CN102518403B

CN102518403B - 一种煤矿钻机用通用钻杆夹持装置

Info

Publication number: CN102518403B
Application number: CN201210008828.2A
Authority: CN
Inventors: 辛德忠; 龚宪生; 王清峰
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: CN102518403A

Abstract

本发明公开了一种煤矿钻机用通用钻杆夹持装置，包括前端盖、后端盖、壳体、卡瓦套、卡瓦、夹紧油缸和弹力复位机构等构件。本装置可以用作钻机的卡盘或夹持器，解决了现有煤矿用全液压钻机钻杆夹持装置不能直接夹持异形钻杆的难题。配备该夹持装置的钻机，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

一种煤矿钻机用通用钻杆夹持装置

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用通用钻杆夹持装置。

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，因此对于夹持普通圆钻杆的普通夹持装置很难满足使用要求，不能有效夹持。

同时，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：提供一种煤矿钻机用通用钻杆夹持装置，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：

一种煤矿钻机用通用钻杆夹持装置，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T形且可滑动地卡接配合在卡瓦套内腔的T形槽内，T形槽和卡瓦的配合面沿轴向倾斜设置，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，所述卡瓦的两端设置有矩形凸肩，所述前端盖和后端盖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，用于对卡瓦的轴向进行定位并传递扭矩，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，液压油通道一端为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，所述卡瓦与前端盖之间还设置有弹力复位机构，所述弹力复位机构包括位于卡瓦套上与前端盖一端相邻端头处的弹簧安装腔室，弹簧安装室内安装有弹簧力沿轴向作用于卡瓦套和前端盖之间的复位弹簧，复位弹簧为螺旋形弹簧且弹簧内套有导杆，导杆的一端固定在前端盖上，导杆的另一端可滑动地配合在弹簧安装室底部的导杆孔内，所述夹紧油缸注入油液后能够克服复位弹簧的簧力推动卡瓦套沿轴向移动进而推动卡瓦沿径向移动，所述后端盖的端面上设置有传扭销。

其中作为优化，所述弹力复位机构也为环形均布设置的三个。可以使其受力更加均匀。同时，使得卡瓦较宽，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T型槽，卡瓦安装于卡瓦套的T形槽内，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，压紧复位弹簧，靠T型槽的斜面推动卡瓦径向运动，卡瓦夹紧其内的钻杆；当夹紧油缸回油时，复位弹簧推动卡瓦套向左运动，卡瓦松开钻杆；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T型槽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，设置在卡瓦及卡瓦套上的T型槽会对卡瓦产生约束，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，可以用作钻机的卡盘或夹持器，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。配备本夹持装置的钻机，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，可以用钻机的卡盘及夹持器直接夹持钻杆，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4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5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6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和图2所示，一种煤矿钻机用通用钻杆夹持装置，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数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T形且可滑动地卡接配合在卡瓦套5内腔的T形槽内，T形槽和卡瓦6的配合面沿轴向倾斜设置，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9的一条整边包裹于其内（参见图3-图5），所述卡瓦6的长度大于或等于宽叶片浅螺旋钻杆10表面螺旋叶片两倍螺距（参见图6），所述卡瓦6的两端设置有矩形凸肩，所述前端盖7和后端盖2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的轴向进行定位并传递扭矩，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，液压通道一端为连通至壳体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与前端盖7之间还设置有弹力复位机构，所述弹力复位机构包括位于卡瓦套5上与前端盖7一端相邻端头处的弹簧安装腔室，弹簧安装室内安装有弹簧力沿轴向作用于卡瓦套和前端盖之间的复位弹簧8，复位弹簧8为螺旋形弹簧且弹簧内套有导杆11，导杆11的一端固定在前端盖7上，导杆11的另一端可滑动地配合在弹簧安装室底部的导杆孔内，所述夹紧油缸注入油液后能够克服复位弹簧8的簧力推动卡瓦套5沿轴向移动进而推动卡瓦6沿径向移动，所述后端盖5的端面上设置有传扭销1。当本装置用作卡盘时，传扭销1安装于主轴的销孔内，用于传递扭矩；后端盖的螺纹孔与主轴的连接盘连接。当用作夹持器时，该夹持装置直接安装在机架前端。

具体实施时，本夹持装置可以作为钻机卡盘使用，其输入端与动力头主轴相联；也可以作为夹持器使用，安装于机架前端。

本装置使用时，当夹持装置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，卡瓦套在复位弹簧作用下向后运动,卡瓦套内的T形槽带动卡瓦向外运动，从而松开钻杆。

参见图3-图5，三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T形槽内，由于T形槽的制约作用，所有卡瓦承受的翻转力矩在卡瓦套内平衡，变成内力，牙嵌仅承受钻机的扭矩而不会承受卡瓦的翻转力矩而产生破坏。因此卡盘能保持对钻杆很好的夹持作用。

参见图6，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T型槽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。

本钻杆夹持装置解决了现有煤矿用全液压钻机钻杆夹持装置不能直接夹持异形钻杆的难题。配备该夹持装置的钻机，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，同时将复位弹簧设置在卡瓦套和后端盖之间，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

1.一种煤矿钻机用通用钻杆夹持装置，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T形且可滑动地卡接配合在卡瓦套内腔的T形槽内，T形槽和卡瓦的配合面沿轴向倾斜设置，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，所述卡瓦的两端设置有矩形凸肩，所述前端盖和后端盖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，用于对卡瓦的轴向进行定位并传递扭矩，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，液压油通道一端为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，所述卡瓦与前端盖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克服复位弹簧的簧力推动卡瓦套沿轴向移动进而推动卡瓦沿径向移动，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。

2.如权利要求1所述的煤矿钻机用通用钻杆夹持装置，其特征在于，所述弹力复位机构包括位于卡瓦套上与前端盖一端相邻端头处的弹簧安装腔室，弹簧安装室内安装有弹簧力沿轴向作用于卡瓦套和前端盖之间的复位弹簧，复位弹簧为螺旋形弹簧且弹簧内套有导杆，导杆的一端固定在前端盖上，导杆的另一端可滑动地配合在弹簧安装室底部的导杆孔内。

3.如权利要求1所述的煤矿钻机用通用钻杆夹持装置，其特征在于，所述弹力复位机构为环形均布设置的三个。