電磁驅動的地質鉆機正反轉裝置設計研究

周集忠

摘要：目前具備正反轉功能的地質鉆機，大多利用機械工作原理，由人工切換正反轉功能，其結構復雜繁瑣，對設備的加工制造工藝和精密度要求較高，這導致機械制造成本的增加。更重要的是，人工切換地質鉆機的正反轉功能，常常出現操作人員操作失誤引起的傷害事故。鑒于傳統地質鉆機正反轉裝置的不足，我們利用電磁感應原理，設計的地質鉆機正反轉裝置，可以快速、安全的切換地質鉆機的正反轉功能。該設計在生產實踐中能提高生產效率、降低生產成本。

Abstract： At present， the mine drill with corotation and contrarotation is driving by mechanician， which is shifting by the workers. The mine drill has a complicated structure， which will lead to a higher manufacturing technology and cost. More importantly， the corotation and contrarotation shifting by the workers often give rise to a series of human accident. Given that the mine drill with corotation and contrarotation driving by mechanician has a lot of drawbacks， we design a mine drill with corotation and contrarotation driving by electromagnetism. The new mine drill can rapidly and safety shfit the corotation and contrarotation. The new mine drill has the ability to enhance productivity and reduce manufacturing costs.

關鍵詞：電磁驅動;地質鉆機;正反轉

Key words： electromagnetism;mine drill;corotation and contrarotation

中圖分類號：TN712.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0057-02

0? 引言

鉆探是巖土工程勘查、地質調查、礦產資源勘查和尋找地下水資源等地勘工作最直接、最有效的技術手段之一，而地質鉆機是實現地質鉆探的載體[1-2]。地質鉆機主要用于巖心勘探，典型的機型主要有TXJ-1600型，鉆進深度為一般為1600m（50鉆桿），1200m（60鉆桿），主要用于垂直和傾斜度小于450的礦產資源、油氣資源、地下水以及市政工程和巖土工程勘查等勘探鉆孔工作[3]。然而目前具備正反轉功能的地質鉆機，大多利用機械工作原理，由人工切換正反轉功能，其結構復雜繁瑣，對加工的精密度、設備的制造工藝均要求較高，這就導致了機械制造成本的增加，同時也不利于推廣應用。更重要的是，人工切換地質鉆機的正反轉功能，常常出現操作人員操作失誤引起的傷害事故[4-5]。鑒于傳統地質鉆機的上述不足，我們利用電磁感應原理[6]，通過改進生產技術和工藝，研發、改進了一種地質鉆機的正反轉裝置，該技術克服了上述現有地質鉆機正反轉裝置的缺點，可以快速、安全的切換地質鉆機的正反轉功能。該設計在生產實踐中能提高生產效率、降低生產成本，因此也獲得了國家實用新型專利授權（專利號：2017 209 622 11.2）。

1? 設計思路

我們設計的地質鉆機正反轉裝置，其基本設計思路為：利用電磁感應原理快速、安全的切換地質鉆機的正反轉功能[7]。具體設計構造如下：本裝置包括控制箱（1）、控制機構和鉆桿（2），需要說明的是：為了能夠清楚的描述本裝置的構造和工作原理，本文括號內的數字代表本裝置的配件，具體名稱和配件結構圖見圖1和圖2。

我們設計的地質鉆機正反轉裝置，主要包括控制箱、控制機構和鉆桿，控制箱內部設有主動輪和從動輪，控制箱外壁的左右兩側分別設有左圓槽和右圓槽。

控制箱（1）內設有主動輪（3和4）和從動輪（13），主動輪（3和4）為錐齒輪Ⅰ（3）和錐齒輪Ⅱ（4），并且錐齒輪Ⅰ（3）和錐齒輪Ⅱ（4）間隔設置在轉動軸（5）上，同時錐齒輪Ⅰ（3）和錐齒輪Ⅱ（4）與控制箱（1）的內壁間設有纏繞在轉動軸上的彈簧（15）;控制箱的外壁左右兩側分別設有左圓槽（6）和右圓槽（7），上述轉動軸（5）的兩端貫穿于左圓槽（6）和右圓槽（7）的中心，并且在轉動軸（5）的兩端分別設有圓柱形的左磁鐵塊（8）和右磁鐵塊（9），左磁鐵塊（8）和右磁鐵塊（9）的側壁上均設有導電片Ⅰ（圖3、圖4）。

從動輪為錐齒輪Ⅲ（13），設置在主動輪的下方（3和4），另外在上述左圓槽（6）和右圓槽（7）的內壁設有導電片Ⅱ（圖3、圖4）。

控制機構包括：左電機（11）、右電機（12）、控制磁鐵（10）和電源Ⅰ、電源Ⅱ（圖3、圖4）。其構造為：在左電機（11）和右電機（12）上均設有電機軸，在電機軸的端部設有控制磁鐵（10）。

上述鉆桿（2）貫穿于控制箱（1）的底面設置，并且鉆桿（2）的頂端連接在錐齒輪Ⅲ上（13），鉆桿（2）與控制箱（1）的接觸位置設有保護套（14）。

上述錐齒輪Ⅰ（3）和錐齒輪Ⅱ（4）分別與錐齒輪Ⅲ嚙合（13）。

上述右電機（12）、左磁鐵塊上導電片Ⅰ、左圓槽中導電片Ⅱ、右電機上控制磁鐵（10）和電源Ⅱ之間相互串聯（圖3）;上述左電機（11）、右磁鐵塊上導電片Ⅰ、右圓槽中導電片Ⅱ、左電機上控制磁鐵（10）和電源Ⅰ之間相互串聯（圖4）。

2? 產品樣圖

下面將結合本產品設計中的附圖，對其技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實例。

3? 工作原理

本實用新型創新設計的工作原理為，本裝置的初始狀態是錐齒輪Ⅰ（3）與錐齒輪Ⅲ（13）嚙合，右磁鐵（9）與右電機（12）上的控制磁鐵（10）吸附在一起，形成一個整體，右電機（12）驅使轉動軸（5）轉動，從而帶動錐齒輪Ⅰ（3）和錐齒輪Ⅲ（13）隨之轉動，驅動鉆桿（2）正向轉動。

若要調整鉆桿（2）反方向轉動時，首先在右磁鐵塊（9）與右電機（12）上的控制磁鐵（10）中通入反向電流，產生排斥力，使得左磁鐵塊（8）脫離左圓槽（6），與此同時右磁鐵塊（9）會進入右圓槽（7）中，產生的效果是右電機（12）斷電，停止工作;而右磁鐵塊（9）上導電片Ⅰ與右圓槽（7）中導電片Ⅱ接觸使左電機（11）通電，開始工作，左電機（11）上控制磁鐵塊（10）與左磁鐵塊（8）相互吸引，形成一個整體，此時錐齒輪Ⅱ（4）與錐齒輪Ⅲ（13）嚙合，左電機（11）驅使轉動軸（5）轉動，并且帶動錐齒輪Ⅱ（4）與錐齒輪Ⅲ（13）的傳動，實現鉆桿（2）反方向的轉動。

以上公開的本產品優選實施例只是用于幫助闡述本實用新型。優選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該實用新型僅為的具體實施方式。顯然，根據本設計的內容，可作很多的修改和變化。本設計選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本產品。

4? 產品創新性

本產品提供的一種地質鉆機正反轉裝置，通過控制機構實現錐齒輪Ⅲ與錐齒輪Ⅰ或者錐齒輪Ⅱ之間的嚙合，進而改變鉆桿的轉動方向，實現鉆桿的正反轉，整個過程能夠快速調節鉆桿的正反轉，并且調節的過程安全有效。

參考文獻：

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