa，是额定0.8MPa的62.5％，因此频率大概是
15×62.5％＝9.375Hz，所以实际机械潜孔冲击器频率是气动潜孔冲击器频率的67.2％。
生产中钻进速度基本相当。我们可以得出结论：本实用新型机械潜孔冲击器的性能优良，节能显著，有推广应用价值。
附图说明
[0026] 下面结合附图和
实施例对本实用新型进一步说明
[0027] 图1是本实用新型机械潜孔冲击器的结构原理示意图.
[0028] 图2是本实用新型机械潜孔冲击器的半剖结构示意图.
[0029] 图3是图2的I段放大结构示意图.
[0030] 图4是图2的II段放大结构示意图.
[0031] 图5是图2的III段放大结构示意图.
[0032] 图6是图2的IV段放大结构示意图.
[0033] 图7是图2的直线轨道滑动结构剖视示意图.
[0034] 图8是图7的A-A剖视结构示意图
[0035] 图9是图4的套筒凸轮半剖结构示意图.
[0036] 图10是图6的钻头半剖结构示意图
[0037] 图11是图10的C向视结构示意图
[0038] 图12是图9的B-B剖视结构示意图
[0039] 图13是图9的凸轮工作面展开结构示意图.
[0040] 图中标号
[0041] 1.潜水电机 2.档圈 3.机械密封装置
[0042] 4.一轴 5.外壳 6.轴承
[0043] 7.齿圈 8.行星齿轮 9.传动销轴
[0044] 10.上端盖 11.上支撑外套 12.二轴
[0045] 13.连杆防尘罩 14.连接环 15滚珠罩
[0046] 16固定套 17下支撑外套 18圆锥轴承
[0047] 19三轴 20连杆 21滑道
[0048] 22套筒凸轮 23凸轮工作面 24下壳体
[0049] 25凸轮缓冲套 26凸轮缓冲弹簧 27四轴
[0050] 28滑动转轴 29主锤卡环 30主锤锁环
[0051] 31连杆锁定卡块 32五轴 33喷水口
[0052] 34导流槽 35推力弹簧座 36弹簧支撑环
[0053] 37主推力弹簧 38副推力弹簧 39延时弹簧
[0054] 40主锤体缓冲环 41主锤体缓冲座 42主锤体缓冲弹簧
[0055] 43主锤体 44副锤体 45锤头
[0056] 46转套 47环型螺母 48O型密封圈
[0057] 49伸缩密封罩 50钻头 51轴承环
[0058] 52滚珠 53滚针轴承 54内连接套
[0059] 55外连接套 56销钉 57大螺母
[0060] 58.联轴器 59硬质合金 60凸轮缓冲套限位环
[0061] 61燕尾槽
[0062] 具体实施方式
[0063] 请参阅图1至图13，机械潜孔冲击器，它是由旋转传动系统、冲击传动系统、行星齿轮减速机构、套筒凸轮连杆机构、直线导轨滑动结构、转套连接结构、密封结构、外壳和内壁支撑结构、储能冲击装置、主副锤延时装置、主锤体缓冲装置、凸轮缓冲装置、给水和排屑通道组成。在外壳(5)内部上端固定有潜水电机(1)，经联轴器(58)连接旋转和冲击传动系统，旋转和冲击传动系统连接置于外壳(5)下端的钻头(50)。在外壳(5)内设有内壁支撑结构，其两端采用机械密封装置(3)与传动系统密封连接。
[0064] 所述的旋转传动系统，参阅图1至图6，它是由螺栓固定在外壳(5)上的潜水电机(1)通过联轴器(58)与一轴(4)传动连接，一轴(4)经行星齿轮(8)，由齿圈(7)支撑，通过传动销轴(9)与二轴(12)传动连接，二轴(12)经行星齿轮(8)、由齿圈(7)支撑，通过传动销轴(9)与三轴(19)传动连接，三轴(19)与四轴(27)通过
螺纹连接，四轴(27)经行星齿轮(8)、由齿圈(7)支撑，通过传动销轴(9)与五轴(32)传动连接，五轴(32)通过花键与钻头(50)传动连接，使钻头(50)在潜水电机(1)的带动下减速增扭后旋转。
[0065] 所述的冲击传动系统，参阅图1，图4至图6，它是在四轴(27)中部横向设有滑动转轴(28)，其外轴头与套筒凸轮(22)上的凸轮工作面(23)滑动连接，套筒凸轮(22)与连杆(20)通过燕尾槽(61)连接，连杆(20)与副锤体(44)通过连杆锁定卡块(31)凹槽连接，副锤体(44)依次连接主锤体(43)、锤头(45)、钻头(50)，由于滑动转轴(28)沿凸轮工作面(23)滚动，将套筒凸轮(22)缓慢顶起和突然下落，使钻头(50)在旋转的同时被锤头(45)反复冲击。
[0066] 所述的行星齿轮减速机构，参阅图1，图3，图4，它是在一轴(4)下端设有的轴齿与行星齿轮(8)啮合，行星齿轮(8)与齿圈(7)啮合，行星齿轮(8)中心孔通过轴承(6)装有传动销轴(9)与二轴(12)上端的孔传动连接。由于一轴(4)旋转由齿圈(7)支撑带动行星齿轮(8)围绕一轴(4)圆周旋转，通过传动销轴(9)带动二轴(12)减速旋转。二轴(12)与三轴(19)和四轴(27)与五轴(32)之间行星齿轮减速机构均与之相同，通过三级行星齿轮减速机构减速，使钻头达到要求转速。
[0067] 所述的套筒凸轮连杆机构，参阅图4，图9，图12，图13，它是在四轴(27)中间位置圆周上均布三个滑动转轴(28)轴孔，由两个轴承(6)支撑，各安装一个滑动转轴(28)，其外轴头分别与套筒凸轮(22)下端的三个凸轮工作面(23)滑动连接，套筒凸轮(22)上端设有直线导轨滑动结构与固定套(16)滚动连接，四轴(27)中部通过圆锥轴承(18)与齿圈(7)滚动连接，套筒凸轮(22)与连杆(20)通过燕尾槽(61)连接。由套筒凸轮(22)上的凸轮工作面(23)形状决定，可使连杆(20)带动锤头(45)缓慢上升突然下降形成冲击力，四轴(27)每转一周，可带动锤头(45)冲击钻头(50)三次。
[0068] 所述的直线导轨滑动结构，参阅图4，图7，图8，它是在套筒凸轮(22)上端设有4条滑道(21)，与固定在支撑外套(11)上的固定套(16)上、下两端连接有内、外滚珠罩(15)的纵向通孔内设有的滚珠(52)滚动连接。滚珠(52)在固定套(16)纵向通孔与上、下两端连接滚珠罩(15)形成的
滚道内自由滚动，使套筒凸轮连杆机构工作时，套筒凸轮(22)上下滑动灵活、平稳。
[0069] 所述的转套连接结构，参阅图6，它是在转套(46)中、上部与锤头(45)转动连接，下部通过O型密封圈(48)和销钉(56)与钻头(50)连接，转套(46)外圆中间位置凸台上端，向上依次装有轴承环(51)、滚珠(52)、轴承环(51)、滚针轴承(53)、内连接套(54)、外连接套(55)、滚针轴承(53)、下壳体(24)的台阶、滚珠(52)、轴承环(51)，用大螺母(57)固定。其台阶下端设有机械密封装置(3)和伸缩密封罩(49)。由于有销钉(56)连接，可使转套(46)与钻头(50)同时旋转，起到良好的密封作用。
[0070] 所述的密封结构，参阅图3，图6，它是在一轴(4)的上端由挡圈(2)固定，装有密封装置(3)，挡圈(2)通过螺栓固定在上端盖(10)上。在五轴(32)的尾端，钻头(50)与转套(46)之间设有4个“O”型密封圈(48)。在转套(46)与下壳体(24)之间，通过环型螺母(47)将机械密封装置(3)固定。在转套(46)与钻头(50)之间连接固定有伸缩密封罩(49)。
[0071] 所述的外壳和内壁支撑结构，参阅图3至图6，外壳(5)为细长钢筒结构，最上端用四个内六角螺栓连接固定潜水电机(1)，最下端用四个内六角螺栓连接固定下壳体(24)，中间用四个内六角螺栓连接固定上端盖(10)。内壁是从潜水电机(1)外壳开始，通过外六角螺栓连接连接环(14)，连接环(14)用外六角螺栓与第一个齿圈(7)连接，再依次连接第二个齿圈(7)、固定套(16)、上支撑外套(11)、第三个齿圈(7)、弹簧支撑环(36)、下支撑外套(17)、下壳体(24)。在上支撑外套(11)与下支撑外套(17)之间固定有连杆防尘罩(13)。
[0072] 所述的储能冲击装置，参阅图4，图5，它是在副锤体(44)上端装有推力弹簧座(35)，在推力弹簧座(35)与弹簧支撑环(36)之间设置有主推力弹簧(37)、副推力弹簧(38)。由套筒凸轮(22)的凸轮工作面(23)的凸凹面形状所决定使主推力弹簧(37)、副推力弹簧(38)缓慢压缩储能，突然释放产生冲击力，通过副锤体(44)、主锤体(43)、锤头(45)作用在钻头(50)上。
[0073] 所述的主副锤延时装置，参阅图5，它是在主锤体(43)上端连接有主锤锁环(29)和主锤卡环(30)与副锤体(44)之间设置有延时弹簧(39)，当连杆(20)开始上行时，主锤体(43)冲击
动能并未释放完，副锤体(44)上升而主锤体(43)下降，副锤体(44)和主锤体(43)压缩延时弹簧(39)，主锤体(43)被延时执行上升，这样大大降低了系统内的冲击力，可使运转平稳，提高了钻进速度，也提高了机械潜孔冲击器的使用寿命。
[0074] 所述的主锤体缓冲装置，参阅图5、图6，它是在主锤体(43)下端连接的主锤体缓冲环(40)和在下壳体(24)上端连接的主锤体缓冲座(41)之间设置有主锤体缓冲弹簧(42)。当主锤体(43)完成冲击行程设定值而未结束冲击，(由于空转或井底岩石硬度太低，一次冲击钻进深度大于冲击行程设定值时)其动能被分成两部分，一部分继续冲击钻头(50)产生钻进；另一部分冲击主锤体缓冲环(40)，压缩主锤体缓冲弹簧(42)，将其动能变成主锤体缓冲弹簧(42)的弹性
势能，该势能又将主锤体(43)弹起，最终在连杆(20)的作用下上行。
[0075] 所述的凸轮缓冲装置，参阅图4，图5，它是在套筒凸轮(22)内圆台阶连接的凸轮缓冲套(25)与四轴(27)中部外圆台阶之间设置有凸轮缓冲弹簧(26)。由于套筒凸轮(22)和连杆(20)是燕尾槽(61)连接，连杆(20)和副锤体(44)是凹槽连接，当主锤体(43)冲击钻头(50)，速度开始减慢时，副锤体(44)同步减速，而套筒凸轮(22)在重力
加速度作用下仍在加速下行，将冲击做用在凸轮缓冲套(25)上，凸轮缓冲套(25)做用在凸轮缓冲弹簧(26)上，其动能变成凸轮缓冲弹簧(26)的弹性势能，该弹性势能释放又将套筒凸[0076] 轮(22)弹起，在滑动转轴(28)的共同作用下使其上行。
[0077] 所述的给水和排屑通道，参阅图3至图6，图10，图11，给水通道从机械潜孔冲击器上口开始，经由外壳(5)与内壁之间，至钻头(50)底部的三个喷水口(33)形成的通道。排屑通道是从钻头(50)底面六个导流槽(34)开始，从井底通过外壳(5)与井孔壁之间形成的通道。在井口上利用往复泵将井中的水、石削、泥沙排到井外。
