聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，包括液壓振動(dòng)缸、旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、密封結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)。本實(shí)用新型利用電液交流液壓激振技術(shù)來設(shè)計(jì)液壓振動(dòng)頭，運(yùn)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥的閥芯旋轉(zhuǎn)，控制液壓油的流向，從而控制液壓振動(dòng)缸體中活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過精確控制旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)高頻強(qiáng)制配流和無級(jí)調(diào)頻，通過改變閥芯的轉(zhuǎn)速改變液壓振動(dòng)缸活塞的振動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)大范圍振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)、振幅調(diào)節(jié)和大激振力輸出。本實(shí)用新型適合用于的淺層取樣聲波鉆機(jī)動(dòng)力頭。
【專利說明】聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，具體地說是涉及一種用于淺層取樣聲波鉆機(jī)液壓振動(dòng)頭。
【背景技術(shù)】
[0002]聲波鉆進(jìn)技術(shù)作為一種高效、適應(yīng)能力強(qiáng)的鉆進(jìn)取芯技術(shù)，具有傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)取芯技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境鉆探、巖土勘察、礦產(chǎn)勘察等方面有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。?guó)內(nèi)聲波振動(dòng)鉆進(jìn)技術(shù)和裝備的研究尚處于起步階段，液壓動(dòng)力頭式聲波振動(dòng)鉆機(jī)的研究成果還沒有公開報(bào)道。
[0003]振動(dòng)器是聲波鉆機(jī)最為關(guān)鍵的部件，目前，一般按照振動(dòng)器能夠產(chǎn)生的振動(dòng)頻率，將聲波鉆機(jī)分為四個(gè)頻率等級(jí)范圍，即低頻(5?12HZ)、中頻(12?25HZ)、高頻(25?42HZ)、超高頻(M2HZ)。目前國(guó)內(nèi)取得的科研成果和完成樣機(jī)試制的較少。從80年代開始，無錫探礦機(jī)械總廠在聲波鉆機(jī)的開發(fā)上取得了很大的成果，順利研制成功G-1、G-1 A、G-2、G-2A和G-3型等中低頻率的聲波鉆機(jī)，該類鉆機(jī)由于采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的方式，其激振力較小，分別為12kN、15kN、30kN、50kN。1987年由中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司礦產(chǎn)地質(zhì)研究院研制的CSG-24聲波鉆機(jī)，該鉆機(jī)偏心輪采用齒輪傳動(dòng)方式，不僅結(jié)構(gòu)龐大，還導(dǎo)致轉(zhuǎn)速很慢，能夠達(dá)到的頻率和激振力都受到限制。聲波鉆機(jī)研究較突出的是2009年吉林大學(xué)研制了 JDD-100型地質(zhì)調(diào)查鉆機(jī)；2011年第二勘探局與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)聯(lián)合研制的YSZ-50型聲頻振動(dòng)鉆機(jī)，但試驗(yàn)效果均不理想，未商業(yè)應(yīng)用，而國(guó)外則在積極開拓中國(guó)市場(chǎng)，但價(jià)格昂貴，如日本利根公司的YGL-S100型聲波鉆機(jī)、加拿大維克聲波鉆機(jī)等。
[0004]由于已商業(yè)化的機(jī)械式振動(dòng)器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在摩擦及機(jī)械負(fù)荷大等問題，一定程度上制約了聲波鉆進(jìn)技術(shù)和聲波鉆機(jī)的發(fā)展。人們開始考慮用液壓振動(dòng)器來替代機(jī)械式振動(dòng)器，研究表明:液壓式振動(dòng)頭容易實(shí)現(xiàn)更高的振動(dòng)功率、振動(dòng)頻率、振動(dòng)力；可以實(shí)現(xiàn)更深的鉆孔，獲得更深的巖土樣本；容易實(shí)現(xiàn)更高頻率的超高頻振動(dòng)鉆機(jī)。隨著聲波鉆機(jī)及其鉆進(jìn)技術(shù)的研究，聲波鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)會(huì)越來越合理，聲波鉆機(jī)的功率會(huì)不斷的增加，振動(dòng)力也會(huì)不斷加大，鉆進(jìn)的深度也會(huì)越來越大。因此，超高頻液壓式動(dòng)力頭聲波鉆機(jī)將是未來聲波鉆機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜及存在摩擦及機(jī)械負(fù)荷大等問題，而設(shè)計(jì)一種能實(shí)現(xiàn)大范圍振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)、振幅調(diào)節(jié)，和大激振力輸出的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:提供一種聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，包括液壓振動(dòng)缸、旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、密封結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，所述的液壓振動(dòng)缸含有支架，振動(dòng)缸體、缸體如％5蓋、活塞、油口接頭、靜壓油口接頭、小孔節(jié)流器、缸體后立而蓋、上偏置油槽、下偏置油槽和液體靜壓軸承；所述的支架、缸體前端蓋、缸體后端蓋與振動(dòng)缸體之間用彈簧墊圈和調(diào)整墊片配合螺釘連接，所述的振動(dòng)缸體與缸體后端蓋還采用法蘭形式連接；振動(dòng)缸體中安裝有活塞和液體靜壓軸承，液體靜壓軸承安裝在缸體前端蓋內(nèi)的活塞桿上，振動(dòng)缸體上設(shè)有油口接頭、上偏置油槽和下偏置油槽，及對(duì)稱設(shè)有2個(gè)靜壓油口接頭；在缸體前、后端蓋上各設(shè)有小孔節(jié)流器；在振動(dòng)缸體上設(shè)有3條高壓液壓油的通道，其中的2條高壓液壓油的通道分別與活塞上、下沖程腔連通，I條高壓油液通道與活塞中間平衡腔連接；
[0007]所述的旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥包括轉(zhuǎn)閥前端蓋、油封、閥體、閥芯、閥套和轉(zhuǎn)閥后端蓋，閥體內(nèi)設(shè)有閥套，閥套內(nèi)安裝有閥芯，閥體兩端分別設(shè)有轉(zhuǎn)閥前端蓋和轉(zhuǎn)閥后端蓋，轉(zhuǎn)閥前、后端蓋通過螺釘與閥體連接，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與閥體之間用圓柱銷定位，安裝在轉(zhuǎn)閥前端蓋上；
[0008]所述的密封結(jié)構(gòu)包括采用的O型密封圈、斯特封和間隙密封；所述的液壓系統(tǒng)包括濾油器、精濾油器，變量泵，先導(dǎo)溢流閥、溢流閥，調(diào)速閥和壓力表分別安裝在液壓油路中，在液壓系統(tǒng)中還安裝有作為輔助油源的蓄能器。
[0009]本實(shí)用新型所述的液體靜壓軸承，在其內(nèi)圓柱面中對(duì)稱地開有4個(gè)矩形油腔和2個(gè)回油槽，油腔和回油槽之間的圓弧面為周向封油面，液體靜壓軸承兩端和油腔之間的圓弧面為軸向封油面；潤(rùn)滑油通過四個(gè)小孔節(jié)流器進(jìn)入相應(yīng)的靜壓腔內(nèi)。
[0010]本實(shí)用新型所述的液體靜壓軸承的4個(gè)矩形油腔空載時(shí)容積相等，且對(duì)稱均勻分布，各個(gè)小孔節(jié)流器的阻力相等，作用在各個(gè)靜壓油腔里面的液壓力也相等。這樣才能保證活塞桿浮起在液體靜壓軸承的中心位置。
[0011]本實(shí)用新型所述的缸體前端蓋、缸體后端蓋內(nèi)還開有均壓槽，在均壓槽尾部設(shè)置回油槽，回油槽的油液通過回油孔返回油箱。
[0012]本實(shí)用新型所述的閥芯設(shè)有進(jìn)、出油槽的三個(gè)臺(tái)肩，第一、第三個(gè)臺(tái)肩各設(shè)有一排油槽，第二個(gè)臺(tái)肩設(shè)有兩排的油槽，第一個(gè)臺(tái)肩與第二個(gè)臺(tái)肩下排油槽開口方向一致，第三個(gè)臺(tái)肩與第二個(gè)臺(tái)肩上排油槽開口方向一致。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥的閥芯在一定的轉(zhuǎn)速下勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，高壓油在進(jìn)、出油槽的分配下交替的進(jìn)入液壓振動(dòng)缸上下腔，驅(qū)動(dòng)活塞進(jìn)行周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0013]本實(shí)用新型所述的在閥芯上每個(gè)臺(tái)肩每排均布有6?18個(gè)油槽，同一臺(tái)肩中相鄰的每個(gè)油槽相距的圓心角Φ相等；在相鄰的臺(tái)肩中油槽相互錯(cuò)位，錯(cuò)位角度為1/2的圓心角Φ O
[0014]本實(shí)用新型所述的活塞與振動(dòng)缸體之間，活塞與液體靜壓軸承兩端結(jié)合面之間，活塞與缸體前端蓋、活塞與缸體后端蓋之間均采用間隙密封，活塞與缸體前端蓋、活塞與缸體后端蓋之間還采用了斯特封；所述的缸體前端蓋、缸體后端蓋與振動(dòng)缸體之間的靜密封采用O型圈密封，所述的轉(zhuǎn)閥前端蓋、轉(zhuǎn)閥后端蓋與閥體之間的靜密封采用O型圈密封。
[0015]本實(shí)用新型所述的液壓振動(dòng)缸中的液體靜壓軸承與精濾油器B連接，精濾油器B通過管路分別連接變量泵B、壓力表B和溢流閥，變量泵B通過濾油器、管路連接油箱；溢流閥也與油箱連接；液壓振動(dòng)缸還分別與蓄能器和旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥連接；所述的旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥還與精濾油器A連接A，精濾油器A通過管路分別連接壓力表A、變量泵A和先導(dǎo)溢流閥，變量泵B通過濾油器、管路連接油箱；先導(dǎo)溢流閥也與油箱連接。[0016]本實(shí)用新型所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥閥心旋轉(zhuǎn)，通過改變閥芯的轉(zhuǎn)速改變液壓振動(dòng)缸的振動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)大范圍振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)、振幅調(diào)節(jié)和大激振力輸出。
[0017]本實(shí)用新型在液壓系統(tǒng)中配置蓄能器作為輔助油源，使液壓振動(dòng)系統(tǒng)的能量得到充分的利用，同時(shí)補(bǔ)充瞬時(shí)流量。
[0018]本實(shí)用新型的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]本實(shí)用新型運(yùn)用交流液壓激振技術(shù)及轉(zhuǎn)閥的思想來設(shè)計(jì)液壓振動(dòng)器，克服了現(xiàn)有機(jī)械式振動(dòng)器設(shè)計(jì)聲波鉆進(jìn)動(dòng)力頭存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，摩擦及機(jī)械負(fù)荷大等問題，具有振動(dòng)功率大、能較快冷卻、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過載保護(hù)的特點(diǎn)，以及具有頻率范圍大、振幅可調(diào)、激振力大的優(yōu)點(diǎn)，適用于進(jìn)行淺層取樣鉆機(jī)動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本實(shí)用新型的液體靜壓軸承橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本實(shí)用新型的液壓缸體中密封結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本實(shí)用新型的液壓系統(tǒng)連接示意圖。
[0024]圖5為本實(shí)用新型的活塞作沖程運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0025]圖6為本實(shí)用新型的活塞作回程運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0026]圖中:1_支架、2-振動(dòng)缸體、3-缸體前端蓋、4-活塞、5-油口接頭、6-0型密封圈A、7-靜壓油口接頭、8-小孔節(jié)流器、9-缸體后端蓋、10-斯特封、11-轉(zhuǎn)閥后端蓋、12-0型密封圈B、13-閥套、14-閥芯、15-圓柱銷、16-0型密封圈C、17-閥體、18-轉(zhuǎn)閥前端蓋、19-油封、20-電機(jī)、21進(jìn)出油槽孔、22-上偏置油槽、23-下偏置油槽、24-液體靜壓軸承、25-均壓槽、26-靜壓腔A、27-靜壓腔B、28-靜壓腔C、29-靜壓腔D、30_液壓振動(dòng)缸、31-旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥、32-油箱、33-精濾油器B、34-變量泵B、35_壓力表B、36_溢流閥、37-蓄能器、38-壓力表A、39-精濾油器A、40-先導(dǎo)溢流閥、41-變量泵A、42_濾油器。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳述。
[0028]實(shí)施例1:本實(shí)用新型提供的一種聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括液壓振動(dòng)缸30、密封結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31、驅(qū)動(dòng)電機(jī)20和液壓系統(tǒng)，所述的液壓振動(dòng)缸30含有支架I，振動(dòng)缸體2、缸體前端蓋3、活塞4、油口接頭5、靜壓油口接頭7、小孔節(jié)流器8、缸體后端蓋9、上偏置油槽22、下偏置油槽23和液體靜壓軸承24 ;所述的支架1、缸體前端蓋3、缸體后端蓋9與振動(dòng)缸體2之間用彈簧墊圈和調(diào)整墊片配合螺釘連接，所述的振動(dòng)缸體2與缸體后端蓋9還采用法蘭形式連接；振動(dòng)缸體2中安裝有活塞4和液體靜壓軸承24，液體靜壓軸承24安裝在缸體前端蓋3內(nèi)的活塞桿上，振動(dòng)缸體2上設(shè)有油口接頭5、上偏置油槽22和下偏置油槽23，及對(duì)稱設(shè)有2個(gè)靜壓油口接頭7 ;在缸體前、后端蓋上各設(shè)有小孔節(jié)流器8 ;在振動(dòng)缸體上還設(shè)有3條高壓液壓油的通道，其中的2條高壓液壓油的通道分別與活塞上、下沖程腔連通，I條高壓油液通道與活塞中間平衡腔連接。
[0029]所述的液體靜壓軸承24，參見圖2，在其內(nèi)圓柱面中對(duì)稱地開有4個(gè)矩形油腔和2個(gè)回油槽，油腔和回油槽之間的圓弧面為周向封油面，液體靜壓軸承24兩端和油腔之間的圓弧面為軸向封油面；通過4個(gè)小孔節(jié)流器8給液體靜壓軸承24供給一定壓力的潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油進(jìn)入相應(yīng)的4個(gè)靜壓腔內(nèi)。
[0030]所述的液體靜壓軸承24的4個(gè)矩形油腔空載時(shí)容積相等，靜壓腔A26與靜壓腔B27對(duì)稱，靜壓腔C28與靜壓腔D29對(duì)稱，且均勻分布，各個(gè)靜壓油腔里面的液壓力相等，使得活塞4浮起在液體靜壓軸承24的中心位置。此時(shí)液體靜壓軸承24封油面各處的間隙么相等，液體靜壓軸承各腔的壓力慫相等。當(dāng)液體靜壓軸承受載荷力/^'后，液體靜壓軸承往靜壓油腔A26的方向產(chǎn)生微小的位移e，這時(shí)靜壓油腔A26的間隙從慫減少至么-e，封油面上的油流阻力增大；此時(shí)，靜壓油腔B27處的間隙增大到么+ e，封油面上的油流阻力減小，因而靜壓油腔A26的壓力P1升高，靜壓油腔B27的壓力P2降低。因此，靜壓油腔A26、靜壓油腔B27之間產(chǎn)生一個(gè)壓力差Λ產(chǎn)(- P2 )0當(dāng)兒Λ/7(兒為軸承一個(gè)油腔的有效承載面積)同載荷平衡，即兒'時(shí)，處于平衡狀態(tài)。若載荷不是正對(duì)油腔，可將載荷分為垂直方向和水平方向的載荷，分別由上下油腔和左右油腔的兒Λ/^與之平衡，所以四個(gè)油腔的液壓力能夠承受來自任意方向的徑向載荷。 [0031]本實(shí)用新型所述的旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31包括轉(zhuǎn)閥前端蓋18、油封19、閥體17、閥芯14、閥套13和轉(zhuǎn)閥后端蓋11 ;閥體17內(nèi)設(shè)有閥套13，閥套13內(nèi)安裝有閥芯14，閥體17兩端分別設(shè)有轉(zhuǎn)閥前端蓋18和轉(zhuǎn)閥后端蓋11，轉(zhuǎn)閥前、后端蓋通過螺釘與閥體17連接；所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)20與閥體17之間用圓柱銷15定位、安裝在轉(zhuǎn)閥前端蓋18上；在閥體17中設(shè)有5條油路通道，5條油路通道終端都與油箱接通，其中的2條油路通道還與液壓振動(dòng)缸30的中的2條高壓液壓油的通道連通。
[0032]本實(shí)用新型所述的閥芯14上共有個(gè)開有3個(gè)進(jìn)、出油槽的臺(tái)肩，第一、第三個(gè)臺(tái)肩各設(shè)有一排油槽，第二個(gè)臺(tái)肩設(shè)有兩排的油槽，第一個(gè)臺(tái)肩與第二個(gè)臺(tái)肩下排油槽開口方向一致，第三個(gè)臺(tái)肩與第二個(gè)臺(tái)肩上排油槽開口方向一致。本實(shí)用新型所述的在閥芯上每個(gè)臺(tái)肩每排均布有12個(gè)油槽，同一臺(tái)肩中相鄰的每個(gè)油槽相距的圓心角Φ為360/12=30° ;在相鄰的臺(tái)肩中油槽相互錯(cuò)位，錯(cuò)位的角度為1/2的圓心角Φ，即15°。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31的閥芯14在一定的轉(zhuǎn)速下勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，高壓油在進(jìn)出油槽21的分配下交替的進(jìn)入液壓振動(dòng)缸30的上下腔，驅(qū)動(dòng)活塞4進(jìn)行周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0033]所述的密封結(jié)構(gòu)參見圖1和圖3，包括采用O型密封圈、斯特封10和間隙密封；其中對(duì)稱用于缸體前端蓋3、缸體后端蓋9與振動(dòng)缸體2之間的靜密封采用O型密封圈Α6 ;活塞4與振動(dòng)缸體2之間采用間隙密封，并在間隙密封處開均壓槽25。還有活塞4與液體靜壓軸承24兩端結(jié)合面之間、活塞4與缸體前端蓋3、活塞4與缸體后端蓋9之間均采用間隙密封，活塞4與缸體前端蓋3、活塞4與缸體后端蓋9之間還采用了斯特封10。所述的轉(zhuǎn)閥前端蓋18與閥體17之間、轉(zhuǎn)閥后端蓋11與閥體17之間的靜密封采用O型圈密封C16，液壓振動(dòng)缸30與旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31之間采用O型圈密封Β12。
[0034]所述的液壓系統(tǒng)參見圖4，圖中濾油器42用來濾除從油箱32進(jìn)入變量泵Α41油液中的各種雜質(zhì)，保持進(jìn)入變量泵Α41油液的純潔度；壓力表Α38顯示變量泵Α41出油口油壓，先導(dǎo)溢流閥40 —端連接壓力表Α38，一端接油箱，當(dāng)壓力表Α38顯示值超過先導(dǎo)溢流閥40設(shè)定壓力值時(shí)，先導(dǎo)溢流閥40接通，開啟溢流，對(duì)液壓系統(tǒng)起到過載保護(hù)作用；精濾油器A39對(duì)變量泵A41出口液壓油再一次更高精度的濾除，將液壓油送至旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31，旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31在驅(qū)動(dòng)電機(jī)20驅(qū)動(dòng)下，交替向振動(dòng)液壓缸30上下沖程腔輸送高壓油，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)液壓缸30的活塞4高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)；蓄能器37作為輔助油源能使系統(tǒng)能量利用的更加充分，同時(shí)補(bǔ)充瞬時(shí)流量；液體靜壓軸承24是振動(dòng)活塞4的支撐，以防止偏載、減少磨損和外泄；液體靜壓軸承24由變量泵B34供油，變量泵B34和液體靜壓軸承24之間設(shè)有精濾油器B33，以嚴(yán)格控制進(jìn)入液體靜壓軸承24的液壓油純潔度；壓力表B35顯示變量泵B34出油口油壓，溢流閥36 —端連接壓力表B35，一端接油箱32，當(dāng)壓力表B35顯示值超過溢流閥36設(shè)定壓力值時(shí)，溢流閥36接通，開啟溢流，防止系統(tǒng)過載。需要說明的是圖4中為使表達(dá)方便畫了許多油箱，本實(shí)用新型實(shí)際只使用I個(gè)油箱。
[0035]本實(shí)用新型所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)20采用交流伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)20驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31，可以很精確的控制旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31的輸出頻率，旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31的閥芯14為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，在油液的潤(rùn)滑下，所需的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，使用交流伺服電機(jī)就可以滿足振動(dòng)器工作所需的扭矩。
[0036]本實(shí)用新型所述的旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31用于控制液壓油的流向，從而控制液壓振動(dòng)缸30的活塞4的快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于活塞4進(jìn)行高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為防止偏載、減小磨損和外泄漏，在液壓振動(dòng)缸30采用了液體靜壓軸承24的設(shè)計(jì)。
[0037]實(shí)施例2:本實(shí)用新型提供的一種聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其結(jié)構(gòu)基本如圖1所示，不同的只是在旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31的閥芯14上每個(gè)臺(tái)肩每排均布有6個(gè)油槽，同一臺(tái)肩中相鄰的每個(gè)油槽相距的圓心角Φ為360/6=60° ;在相鄰的臺(tái)肩中油槽相互錯(cuò)位，錯(cuò)位的角度為1/2的圓心角Φ，即30°。
[0038]實(shí)施例3:本實(shí)用新型提供的一種聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其結(jié)構(gòu)基本如圖1所示，不同的只是在旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31的閥芯14上每個(gè)臺(tái)肩每排均布有18個(gè)油槽，同一臺(tái)肩中相鄰的每個(gè)油槽相距的圓心角Φ為360/18=20° ;在相鄰的臺(tái)肩中油槽相互錯(cuò)位，錯(cuò)位的角度為10°。
[0039]實(shí)施例4:使用本實(shí)用新型實(shí)施例1的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其工作過程參見圖5、6所示。
[0040]圖5中為液壓振動(dòng)缸30的活塞4做沖程運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31的閥芯14處于圖示位置，P與A相通，B與T相通，高壓油進(jìn)入液壓振動(dòng)缸30的上腔，活塞4迅速下行。圖6為活塞4做回程運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31的閥芯14處于圖示位置時(shí)，P與B相通，A與T相通，高壓油進(jìn)入振動(dòng)缸體下腔，活塞迅速上行。
[0041]伺服電機(jī)帶20動(dòng)閥芯14不斷的旋轉(zhuǎn)，高壓油Pl通過閥芯14上進(jìn)出油槽孔21交替的輸送到液壓振動(dòng)缸30的上下腔，從而完成高頻激振。上偏置油槽22和下偏置油槽23起到平衡活塞4振動(dòng)中心的作用。振動(dòng)缸體2中間腔通壓力油P2 (P2>P1)，當(dāng)活塞4偏離中心位置時(shí)，振動(dòng)缸體2的上腔或下腔與高壓油P2接通，進(jìn)行強(qiáng)制糾偏。當(dāng)活塞4偏離中心位置向上時(shí)，振動(dòng)缸體2的進(jìn)油口 A被關(guān)閉，同時(shí)，高壓油P2經(jīng)過上偏置油槽22進(jìn)入振動(dòng)缸體2上腔，在高壓油P2的作用下，活塞4下行，回到振動(dòng)缸體2中心位置。當(dāng)活塞4偏離中心位置向下時(shí)，液壓振動(dòng)缸2的進(jìn)油口 B被關(guān)閉，同時(shí)，高壓油P2經(jīng)過下偏置油槽23進(jìn)入振動(dòng)缸體2下腔，在高壓油P2的作用下，活塞4上行，回到振動(dòng)缸體2中心位置。
[0042]本實(shí)用新型中液壓振動(dòng)系統(tǒng)的核心是由旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥31控制液壓油的流向，從而控制液壓振動(dòng)缸體30中活塞4的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型利用交流液壓激振技術(shù)來設(shè)計(jì)液壓振動(dòng)頭，運(yùn)用伺服電機(jī)軀動(dòng)旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥的閥心旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高頻強(qiáng)制配流和無級(jí)調(diào)頻，通過改變閥芯的轉(zhuǎn)速改變液壓振動(dòng)缸活塞的振動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)大范圍振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)、振幅調(diào)節(jié)和大激振力輸出。本實(shí)用新型適合用于的淺層取樣聲波鉆機(jī)動(dòng)力頭。
【權(quán)利要求】
1.一種聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，包括液壓振動(dòng)缸、旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、密封結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，其特征在于:所述的液壓振動(dòng)缸含有支架，振動(dòng)缸體、缸體前端蓋、活塞、油口接頭、靜壓油口接頭、小孔節(jié)流器、缸體后端蓋、上偏置油槽、下偏置油槽和液體靜壓軸承；所述的支架、缸體前端蓋、缸體后端蓋與振動(dòng)缸體之間用彈簧墊圈和調(diào)整墊片配合螺釘連接，所述的振動(dòng)缸體與缸體后端蓋還采用法蘭形式連接；振動(dòng)缸體中安裝有活塞和液體靜壓軸承，液體靜壓軸承安裝在缸體前端蓋內(nèi)的活塞桿上，振動(dòng)缸體上設(shè)有油口接頭、上偏置油槽和下偏置油槽，及對(duì)稱設(shè)有2個(gè)靜壓油口接頭；在缸體前、后端蓋上各設(shè)有小孔節(jié)流器；在振動(dòng)缸體上設(shè)有3條高壓液壓油的通道，其中的2條高壓液壓油的通道分別與活塞上、下沖程腔連通，I條高壓油液通道與活塞中間平衡腔連接； 所述的旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥包括轉(zhuǎn)閥前端蓋、油封、閥體、閥芯、閥套和轉(zhuǎn)閥后端蓋，閥體內(nèi)設(shè)有閥套，閥套內(nèi)安裝有閥芯，閥體兩端分別設(shè)有轉(zhuǎn)閥前端蓋和轉(zhuǎn)閥后端蓋，轉(zhuǎn)閥前、后端蓋通過螺釘與閥體連接，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與閥體之間用圓柱銷定位，安裝在轉(zhuǎn)閥前端蓋上； 所述的密封結(jié)構(gòu)包括采用的O型密封圈、斯特封和間隙密封；所述的液壓系統(tǒng)包括濾油器、精濾油器，變量泵，先導(dǎo)溢流閥、溢流閥，調(diào)速閥和壓力表分別安裝在液壓油路中，在液壓系統(tǒng)中還安裝有作為輔助油源的蓄能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其特征在于:所述的液體靜壓軸承，在其內(nèi)圓柱面中對(duì)稱地開有4個(gè)矩形油腔和2個(gè)回油槽，油腔和回油槽之間的圓弧面為周向封油面，液體靜壓軸承兩端和油腔之間的圓弧面為軸向封油面；潤(rùn)滑油通過四個(gè)小孔節(jié)流器進(jìn)入相應(yīng)的靜壓腔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其特征在于:所述的液體靜壓軸承的4個(gè)矩形油腔空載時(shí)容積相等，且對(duì)稱均勻分布，各個(gè)小孔節(jié)流器的阻力相等，作用在各個(gè)靜壓油腔里面的液壓力也相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其特征在于:所述的缸體前端蓋、缸體后端蓋內(nèi)還開有均壓槽，在均壓槽尾部設(shè)置回油槽，回油槽的油液通過回油孔返回油箱。`
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其特征在于:所述的閥芯設(shè)有進(jìn)、出油槽的三個(gè)臺(tái)肩，第一、第三個(gè)臺(tái)肩各設(shè)有一排油槽，第二個(gè)臺(tái)肩設(shè)有兩排的油槽，第一個(gè)臺(tái)肩與第二個(gè)臺(tái)肩下排油槽開口方向一致，第三個(gè)臺(tái)肩與第二個(gè)臺(tái)肩上排油槽開口方向一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其特征在于:在所述的閥芯上每個(gè)臺(tái)肩每排均布有6~18個(gè)油槽，同一臺(tái)肩中相鄰的每個(gè)油槽相距的圓心角Ψ相等；在相鄰的臺(tái)肩中油槽相互錯(cuò)位，錯(cuò)位角度為1/2的圓心角《P。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其特征在于:所述的活塞與振動(dòng)缸體之間，活塞與液體靜壓軸承兩端結(jié)合面之間，活塞與缸體前端蓋、活塞與缸體后端蓋之間均采用間隙密封，活塞與缸體前端蓋、活塞與缸體后端蓋之間還采用了斯特封；所述的缸體前端蓋、缸體后端蓋與振動(dòng)缸體之間的靜密封采用O型圈密封，所述的轉(zhuǎn)閥前端蓋、轉(zhuǎn)閥后端蓋與閥體之間的靜密封采用O型圈密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波鉆進(jìn)液壓振動(dòng)頭，其特征在于:所述的液壓振動(dòng)缸中的液體靜壓軸承與精濾油器B連接，精濾油器B通過管路分別連接變量泵B、壓力表B和溢流閥，變量泵B通過濾油器、管路連接油箱；溢流閥也與油箱連接；液壓振動(dòng)缸還分別與蓄能器和旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥連接；所述的旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；旋轉(zhuǎn)式液壓調(diào)頻閥還與精濾油器A連接，精濾油器A通過管路分別連接壓力表A、變量泵A和先導(dǎo)溢流閥，變量泵B通過濾油器、管路連接 油箱；先導(dǎo)溢流閥也與油箱連接。
【文檔編號(hào)】E21B49/02GK203441486SQ201320573568
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】江進(jìn)國(guó), 陳緒繼, 陳澤平, 王嘉偉, 王文巧, 周峰, 孟瑞 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）