一种钻机用高频偏心振动声波动力头
技术领域
本实用新型涉及一种钻机的动力头，更具体地说，涉及一种钻机用高频偏心振动声波动力头。
背景技术
在油田、矿物勘探、岩土勘察和土壤取样等施工过程中，钻机是土壤和岩土钻孔常用的机械设备。钻机用声波动力头能够在钻进过程中产生上下振动作用于钻具上，与传统旋转钻进方式的钻机相比，具有钻进速度快、工作效率高、岩土样保真度高、施工安全性好和环境污染少等优点。声波动力头在钻进时，共振能量通过钻柱传递到钻头工作面，同时低速回转的钻柱将能量平均分配到钻头工作面上。由于振动频率属于较低的机械波振动范围，能够引起人的听觉，因此称之为“声波动力头”。
目前，现有的声波动力头大多采用偏心振动结构，如中国专利号ZL201020181134.5公开的“取样钻机用声频振动头”、中国专利号ZL201210161963.0公开的“一种液压超高频振动动力头”、中国专利号ZL201320272471.9公开的“一种声频震动动力头及应用该声频震动动力头的拖拉机钻机”和中国专利申请号201711336710.1公开的“一种振动钻机”等，上述这些声波动力头结构，其都是采用偏心轴(偏心振子)高速旋转形成高频振动的，偏心轴两端通过轴承支撑，由于偏心轴高速旋转，且具有偏心振动惯性，因此对偏心轴的轴承性能要求较高，而受限于轴承的性能，现有偏心振动式声波动力头的转速都较低，难以实现高频振动，原因在于高速旋转的偏心轴使轴承产生大量热量，导致轴承使用寿命大幅下降，从而使钻机的声波动力头使用寿命降低。
另外，现有偏心振动式声波动力头的结构设计合理性较差，一方面表现在声波动力头自身振动的稳定性较差，导致振动传递效率较低；另一方面表现在振动元件的振动轴向性较差，容易发生轴线偏移，不仅影响振动稳定性，也容易造成声波动力头的损坏。
基于现有偏心振动式声波动力头存在的上述问题，亟需对现有声波动力头进行改进，以提高其高频振动的使用寿命和工作稳定性。
发明内容
1.实用新型要解决的技术问题
本实用新型的目的在于克服现有偏心振动式声波动力头存在高频工作使用寿命低、工作稳定性较差等不足，提供一种钻机用高频偏心振动声波动力头，采用本实用新型的技术方案，在结构上，主轴与主轴液压马达采用花键结构传动连接，由主轴液压马达驱动主轴旋转，同时主轴转动安装于主轴箱内，主轴箱通过隔振器悬空安装于主框架内，利用主轴箱内的两组偏心振动机构产生高频振动，使声波动力头结构更加紧凑，主轴旋转和轴向振动运动更加稳定；同时还具有轴承冷却润滑系统，利用润滑油循环控制系统实现润滑油对振子轴轴承进行冷却和润滑，大幅降低了振子轴轴承的工作温度，提高了轴承的工作寿命，降低了对振子轴轴承的性能要求，使偏心振动式声波动力头能够以更高的振动频率工作，进一步提高了声波动力头的工作效率。
2.技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，包括主框架、主轴旋转机构和主轴振动机构，还包括轴承冷却润滑系统，所述的主轴旋转机构包括主轴液压马达和主轴，所述的主轴液压马达安装于主框架的上部，且主轴液压马达的输出轴与主轴之间采用花键结构传动连接，用以驱动主轴旋转运动并允许主轴轴向上下移动；所述的主轴振动机构包括主轴箱、隔振器和两组对称设置的偏心振动机构，所述的主轴箱通过隔振器悬空安装于主框架内，所述的主轴箱的中心设有主轴轴孔，所述的主轴通过主轴轴承转动安装于主轴轴孔内，两组所述的偏心振动机构对称设于主轴箱内，且两组偏心振动机构分别置于主轴的左右两侧，每组偏心振动机构均包括偏心振子轴和振动液压马达，所述的偏心振子轴通过振子轴轴承安装于主轴箱对应侧的偏心轴腔内，所述的振动液压马达安装于主轴箱的一侧，且振动液压马达的输出轴与对应的偏心振子轴的一端传动连接，两组偏心振动机构的偏心振子轴同步旋转且旋转方向相反；
所述的轴承冷却润滑系统包括进油管、回油管和喷油嘴，所述的喷油嘴设于主轴箱内，且喷油方向朝向振子轴轴承，所述的进油管与喷油嘴相连通，所述的回油管与主轴箱上的回油口相连接，所述的进油管和回油管分别与润滑油循环控制系统相连接。
作为本实用新型进一步改进，所述的润滑油循环控制系统包括第一压力开关传感器、第二压力开关传感器、主控器、组合阀块、吸油泵和冷却供油泵，所述的组合阀块内集成有调压阀、节流阀和溢流阀，所述的冷却供油泵与组合阀块的进油口相连接，所述的组合阀块溢流口连接至冷却油油箱，所述的组合阀块的出油口与进油管相连接，所述的回油管经过吸油泵连接至冷却油油箱，所述的第一压力开关传感器和第二压力开关传感器设于进油管的管路中，且第一压力开关传感器和第二压力开关传感器分别与主控器电连接，用于将进油管内的压力信息反馈给主控器，所述的主控器与用于控制声波动力头的主轴液压马达和振动液压马达的液电负载敏感比例阀组电连接，用于根据第一压力开关传感器和第二压力开关传感器反馈的压力信息控制主轴液压马达和振动液压马达的工作状态。
作为本实用新型进一步改进，所述的吸油泵为液压马达及泵结合体，所述的组合阀块的出油口与吸油泵中的液压马达进油口相连接，所述的吸油泵中的液压马达的出油口经过第一分流阀与进油管相连接，所述的第一分流阀的分流口与振动液压马达的冷却油口相连接。
作为本实用新型进一步改进，每组偏心振动机构均具有两个同轴相连的偏心振子轴，两个偏心振子轴之间通过对插键轴向相连，且两个偏心振子轴的偏心块相位相同，同一组偏心振动机构的两个偏心振子轴的两端均通过振子轴轴承安装于主轴箱的对应侧偏心轴腔内，且两个偏心振子轴相接端对应的两组振子轴轴承之间设有喷油环，所述的喷油环周向设有一圈连通进油管的环形油道，且在喷油环的两端面上分别设有至少一个连通环形油道的喷油嘴；一组偏心振子轴靠外侧的一端振子轴轴承通过后轴承座安装于主轴箱内，另一组偏心振子轴靠外侧的一端振子轴轴承通过前轴承座安装于主轴箱内，所述的后轴承座和前轴承座上分别设有连通进油管的油道，且在后轴承座和前轴承座的内侧端面上分别设有连通油道的喷油嘴。
作为本实用新型进一步改进，所述的主轴液压马达通过主轴纠偏机构安装于主框架的上部，所述的主轴纠偏机构包括外摆架和内摆架，所述的外摆架的两侧通过外转轴转动安装于主框架上部的纠偏轴承座上，所述的内摆架的两侧通过内转轴转动安装于外摆架的内部，且在内摆架和外摆架之间留有摆动间隙，所述的主轴液压马达安装于内摆架上，且外摆架的转动轴线与内摆架的转动轴线相垂直。
作为本实用新型进一步改进，所述的花键结构包括花键轴和花键轴套，所述的花键轴的上端通过联轴节与主轴液压马达的输出轴相连接，所述的花键轴套固定安装于主轴上端的轴腔内，所述的花键轴与花键轴套通过花键传动连接，所述的内摆架与主轴箱之间的花键轴外侧还套设有防护罩，所述的联轴节通过联轴节轴承转动安装于内摆架的中心轴孔内。
作为本实用新型进一步改进，两组所述的偏心振动机构的偏心振子轴远离振动液压马达的一端伸出主轴箱，且两组偏心振动机构的偏心振子轴之间通过同步机构相连接，所述的同步机构包括第一同步带轮、第二同步带轮、换向带轮、张紧带轮和同步带，所述的第一同步带轮安装于一组偏心振子轴的伸出端，所述的第二同步带轮安装于另一组偏心振子轴的伸出端，所述的换向带轮和张紧带轮安装于主轴箱上，所述的同步带为双面齿同步带，同步带依次绕于第一同步带轮、换向带轮、张紧带轮和第二同步带轮之间。
作为本实用新型进一步改进，所述的同步机构中还具有中间带轮，所述的中间带轮通过中间带轮轮轴转动安装于主轴箱上，且在中间带轮轮轴与主轴箱之间还设有用于检测偏心振子轴转速的转速传感器，所述的中间带轮与同步带相啮合。
作为本实用新型进一步改进，所述的隔振器为柱状橡胶块，该柱状橡胶块具有横向尺寸大于纵向尺寸的截面形状，且柱状橡胶块的纵向与主轴的振动方向一致；所述的主框架的上部和下部还分别设有与主轴箱的上下端相对应的上缓冲块和下缓冲块。
作为本实用新型进一步改进，所述的主框架上还设有声波动力头摆动机构，该声波动力头摆动机构包括安装支架和偏摆油缸，所述的安装支架的上端与主框架上部的连接臂相铰接，所述的偏摆油缸的一端与安装支架的下端相铰接，另一端与主框架上的支撑座相铰接，该安装支架与主框架的铰接点、偏摆油缸与安装支架的铰接点、偏摆油缸与支撑座的铰接点形成三角形结构。
3.有益效果
采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其包括主框架、主轴旋转机构、主轴振动机构和轴承冷却润滑系统，在结构上，主轴与主轴液压马达采用花键结构传动连接，由主轴液压马达驱动主轴旋转，同时主轴转动安装于主轴箱内，主轴箱通过隔振器悬空安装于主框架内，利用主轴箱内的两组偏心振动机构产生高频振动，使声波动力头结构更加紧凑合理，主轴旋转和轴向振动运动更加稳定可靠；同时，利用润滑油循环控制系统实现润滑油对振子轴轴承进行冷却和润滑，大幅降低了振子轴轴承的工作温度，提高了轴承的工作寿命，降低了对振子轴轴承的性能要求，使偏心振动式声波动力头能够以更高的振动频率工作，进一步提高了声波动力头的工作效率；
(2)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其润滑油循环控制系统包括第一压力开关传感器、第二压力开关传感器、主控器、组合阀块、吸油泵和冷却供油泵，第一压力开关传感器和第二压力开关传感器设于进油管的管路中，且第一压力开关传感器和第二压力开关传感器分别与主控器电连接，用于将进油管内的压力信息反馈给主控器，主控器与用于控制声波动力头的主轴液压马达和振动液压马达的液电负载敏感比例阀组电连接，用于根据第一压力开关传感器和第二压力开关传感器反馈的压力信息控制主轴液压马达和振动液压马达的工作状态；采用上述润滑油循环控制系统，利用压力开关传感器检测润滑油的供油压力，在供油压力过大或过小的异常情况下，由主控器通过液电负载敏感比例阀组控制声波动力头不工作，有效防止了声波动力头在轴承冷却润滑不良的情况下工作而导致轴承损坏，提高了声波动力头的使用安全性和可靠性；并且，利用冷却供油泵和吸油泵配合，使得冷却润滑油介质在声波动力头的主轴箱内同步进油和回油，使偏心轴腔内不产生积油，避免了偏心轴腔内积油而对偏心振子轴旋转振动造成阻力，保证了偏心振子轴的旋转振动效率；
(3)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其吸油泵为液压马达及泵结合体，组合阀块的出油口与吸油泵中的液压马达进油口相连接，吸油泵中的液压马达的出油口经过第一分流阀与进油管相连接，第一分流阀的分流口与振动液压马达的冷却油口相连接；采用上述油路设计，将冷却供油泵提供的冷却润滑油作为吸油泵的液压马达工作动力，在对振子轴轴承进行喷油润滑冷却的同时能够驱动吸油泵的液压马达工作吸油，保证了进油和回油的同步进行，且油路设计巧妙合理，利用组合阀块的压力调节和流量调节即可保证冷却润滑油的进油量和回油量一致且同步，油路控制更加方便；同时利用分流阀将一路油输入振动液压马达的冷却油口，用于对振动液压马达进行冷却，大幅提高了振动液压马达的工作稳定性和使用寿命；
(4)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其每组偏心振动机构均具有两个同轴相连的偏心振子轴，两个偏心振子轴之间通过对插键轴向相连，不仅偏心振子轴的制作和装配简单方便，而且能够保证两个偏心振子轴的偏心块相位一致，保证了偏心振动机构的装配精度，从而提高了声波动力头的共振稳定性；并且，在两个偏心振子轴的振子轴轴承处采用喷油环和对应的轴承座喷油嘴对轴承进行润滑和冷却，能够使润滑油直接喷在轴承上，保证了轴承能够快速冷却和有效润滑；
(5)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其主轴液压马达通过主轴纠偏机构安装于主框架的上部，该主轴纠偏机构包括能够在垂直方向摆动的外摆架和内摆架，主轴液压马达安装于内摆架上，使得主轴能够在主轴纠偏机构的范围内进行一定角度的摆动，以提高声波动力头实际运行的适应性，并且主轴纠偏机构对主轴箱的摆动具有更好地支撑作用，有助于主轴箱的纠偏回正，进一步提高了声波动力头的工作稳定性和灵活性；
(6)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其花键结构包括花键轴和花键轴套，花键轴的上端通过联轴节与主轴液压马达的输出轴相连接，花键轴套固定安装于主轴上端的轴腔内，花键轴与花键轴套通过花键传动连接，采用该花键结构，便于零部件的加工制作，并且装配方便，工作稳定；
(7)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其两组偏心振动机构的偏心振子轴远离振动液压马达的一端伸出主轴箱，且两组偏心振动机构的偏心振子轴之间通过同步机构相连接，同步机构采用同步带机构，利用同步带实现了两组偏心振动机构旋转方向相反、旋转速度和振动频率的一致，进一步降低了因振动液压马达旋转速度不一致而产生的振动频率偏差，提高了两组偏心振动机构的共振稳定性和可靠性；
(8)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其同步机构中还具有中间带轮，中间带轮通过中间带轮轮轴转动安装于主轴箱上，且在中间带轮轮轴与主轴箱之间还设有用于检测偏心振子轴转速的转速传感器，利用转速传感器能够检测声波动力头的偏心振动机构的旋转速度，为钻机的控制提供直观的数据支撑，进一步方便了声波钻机的控制；
(9)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其隔振器为柱状橡胶块，该柱状橡胶块具有横向尺寸大于纵向尺寸的截面形状，且柱状橡胶块的纵向与主轴的振动方向一致，采用上述结构的隔振器，在声波动力头的振动方向具有较好的弹性变形性能，同时在横向又具有较强的支撑性能，有效防止了主轴箱振动时产生较大的横向位移变化，提高了声波动力头的振动稳定性，并且有效阻挡了主轴箱的振动向主框架的传递，减少了振动能量损耗；另外，主框架的上部和下部还分别设有与主轴箱的上下端相对应的上缓冲块和下缓冲块，利用缓冲块有效防止了主轴箱上下移动幅度过大而撞击主框架，提高了声波动力头的使用稳定性和安全性；
(10)本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，其主框架上还设有声波动力头摆动机构，该声波动力头摆动机构利用偏摆油缸的伸缩运动控制，结构简单稳定，声波动力头摆动角度控制方便。
附图说明
图1为本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头的主视图；
图2为本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头的俯视图；
图3为本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头的左视图；
图4为图2中A-A方向的剖视结构示意图；
图5为图1中B-B方向的剖视结构示意图；
图6为图4中C-C方向的剖视结构示意图；
图7为图4中D-D方向的剖视结构示意图；
图8为图4中E-E方向的阶梯剖视结构示意图；
图9为图8中S方向的结构示意图；
图10为图9中F-F方向的旋转剖视结构示意图；
图11为图9中G-G方向的剖视结构示意图；
图12为图1中H-H方向的剖视结构示意图；
图13为本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头中轴承冷却润滑系统的原理示意图。
示意图中的标号说明：
1、主框架；1-1、连接臂；1-2、支撑座；1-3、上缓冲块；1-4、下缓冲块；1-5、侧盖板；1-6、纠偏轴承座；
2、主轴旋转机构；2-1、主轴液压马达；2-2、马达支座；2-3、联轴节；2-4、联轴节轴承；2-5、花键轴；2-6、花键轴套；2-7、主轴；2-8、防护罩；2-9、主轴上轴承；2-10、上轴承盖；2-11、主轴下轴承；2-12、下端盖；
3、主轴纠偏机构；3-1、外摆架；3-2、内摆架；3-3、外转轴；3-4、内转轴；3-5、垫圈；3-6、轴套；
4、主轴振动机构；4-1、主轴箱；4-1-1、隔振器安装座；4-2、隔振器；4-3、偏心轴腔；4-4、偏心振子轴；4-5、振子轴轴承；4-6、对插键；4-7、喷油环；4-8、后轴承座；4-9、前轴承座；4-10、振动液压马达；4-11、第一同步带轮；4-12、第二同步带轮；4-13、中间带轮；4-14、换向带轮；4-15、张紧带轮；4-16、中间带轮轮轴；4-17、转速传感器；4-18、张紧调节座；4-19、同步带；4-20、中心螺栓；4-21、紧固螺栓；4-22、带轮安装座；4-23、油道；4-24、喷油嘴；
5、主轴法兰；6、安装支架；6-1、偏摆油缸；
7、轴承冷却润滑系统；7-1、进油管；7-2、回油管；7-3、第一压力开关传感器；7-4、第二压力开关传感器；7-5、主控器；7-6、组合阀块；7-7、吸油泵；7-8、高压过滤器；7-9、回油过滤器；7-10、冷却供油泵；7-11、第二分流阀；7-12、第一分流阀；7-13、支腿多路换向阀；7-14、液压变量泵；7-15、液电负载敏感比例阀组；8、同步机构。
具体实施方式
为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。
实施例
结合图1至图5所示，本实施例的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，包括主框架1、主轴旋转机构2、主轴振动机构4和轴承冷却润滑系统7，主框架1作为整个声波动力头的支撑部件，用于安装主轴旋转机构2和主轴振动机构4，轴承冷却润滑系统7用于对主轴振动机构4中的轴承进行冷却和润滑。其中，主轴旋转机构2包括主轴液压马达2-1和主轴2-7，主轴液压马达2-1安装于主框架1的上部，且主轴液压马达2-1的输出轴与主轴2-7之间采用花键结构传动连接，用以驱动主轴2-7旋转运动并允许主轴2-7轴向上下移动；主轴振动机构4包括主轴箱4-1、隔振器4-2和两组对称设置的偏心振动机构，主轴箱4-1通过隔振器4-2悬空安装于主框架1内，主轴箱4-1的中心设有主轴轴孔，主轴2-7通过主轴轴承转动安装于主轴轴孔内，两组偏心振动机构对称设于主轴箱4-1内，且两组偏心振动机构分别置于主轴2-7的左右两侧，每组偏心振动机构均包括偏心振子轴4-4和振动液压马达4-10，偏心振子轴4-4通过振子轴轴承4-5安装于主轴箱4-1对应侧的偏心轴腔4-3内，振动液压马达4-10安装于主轴箱4-1的一侧，且振动液压马达4-10的输出轴与对应的偏心振子轴4-4的一端传动连接，两组偏心振动机构的偏心振子轴4-4同步旋转且旋转方向相反。声波动力头工作时，主轴液压马达2-1经过花键结构驱动主轴2-7旋转运动，同时振动液压马达4-10带动两组偏心振子轴4-4同步转动，产生上下方向的偏心共振，从而使得主轴2-7在旋转的同时能够产生上下高频振动，振动频率由振动液压马达4-10的转速决定，振动液压马达4-10的转速越高，则声波动力头的振动频率越高。在结构上，主轴2-7与主轴液压马达2-1采用花键结构传动连接，由主轴液压马达2-1驱动主轴2-7旋转，同时主轴2-7转动安装于主轴箱4-1内，主轴箱4-1通过隔振器4-2悬空安装于主框架1内，利用主轴箱4-1内的两组偏心振动机构产生高频振动，使声波动力头结构更加紧凑合理，主轴旋转和轴向振动运动更加稳定可靠。
由于振动液压马达4-10的转速越高，偏心振子轴4-4的振子轴轴承4-5在高速旋转过程中还需要承受振动产生的径向作用力，因此对于振子轴轴承4-5的性能要求较高，也是制约现有声波动力头高频工作的主要因素。为了解决振子轴轴承4-5存在的上述问题，本实施例中采用轴承冷却润滑系统7对振子轴轴承4-5进行冷却和润滑，该轴承冷却润滑系统7包括进油管7-1、回油管7-2和喷油嘴4-24，喷油嘴4-24设于主轴箱4-1内，且喷油方向朝向振子轴轴承4-5，进油管7-1与喷油嘴4-24相连通，回油管7-2与主轴箱4-1上的回油口相连接，进油管7-1和回油管7-2分别与润滑油循环控制系统相连接，润滑油循环控制系统将润滑油通过进油管7-1输入声波动力头，通过喷油嘴4-24将润滑油喷在振子轴轴承4-5上，实现轴承的快速冷却和润滑，声波动力头内的润滑油经过回油管7-2返回润滑油循环控制系统循环使用。利用润滑油循环控制系统实现润滑油对振子轴轴承进行冷却和润滑，大幅降低了振子轴轴承的工作温度，提高了轴承的工作寿命，降低了对振子轴轴承的性能要求，使偏心振动式声波动力头能够以更高的振动频率工作，进一步提高了声波动力头的工作效率。
参见图13所示，在本实施例中，上述的润滑油循环控制系统包括第一压力开关传感器7-3、第二压力开关传感器7-4、主控器7-5、组合阀块7-6、吸油泵7-7和冷却供油泵7-10，主控器7-5可采用可编程智能控制器，组合阀块7-6内集成有调压阀、节流阀和溢流阀，结构紧凑，组合阀块7-6的调压阀阀口设有压力表，便于观察油压，冷却供油泵7-10与组合阀块7-6的进油口相连接，组合阀块7-6的溢流口连接至冷却油油箱，组合阀块7-6的出油口与进油管7-1相连接，进油管7-1连接至声波动力头的主轴箱4-1上，回油管7-2经过吸油泵7-7连接至冷却油油箱，第一压力开关传感器7-3和第二压力开关传感器7-4设于进油管7-1的管路中，且第一压力开关传感器7-3和第二压力开关传感器7-4分别与主控器7-5电连接，用于将进油管7-1内的压力信息反馈给主控器7-5，第一压力开关传感器7-3为高压值，第二压力开关传感器7-4为低压值，通过第一压力开关传感器7-3和第二压力开关传感器7-4的高低压值确定一个正常油压阈值范围，如第一压力开关传感器7-3的最高压值可设定为45bar，第二压力开关传感器7-4的低压值可设定为15bar，主控器7-5与用于控制声波动力头的主轴液压马达2-1和振动液压马达4-10的液电负载敏感比例阀组7-15电连接，用于根据第一压力开关传感器7-3和第二压力开关传感器7-4反馈的压力信息控制主轴液压马达2-1和振动液压马达4-10的工作状态。即，在进油管7-1内油压值在第一压力开关传感器7-3和第二压力开关传感器7-4的阈值范围内时，主控器7-5通过液电负载敏感比例阀组7-15控制声波动力头的主轴液压马达2-1和振动液压马达4-10正常运行，而在进油管7-1内油压值高于第一压力开关传感器7-3的最大值或低于第二压力开关传感器7-4的最低值，则说明润滑油供给回路存在异常，声波动力头的主轴箱4-1内可能没有润滑油对轴承进行冷却和润滑或者存在冷却润滑油流动异常，此时主控器7-5通过液电负载敏感比例阀组7-15控制主轴液压马达2-1和振动液压马达4-10停止工作，防止了声波动力头在轴承冷却润滑不良的情况下工作而导致轴承损坏，提高了声波动力头的使用安全性和可靠性。另外，在润滑油循环控制系统中，在进油管7-1管路中还设有高压过滤器7-8，在回油管7-2管路中还设有回油过滤器7-9，通过高压过滤器7-8和回油过滤器7-9有效去除了冷却润滑介质中的杂质，提高了冷却润滑油的使用时间。同时，为了提高轴承的冷却效果，在润滑油循环控制系统的循环回路中还设有散热器，该散热器可采用翅片式散热器或者是设于冷却油油箱内的冷却系统，润滑油经过散热器降温冷却后再对振子轴轴承4-5进行冷却，轴承冷却速度更快。在本实施例中，吸油泵7-7为液压马达及泵结合体，即吸油泵7-7由液压马达和泵两部分组合而成，组合阀块7-6的出油口与吸油泵7-7中的液压马达进油口相连接，吸油泵7-7中的液压马达的出油口经过第一分流阀7-12与进油管7-1相连接，第一分流阀7-12的分流口与振动液压马达4-10的冷却油口相连接。具体地，上述的第一分流阀7-12优选采用FLD系列单路稳定分流阀(型号为FLD15-4)，组合阀块7-6的出油口经过高压过滤器7-8后连接至吸油泵7-7中的液压马达进油口，驱动吸油泵7-7工作，将偏心轴腔内的积油抽吸出来，吸油泵7-7的液压马达出油口连接至第一分流阀7-12的进油口P，第一分流阀7-12的稳流口A与进油管7-1相连，第一分流阀7-12的分流口B通过油管连接振动液压马达4-10的冷却油口，第一分流阀7-12的回油口T接油箱。采用上述油路设计，将冷却供油泵7-10提供的冷却润滑油作为吸油泵7-7的液压马达工作动力，在对振子轴轴承4-5进行喷油润滑冷却的同时能够驱动吸油泵7-7的液压马达工作吸油，保证了进油和回油的同步进行，且油路设计巧妙合理，利用组合阀块7-6的压力调节和流量调节即可保证冷却润滑油的进油量和回油量一致且同步，油路控制更加方便；通过冷却供油泵7-10和吸油泵7-7配合，使得冷却润滑油介质在声波动力头的主轴箱4-1内同步进油和回油，使偏心轴腔内不产生积油，避免了偏心轴腔内积油而对偏心振子轴4-4旋转振动造成阻力，保证了偏心振子轴4-4的旋转振动效率。同时由于振动液压马达4-10高速旋转，其内部也会产生高温，利用分流阀将一路油输入振动液压马达4-10的冷却油口，用于对振动液压马达4-10进行冷却，降低了振动液压马达4-10的运行温度，大幅提高了振动液压马达的工作稳定性和使用寿命。
主轴箱4-1内振子轴轴承4-5的冷却润滑油可由钻机的支腿油路中分出，即图13中所示，冷却供油泵7-10采用液压齿轮泵，其通过第二分流阀7-11分别连接至组合阀块7-6和支腿多路换向阀7-13，第二分流阀7-11优选采用FLD系列单路稳定分流阀(型号为FLD-15B)，冷却供油泵7-10与第二分流阀7-11的进油口P相连接，第二分流阀7-11的稳流口A与组合阀块7-6的进油口相连接，第二分流阀7-11的回油口B通过油管连接至支腿多路换向阀7-13，用于驱动钻机支腿动作。此外，液电负载敏感比例阀组7-15与液压变量泵7-14相连接，由液压变量泵7-14向主轴液压马达2-1和振动液压马达4-10供油，液电负载敏感比例阀组7-15还与电控操作手柄电连接，可通过手动控制来操作声波动力头的工作，主轴液压马达2-1和振动液压马达4-10的泄油口分别连接至回油管7-2。至于声波动力头的其他控制电路和液压控制系统，均与现有技术类似，在此就不再赘述。
如图5所示，在本实施例中，每组偏心振动机构均具有两个同轴相连的偏心振子轴4-4，两个偏心振子轴4-4之间通过对插键4-6轴向相连，且两个偏心振子轴4-4的偏心块相位相同，上述的对插键4-6为：在一个偏心振子轴4-4的轴端设有腰型凸台(如图4中的截面所示)，在另一个偏心振子轴4-4的轴端设有腰型槽，装配时将两个偏心振子轴4-4通过腰型凸台和腰型槽对插即可，实现两个偏心振子轴4-4的轴向扭矩传递，并且采用对插键4-6装配后即可保证两个偏心振子轴4-4的偏心块相位相同，不仅偏心振子轴4-4的制作和装配简单方便，而且能够保证两个偏心振子轴4-4的偏心块相位一致，保证了偏心振动机构的装配精度，从而提高了声波动力头的共振稳定性。偏心振子轴4-4可采用一体结构，其偏心块的截面形状可采用扇形。同一组偏心振动机构的两个偏心振子轴4-4的两端均通过振子轴轴承4-5安装于主轴箱4-1的对应侧偏心轴腔4-3内，且两个偏心振子轴4-4相接端对应的两组振子轴轴承4-5之间设有喷油环4-7，喷油环4-7周向设有一圈连通进油管7-1的环形油道，且在喷油环4-7的两端面上分别设有至少一个连通环形油道的喷油嘴4-24，环形油道与主轴箱4-1内壁形成供油油道，进油管7-1通过供油油道连通至喷油环4-7两端面上的喷油嘴4-24，从而使润滑油能够喷在两侧的两组振子轴轴承4-5上；一组偏心振子轴4-4靠外侧的一端振子轴轴承4-5通过后轴承座4-8安装于主轴箱4-1内，另一组偏心振子轴4-4靠外侧的一端振子轴轴承4-5通过前轴承座4-9安装于主轴箱4-1内，后轴承座4-8和前轴承座4-9上分别设有连通进油管7-1的油道4-23(参见图12所示)，且在后轴承座4-8和前轴承座4-9的内侧端面上分别设有连通油道4-23的喷油嘴4-24，进油管7-1通过油道4-23连接至后轴承座4-8和前轴承座4-9内端面上的喷油嘴4-24，从而使润滑油能够喷在两端的振子轴轴承4-5上，能够使润滑油直接喷在轴承上，保证了轴承能够快速冷却和有效润滑。参见图1和图8所示，进油管7-1和回油管7-2均设有多路，为了保证管路整洁，在主轴箱4-1的外壁上还设有进油阀块和回油阀块，进油管7-1均接在进油阀块上，回油管7-2均接在回油阀块上，便于油管管路的布置。
由于声波动力头在工作时，其主轴2-7通过下方的主轴法兰5连接其他钻具进行钻孔，实际施工过程难以保证钻孔的直线性，因此主轴2-7存在轴线的角度摆动，为了适应主轴2-7的适当摆动，并对摆动幅度加以抑制，在本实施例中还设置了主轴纠偏机构3。如图4和图7所示，主轴液压马达2-1通过主轴纠偏机构3安装于主框架1的上部，主轴纠偏机构3包括外摆架3-1和内摆架3-2，外摆架3-1的两侧通过外转轴3-3转动安装于主框架1上部的纠偏轴承座1-6上，内摆架3-2的两侧通过内转轴3-4转动安装于外摆架3-1的内部，且在内摆架3-2和外摆架3-1之间留有摆动间隙，该摆动间隙可通过套设于内转轴3-4上且位于外摆架3-1和内摆架3-2之间的垫圈3-5实现，主轴液压马达2-1通过马达支座2-2安装于内摆架3-2上，且外摆架3-1的转动轴线与内摆架3-2的转动轴线相垂直，使得主轴2-7能够在主轴纠偏机构3的范围内进行一定角度的摆动，以提高声波动力头实际运行的适应性，并且主轴纠偏机构3对主轴箱4-1的摆动具有更好地支撑作用，有助于主轴箱的纠偏回正，进一步提高了声波动力头的工作稳定性和灵活性。为了提高外摆架3-1和内摆架3-2的转动灵活性，在外转轴3-3与纠偏轴承座1-6之间、内转轴3-4与外摆架3-1之间还设有轴套3-6，提高了外转轴3-3和内转轴3-4的转动灵活性和稳定性。
接图4所示，在本实施例中，上述的花键结构包括花键轴2-5和花键轴套2-6，花键轴2-5的上端通过联轴节2-3与主轴液压马达2-1的输出轴相连接，花键轴套2-6固定安装于主轴2-7上端的轴腔内，花键轴2-5与花键轴套2-6通过花键传动连接，内摆架3-2与主轴箱4-1之间的花键轴2-5外侧还套设有防护罩2-8，联轴节2-3通过联轴节轴承2-4转动安装于内摆架3-2的中心轴孔内。采用该花键结构，便于零部件的加工制作，并且装配方便，工作稳定。主轴2-7的上端通过主轴上轴承2-9支撑在主轴箱4-1的主轴轴孔内，主轴2-7的下端通过两组主轴下轴承2-11支撑在主轴箱4-1的主轴轴孔内，且两组主轴下轴承2-11之间通过主轴轴孔内的轴肩定位。在主轴箱4-1的主轴轴孔上部还设有上轴承盖2-10，在上轴承盖2-10与主轴2-7外壁之间还设有弹性密封圈，在主轴箱4-1的主轴轴孔下部还设有下端盖2-12，主轴法兰5的后部套在主轴2-7的下端，利用主轴法兰5的后部端面定位主轴下轴承2-11，在下端盖2-12与主轴法兰5外壁之间也设有弹性密封圈。
如图5、图8和图9所示，为了保证声波动力头的两组偏心振动机构的运动同步性，在本实施例中，两组偏心振动机构的偏心振子轴4-4远离振动液压马达4-10的一端伸出主轴箱4-1，且两组偏心振动机构的偏心振子轴4-4之间通过同步机构8相连接。该同步机构8包括第一同步带轮4-11、第二同步带轮4-12、换向带轮4-14、张紧带轮4-15和同步带4-19，第一同步带轮4-11安装于一组偏心振子轴4-4的伸出端，第二同步带轮4-12安装于另一组偏心振子轴4-4的伸出端，换向带轮4-14和张紧带轮4-15安装于主轴箱4-1上，同步带4-19为双面齿同步带，同步带4-19依次绕于第一同步带轮4-11、换向带轮4-14、张紧带轮4-15和第二同步带轮4-12之间(同步带4-19绕设方向如图9所示)。同步带4-19经过换向带轮4-14换向后，使第一同步带轮4-11和第二同步带轮4-12能够同步反向转动，张紧带轮4-15用于对同步带4-19进行张紧，防止同步带4-19跳动。采用上述的同步机构8，利用同步带实现了两组偏心振动机构旋转方向相反、旋转速度和振动频率的一致，进一步降低了因振动液压马达旋转速度不一致而产生的振动频率偏差，提高了两组偏心振动机构的共振稳定性和可靠性。另外，在同步机构8中还具有中间带轮4-13，中间带轮4-13通过中间带轮轮轴4-16转动安装于主轴箱4-1上，且在中间带轮轮轴4-16与主轴箱4-1之间还设有用于检测偏心振子轴4-4转速的转速传感器4-17，中间带轮4-13与同步带4-19相啮合。中间带轮4-13与中间带轮轮轴4-16之间固定连接，中间带轮轮轴4-16通过轴承转动安装于主轴箱4-1上，中间带轮4-13旋转速度通过转速传感器4-17检测得到，该转速即为声波动力头的偏心振动机构的旋转速度，为钻机的控制提供直观的数据支撑，进一步方便了声波钻机的控制。为了便于直观反映偏心振动机构的旋转速度，优选地，第一同步带轮4-11、第二同步带轮4-12和中间带轮4-13的直径相同。如图9和图10所示，在本实施例中，张紧带轮4-15在张紧调节座4-18上设有两个，张紧调节座4-18通过中心螺栓4-20转动安装于主轴箱4-1上，张紧调节座4-18上设有以中心螺栓4-20的轴心为圆心的圆弧形调节槽，圆弧形调节槽内设有连接在主轴箱4-1上的紧固螺栓4-21，同步带4-19经过两个张紧带轮4-15之间，张紧调节座4-18能够绕中心螺栓4-20转动，从而带动两个张紧带轮4-15摆动对同步带4-19进行张紧，同时利用紧固螺栓4-21将张紧调节座4-18进行锁定，张紧调节方便；并且同步带4-19经过两个张紧带轮4-15之间，同步带4-19张紧后不易发生晃动，运行更加稳定可靠。参见图11所示，张紧带轮4-15和换向带轮4-14均通过轴承安装于相应的轮轴上，张紧带轮4-15的轮轴固定在张紧调节座4-18上，换向带轮4-14的轮轴固定在带轮安装座4-22上，安装更加简单方便。
在本实施例中，上述的隔振器4-2为柱状橡胶块，该柱状橡胶块具有横向尺寸大于纵向尺寸的截面形状，且柱状橡胶块的纵向与主轴2-7的振动方向一致，如图6所示，该隔振器4-2的截面形状可采用椭圆形或两端为半圆形的矩形等，具有横向尺寸大于纵向尺寸的截面形状，采用上述结构的隔振器4-2，在声波动力头的振动方向具有较好的弹性变形性能，同时在横向又具有较强的支撑性能，有效防止了主轴箱振动时产生较大的横向位移变化，提高了声波动力头的振动稳定性，并且有效阻挡了主轴箱的振动向主框架的传递，减少了振动能量损耗。隔振器4-2为易损件，为了便于隔振器4-2的更换，隔振器4-2的两端分别固定连接有安装法兰结构，在主轴箱4-1的两侧设有隔振器安装座4-1-1，隔振器4-2的一端固定在隔振器安装座4-1-1上，另一端安装在侧盖板1-5上，侧盖板1-5通过螺栓安装于主框架1上，便于对隔振器4-2进行更换。为了防止主轴箱4-1与主框架1产生碰撞，在主框架1的上部和下部还分别设有与主轴箱4-1的上下端相对应的上缓冲块1-3和下缓冲块1-4，上缓冲块1-3和下缓冲块1-4可采用橡胶块，采用螺栓固定在主框架1内侧。利用缓冲块有效防止了主轴箱4-1上下移动幅度过大而撞击主框架1，提高了声波动力头的使用稳定性和安全性。
如图2和图3所示，在本实施例中，为了方便声波动力头的角度调节，在主框架1上还设有声波动力头摆动机构，该声波动力头摆动机构包括安装支架6和偏摆油缸6-1，安装支架6的上端与主框架1上部的连接臂1-1相铰接，偏摆油缸6-1的一端与安装支架6的下端相铰接，另一端与主框架1上的支撑座1-2相铰接，该安装支架6与主框架1的铰接点、偏摆油缸6-1与安装支架6的铰接点、偏摆油缸6-1与支撑座1-2的铰接点形成三角形结构，通过控制偏摆油缸6-1的伸缩运动即可控制主框架1转动，从而改变声波动力头的方向，声波动力头摆动角度控制方便，且结构简单稳定。
本实用新型的一种钻机用高频偏心振动声波动力头，在结构上，主轴与主轴液压马达采用花键结构传动连接，由主轴液压马达驱动主轴旋转，同时主轴转动安装于主轴箱内，主轴箱通过隔振器悬空安装于主框架内，利用主轴箱内的两组偏心振动机构产生高频振动，使声波动力头结构更加紧凑，主轴旋转和轴向振动运动更加稳定；同时还具有轴承冷却润滑系统，利用润滑油循环控制系统实现润滑油对振子轴轴承进行冷却和润滑，大幅降低了振子轴轴承的工作温度，提高了轴承的工作寿命，降低了对振子轴轴承的性能要求，使偏心振动式声波动力头能够以更高的振动频率工作，进一步提高了声波动力头的工作效率。实验证明，该声波动力头的激振频率可达0～150Hz，最大激振力达到99KN@150Hz，与现有的声波动力头相比，能够在更高的激振频率下高效工作。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。
以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
