CN102518402B - 一种煤矿钻机通用卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿钻机通用卡盘，包括前端盖、后端盖、壳体、卡瓦套、传扭盘、卡瓦、连接盘、和弹力复位机构等构件。本装置的卡盘，解决了现有煤矿用钻机卡盘不能直接夹持异形钻杆的难题。配备该卡盘的钻机，在不更换任何零件的情况下，不仅可以夹持普通圆钻杆而且可以夹持非圆表面的异形钻杆，使异形钻杆获得同普通圆钻杆相同的使用效能，在使用异形钻杆钻孔时上下钻杆方便快捷，大大降低了使用异形钻杆钻孔操作的辅助操作时间及对钻机操作工人的技术要求，同时提高了钻机的使用安全系数。

Description

一种煤矿钻机通用卡盘

技术领域

本发明涉及煤矿用钻机设备技术领域，特别涉及一种煤矿钻机通用卡盘。

背景技术

煤矿钻机，是煤矿用于钻探采煤的设备，一般针对普通煤层时，采用圆钻杆钻孔。而随着煤矿开采的要求，对松软煤层钻孔要求越来越高，能有效解决松软煤层钻孔则需要采用宽叶片浅螺旋钻杆或三棱钻杆等特殊钻杆。这些特殊钻杆最大的特征是非圆形表面形状，因此现有煤矿钻机卡盘不能直接夹持异形钻杆。钻机在使用异形钻杆时，一般采用普通卡盘夹持圆钻杆作为主动钻杆，以主动钻杆连接异形钻杆并将钻机的扭矩及推拉力传递给异形钻杆的方式进行钻进。拆卸钻杆时，采用人力手动拆卸的方式，钻进效率低，钻孔辅助时间长，工人操作危险性大。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种煤矿钻机通用卡盘，该装置能够方便地实现对各种钻杆的夹持和快速装卸。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种煤矿钻机通用卡盘，其特点在于，包括前端盖、后端盖和固定于两者之间的整体呈筒形的壳体，壳体内设置有可轴向滑动的整体呈筒形的卡瓦套，卡瓦套内沿周向均布设置有三个可沿径向滑动的卡瓦，卡瓦面对卡瓦套的一侧截面呈圆弧形且可滑动地配合在卡瓦套内腔的圆弧面安装槽内，卡瓦套和卡瓦的配合面为一圆锥面（此处所述圆锥面仅指圆锥面的一个部分而非一个完整的圆锥面），所述卡瓦的内侧面为内凹的弧形面，所述弧形面的弧形能够将三棱钻杆的一条整边包裹于其内，所述卡瓦的长度大于或等于宽叶片浅螺旋钻杆表面螺旋叶片两倍螺距，所述前端盖和后端盖上面对卡瓦的一侧安装有传扭盘，所述卡瓦的两端设置有矩形凸肩，所述传扭盘上对应矩形凸肩设置有矩形凹槽，矩形凸肩与矩形凹槽之间配合形成牙嵌结构，用于对卡瓦径向进行限位及轴向进行定位并传递扭矩，所述传扭盘与前端盖和后端盖用传扭销连接，所述壳体和卡瓦套之间形成夹紧油缸，夹紧油缸内设置有用于对壳体和卡瓦套之间的配合面进行密封的密封圈，所述壳体上还设置有液压油通道，液压油通道一端连通至壳体外侧的液压入口，液压油通道另一端连通到所述夹紧油缸，所述卡瓦之间还设置有弹力复位机构，所述夹紧油缸注入油液后能够推动卡瓦套沿轴向移动进而推动卡瓦沿径向移动，所述复位弹簧用于在卡盘回油后顶开卡瓦并使夹紧油缸复位。其中，所述卡瓦套既能与壳体形成夹紧油缸又能与卡瓦斜面配合形成斜面增力机构，其卡瓦套与卡瓦配合面为圆锥面。

其中作为优化，所述弹力复位机构包括位于横向设置于卡瓦之间的弹簧安装腔室之内的复位弹簧，复位弹簧为两端与相邻卡瓦相抵接的螺旋形弹簧。所述弹力复位机构可以在使用时顶开卡瓦并使卡瓦套复位。同时，卡瓦较宽，能形成对钻杆很好的包裹，无论三棱钻杆在卡瓦内的位置如何，都能形成很好的夹持。

本技术方案中还包括连接盘，所述连接盘通过自身的螺纹与主轴螺纹连接，并通过螺栓与卡盘后端盖连接。

本发明中利用卡瓦套及卡瓦的斜面配合结构实现力的转换，获得对钻杆的夹紧力，并且在卡瓦套内设置有圆锥面，卡瓦安装于卡瓦套的圆锥面内，卡瓦与卡瓦套配合的圆锥面应以图1中A面重合时的圆锥面为准。这样，在卡瓦松开过程中卡瓦及卡瓦套上任意截面上卡瓦的圆弧小于卡瓦套的圆弧，卡瓦才能运动灵活，不会卡阻。

另外，本发明采用了一种特殊结构的卡瓦，不仅可以实现对普通圆钻杆的夹持而且可以实现对宽叶片浅螺旋钻杆及三棱钻杆等特殊形状钻杆的夹持。

本装置在壳体与卡瓦套形成夹紧油缸（即一个液压腔的结构），卡瓦套与卡瓦形成了斜面增力机构，通过夹紧油缸获得夹紧力，前、后端盖与前后传扭盘之间通过圆柱销传递钻机的扭矩，而前后穿扭盘与卡瓦之间设计的牙嵌可以用于传递钻机的扭矩；当夹紧油缸进油时，卡瓦套沿轴向运动，斜面推动卡瓦径向运动，卡瓦压缩复位弹簧并夹紧其内的钻杆；当夹紧油缸回油时，复位弹簧推动卡瓦径向向外运动，卡瓦松开钻杆，同时卡瓦斜面推动卡瓦套复位；这样，只需对油液液压进行控制，即可方便快捷地实现对各种钻杆的安装和拆卸，非常方便快捷，自动化程度大大提高。

同时，当夹持三棱钻杆时，由于钻杆为三棱形截面及三段圆弧组成，会使部分卡瓦悬空，卡瓦受到不平衡的作用力，因此，设置在卡瓦套上的圆锥面以及经过结构优化后的前后牙嵌会对卡瓦产生约束作用，防止卡瓦在圆周方向上倾斜，损坏卡瓦；进而实现对三棱钻杆的稳定夹持。

另外，具体实施时，所述卡瓦的轴向长度设置为大于等于浅螺旋宽叶片钻杆表面螺旋叶片螺距的两倍。这样，当夹持浅螺旋宽叶片钻杆时，由于钻杆表面为螺旋叶片，会使部分卡瓦悬空，卡瓦会受到轴向的不平衡作用力及圆周方向上的不平衡作用力。因此，由于卡瓦的长度为大于等于钻杆表面螺旋叶片螺距的两倍，使卡瓦在钻杆上的任何位置都会有两条螺旋叶片支撑，卡瓦在钻杆的轴向不会倾斜；同时，设置在卡瓦套上的圆锥面以及经过结构优化后的前后牙嵌会对卡瓦产生约束作用，防止卡瓦在圆周方向上偏转，损坏卡瓦；进而实现对浅螺旋宽叶片钻杆的稳定夹持。

本夹持装置用于煤矿用全液压钻机，作为钻机的卡盘，本装置不仅可以夹持普通圆钻杆，而且在不更换任何零件的情况下，可直接夹持宽叶片浅螺旋钻杆及三棱钻杆，实现正转旋转钻进，反转自动拧松钻杆接头螺纹，拆卸钻杆等功能。能够有效解决常用异形钻杆的夹持问题，使异形钻杆获得同普通钻杆相同的使用效能。配备本卡盘的钻机，不仅可以用卡盘直接夹紧钻杆，利用卡瓦与钻杆之间的摩擦力传递扭矩及推拉力实现钻机的钻进功能，而且可以利用钻机的卡盘及夹持器夹紧钻杆螺纹接头两端的钻杆，钻机反转拧松钻杆螺纹接头，实现机械拆卸钻杆。本装置使钻机在使用异形钻杆钻孔操作时极为简便，装卸钻杆更加方便快捷，大大降低了钻孔操作的辅助时间及钻机操作工人的危险性。

综上所述，相比于现有技术，解决了煤矿常用异形钻杆的夹持问题，在不更换钻机任何零件情况下，可以用钻机的卡盘直接夹持钻杆，钻机使用异形钻杆钻孔操作极为简便，装卸钻杆更加快捷，大大降低了钻孔操作的辅助时间及对操作工人的危险性。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

图2为图1中取消前端盖后的右视图。

图3为图1中取消后端盖后的左视图。

图4为图1中B-B位置的剖视图。

图5为本发明的装置用于夹持三棱钻杆时，三棱钻杆位于一种角度时的配合示意图。

图6为本发明的装置用于夹持三棱钻杆时，三棱钻杆位于另一种角度时的配合示意图。

图7为本发明的装置用于夹持三棱钻杆时，三棱钻杆位于再一种角度时的配合示意图。

图8为本发明的装置用于夹持宽叶片浅螺旋钻杆时，钻杆与卡瓦之间的配合结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构作进一步的详细说明。

具体实施时，如图1至图4所示，一种煤矿钻机通用卡盘，包括前端盖7、后端盖2和固定于两者之间的整体呈筒形的壳体3，壳体3内设置有可轴向滑动的整体呈筒形的卡瓦套5，卡瓦套5内沿周向均布设置有三个可沿径向滑动的卡瓦6，卡瓦6面对卡瓦套5的一侧截面呈圆弧形且可滑动地配合在卡瓦套5内腔的圆弧面安装槽内。卡瓦6与卡瓦套5配合面为圆锥面，实施时应以图1中A面重合时的圆锥面为准。这样，在卡瓦6松开过程中卡瓦6及卡瓦套5上任意截面上卡瓦的圆弧小于卡瓦套的圆弧，(即图4中R1小于R2)，卡瓦才能运动灵活，不被卡阻。所述卡瓦6的内侧面为内凹的弧形面，所述弧形面的弧形能够将三棱钻杆14的一条整边包裹于其内（参见图5-图7），所述卡瓦6的长度大于或等于宽叶片浅螺旋钻杆15表面螺旋叶片两倍螺距（参见图6），所述前端盖7和后端盖2上面对卡瓦6的一侧安装有传扭盘8，所述卡瓦6的两端设置有矩形凸肩，所述前后的传扭盘8上对应矩形凸肩设置有矩形凹槽，矩形凸肩与矩形凹槽之间配合形成牙嵌结构，用于对卡瓦6的径向进行限位及轴向进行定位并传递扭矩，所述传扭盘8与前端盖7和后端盖2之间通过圆柱销9及圆柱销11连接并传递扭矩，所述壳体3和卡瓦套5之间形成夹紧油缸，夹紧油缸内设置有用于对壳体和卡瓦套之间的配合面进行密封的密封圈4，所述壳体3上还设置有液压通道，液压通道一端连通至壳体3外侧的液压入口，液压通道另一端连通到所述夹紧油缸，所述卡瓦6之间还设置有弹力复位机构，所述弹力复位机构包括位于横向设置于卡瓦6之间的弹簧安装腔室之内的复位弹簧10，复位弹簧10为两端与相邻卡瓦相抵接的螺旋形弹簧，复位弹簧10的弹簧力沿径向作用于相邻的卡瓦之间，所述夹紧油缸注入油液后能够推动卡瓦套5沿轴向移动进而推动卡瓦6沿径向移动，卡瓦6压缩复位弹簧10并夹紧钻杆，还包括连接盘1，所述连接盘1通过自身的螺纹与主轴13的螺纹连接，并通过螺栓与卡盘后端盖2连接，用于传递钻机的推拉力；所述卡盘后端盖2通过圆柱销11与主轴13上的销孔连接，用于传递钻机的扭矩。

本装置使用时，当卡盘后端盖上的油孔进油时，压力油通过壳体孔进入壳体与卡瓦套及密封圈形成的夹紧油缸，卡瓦套向前运动，由于卡瓦套与卡瓦的斜面作用，卡瓦向内运动，从而夹紧钻杆；当夹紧油缸回油时，卡瓦在复位弹簧作用下向外运动, 从而松开钻杆，并通过卡瓦与卡瓦套的斜面，使卡瓦套复位。

参见图5-图7，三棱钻杆的钻杆截面由三棱形及三段圆弧倒角组成。卡瓦夹持钻杆过程中，当钻杆截面的圆弧倒角处正对卡瓦中部或者两卡瓦之间中部的位置时，卡瓦能对钻杆能形成很好的夹持作用。而当钻杆截面的圆弧倒角处正对卡瓦边部的位置时，卡瓦和钻杆会受到不平衡的作用力，产生使卡瓦翻转的力矩。由于卡瓦产生的夹紧力特别巨大，因此，该翻转力矩特别巨大，超出卡瓦两端的牙嵌承受极限。对于其它普通的夹持装置而言，不仅会出现卡瓦倾斜，而且会损坏卡瓦。但该夹持装置的卡瓦安装于卡瓦套的圆锥面内，由于圆锥面的制约作用，所有卡瓦承受的翻转力矩在卡瓦套内平衡，变成内力，同时，经过结构优化的牙嵌也能对卡瓦产生约束作用。因此卡盘能保持对钻杆很好的夹持作用。

参见图8，宽叶片浅螺旋钻杆由普通光钻杆表面缠绕较浅且比较宽的螺旋叶片制成。当夹持浅螺旋宽叶片钻杆时，由于钻杆表面为螺旋叶片会使部分卡瓦悬空，卡瓦受到轴向不平衡作用力及圆周方向上不平衡力，因此，卡瓦的长度设置为大于等于两倍钻杆表面螺旋叶片螺距，卡瓦在钻杆上的任何位置都会有两条螺旋叶片支撑，卡瓦在钻杆的轴向不会倾斜，在任意位置时，设置在卡瓦及卡瓦套上的圆锥面及前后传扭盘的牙嵌也会对卡瓦在圆周方向上产生约束，防止卡瓦在圆周方向上偏转，损坏卡瓦。

本卡盘解决了现有煤矿用全液压钻机卡盘不能直接夹持异形钻杆的难题。配备该卡盘的钻机，在不更换任何零件的情况下，不仅可以夹持普通圆钻杆而且可以夹持非圆表面的异形钻杆，使异形钻杆获得同普通圆钻杆相同的使用效能，在使用异形钻杆钻孔时装卸钻杆方便快捷，大大降低了使用异形钻杆钻孔操作的辅助操作时间及对钻机操作工人的技术要求，同时提高了钻机的使用安全系数。

最后说明的是，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。比如，改变卡瓦套与卡瓦之间倾斜面的设置方向，这种改变，应视为本技术方案的明显等同变形而仍然落入本发明的保护复位内。

Claims (1)

1.一种煤矿钻机通用卡盘，其特征在于，包括前端盖、后端盖和固定于两者之间的整体呈筒形的壳体，壳体内设置有可轴向滑动的整体呈筒形的卡瓦套，卡瓦套内沿周向均布设置有三个可沿径向滑动的卡瓦，卡瓦面对卡瓦套的一侧截面呈圆弧形且可滑动地配合在卡瓦套内腔的圆弧面安装槽内，卡瓦套和卡瓦的配合面为一圆锥面，卡瓦与卡瓦套配合的圆锥面应以卡瓦套上卡瓦套内腔大直径端的端面和卡瓦套内腔大直径端所指向的壳体内腔端面重合时的圆锥面为准，使得卡瓦松开过程中卡瓦及卡瓦套上任意截面上卡瓦的圆弧小于卡瓦套的圆弧，所述卡瓦的内侧面为内凹的弧形面，所述弧形面的弧形能够将三棱钻杆的一条整边包裹于其内，所述卡瓦的长度大于或等于宽叶片浅螺旋钻杆表面螺旋叶片两倍螺距，所述前端盖和后端盖上面对卡瓦的一侧安装有传扭盘，所述卡瓦的两端设置有矩形凸肩，所述传扭盘上对应矩形凸肩设置有矩形凹槽，矩形凸肩与矩形凹槽之间配合形成牙嵌结构，用于对卡瓦径向进行限位及轴向进行定位并传递扭矩，所述传扭盘与前端盖和后端盖用传扭销连接，所述壳体和卡瓦套之间形成夹紧油缸，夹紧油缸内设置有用于对壳体和卡瓦套之间的配合面进行密封的密封圈，所述壳体上还设置有液压油通道，液压油通道一端连通至壳体外侧的液压入口，液压油通道另一端连通到所述夹紧油缸，所述卡瓦之间还设置有弹力复位机构，所述夹紧油缸注入油液后能够推动卡瓦套沿轴向移动进而推动卡瓦沿径向移动，所述弹力复位机构包括位于横向设置于卡瓦之间的弹簧安装腔室之内的复位弹簧，复位弹簧为两端与相邻卡瓦相抵接的螺旋形弹簧；所述复位弹簧用于在卡盘回油后顶开卡瓦并使夹紧油缸复位，当夹紧油缸进油时，卡瓦套沿轴向运动，斜面推动卡瓦径向运动，卡瓦压缩复位弹簧并夹紧其内的钻杆；当夹紧油缸回油时，复位弹簧推动卡瓦径向向外运动，卡瓦松开钻杆，同时卡瓦斜面推动卡瓦套复位；所述卡瓦套既能与壳体形成夹紧油缸又能与卡瓦斜面配合形成斜面增力机构；还包括连接盘，所述连接盘通过自身的螺纹与主轴螺纹连接，并通过螺栓与卡盘后端盖连接。