權(quán)利要求書(shū)： 1.一種全電動(dòng)超聲波鉆機(jī)，其特征在于：包括回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、給進(jìn)機(jī)構(gòu)、超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)；

所述的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)、鉆頭(15)、墊叉座(17)、水龍頭(19)、鉆桿(18)、超聲波振動(dòng)器(20)和導(dǎo)桿下支座(21)；

所述的超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括超聲波振動(dòng)器(20)，中間鉆桿(18)從下貫穿到回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)，超聲波振動(dòng)器(20)與回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)柔性連接，超聲波振動(dòng)器(20)與鉆桿(18)連接，超聲波振動(dòng)器(20)安裝在導(dǎo)桿下支座(21)上，并可一起在導(dǎo)桿(2)上滑動(dòng)；水龍頭(19)安裝在超聲波振動(dòng)器(20)下端的鉆桿(18)上；墊叉座(17)固定在導(dǎo)桿(2)上，鉆桿(18)穿過(guò)墊叉座(17)扶正限位；鉆頭(15)通過(guò)螺紋連接在鉆桿(18)上；

所述的給進(jìn)機(jī)構(gòu)包括給進(jìn)油缸(4)、閉環(huán)液壓系統(tǒng)(5)和給進(jìn)電機(jī)(6)，給進(jìn)電機(jī)(6)通過(guò)導(dǎo)桿(2)、導(dǎo)桿上支座(7)與橫梁(8)鉸接固定在立柱(3)上；給進(jìn)油缸(4)一端與給進(jìn)電機(jī)(6)連接，給進(jìn)油缸(4)另一端與導(dǎo)桿下支座(21)連接；導(dǎo)桿下支座(21)與超聲波振動(dòng)器(20)底端固定連接；

所述的超聲波伸縮振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括超聲波振動(dòng)器(20)的絕緣殼體、彈簧(24)、四片環(huán)狀壓電陶瓷片(25)、四片環(huán)狀電極片(26)、導(dǎo)電通道(27)和環(huán)狀絕緣墊片(28)，四片環(huán)狀壓電陶瓷片(25)和四片環(huán)狀電極片(26)內(nèi)置在超聲波振動(dòng)器(20)內(nèi)，并位于回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)之下；

每片環(huán)狀壓電陶瓷片(25)的上下端面分別貼上環(huán)狀電極片(26)，最上端環(huán)狀壓電陶瓷片(25)的上面依次設(shè)置彈簧(24)和環(huán)狀絕緣墊片(28)；超聲波振動(dòng)器(20)外部絕緣殼體和上下端環(huán)狀絕緣墊片(28)能防止超聲波振動(dòng)器(20)導(dǎo)電、漏電，使導(dǎo)電通道(27)更加穩(wěn)定，四片環(huán)狀電極片(26)和上下端環(huán)狀絕緣墊片(28)可隨環(huán)狀壓電陶瓷片(25)在超聲波振動(dòng)器(20)的絕緣殼體內(nèi)上下振動(dòng)；超聲波振動(dòng)器(20)內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電通道(27)，電流沿上超聲波振動(dòng)器(20)體內(nèi)表面導(dǎo)線槽，進(jìn)入到導(dǎo)電通道(27)并分別連接四片環(huán)狀電極片(26)的不同正負(fù)極從而形成閉合回路；

彈簧(24)下方貼緊絕緣墊片(27)與超聲波振動(dòng)器(20)的絕緣殼直接接觸，進(jìn)而擠壓環(huán)狀壓電陶瓷片(25)，給與環(huán)狀壓電陶瓷片(25)初始?jí)簯?yīng)力；超聲波振動(dòng)器(20)、回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)和鉆桿(18)連接后，超聲波振動(dòng)器(20)下部?jī)?nèi)腔相通，形成鉆桿(18)通道；由于上回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)與下超聲波振動(dòng)器(20)的柔性連接，超聲波振動(dòng)器(20)與鉆桿(18)構(gòu)成振動(dòng)?回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)核心部件，四片環(huán)狀壓電陶瓷片(25)和四片環(huán)狀電極片(26)處于密閉空間中；

所述支撐機(jī)構(gòu)包括手柄、導(dǎo)桿(2)、立柱(3)、橫梁(8)、底板(14)、液壓油缸支腿(16)，底板(14)在腳處安裝液壓油缸支腿(16)，液壓油缸支腿(16)支撐在地面上；鉆機(jī)通過(guò)框架式支撐機(jī)構(gòu)底座(8)的前、后、左、右共有四個(gè)液壓油缸支腿(16)用手輪搖動(dòng)以調(diào)節(jié)底座(8)的高度，現(xiàn)場(chǎng)可方便調(diào)平和固定鉆機(jī)；液壓油缸支腿(16)下連接圓板，前支腿(16)的兩個(gè)圓板上鉆有兩個(gè)圓孔，可固定地錨，快速固定鉆機(jī)；立柱(3)通過(guò)插銷(xiāo)快速固定支撐架整體，形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；底板(14)與支撐桿(9)底板(14)插栓連接；

所述的控制系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)、閉環(huán)液壓系統(tǒng)(5)、給進(jìn)電機(jī)(6)、鉆壓控制面板(10)、轉(zhuǎn)速控制面板(11)、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)(12)、超聲波振動(dòng)器操作旋鈕(13)和控制導(dǎo)線組成，給進(jìn)電機(jī)(6)、閉環(huán)液壓系統(tǒng)(5)、給進(jìn)油缸(4)和鉆壓控制面板(10)形成給進(jìn)閉環(huán)控制回路，通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)給進(jìn)電機(jī)(6)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)液壓系統(tǒng)輸出恒定壓力；回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)與轉(zhuǎn)速控制面板(11)通過(guò)控制導(dǎo)線形成閉環(huán)回路，通過(guò)控制系統(tǒng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全電動(dòng)超聲波鉆機(jī)，其特征在于：所述超聲波振動(dòng)器(20)與回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)的柔性連接是超聲波振動(dòng)器(20)底座板跟回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)之間是通過(guò)緩沖彈簧(23)連接，通過(guò)在超聲波振動(dòng)器(20)上座板兩側(cè)設(shè)置四根雙頭螺栓(22)，每根雙頭螺栓(22)設(shè)置兩個(gè)緩沖彈簧(23)，構(gòu)成超聲波振動(dòng)器(20)的外部結(jié)構(gòu)。

3.權(quán)利要求1所述全電動(dòng)超聲波鉆機(jī)的鉆進(jìn)方法，其特征在于：包括以下步驟：

一、根據(jù)需要組裝超聲波頻率振動(dòng)鉆機(jī)，通過(guò)框架式支撐機(jī)構(gòu)底座的前、后、左、右共有四個(gè)液壓油缸支腿(16)用手輪搖動(dòng)以調(diào)節(jié)底座(8)的高度，液壓油缸前支腿(6)的兩個(gè)圓板上兩個(gè)圓孔固定地錨，液壓油缸支腿(16)及立柱(3)之間配合調(diào)整鉆機(jī)高度，使得鉆頭(15)對(duì)準(zhǔn)孔位，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)平和固定鉆機(jī)，支撐桿(9)上下端分別與導(dǎo)桿上支座(7)和底板(14)通過(guò)插栓快速連接；

二、首先開(kāi)啟電控箱啟動(dòng)開(kāi)關(guān)(12)，開(kāi)啟水泵通過(guò)水龍頭(19)為鉆孔供水；通過(guò)控制系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)速度的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制面板(11)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；

三、通過(guò)超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)需要啟動(dòng)超聲波振動(dòng)器操作旋鈕(13)，電流沿回轉(zhuǎn)電機(jī)(1)流至超聲波振動(dòng)器(20)，在交變電流下通過(guò)導(dǎo)電通道(27)驅(qū)動(dòng)環(huán)狀壓電陶瓷片(25)能夠產(chǎn)生超聲波頻率軸向伸縮振動(dòng)，響應(yīng)快，輸出力大，由于環(huán)狀壓電陶瓷片(25)上部設(shè)置有彈簧(24)，產(chǎn)生向下的超聲波振動(dòng)力，錘擊鉆桿臺(tái)階(29)傳遞給鉆桿(18)對(duì)孔底巖石產(chǎn)生超聲波振動(dòng)力；

四、通過(guò)控制系統(tǒng)控制給進(jìn)電機(jī)(6)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)給進(jìn)系統(tǒng)的給進(jìn)和提升速度，根據(jù)設(shè)定的鉆進(jìn)值，通過(guò)控制系統(tǒng)給進(jìn)電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)鉆壓控制面板(10)，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)恒定壓力給進(jìn)，即實(shí)現(xiàn)恒鉆壓鉆進(jìn)，在鉆頭(15)的回轉(zhuǎn)與給進(jìn)力聯(lián)合超聲波振動(dòng)作用下，實(shí)現(xiàn)超聲波頻率鉆進(jìn)；

五、依次關(guān)閉回轉(zhuǎn)電機(jī)控制系統(tǒng)，給進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，最后關(guān)閉水泵和電控箱啟動(dòng)開(kāi)關(guān)(12)，整理工作平面。

說(shuō)明書(shū)： 一種全電動(dòng)超聲波鉆機(jī)及鉆進(jìn)方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于地質(zhì)勘探、隧道掘進(jìn)、工程勘察等領(lǐng)域的勘探設(shè)備，具體涉及到一種全電動(dòng)超聲波鉆機(jī)及鉆進(jìn)方法。背景技術(shù)[0002] 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人類(lèi)在油氣、資源勘探和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中需要進(jìn)行大量的淺層鉆孔工作，而高效破碎巖石一直是礦產(chǎn)資源鉆探、隧道掘進(jìn)的一個(gè)難題，由于硬巖致密、強(qiáng)度高、研磨性強(qiáng)，使得硬巖鉆進(jìn)存在鉆頭壽命短、鉆進(jìn)效率低(低于1m/h)、鉆進(jìn)成本高的問(wèn)題。[0003] 目前在鉆探(井)工程中，振動(dòng)碎巖的方法有單次沖擊(鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)，用于水井、工程井施工)、低頻沖擊(沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或旋沖鉆井，頻率為12～16Hz，地質(zhì)勘探、石油鉆井、水井工程井應(yīng)用)、聲波沖擊(又稱(chēng)SonicDrill，頻率70～150Hz，國(guó)外多用于環(huán)境地質(zhì)勘察取樣鉆進(jìn)，國(guó)內(nèi)應(yīng)用很少)。單次沖擊、低頻沖擊利用沖擊使巖石產(chǎn)生破碎穴，或再配合回轉(zhuǎn)剪切破碎巖石進(jìn)行鉆進(jìn)的，巖石強(qiáng)度降低不明顯，鉆頭壽命、鉆進(jìn)效率低；聲波沖擊(頻率70～150Hz)利用振動(dòng)與鉆柱的自然諧振頻率疊合產(chǎn)生共振，此時(shí)鉆柱的作用就像飛輪或彈簧把能量傳給鉆頭，使鉆頭的切刃以切削、剪切、斷裂的方式排開(kāi)其前進(jìn)路徑上的物質(zhì)，引起周?chē)亮Ｒ夯屻@進(jìn)變得容易但只能鉆進(jìn)松散破碎巖石。目前人們對(duì)低頻(150Hz以下)振動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行了較深入的研究，與硬巖自振頻率相當(dāng)?shù)某暡ㄕ駝?dòng)鉆機(jī)的研發(fā)還是空白。超聲波振動(dòng)碎巖(頻率>20000Hz)利用疲勞?共振共同破壞，即完整致密硬巖的固有頻率一般為20KHz～40KHz，超聲波振動(dòng)使得巖石受到合理地共振，周期性的激振力作用于巖石致使內(nèi)部快速產(chǎn)生裂紋，當(dāng)裂紋擴(kuò)展達(dá)到一定程度后發(fā)生突然斷裂，巖石的強(qiáng)度會(huì)大幅度急劇下降，鉆進(jìn)速度、鉆頭壽命會(huì)大幅度提高，從局部區(qū)域開(kāi)始損傷累積，最終引起整體破壞的過(guò)程。因此研發(fā)超聲波頻率振動(dòng)鉆機(jī)，為超聲波振動(dòng)輔助碎巖鉆進(jìn)提供解決方法，解決硬巖鉆進(jìn)的技術(shù)難題，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。[0004] 國(guó)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)：[0005] 美國(guó)和蘇聯(lián)早在20世紀(jì)40～50年代就研究聲波鉆進(jìn)技術(shù)。蘇聯(lián)教授D.D.Barkan首先發(fā)表了關(guān)于聲波鉆進(jìn)技術(shù)的研究成果，建議使用聲波振動(dòng)進(jìn)行沉積地質(zhì)學(xué)勘查鉆孔。他提出聲波鉆進(jìn)是傳統(tǒng)鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)速度的3～20倍，開(kāi)發(fā)了一種地面振動(dòng)器“IRO?DRILLING”系統(tǒng)，靠振動(dòng)作用鉆進(jìn)土層。[0006] 美國(guó)研制了一種稱(chēng)為“聲鉆”的孔底振動(dòng)器，目的是提高鉆進(jìn)速度，并取得了大量高頻振動(dòng)鉆進(jìn)方法的專(zhuān)利，成為聲波振動(dòng)回轉(zhuǎn)破碎研究最為活躍的國(guó)家，成功研制用于石油鉆井的大功率(5400Hp)聲波振動(dòng)器和用于石油天然氣地震勘探和砂金礦連續(xù)取樣的較小功率(100Hp)的聲波振動(dòng)器，并取得非常好的效果。80年代后，聲波振動(dòng)鉆進(jìn)成為環(huán)境鉆探的重要手段并傳播至加拿大。90年代后，日本開(kāi)展了聲波振動(dòng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)研究，并把此項(xiàng)技術(shù)引入亞洲環(huán)境鉆探。加拿大、荷蘭相繼進(jìn)行聲波振動(dòng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的研究，將聲波振動(dòng)碎巖技術(shù)與鉆機(jī)結(jié)合，研制出了多種聲波鉆機(jī)，從最初的孔底振動(dòng)或地面振動(dòng)不旋轉(zhuǎn)發(fā)展為今天的地面振動(dòng)加旋轉(zhuǎn)方式，并實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)頭的專(zhuān)門(mén)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，提高了聲波鉆機(jī)的可靠性及應(yīng)用范圍。聲波鉆機(jī)振動(dòng)頻率為50Hz～200Hz，巖土樣品直徑為100～300mm。聲波鉆機(jī)振動(dòng)回轉(zhuǎn)頭為液壓驅(qū)動(dòng)式，現(xiàn)已銷(xiāo)往中國(guó)市場(chǎng)。[0007] 國(guó)外超聲波鉆探技術(shù)研究集中在美國(guó)和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，主要面向太空星球探測(cè)。美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)S.Sherrit等于2001年研發(fā)了由壓電換能器、自由質(zhì)量塊和鉆頭等構(gòu)成的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的超聲波鉆探采樣器(Ultrasonic/SonicDriller/Corer，簡(jiǎn)稱(chēng)USDC)，并在巖石上進(jìn)行了鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)。2004年針對(duì)星球采樣任務(wù)，將USDC和鉆頭旋轉(zhuǎn)結(jié)合研制了回轉(zhuǎn)超聲波沖擊鉆。[0008] 目前國(guó)外主要集中在超聲波采樣器樣機(jī)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對(duì)壓電振動(dòng)器的研發(fā)不夠深入，振動(dòng)鉆探裝置結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化。[0009] 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)：[0010] 機(jī)械式高頻振動(dòng)鉆機(jī)：1987年中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司礦產(chǎn)地質(zhì)研究院設(shè)計(jì)CSG?24型多功能工程砂鉆鉆機(jī)，雙軸四輪偏心塊式振動(dòng)器振動(dòng)頻率角頻率為22.5轉(zhuǎn)/秒(Hz)，最大激振力是22kN；江蘇省無(wú)錫探礦機(jī)械總廠有限公司生產(chǎn)的G系列工程地質(zhì)勘察鉆機(jī)采用雙偏心塊式振動(dòng)器。上述機(jī)械式齒輪傳動(dòng)振動(dòng)裝置中，頻率低，鉆孔取樣深度淺、地層適應(yīng)性差、鉆進(jìn)速度慢、鉆進(jìn)效率低等問(wèn)題。

[0011] 全液壓聲頻振動(dòng)鉆機(jī)：近年我國(guó)從日本等國(guó)家引進(jìn)液壓式驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而研發(fā)了YGL?S100等型號(hào)的聲波鉆機(jī)，該液壓振動(dòng)器的振動(dòng)頻率為80～160Hz，振動(dòng)沖擊對(duì)樣品擾動(dòng)范圍較小，對(duì)巖心質(zhì)量的影響非常?。恢袊?guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)2007年開(kāi)發(fā)了SDR?100型聲頻振動(dòng)鉆機(jī)樣機(jī)，振動(dòng)深度30米，整機(jī)布局未采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)不盡合理，動(dòng)力頭發(fā)熱嚴(yán)重、減振效果差，液壓油管布置較為雜亂，成本費(fèi)用較高。[0012] 2009年吉林大學(xué)建設(shè)工學(xué)院趙大軍研制了JDD?100型城市地質(zhì)調(diào)查多功能鉆機(jī)，鉆機(jī)動(dòng)力頭上裝有兩個(gè)高速液壓馬達(dá)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩根安裝有同齒數(shù)同步齒輪的軸，轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反，保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。振動(dòng)頻率46.7轉(zhuǎn)/秒(46.7Hz)，激振力16.7kN，振幅8mm，功率15kW。經(jīng)室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，鉆機(jī)性能優(yōu)良，勘察速度高，成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)城市地質(zhì)調(diào)查多功能振動(dòng)鉆機(jī)具有靜力觸探、動(dòng)力觸探、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、高頻振動(dòng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)等功能，鉆機(jī)配有鉆進(jìn)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)，可隨鉆檢測(cè)和顯示9個(gè)鉆進(jìn)參數(shù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。針對(duì)復(fù)雜地層的高頻沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的效率較高，鉆機(jī)的自動(dòng)化程度高，降低了鉆進(jìn)的輔助時(shí)間，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足我國(guó)城市地質(zhì)調(diào)查鉆機(jī)的要求。但針對(duì)硬巖激振力仍然偏低。

[0013] 2011年中國(guó)煤炭地質(zhì)總局第二勘探局與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)聯(lián)合開(kāi)發(fā)出YSZ?50型聲頻振動(dòng)鉆機(jī)，動(dòng)力頭采用兩個(gè)高速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)偏心軸，偏心軸間無(wú)機(jī)械連接，靠各自的反向高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自同步，頻率達(dá)到150～200Hz，振動(dòng)力140kN，振動(dòng)功率39.2Kw。但是動(dòng)力頭發(fā)熱嚴(yán)重使用壽命僅能達(dá)到50h，需要檢修更換的時(shí)間較多，從而使的作業(yè)效率降低。[0014] 超聲波振動(dòng)碎巖：2008年南京航空航天大學(xué)黃衛(wèi)清、郭俊杰等開(kāi)展壓電振動(dòng)鉆探研究，主要針對(duì)外太空鉆探取樣任務(wù)，研制用于月球巡視車(chē)或?qū)Ｓ脵C(jī)器人的小型壓電陶瓷振動(dòng)鉆探試驗(yàn)樣機(jī)，激振力過(guò)小且僅單一考慮沖擊疲勞碎巖，并未形成專(zhuān)門(mén)化、系列化無(wú)法運(yùn)用到實(shí)際工程；杭州成功超聲設(shè)備有限公司應(yīng)用壓電陶瓷研制的系列超聲波振動(dòng)裝置(振動(dòng)頻率15KHz～60KHz)，成功應(yīng)用于金屬材料的切割、焊接及鉚合，大大降低了設(shè)備的重量，減少了功耗，提高了工作效率；紹興文理學(xué)院黃德中僅從理論上探討了將超聲波振動(dòng)器安裝在鑿巖機(jī)上，可提高鑿巖機(jī)的工作效率，降低噪聲污染，且上述超聲波振動(dòng)碎巖理論單一考慮沖擊疲勞碎巖，并未運(yùn)用回轉(zhuǎn)沖擊疲勞?共振碎巖。[0015] 綜上所述，國(guó)內(nèi)外將超聲波碎巖技術(shù)應(yīng)用在巖芯取樣、礦產(chǎn)資源開(kāi)采與隧道掘進(jìn)領(lǐng)域尚屬于探索階段。國(guó)內(nèi)聲頻振動(dòng)鉆機(jī)研發(fā)涉及的振動(dòng)頻率低(低于150Hz)，對(duì)于超聲波振動(dòng)碎巖鉆機(jī)的研發(fā)基本屬于空白，且近年來(lái)，變頻電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速方面(如調(diào)速的精度和范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和使用方便性等)日趨完善，鉆機(jī)朝著安全、輕便化和自動(dòng)化方向發(fā)展，一種全電動(dòng)超聲波振動(dòng)鉆機(jī)的研發(fā)勢(shì)在必行，符合現(xiàn)代化鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，故現(xiàn)有技術(shù)有待改進(jìn)和發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容[0016] 本發(fā)明的目的是提供一種全電動(dòng)超聲波鉆機(jī)。[0017] 本發(fā)明的另一目的是提供一種全電動(dòng)超聲波鉆進(jìn)方法。[0018] 本發(fā)明包括回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、給進(jìn)機(jī)構(gòu)、超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)；[0019] 所述的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)電機(jī)、鉆頭、墊叉座、水龍頭、鉆桿和導(dǎo)桿下支座組成，[0020] 所述超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)為中空結(jié)構(gòu)，超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括超聲波振動(dòng)器，中間鉆桿從下貫穿到回轉(zhuǎn)電機(jī)，超聲波振動(dòng)器跟回轉(zhuǎn)電機(jī)柔性連接，即整個(gè)超聲波振動(dòng)器底座板跟回轉(zhuǎn)電機(jī)之間是通過(guò)緩沖彈簧連接的，通過(guò)在超聲波振動(dòng)器上座板兩側(cè)設(shè)置四根雙頭螺栓，每根雙頭螺栓設(shè)置兩個(gè)緩沖彈簧，構(gòu)成振動(dòng)器的外部結(jié)構(gòu)；超聲波振動(dòng)器與鉆桿連接，超聲波振動(dòng)器安裝在導(dǎo)桿下支座上，并可一起在導(dǎo)桿上滑動(dòng)；水龍頭安裝在超聲波振動(dòng)器下端的鉆桿上；墊叉座固定在導(dǎo)桿上，鉆桿穿過(guò)墊叉座扶正限位；鉆頭通過(guò)螺紋連接在鉆桿上；[0021] 所述的給進(jìn)機(jī)構(gòu)包括給進(jìn)油缸、閉環(huán)液壓系統(tǒng)和給進(jìn)電機(jī)，給進(jìn)電機(jī)通過(guò)導(dǎo)桿、導(dǎo)桿上支座與橫梁鉸接固定在立柱上；給進(jìn)油缸一端與給進(jìn)電機(jī)，給進(jìn)油缸另一端與導(dǎo)桿下支座連接；導(dǎo)桿下支座與超聲波振動(dòng)器底端固定連接；[0022] 所述的超聲波伸縮振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括超聲波振動(dòng)器的絕緣殼體、彈簧、四片環(huán)狀壓電陶瓷片、四片環(huán)狀電極片、導(dǎo)電通道和環(huán)狀絕緣墊片構(gòu)成，四片環(huán)狀壓電陶瓷片、四片環(huán)狀電極片內(nèi)置在超聲波振動(dòng)器內(nèi)，并位于回轉(zhuǎn)電機(jī)之下；每片環(huán)狀壓電陶瓷片的上下端面分別貼上環(huán)狀電極片，最上端環(huán)狀壓電陶瓷片的上面依次設(shè)置彈簧和環(huán)狀絕緣墊片；超聲波振動(dòng)器外部絕緣殼體和上下端環(huán)狀絕緣墊片防止超聲波振動(dòng)器導(dǎo)電、漏電，使導(dǎo)電通道更加穩(wěn)定，四片環(huán)狀電極片和上下端環(huán)狀絕緣墊片可隨環(huán)狀壓電陶瓷片在超聲波振動(dòng)器的絕緣殼體內(nèi)上下振動(dòng)；超聲波振動(dòng)器內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電通道，電流沿上超聲波振動(dòng)器體內(nèi)表面導(dǎo)線槽，進(jìn)入到導(dǎo)電通道并分別連接四片環(huán)狀電極片的不同正負(fù)極從而形成閉合回路；超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)為中空結(jié)構(gòu)，中間鉆桿從下貫穿到回轉(zhuǎn)電機(jī)，超聲波振動(dòng)器跟回轉(zhuǎn)電機(jī)柔性連接，即整個(gè)超聲波振動(dòng)器的底座板跟回轉(zhuǎn)電機(jī)之間是通過(guò)緩沖彈簧連接的；四片環(huán)狀壓電陶瓷片和四片環(huán)狀電極片的彈簧下方貼緊絕緣墊片與超聲波振動(dòng)器的絕緣殼直接接觸，進(jìn)而擠壓環(huán)狀壓電陶瓷片，給與環(huán)狀壓電陶瓷片初始?jí)簯?yīng)力；超聲波振動(dòng)器、回轉(zhuǎn)電機(jī)和鉆桿的各部分連接后，超聲波振動(dòng)器下部?jī)?nèi)腔相通，形成鉆桿通道；由于上回轉(zhuǎn)電機(jī)與下超聲波振動(dòng)器的柔性連接，超聲波振動(dòng)器與鉆桿構(gòu)成振動(dòng)?回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)核心部件，包括四片環(huán)狀壓電陶瓷片和四片環(huán)狀電極片處于密閉空間中，既能夠?qū)h(huán)狀壓電陶瓷片的超聲波頻率振動(dòng)錘擊鉆桿臺(tái)階，并沿著鉆桿傳遞給鉆頭，又能夠保證其密封性。同時(shí)，由于環(huán)狀壓電陶瓷片的抗拉強(qiáng)度較低，因此當(dāng)環(huán)狀壓電陶瓷片與彈簧壓緊后，使環(huán)狀壓電陶瓷片始終處于一定壓應(yīng)力下，減少受拉破壞，延長(zhǎng)使用壽命。因此，鉆頭在正?；剞D(zhuǎn)?振動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行與巖石“自然頻率”一致的超聲波頻率振動(dòng)。[0023] 所述支撐機(jī)構(gòu)包括手柄、導(dǎo)桿、立柱、橫梁、底板、液壓油缸支腿，底板在腳處安裝液壓油缸支腿，液壓油缸支腿支撐在地面上；鉆機(jī)通過(guò)框架式支撐機(jī)構(gòu)底座的前、后、左、右共有四個(gè)液壓油缸支腿用手輪搖動(dòng)以調(diào)節(jié)底座的高度，現(xiàn)場(chǎng)可方便調(diào)平和固定鉆機(jī)；液壓油缸支腿下連接圓板，前支腿的兩個(gè)圓板上鉆有兩個(gè)圓孔，可固定地錨，快速固定鉆機(jī)；立柱通過(guò)插銷(xiāo)快速固定支撐架整體，形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；底板與支撐桿底板插栓連接。[0024] 所述控制系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)電機(jī)、閉環(huán)液壓系統(tǒng)、給進(jìn)電機(jī)、鉆壓控制面板、轉(zhuǎn)速控制面板、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、超聲波振動(dòng)器操作旋鈕和控制導(dǎo)線組成，給進(jìn)電機(jī)、閉式液壓系統(tǒng)、給進(jìn)油缸和鉆壓控制面板形成給進(jìn)閉環(huán)控制回路，通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)給進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉式液壓系統(tǒng)輸出恒定壓力(根據(jù)地層情況自行設(shè)定的壓力值)，即實(shí)現(xiàn)給進(jìn)系統(tǒng)的恒定鉆壓鉆進(jìn)；回轉(zhuǎn)電機(jī)與轉(zhuǎn)速控制面板通過(guò)控制導(dǎo)線形成閉環(huán)回路，通過(guò)控制系統(tǒng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速(根據(jù)地層情況自行設(shè)定的轉(zhuǎn)速)，即實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)的輸出恒轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。[0025] 本發(fā)明的鉆進(jìn)方法如下：[0026] 一、根據(jù)需要組裝超聲波頻率振動(dòng)鉆機(jī)。通過(guò)框架式支撐機(jī)構(gòu)底座的前、后、左、右共有四個(gè)液壓油缸支腿用手輪搖動(dòng)以調(diào)節(jié)底座的高度，液壓油缸前支腿的兩個(gè)圓板上兩個(gè)圓孔固定地錨，液壓油缸支腿及立柱之間配合調(diào)整鉆機(jī)高度，使得鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)平和固定鉆機(jī)，支撐桿上下端分別與導(dǎo)桿上支座和底板通過(guò)插栓快速連接；[0027] 二、首先開(kāi)啟電控箱啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟水泵通過(guò)水龍頭為鉆孔供水；通過(guò)控制系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)速度的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制面板實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。[0028] 三、通過(guò)超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)需要啟動(dòng)超聲波振動(dòng)器操作旋鈕，電流沿回轉(zhuǎn)電機(jī)流至超聲波振動(dòng)器，在交變電流下通過(guò)導(dǎo)電通道驅(qū)動(dòng)環(huán)狀壓電陶瓷片能夠產(chǎn)生超聲波頻率軸向伸縮振動(dòng)，響應(yīng)快，輸出力大。由于環(huán)狀壓電陶瓷片上部設(shè)置有彈簧，產(chǎn)生向下的超聲波振動(dòng)力，錘擊鉆桿臺(tái)階傳遞給鉆桿對(duì)孔底巖石產(chǎn)生超聲波振動(dòng)力。[0029] 四、通過(guò)控制系統(tǒng)控制給進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)給進(jìn)系統(tǒng)的給進(jìn)和提升速度。根據(jù)設(shè)定的鉆進(jìn)值，通過(guò)控制系統(tǒng)給進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)鉆壓控制面板，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)恒定壓力給進(jìn)，即實(shí)現(xiàn)恒鉆壓鉆進(jìn)。在鉆頭的回轉(zhuǎn)與給進(jìn)力聯(lián)合超聲波振動(dòng)作用下，實(shí)現(xiàn)超聲波頻率鉆進(jìn)。

[0030] 五、依次關(guān)閉回轉(zhuǎn)電機(jī)控制系統(tǒng)，給進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，最后關(guān)閉水泵和電控箱啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，整理工作平面。附圖說(shuō)明[0031] 圖1是本發(fā)明的超聲波頻率振動(dòng)鉆機(jī)示意圖。[0032] 圖2是本發(fā)明的超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)剖視圖。[0033] 圖中：1?回轉(zhuǎn)電機(jī)，2?導(dǎo)桿，3?立柱，4?給進(jìn)油缸，5?閉環(huán)液壓系統(tǒng)，6?給進(jìn)電機(jī)，7?導(dǎo)桿上支座，8?橫梁，9?支撐桿，10?鉆壓控制面板，11?轉(zhuǎn)速控制面板，12?啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，13?超聲波振動(dòng)器操作旋鈕，14?底板，15?鉆頭，16?液壓油缸支腿，17?墊叉座，18?鉆桿，19?水龍頭，20?超聲波振動(dòng)器，21?導(dǎo)桿下支座，22?雙頭螺栓,23?緩沖彈簧，24?彈簧，25?環(huán)狀壓電陶瓷片，26?環(huán)狀電極片，27?導(dǎo)電通道，28?環(huán)狀絕緣墊片,29?鉆桿臺(tái)階。具體實(shí)施方式[0034] 本發(fā)明包括回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、給進(jìn)機(jī)構(gòu)、超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)；[0035] 請(qǐng)參閱圖1所示，所述的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)電機(jī)1、鉆頭15、墊叉座17、水龍頭19、鉆桿18、超聲波振動(dòng)器20和導(dǎo)桿下支座21；[0036] 超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括超聲波振動(dòng)器20，中間鉆桿18從下貫穿到回轉(zhuǎn)電機(jī)1，超聲波振動(dòng)器20與回轉(zhuǎn)電機(jī)1柔性連接，即整個(gè)超聲波振動(dòng)器20底座板跟回轉(zhuǎn)電機(jī)1之間是通過(guò)緩沖彈簧23連接的，通過(guò)在超聲波振動(dòng)器20上座板兩側(cè)設(shè)置四根雙頭螺栓22，每根雙頭螺栓22設(shè)置兩個(gè)緩沖彈簧23，構(gòu)成振動(dòng)器20的外部結(jié)構(gòu)；超聲波振動(dòng)器20與鉆桿18連接，超聲波振動(dòng)器20安裝在導(dǎo)桿下支座21上，并可一起在導(dǎo)桿2上滑動(dòng)；水龍頭19安裝在超聲波振動(dòng)器

20下端的鉆桿18上；墊叉座17固定在導(dǎo)桿2上，鉆桿18穿過(guò)墊叉座17扶正限位；鉆頭15通過(guò)螺紋連接在鉆桿18上；

[0037] 所述的給進(jìn)機(jī)構(gòu)包括給進(jìn)油缸4、閉環(huán)液壓系統(tǒng)5和給進(jìn)電機(jī)6，給進(jìn)電機(jī)6通過(guò)導(dǎo)桿2、導(dǎo)桿上支座7與橫梁8鉸接固定在立柱3上；給進(jìn)油缸4一端與給進(jìn)電機(jī)6連接，給進(jìn)油缸4另一端與導(dǎo)桿下支座21連接；導(dǎo)桿下支座21與超聲波振動(dòng)器20底端固定連接；

[0038] 所述的超聲波伸縮振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括超聲波振動(dòng)器20的絕緣殼體、彈簧24、四片環(huán)狀壓電陶瓷片25、四片環(huán)狀電極片26、導(dǎo)電通道27和環(huán)狀絕緣墊片28，四片環(huán)狀壓電陶瓷片25和四片環(huán)狀電極片26內(nèi)置在超聲波振動(dòng)器20內(nèi)，并位于回轉(zhuǎn)電機(jī)1之下；每片環(huán)狀壓電陶瓷片25的上下端面分別貼上環(huán)狀電極片26，最上端環(huán)狀壓電陶瓷片25的上面依次設(shè)置彈簧24和環(huán)狀絕緣墊片28；超聲波振動(dòng)器20外部絕緣殼體和上下端環(huán)狀絕緣墊片28能防止超聲波振動(dòng)器20導(dǎo)電、漏電，使導(dǎo)電通道27更加穩(wěn)定，四片環(huán)狀電極片26和上下端環(huán)狀絕緣墊片28可隨環(huán)狀壓電陶瓷片25在超聲波振動(dòng)器20的絕緣殼體內(nèi)上下振動(dòng)；超聲波振動(dòng)器20內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電通道27，電流沿上超聲波振動(dòng)器20體內(nèi)表面導(dǎo)線槽，進(jìn)入到導(dǎo)電通道27并分別連接四片環(huán)狀電極片26的不同正負(fù)極從而形成閉合回路；[0039] 彈簧24下方貼緊絕緣墊片27與超聲波振動(dòng)器20的絕緣殼直接接觸，進(jìn)而擠壓環(huán)狀壓電陶瓷片25，給與環(huán)狀壓電陶瓷片25初始?jí)簯?yīng)力；超聲波振動(dòng)器20、回轉(zhuǎn)電機(jī)1和鉆桿18連接后，超聲波振動(dòng)器20下部?jī)?nèi)腔相通，形成鉆桿18通道；由于上回轉(zhuǎn)電機(jī)1與下超聲波振動(dòng)器20的柔性連接，超聲波振動(dòng)器20與鉆桿18構(gòu)成振動(dòng)?回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)核心部件，四片環(huán)狀壓電陶瓷片25和四片環(huán)狀電極片26處于密閉空間中，既能夠?qū)h(huán)狀壓電陶瓷片25的超聲波頻率振動(dòng)錘擊鉆桿臺(tái)階29，并沿著鉆桿18傳遞給鉆頭15，又能夠保證其密封性。同時(shí)，由于環(huán)狀壓電陶瓷片25的抗拉強(qiáng)度較低，因此當(dāng)環(huán)狀壓電陶瓷片25與彈簧24壓緊后，使環(huán)狀壓電陶瓷片25始終處于一定壓應(yīng)力下，減少受拉破壞，延長(zhǎng)使用壽命。因此，鉆頭在正?；剞D(zhuǎn)?振動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行與巖石“自然頻率”一致的超聲波頻率振動(dòng)。[0040] 所述支撐機(jī)構(gòu)包括手柄、導(dǎo)桿2、立柱3、橫梁8、底板14、液壓油缸支腿16，底板14在腳處安裝液壓油缸支腿16，液壓油缸支腿16支撐在地面上；鉆機(jī)通過(guò)框架式支撐機(jī)構(gòu)底座8的前、后、左、右共有四個(gè)液壓油缸支腿16用手輪搖動(dòng)以調(diào)節(jié)底座8的高度，現(xiàn)場(chǎng)可方便調(diào)平和固定鉆機(jī)；液壓油缸支腿16下連接圓板，前支腿16的兩個(gè)圓板上鉆有兩個(gè)圓孔，可固定地錨，快速固定鉆機(jī)；立柱3通過(guò)插銷(xiāo)快速固定支撐架整體，形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；底板14與支撐桿9底板14插栓連接。[0041] 所述控制系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)電機(jī)1、閉環(huán)液壓系統(tǒng)5、給進(jìn)電機(jī)6、鉆壓控制面板10、轉(zhuǎn)速控制面板11、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)12、超聲波振動(dòng)器操作旋鈕13和控制導(dǎo)線組成，給進(jìn)電機(jī)6、閉式液壓系統(tǒng)5、給進(jìn)油缸4和鉆壓控制面板10形成給進(jìn)閉環(huán)控制回路，通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)給進(jìn)電機(jī)6轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉式液壓系統(tǒng)輸出恒定壓力(根據(jù)地層情況自行設(shè)定的壓力值)，即實(shí)現(xiàn)給進(jìn)系統(tǒng)的恒定鉆壓鉆進(jìn)；回轉(zhuǎn)電機(jī)1與轉(zhuǎn)速控制面板11通過(guò)控制導(dǎo)線形成閉環(huán)回路，通過(guò)控制系統(tǒng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速(根據(jù)地層情況自行設(shè)定的轉(zhuǎn)速)，即實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)的輸出恒轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。[0042] 本發(fā)明的鉆進(jìn)方法如下：[0043] 二、根據(jù)需要組裝超聲波頻率振動(dòng)鉆機(jī)。通過(guò)框架式支撐機(jī)構(gòu)底座的前、后、左、右共有四個(gè)液壓油缸支腿16用手輪搖動(dòng)以調(diào)節(jié)底座8的高度，液壓油缸前支腿6的兩個(gè)圓板上兩個(gè)圓孔固定地錨，液壓油缸支腿16及立柱3之間配合調(diào)整鉆機(jī)高度，使得鉆頭15對(duì)準(zhǔn)孔位，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)平和固定鉆機(jī)，支撐桿9上下端分別與導(dǎo)桿上支座7和底板14通過(guò)插栓快速連接；[0044] 二、首先開(kāi)啟電控箱啟動(dòng)開(kāi)關(guān)12，開(kāi)啟水泵通過(guò)水龍頭19為鉆孔供水；通過(guò)控制系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)速度的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制面板11實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。[0045] 三、通過(guò)超聲波振動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)需要啟動(dòng)超聲波振動(dòng)器操作旋鈕13，電流沿回轉(zhuǎn)電機(jī)1流至超聲波振動(dòng)器20，在交變電流下通過(guò)導(dǎo)電通道27驅(qū)動(dòng)環(huán)狀壓電陶瓷片25能夠產(chǎn)生超聲波頻率軸向伸縮振動(dòng)，響應(yīng)快，輸出力大。由于環(huán)狀壓電陶瓷片25上部設(shè)置有彈簧24，產(chǎn)生向下的超聲波振動(dòng)力，錘擊鉆桿臺(tái)階29傳遞給鉆桿18對(duì)孔底巖石產(chǎn)生超聲波振動(dòng)力。[0046] 四、通過(guò)控制系統(tǒng)控制給進(jìn)電機(jī)6轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)給進(jìn)系統(tǒng)的給進(jìn)和提升速度。根據(jù)設(shè)定的鉆進(jìn)值，通過(guò)控制系統(tǒng)給進(jìn)電機(jī)6的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)鉆壓控制面板10，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)恒定壓力給進(jìn)，即實(shí)現(xiàn)恒鉆壓鉆進(jìn)。在鉆頭15的回轉(zhuǎn)與給進(jìn)力聯(lián)合超聲波振動(dòng)作用下，實(shí)現(xiàn)超聲波頻率鉆進(jìn)。[0047] 五、依次關(guān)閉回轉(zhuǎn)電機(jī)控制系統(tǒng)，給進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，最后關(guān)閉水泵和電控箱啟動(dòng)開(kāi)關(guān)12，整理工作平面。