CN102330537A

CN102330537A - 坑道钻机及其液压动力头装置

Info

Publication number: CN102330537A
Application number: CN201110300514A
Authority: CN
Inventors: 徐延国; 李延富; 王平; 计展; 陈涛
Original assignee: Sany Heavy Equipment Co Ltd
Current assignee: Sany Heavy Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102330537B

Abstract

本发明公开了一种坑道钻机及其液压动力头装置，该液压动力头装置用于推进坑道钻机的钻杆，其液压油缸的缸体与动力头主体固定连接，且上述两者与主轴形成液压油腔，缸体具有第一油液通道和第二油液通道；液压油缸的活塞设于液压油腔内部且具有凸起，该凸起与缸体和动力头主体形成第一油腔和第二油腔；第一油液通道与第一油腔相通，第二油液通道与第二油腔相通。卡瓦座作用于卡瓦时，除了安装于主轴给卡瓦座作用外，还有液压油缸的液压力补偿，使卡瓦夹紧或松开钻杆反应更灵活，坑道钻机的工作效率更高。同时，由于液压油腔环绕主轴，其进油或泄油会保持同步，主轴受偏载的几率大大减小，液压动力头的安全可靠性得到提高。

Description

坑道钻机及其液压动力头装置

技术领域

本发明涉及坑道钻机技术领域，特别是涉及一种用于坑道钻机的液压动力头装置。此外，本发明还涉及一种包括上述液压动力头装置的坑道钻机。

背景技术

液压动力头装置是固定坑道钻机的重要组成部分，主要用于夹持坑道钻机的钻杆并驱动其旋转。目前全液压钻机的动力头都是采用液压马达为动力源，经减速箱减速后驱动主轴及卡盘实施钻进。

常用的卡盘有以下几种形式：1、弹簧力夹紧，液压力松开(常闭式)；2、液压力夹紧，弹簧力松开(常开式)；3、液压力夹紧，液压力松开(全液压式)。对于全液压式卡盘，其结构较为简单，但由于为常开式结构，液压系统一旦失效，夹紧力无法保持，这就存在很大安全隐患；而且全液压式卡盘的胶套容易磨损，可靠性不高。对于采用弹簧进行工作的卡盘，存在弹性力随弹簧疲劳老化或卡瓦磨损而夹紧力减小的情况，严重时则会产生夹紧力不足而失效的情况，这就要求卡盘具有补偿功能，在需要时对弹簧力提供补充。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型液压动力头的结构示意图。

目前，对液压卡盘夹紧力的补偿一般采用外置油缸的方式，如专利号为CN200820164115，名称为“一种复合式液压卡盘”的专利所公开的复合式液压卡盘，便是在通用的液压卡盘结构基础上增加了两个液压油缸21，工作时的夹紧力由弹簧22和液压油缸21复合提供，其中弹簧22提供基础夹紧力，液压油缸21提供补充夹紧力。

从图1中可以看出，由于外置液压油缸21的存在，这种卡盘23需要的安装空间较大，不利于动力头的结构设计，对坑道钻机的钻进效果影响较大；同时，由于两个液压油缸21对称地安装在主轴24两侧，工作时对两个液压油缸21的同步性要求较高，一旦偏载，势必会造成轴承损坏使卡盘失效，坑道钻机的安全可靠性难以保证。

因此，如何为液压动力头的钻杆夹紧力提供更好的保障，提高坑道钻机的安全可靠性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于坑道钻机的液压动力头装置，该液压动力头装置可以稳定有效的夹持钻杆，安全可靠性好。本发明的另一目的是提供一种包括上述液压动力头装置的坑道钻机。

为实现上述发明目的，本发明提供一种坑道钻机的液压动力头装置，用于夹持并推进坑道钻机的钻杆，包括动力头主体、可相对所述动力头主体旋转的主轴、由所述主轴驱动的卡瓦和卡瓦座，以及设于所述主轴外周的液压油缸，所述液压油缸的缸体与所述动力头主体固定连接，且上述两者与所述主轴形成液压油腔，所述缸体具有第一油液通道和第二油液通道；所述液压油缸的活塞设于所述液压油腔内部且具有凸起，该凸起与所述缸体和所述动力头主体形成第一油腔和第二油腔；所述第一油液通道与所述第一油腔相通，所述第二油液通道与所述第二油腔相通。

优选地，所述卡瓦和所述卡瓦座均设于所述主轴的端部，所述主轴具有台阶端面，所述卡瓦和所述卡瓦座分别与所述台阶端面的不同平面搭接。

优选地，所述主轴沿周向设有若干安装孔，各所述安装孔内均设有圆柱螺旋弹簧，所述卡瓦座与各所述圆柱螺旋弹簧的端部搭接。

优选地，所述圆柱螺旋弹簧的截面均为矩形截面。

优选地，还包括串联各所述卡瓦的复位弹簧圈，各所述卡瓦内设有位置对应的周向孔，所述复位弹簧圈依次穿过所述周向孔。

优选地，还包括设于所述活塞外周的缸套，该缸套与所述主轴固定连接，且与所述活塞之间通过轴承连接。

优选地，所述缸套与所述卡瓦座通过螺栓固定连接。

优选地，所述卡瓦座具有若干容纳所述卡瓦的锥形槽，该锥形槽沿的截面为矩形面。

优选地，还包括与所述主轴固定连接且设于所述卡瓦前进侧的端盖、与所述端盖螺合且沿轴向延伸的释放螺栓，以及与所述释放螺栓配合的锁紧螺母，所述释放螺栓的端部可与所述卡瓦座相抵。

本发明还提供一种坑道钻机，包括钻杆和推进所述钻杆的液压动力头装置，所述液压动力头装置为如上述任一项所述的液压动力头装置。

本发明所提供的液压动力头装置，用于夹持并推进坑道钻机的钻杆。该液压动力头装置包括动力头主体，可相对动力头主体旋转的主轴、由主轴驱动的卡瓦和卡瓦座，以及设于主轴外周的液压油缸。与现有技术不同的是，本发明所提供的液压油缸的缸体与动力头主体固定连接，且缸体、动力头主体和主轴共同形成液压油腔，缸体具有第一油液通道和第二油液通道；液压油缸的活塞设于液压油腔内部并具有凸起，凸起与缸体和动力头主体形成第一油腔和第二油腔，且第一油液通道与第一油腔相通，第二油液通道与第二油腔相通。第一油液通道进油而第二油液通道泄油时，油液进入第一油腔推动凸起带动整个活塞向前进侧移动，进而推动主轴和卡瓦座向前进侧移动，使卡瓦夹紧钻杆；相反，第二油液通道进油第一油液通道泄油时，油液进入第二油腔推动凸起带动整个活塞向后退侧移动，使主轴作用于卡瓦座的应力减小，卡瓦座向后退侧移动，使卡瓦松开钻杆。这样，卡瓦座作用于卡瓦时，除了主轴给卡瓦座作用外，还有液压油缸的液压力补偿，使卡瓦夹紧或松开钻杆反应更灵活，坑道钻机的工作效率更高。同时，由于液压油缸环绕主轴，其进油或泄油会保持同步，主轴受偏载的几率大大减小，液压动力头的安全可靠性得到提高。

在一种优选的实施方式中，本发明所提供的液压动力头装置中，卡瓦和卡瓦座均设于主轴的端部，主轴具有台阶端面，卡瓦和卡瓦座分别与台阶端面的不同平面搭接。液压油缸工作时，其活塞发生移动，从而带动卡瓦座发生移动，卡瓦座与主轴的台阶端面搭接，使卡瓦座相对于卡瓦移动，从而使卡瓦间的相互距离发生变化，夹紧或松开钻杆。卡瓦设于主轴的端部，不需要在主轴上开孔或开槽，其存在不会减小主轴的强度，从而确保主轴的可靠性。同时，由于卡瓦设于主轴的端部，可安装卡瓦的周向空间变大，可以安装更多的卡瓦，从而使钻杆夹持时更紧更可靠，减小事故率，使坑道钻机的安全可靠性得到提高。

在另一种优选的实施方式中，所述主轴沿周向设有若干安装孔，各所述安装孔内均设有圆柱螺旋弹簧，所述卡瓦座与各所述圆柱螺旋弹簧的端部搭接。圆柱螺旋弹簧在安装孔中，由安装孔的孔壁导向，增加了圆柱螺旋弹簧的可靠性。同时，相对于现有技术中采用碟形弹簧，圆柱螺旋弹簧的体积小，安装灵活，在主轴的端面上可以设置多个圆柱螺旋弹簧，使圆柱螺旋弹簧作用于卡瓦座的作用力更大，进而使卡瓦作用于钻杆的夹紧力更大，固定钻杆时更安全可靠，从而提高坑道钻机的安全可靠性。

在提供上述液压动力头装置的基础上，本发明还提供一种包括上述液压动力头装置的坑道钻机；由于液压动力头装置具有上述技术效果，具有该液压动力头装置的坑道钻机也具有相应的技术效果。

附图说明

图1为现有技术中一种典型液压动力头的结构示意图；

图2为本发明所提供液压动力头装置一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供液压油缸一种具体实施方式的局部结构示意图；

图4为本发明所提供液压油缸的缸体一种具体实施方式的结构示意图；

图5为本发明所提供卡瓦座一种具体实施方式的截面结构示意图；

图6为本发明所提供卡瓦和卡瓦座一种具体实施方式的结构示意图；

图7为图6所示卡瓦和卡瓦座的右视图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于坑道钻机的液压动力头装置，该液压动力头装置可以稳定有效的夹持钻杆，安全可靠性好。本发明的另一核心是提供一种包括上述液压动力头装置的坑道钻机。

本文所涉及的前进侧、后退侧等方位词，是以钻杆钻进时的方向为基准来定义的，应当理解，本文中所采用的方位词不应当限制本专利的保护范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2至图4，图2为本发明所提供液压动力头装置一种具体实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供液压油缸一种具体实施方式的局部结构示意图；图4为本发明所提供液压油缸的缸体一种具体实施方式的结构示意图。

本发明所提供的液压动力头装置，用于夹持并推进坑道钻机的钻杆。该液压动力头装置包括动力头主体100，可相对动力头主体100旋转的主轴1、由主轴1驱动的卡瓦4和卡瓦座3，以及设于主轴1外周的液压油缸8。与现有技术不同的是，本发明所提供的液压油缸8的缸体81与动力头主体100固定连接，且缸体81、动力头主体100和主轴1共同形成液压油腔，缸体81具有第一油液通道811和第二油液通道812；液压油缸8的活塞82设于液压油腔内部并具有凸起821，凸起821与缸体81和动力头主体100形成第一油腔83和第二油腔84，且第一油液通道811与第一油腔83相通，第二油液通道812与第二油腔84相通。第一油液通道811进油而第二油液通道812泄油时，油液进入第一油腔83推动凸起821带动整个活塞82向前进侧移动，进而推动主轴1和卡瓦座3向前进侧移动，使卡瓦4夹紧钻杆；相反，第二油液通道812进油第一油液通道811泄油时，油液进入第二油腔84推动凸起821带动整个活塞82向后退侧移动，使主轴1作用于卡瓦座3的应力减小，卡瓦座3向后退侧移动，使卡瓦4松开钻杆。

这样，卡瓦座3作用于卡瓦4时，除了主轴1给卡瓦座3作用外，还有液压油缸8的液压力补偿，使卡瓦4夹紧或松开钻杆反应更灵活，坑道钻机的工作效率更高。同时，由于液压油缸8环绕主轴1，沿主轴1周向上进油或泄油会保持同步，主轴1受偏载的几率大大减小，液压动力头的安全可靠性得到提高。

进一步地，本发明所提供的液压动力头还可以包括设于活塞82外周的缸套85，该缸套85与主轴固定连接，与活塞82可以通过轴承86连接。液压动力头工作时，主轴1带动缸套85旋转，而活塞82在径向上保持静止。缸套85可以有效减小活塞82对主轴1的磨损，延伸主轴1的使用寿命。同时，缸套85与主轴1可以选用不同材质的材料制作，既满足主轴1的精度要求，又满足缸套85的耐磨性能，在保证液压动力头质量的前提下，可以降低液压油缸8的实现难度和生产成本。

具体地，缸套85与卡瓦座3通过螺栓5固定连接。缸套85轴向移动时，带动与之固定连接的卡瓦座3，使卡瓦座3实现移动。螺栓5连接结构简单，且结构牢固可靠，可以降低夹持装置的维修频次和维护成本。且螺栓5易于采购，可以降低夹持装置的生产成本。

在一种具体的实施方式中，本发明所提供的液压动力头装置的卡瓦4和卡瓦座3均设于主轴1的端部，主轴1具有台阶端面，卡瓦4和卡瓦座3分别与台阶端面的不同平面搭接。液压油缸8工作时，其活塞82发生移动，从而带动卡瓦座3发生移动，卡瓦座3与主轴1的台阶端面搭接，使卡瓦座3相对于卡瓦4移动，从而使卡瓦4间的相互距离发生变化，夹紧或松开钻杆，实现夹持装置的工作目的。卡瓦4设于主轴1的端部，不需要在主轴1上开孔或开槽，其存在不会减小主轴1的强度，从而确保主轴1的可靠性。同时，由于卡瓦4设于主轴1的端部，可安装卡瓦4的周向空间变大，可以安装更多的卡瓦4，从而使钻杆夹持时更紧更可靠，减小事故率，使坑道钻机的安全可靠性得到提高。

具体地，主轴1沿周向设有若干安装孔，各安装孔内均设有圆柱螺旋弹簧6，卡瓦座3与各圆柱螺旋弹簧6的端部搭接。圆柱螺旋弹簧6在安装孔中，由安装孔的孔壁导向，增加了圆柱螺旋弹簧6的可靠性。同时，相对于现有技术中采用碟形弹簧，圆柱螺旋弹簧6的体积小，安装灵活，在相同尺寸的主轴1端面上可以设置多个圆柱螺旋弹簧6，使圆柱螺旋弹簧6作用于卡瓦座3的作用力更大，进而使卡瓦4作用于钻杆的夹紧力更大，固定钻杆时更安全可靠，从而提高坑道钻机的安全可靠性。而对于只需要提供同样夹持力的夹持装置，采用圆柱螺旋弹簧6代替碟形弹簧可以有效减小夹持装置的体积，使夹持装置的体积可以更小，为工程机械大型化提供便利，符合工程机械的发展趋势。

进一步，上述圆柱螺旋弹簧6的截面可以是矩形截面。机械领域的技术人员知悉，矩形截面的圆柱螺旋弹簧6相对于其它截面的弹簧传力性能更好，承载能力更强，用较小尺寸的矩形截面圆柱螺旋弹簧6可以满足更大的支撑力需求。因此，更有利于减小夹持装置的整体体积。

请参考图5，图5为本发明所提供卡瓦座一种具体实施方式的截面结构示意图。

在一种具体的实施方式中，卡瓦座3可以具有若干容纳卡瓦4的锥形槽32，该锥形槽32的截面为矩形面。卡瓦4设置在锥形槽32中，在卡瓦座3的作用下向中间集中夹紧钻杆，或者向外分开松开钻杆。锥形槽32的截面为矩形面，其加工难度小，易于实现，可以有效降低卡瓦座3的加工成本。

请参考图6和图7，图6为本发明所提供卡瓦和卡瓦座一种具体实施方式的结构示意图；图7为图6所示卡瓦和卡瓦座的右视图。

在进一步的技术方案中，可以在卡瓦座3的周向设置若干径向延伸的润滑孔31(该润滑孔31在附图2中没有体现)，且润滑孔31的出口在锥形槽32内。应当理解，每一个卡瓦4所在的锥形槽32中均有一个与之对应的润滑孔31，使每个卡瓦4均可以得到有效润滑。卡瓦4相对于卡瓦座3移动时，润滑孔31中的润滑油可以有效减小卡瓦4与卡瓦座3间的滑动摩擦力，使两者滑动更灵活，钻杆夹紧或松开时卡瓦4反应更快，坑道钻机的工作效率更高。

在一种优选的实施方式中，本发明所提供的液压动力头装置还包括串联各卡瓦4的复位弹簧圈7，各卡瓦4内设有位置对应的周向孔，复位弹簧圈7依次穿过周向孔。复位弹簧圈7利用其反弹力，可以将各卡瓦4均固定在卡瓦座3上，从而有效避免各卡瓦4松动及偏移，提高夹紧时的夹紧力。同时，位于同一周向的复位弹簧圈7作用在每一个卡瓦4上的作用力相同，使各卡瓦4在夹紧或松开时能有效保持同步，使钻杆受力更均匀。

更进一步地，上述的液压动力头装置还可以包括与主轴1固定连接且设于卡瓦4前进侧的端盖10、与端盖10螺合且沿轴向延伸的释放螺栓11，以及与释放螺栓11配合的锁紧螺母12，释放螺栓11的端部可与卡瓦4套相抵。液压动力头装置工作正常时，释放螺栓11通过锁紧螺母12固定在端盖10上，锁紧螺母12的数目可以为一个，也可以为两个或多个，当液压油缸8失效时，可以将锁紧螺母12拆下，利用释放螺栓11沿轴向顶紧卡瓦座3，推动卡瓦座3向后退侧移动，从而松开钻杆，使夹持装置的可靠性更高。

除了上述液压动力头装置，本发明还提供一种包括上述液压动力头装置的坑道钻机，液压动力头装置用于夹紧并推进坑道钻机的钻杆。该坑道钻机其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的坑道钻机及其液压动力头装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种坑道钻机的液压动力头装置，用于夹持并推进坑道钻机的钻杆，包括动力头主体、可相对所述动力头主体旋转的主轴、由所述主轴驱动的卡瓦和卡瓦座，以及设于所述主轴外周的液压油缸，其特征在于，所述液压油缸的缸体与所述动力头主体固定连接，且上述两者与所述主轴形成液压油腔，所述缸体具有第一油液通道和第二油液通道；所述液压油缸的活塞设于所述液压油腔内部且具有凸起，该凸起与所述缸体和所述动力头主体形成第一油腔和第二油腔；所述第一油液通道与所述第一油腔相通，所述第二油液通道与所述第二油腔相通。

2.根据权利要求1所述的坑道钻机的液压动力头装置，其特征在于，所述卡瓦和所述卡瓦座均设于所述主轴的端部，所述主轴具有台阶端面，所述卡瓦和所述卡瓦座分别与所述台阶端面的不同平面搭接。

3.根据权利要求2所述的坑道钻机的液压动力头装置，其特征在于，所述主轴沿周向设有若干安装孔，各所述安装孔内均设有圆柱螺旋弹簧，所述卡瓦座与各所述圆柱螺旋弹簧的端部搭接。

4.根据权利要求3所述的坑道钻机的液压动力头装置，其特征在于，所述圆柱螺旋弹簧的截面均为矩形截面。

5.根据权利要求1至4任一项所述的坑道钻机的液压动力头装置，其特征在于，还包括串联各所述卡瓦的复位弹簧圈，各所述卡瓦内设有位置对应的周向孔，所述复位弹簧圈依次穿过所述周向孔。

6.根据权利要求5所述的坑道钻机的液压动力头装置，其特征在于，还包括设于所述活塞外周的缸套，该缸套与所述主轴固定连接，且与所述活塞之间通过轴承连接。

7.根据权利要求6所述的坑道钻机的液压动力头装置，其特征在于，所述缸套与所述卡瓦座通过螺栓固定连接。

8.根据权利要求5所述的坑道钻机的液压动力头装置，其特征在于，所述卡瓦座具有若干容纳所述卡瓦的锥形槽，该锥形槽沿的截面为矩形面。

9.根据权利要求5所述的坑道钻机的液压动力头装置，其特征在于，还包括与所述主轴固定连接且设于所述卡瓦前进侧的端盖、与所述端盖螺合且沿轴向延伸的释放螺栓，以及与所述释放螺栓配合的锁紧螺母，所述释放螺栓的端部可与所述卡瓦座相抵。

10.一种坑道钻机，包括钻杆和推进所述钻杆的液压动力头装置，其特征在于，所述液压动力头装置为如权利要求1至9任一项所述的液压动力头装置。