CN101812978B - 斜楔式夹持器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻机的斜楔式夹持器，由于所述夹持油缸采用竖直安装或大致竖直角度安装的方式，此种竖直安装方式大大减小了整个夹持器的宽度，减小了钻机的宽度，缩小了钻机整机的体积，使得钻机的移动十分方便。斜楔式夹持器解决了垂直压力向水平压力转换的问题，精确度高，安装维护更加方便，制造成本低，工作平稳方便实用，而且工作时钻杆不易松动和卡死，保证工作安全。同时斜楔斜面与竖直方向的夹角α取适当数值范围时，由于力的分解原理，可以使得夹持油缸输送的功率变大，即同样的夹持油缸，采用斜楔式夹持器后，能够提供的夹持力更大。

Description

斜楔式夹持器
技术领域
本发明涉及工程机械领域的钻机，尤其涉及一种非开挖铺管水平定向钻机的夹持系统。
背景技术
目前非开挖水平定向钻机的夹持器主要有“对夹式夹持器”和“三点式夹持器”两种。在同样功率的钻机上，对夹式夹持器和三点式夹持器的夹持油缸一般都是直接通过销轴与夹块连接，所以夹持器的宽度尺寸较大，使得整个夹持器的宽度增大，这样就导致了钻机的整机宽度增大，钻机外形尺寸超限，影响运输，而且在工地上移动也不方便。而且，如果钻机较大，往往需要较大型号的夹持油缸，此等油缸的缸径也大，体积也较大，增加了成本。另外，三点式夹持器在同样的作用下，需要多增加一个夹持油缸，大大的增加了成本。因此，如何在同等功率的钻机上减小夹持器的体积、减小整机的宽度，从而使得钻机更加容易移动、运输，则是现有技术中值得研究并解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在现有钻机夹持器的基础上提供一种外形尺寸小、动力大，安装维护方便，制造成本低的斜楔式夹持器。
为解决上述技术问题，本发明对现有技术中夹持器的结构进行了进一步的改进，提供了如下技术方案：一种斜楔式夹持器，包括夹持油缸、夹块，其特征在于：所述夹持油缸竖直安装在钻杆两侧，所述夹持油缸连接变向导力机构，所述变向导力机构连接钻杆。
作为本发明所述的斜楔式夹持器的一种优选方案，其中，所述变向导力机构包括挡板、斜楔和与之配合的滑块，所述挡板固定在夹持器底座上，所述斜楔一端与夹持油缸连接，其侧面抵在挡板上，所述斜楔的斜面与滑块的斜面配合接触，所述滑块的另一端与夹块相连。
作为本发明所述的斜楔式夹持器的一种优选方案，其中，所述斜楔斜面与竖直方向的夹角α与滑块的底角β互为余角，所述斜楔运动方向与滑块滑动方向互相垂直。
作为本发明所述的斜楔式夹持器的一种优选方案，其中，所述斜楔斜面与竖直方向的夹角α小于45度。
作为本发明所述的斜楔式夹持器的一种优选方案，其中，所述斜楔斜面与竖直方向的夹角α度数为10度至35度。
作为本发明所述的斜楔式夹持器的一种优选方案，其中，所述滑块通过销轴连接夹块。
作为本发明所述的斜楔式夹持器的一种优选方案，其中，所述夹块与钻杆之间有夹条。
作为本发明所述的斜楔式夹持器的一种优选方案，其中，所述夹持器的翻转油缸与翻转夹持器相连，所述翻转油缸的伸出和缩回带动翻转夹持器上下旋转卸扣。
作为本发明所述的斜楔式夹持器的一种优选方案，其中，所述翻转夹持器与前夹持器通过浮动油缸相连，所述浮动油缸伸出和缩回，带动前夹持器和翻转夹持器分离和闭合。
本发明非开挖钻机斜楔式夹持器，其主要作用是夹紧和松开、自动装卸钻杆，与钻机马达协调运动正反转，实现钻杆对接、脱离、钻头拆卸等。必要时夹持孔内钻具，防止孔内钻具滑移。因此其性能的好坏将直接影响到钻机整机的性能、钻进效率以及钻孔质量等。采用本发明所述的结构，由于所述夹持油缸采用竖直安装或大致竖直角度安装的方式，此种竖直安装方式大大减小了整个夹持器的宽度，减小了钻机的宽度，缩小了钻机整机的体积，使得钻机的移动十分方便。斜楔式夹持器解决了垂直压力向水平压力转换的问题，精确度高，安装维护更加方便，制造成本低，工作平稳方便实用，而且工作时钻杆不易松动和卡死，保证工作安全。同时斜楔斜面与竖直方向的夹角α取适当数值范围时，由于力的分解原理，可以使得夹持油缸输送的功率变大，即同样的夹持油缸，采用斜楔式夹持器后，能够提供的夹持力更大。在钻机钻杆需求的夹持力不变的前提下，采用本发明所述结构后，可以减小缸径，只用较小型号的夹持油缸即可，降低了成本。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明所述夹持器做进一步详细的说明。
图1为非开挖水平钻机的整机示意图。
图2为非开挖水平钻机的俯视示意图。
图3为本发明所述夹持器结构示意图。
图4为本发明所述夹持器的侧面示意图。
图5为本发明所述夹持器的俯视示意图。
图6为本发明所述斜楔斜面受力分析图。
图7为本发明所述滑块斜面受力分析图。
具体实施方式
如附图所示，其中A为推拉系统，B为旋转系统，C为动力系统，D为行走系统，E为夹持系统。夹持系统E中，1为夹持油缸，2为斜楔，3为滑块，4为挡板，5为翻转油缸，6为夹块，7为夹条，8为销轴，9为浮动油缸，10为翻转夹持器，11为前夹持器。
非开挖水平定向钻机斜楔式夹持器，所述夹持油缸1与斜楔2连接，挡板4固定在夹持器底座上，滑块3通过销轴8与夹块6相连，翻转油缸5与翻转夹持器10连接，翻转夹持器10与前夹持器11通过浮动油缸9相连。其工作原理：夹持油缸1前进时推动斜楔2竖直下滑，其斜面推动滑块3的斜面水平移动，滑块3通过销轴8连接夹块6带动夹条7夹紧钻杆。反之，松开钻杆。翻转油缸5伸出和缩回带动翻转夹持器10上下旋转卸扣。浮动油缸9伸出和缩回时，前夹持器11和翻转夹持器10分离和闭合。它的特点是通过斜楔面与滑块面相互滑动推进夹块前进和后退，从而让夹条夹紧和松开钻杆，调整斜楔斜面与竖直方向的夹角在小于45度时，此结构传递的作用力增大，所以夹持油缸的缸径较小。另外，所述夹持油缸竖直安装减小了整个夹持器的宽度，减小了钻机的体积，使得钻机的移动十分方便。
其中斜楔及与之配合的挡板与滑块这一结构，其实是一个变向导力机构，可以改变力的传导方向，还可以扩大作用力。所述变向导力结构的主要是利用力的分解原理，改变夹持油缸的作用，使得竖直作用力改为水平作用了，同时调整合适的斜面斜楔与竖直方向的夹角，可以使得传导的作用变大，从而可以减小油缸的缸径。
下面对斜楔及与之配合的挡板与滑块这一结构做具体的受力分析，以证明本发明的可行性。
如图6与图7，其中F-夹持油缸的进给力，F1-挡板给斜楔的水平反作用力，F2-滑块斜面对斜楔斜面的反作用力，F3-斜楔斜面对滑块斜面的作用力，F4-夹块对滑块的作用力，F5-底板对滑块的作用力，F6-F3的竖直方向分解力，F’-夹持力，即F3的水平方向分解力，S、S’-夹持油缸活塞的有效面积，D、D’-夹持油缸缸内的直径，P-夹持油缸所受的压强。
∵F3＝F÷sinα
F’＝F3×cosα，其中α本发明斜楔斜面与竖直方向的夹角。
∴F’＝(cosα/sinα)F
∵F’＝P×S’F＝P×S
∴S’＝(cosα/sinα)S
∵S＝3.14×D2÷4
∴D’＝1.65D
∴D2＝tgαD’2
即当α小于45度时，夹持油缸的缸径就可以减小，当α大于45度时，就无法达到减小缸径的效果了。优选角度在10度至35度。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种斜楔式夹持器，包括夹持油缸、夹块，其特征在于：所述夹持油缸竖直安装在钻杆两侧，所述夹持油缸连接变向导力机构，所述变向导力机构连接钻杆，所述变向导力机构包括挡板(4)、斜楔(2)和与之配合的滑块(3)，所述挡板(4)固定在夹持器底座上，所述斜楔一端与夹持油缸(1)连接，其侧面抵在挡板(4)上，所述斜楔的斜面与滑块的斜面配合接触，所述滑块的另一端与夹块(6)相连，所述斜楔斜面与竖直方向的夹角α与滑块的底角β互为余角，所述斜楔运动方向与滑块滑动方向互相垂直，所述斜楔斜面与竖直方向的夹角α度数为10度，所述滑块(3)通过销轴(8)连接夹块带动夹条(7)夹紧或松开钻杆，所述夹块(6)与钻杆之间有夹条(7)，所述夹持器的翻转油缸与翻转夹持器(10)相连，所述翻转油缸的伸出和缩回带动翻转夹持器(10)上下旋转卸扣，所述翻转夹持器与前夹持器通过浮动油缸相连，所述浮动油缸(9)伸出和缩回，带动前夹持器(11)和翻转夹持器(10)分离和闭合。
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