CN104612597B - 一种芯节杆及具有其的旋挖钻机钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯节杆，其包括芯节杆管体及设于芯节杆管体下方的钻具连接头，钻具连接头包括方头部、连接部及位于方头部和连接部之间的凸台部，凸台部夹设于一承压板及一弹簧挡板之间，弹簧挡板与芯节杆管体相连且通过若干驱动键与承压板相连。本发明的芯节杆由于改变了钻具连接头直接与芯节杆管体焊接在一起的连接方式，而通过弹簧挡板和承压板夹设钻具连接头的凸台部，改变了钻具连接头的受力结构，使加压力可以不经过钻具连接头的薄弱区而直接到达钻具连接头的承压板部位，并且扭矩也分成了两路，降低了钻杆的故障率，提高了钻杆的使用寿命。另外，本发明还提供了具有此芯节杆的旋挖钻机钻杆。

Description

一种芯节杆及具有其的旋挖钻机钻杆

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其是涉及一种芯节杆及具有其的旋挖钻机钻杆。

背景技术

图1所示为现有的一种芯节杆10的剖视示意图。如图1所示，该芯节杆10包括芯节杆管体11、位于芯节杆10上端的提引器连接头12及位于芯节杆10下端的钻具连接头13。

其中，芯节杆管体11的外部套设有多层外节杆。芯节杆管体11通过设于其上的外键与设于最内层外节杆上的内键槽相配合，各层的外节杆则通过内层外节杆的外键与外层外节杆的内键槽相配合，通过上述配合方式实现了旋挖钻机的外节杆和芯节杆10之间的动力传递。在芯节杆管体11的内部，提引器连接头12通过转环卸扣14与内置钢丝绳15的上端相连，内置钢丝绳15的下端则通过合金浇铸的方式与钻具连接头13相连。

钻具连接头13为焊接组件，其包括位于钻具连接头13下部的方头部131及位于钻具连接头13上部的连接部132。方头部131为横截面尺寸为200*200的方结构，连接部132为直径为200的圆结构(如没有特别说明，本案中所涉及尺寸的单位均为毫米)。如图2所示，该钻具连接头13在安装时，其连接部132上先依次套入弹簧挡板16及过渡管17，然后再将连接部132和过渡管17插入芯节杆管体11的内部，并通过环焊缝连接过渡管17与芯节杆管体11，接着，利用连接销轴18插入芯节杆管体11、过渡管17及钻具连接头13的连接部132，将三者连成一体。最后，将弹簧限位块19套至芯节杆管体11的外部，并使其与弹簧挡板16相抵。

在该种芯节杆10中，由于将钻具连接头13与弹簧挡板16分开，提高了钻具连接头13的通用性，使其可以用于多种不同型号的旋挖钻机中。

然而，在该种芯节杆10中，由于受结构限制，钻具连接头13的方头部131和连接部132之间的过渡圆角无法加工的足够大，会形成结构应力集中，从而使此位置在使用过程中容易发生疲劳断裂，降低了使用寿命；

在该芯节杆10结构中，由于受芯节杆管体11外径尺寸的限制，连接销轴18的直径受到限制，在扭矩为150KN.M以下的机型中，此种设计结构是安全的，当应用于扭矩大于150KN.M的机型上时，此种结构会出现断裂失效，最终造成钻具连接头13断裂，钻具掉入孔内等恶性事故；

在该芯节杆10结构中，钻具连接头13本身由于截面直径较大，进行调制处理时，钻具连接头13的芯部会出现淬火淬不透，保温时又出现回火软化，使得钻具连接头13调质后的屈服强度降低，在大机型的设计中不能满足设计要求；

在该种芯节杆10结构中，钻机扭矩和加压力最终均通过钻具连接头13传递到切削钻具上，使得钻具连接头13本身的受力比较复杂。

该种芯节杆10结构通过内置软连接与钻具连接头13通过合金浇铸的方式进行连接，在芯节杆管体底部出现断裂需更换芯节杆管体底部时，由于在芯节杆管体底部没有设置可拆卸的连接头，此时必须割断钢丝绳15才能够拆除芯节杆管体11的底部，而更换芯节杆管体底部后则由于钢丝绳15已经割断而无法再次与钻具连接头13连接，使维修后的芯节杆10失去软连接断杆打捞功能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具有较长使用寿命的芯节杆及具有其的旋挖钻机钻杆。

本发明还可提供一种受力比较简单的芯节杆及具有其的旋挖钻机钻杆。

本发明还可提供一种具有较大许用屈服强度的芯节杆及具有其的旋挖钻机钻杆。

本发明还可提供一种维修后仍具有软连接断杆打捞功能的芯节杆及具有其的旋挖钻机钻杆。

本发明实施例提供的芯节杆包括芯节杆管体及设于芯节杆管体下方的钻具连接头，所述钻具连接头包括方头部、连接部及位于方头部和连接部之间的凸台部，所述凸台部夹设于一承压板及一弹簧挡板之间，所述弹簧挡板与所述芯节杆管体相连且通过若干驱动键与所述承压板相连。

根据本发明的一个实施例，所述弹簧挡板焊接于所述芯节杆管体管体的下方，所述驱动键焊接于所述芯节杆管体的外围，且通过焊接的方式与所述弹簧挡板和所述承压板相连。

根据本发明的一个实施例，所述弹簧挡板和所述芯节杆管体之间还焊接有一加强管，所述加强管的刚度和安全系数均优于所述芯节杆管体管体。

根据本发明的一个实施例，所述承压板套设于所述方头部的上部，所述弹簧挡板套设于所述连接部的底部，且所述弹簧挡板的一部分跨过所述凸台部，将所述凸台部包裹于所述弹簧挡板、所述承压板和所述驱动键之间。

根据本发明的一个实施例，所述弹簧挡板包括基座及设于基座外周面上的若干凸块，所述基座上开设有用于使所述连接部穿过的通孔，所述凸块的内表面合围形成容置所述凸台部的容置孔，且所述凸块之间形成有供所述驱动键穿过的凹槽。

根据本发明的一个实施例，所述承压板上开设有用于使所述方头部穿过的方孔，且所述承压板的外缘形成有供所述驱动键穿过的凹槽。

根据本发明的一个实施例，所述方头部上还设有一轴向通孔。

根据本发明的一个实施例，所述钻具连接头的所述连接部通过一可拆卸的连接机构与设于芯节杆管体上方的提引器连接头相连。

根据本发明的一个实施例，所述可拆卸的连接机构包括与芯节杆的内置钢丝绳相连的椭圆环、与椭圆环相连的蝴蝶扣、与蝴蝶扣相连的链条、与链条相连的D型卸扣以及通过蝴蝶扣和椭圆环与D型卸扣相连的连接扁头，所述连接扁头固定于所述连接部上开设的通槽内。

本发明实施例提供的旋挖钻机钻杆，包括上述的芯节杆及套设于芯节杆外部的多层外节杆。

在本发明中，由于改变了钻具连接头直接与芯节杆管体焊接在一起的连接方式，而通过弹簧挡板和承压板夹设钻具连接头的凸台部，改变了钻具连接头的受力结构，使加压力可以不经过钻具连接头的方圆过渡区等薄弱区而直接到达钻具连接头的承压板部位，并且扭矩也分成了两路，降低了钻杆的故障率，提高了钻杆的使用寿命；本发明在钻具连接头的方头部内设置轴向通孔以增加钻具连接头热处理后的许用屈服强度，从而降低了钻具连接头的截面尺寸，节约了钻具连接头的制造成本；本发明在钻杆芯节杆的底部植入了可拆卸的软连接结构，当钻杆在施工过程中发生芯节杆底部区域断裂，而需要更换芯节杆底部的管体时，只需打开链条上的蝴蝶扣，即可方便地卸下损坏的芯节杆组件，换上新的芯节杆管体组件，并使其与原始钢丝绳连接，从而使得钻杆的芯节杆管体断裂打捞功能得以保留。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为现有的一种芯节杆的剖视示意图。

图2所示为图1的局部放大示意图。

图3所示为本发明一实施例提供的芯节杆的剖视示意图。

图4所示为图3中加强管、弹簧挡板、承压板、驱动键及钻具连接头的立体组装示意图。

图5所示为图3中钻具连接头的立体示意图。

图6所示为图3中承压板的立体示意图。

图7所示为图3中弹簧挡板的立体示意图。

图8a及8b所示为图1所示的现有技术与图3所提供的本发明实施例的扭矩传递顺序图。

图9a及9b所示为图1所示的现有技术与图3所提供的本发明实施例的加压力传递顺序图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如下。

本发明提供的旋挖钻机钻杆包括芯节杆20及位于芯节杆20外部的多层外节杆(图未示)。

如图3所示，芯节杆20包括芯节杆管体21、位于芯节杆20上端的提引器连接头22及位于芯节杆20下端的钻具连接头23。芯节杆管体21的外侧通过焊接的方式固定有多个外键211，除最外层的外节杆外的各层外节杆均包括位于对应外节杆内侧的内键、形成于相邻内键之间的内键槽以及位于对应外节杆外侧的外键。

在本发明的旋挖钻机钻杆组装时，芯节杆20通过芯节杆管体21上的外键211与最内层外节杆上的内键槽相配合，其余的各层外节杆则通过内层外节杆的外键与外层外节杆的内键槽相配合，通过上述配合方式实现了旋挖钻机的外节杆和芯节杆20之间的扭矩和加压力等的传递。

在芯节杆管体21的内部，提引器连接头22通过一可拆卸的连接机构与钻具连接头23相连。具体而言，提引器连接头22通过转环卸扣24与内置钢丝绳25的上端相连，内置钢丝绳25的下端通过椭圆环26(本实施例为合金椭圆环)与蝴蝶扣27相连，然后依次通过链条28、蝴蝶扣27、椭圆环26及D型卸扣29与连接扁头30相连。连接扁头30通过焊接或其它的方式固定至钻具连接头23上。

请一并参阅图3及图5，钻具连接头23包括位于钻具连接头23下部的方头部231、位于钻具连接头23上部的连接部232以及位于方头部231和连接部232之间的凸台部233。方头部231为横截面为正方形的方结构，连接部232和凸台部233则为圆结构。方头部231的中心开设有一沿方头部231的轴向延伸的通孔231a。方头部231和凸台部233之间采用过渡圆角连接。连接部232上开设一通槽232a，连接扁头30即固定至该通槽232a内。

如图4及图6所示，钻具连接头23的方头部231上端套设一承压板31。承压板31为圆盘状，其中心处开设有可供方头部231穿过的方孔311。安装时，该承压板31从方头部231的底部穿入，于方头部231和凸台部233的轴肩处限位。承压板31的外缘还均匀开设有四个凹槽312，以用于容纳驱动键32。

如图4及图7所示，钻具连接头23的上部套设一弹簧挡板33。弹簧挡板33包括基座331及设于基座331外周面上的四个凸块332。基座331上开设有用于使钻具连接头23的连接部232穿过的圆形通孔333，而这些凸块332的内表面则合围形成容置钻具连接头23的凸台部233的容置孔334，且这些凸块332之间形成有供驱动键32穿过的凹槽335。具体而言，弹簧挡板33是由一圆盘加工形成，在圆盘的上部开设有所述通孔333，而在通孔333的下部则开设有所述容置孔334，所述容置孔334的直径大于通孔333的直径，而所述凹槽335则均匀分布在圆盘的外圆周上，如此，可以使弹簧挡板33的基座331外围形成的凸块332在安装好后跨过钻具连接头23的凸台部233，将凸台部233包裹于弹簧挡板33、承压板31和驱动键32之间。

另外，如图3至图4所示，芯节杆管体21的下端还焊接有一加强管34。该加强管34的刚度和安全系数均优于芯节杆管体21，其优异性可以通过改变管体的直径和/或厚度，使加强管34的直径和厚度均大于芯节杆管体21，并达到最优配比，或者是通过改变管体的材料，采用性能优于芯节杆管体21的高强合金来制造加强管34等方式来实现。

在该芯节杆20中，加强管34的下端与弹簧挡板33焊接为一体，弹簧挡板33与承压板31在安装至钻具连接头23上后通过焊接的方式固定在一起，而驱动键32则焊接至加强管34的外围，并通过焊接的方式与弹簧挡板33和承压板31固定在一起。

至此，由上面的结构描述可以知道，本发明的旋挖钻机钻杆应具有下述优点的至少其中之一：

1.本发明从根本上改变了钻具连接头23的受力结构，将传统钻具连接头既受扭矩又受加压力两种载荷变为只受扭矩作用力，极大提高了钻具连接头23的使用寿命，降低了旋挖钻机作业施工的故障率。

如图8a及8b所示的扭矩传递图可以得知，在现有技术中，扭矩由芯节杆管体11传递至连接销轴18，然后传递至钻具连接头13的连接部132，接着传递至钻具连接头13的方圆过渡区，最后传递至钻具连接头23的方头部131；而在本发明中，扭矩先由芯节杆管体21管体传递至加强管34，接着由加强管34处通过两条路径传递给钻具连接头23的方头部231，其中一条的路径是依次经过环缝焊、弹簧挡板33及承压板31传递至钻具连接头23的方头部231，另一条路径是依次经过驱动键32和承压板31传递至钻具连接头23的方头部231。

而由图9a及9b所示的加压力传递图可以得知，在现有技术中，由缓冲弹簧处传递过来的加压力依次经过弹簧限位块19、钻具连接头13的方圆过渡区以及钻具连接头13的方头部131传递至切削钻具；而在本发明中，由缓冲弹簧处传递过来的加压力则是经过驱动键32和承压板31传递至切削钻具，也就是说，通过本发明的结构设计，在加压力的传递过程中，巧妙地避开了钻具连接头23，使钻具连接头23不会受到来自主机的加压力影响，将传统钻具连接头23既受扭矩又受加压力两种载荷变为只受扭矩作用力，极大提高了钻具连接头23的使用寿命，降低了旋挖钻机作业施工的故障率。

2.本发明在钻杆芯节杆管体21的底部采用厚壁合金加强管34结构，一方面极大提高了钻杆芯节杆管体21底部2米区域的刚度，另一方面又避免了整个芯节杆管体21采用厚壁合金管而带来的成本的增加。

由于在钻杆的使用过程中，钻杆芯节杆管体底部2米区域是受力最为复杂的区域，该区域不但承受来自主机的扭矩和加压力，还承受较大的弯矩，在钻杆的日常使用中，该区域最容易产生弯曲断裂。在图1所示的现有技术中，通过在芯节杆管体11内部设置过渡管17来增加芯节杆管体底部2米区域的刚度，但由于受芯节杆管体11与过渡管17装配间隙影响，该方案对增加芯节杆管体底部2米区域的刚度比较有限。而本发明则可以通过加强管34的设置有效地增加芯节杆管体底部2米区域的刚度和安全系数。

3.本发明在钻具连接头23的方头部231中间设置的轴向通孔231a，可以增加热处理时方头的淬透性，提高方头的许用屈服强度，从而提高方头使用时的安全系数，同时也可以缩小钻具连接头23的截面尺寸，降低钻具连接头23的制造难度和制造成本，而图1所示的传统方案则没有此功能。

4.由于本发明中的钻具连接头23不需要直接焊接在芯节杆管体21上，而使得本发明中钻具连接头23的径向尺寸及轴向尺寸得到了较大程度的缩小，并且，由于钻具连接头23的材料是30CrMo，其需要先经过锻打处理，然后进行调制，最后进行复杂的金加工。传统钻具连接头的成本约为1万元，本发明则由于钻具连接头23的径向尺寸及轴向尺寸比传统方案小很多，而可以大幅度的节省原料及加工成本；

5.本发明在钻杆芯节杆20的底部植入了可拆卸的软连接结构，当钻杆在施工过程中发生芯节杆底部2米区域断裂，而需要更换芯节杆底部2米的管体时，只需打开链条28上的蝴蝶扣27，即可方便地卸下损坏的芯节杆管体组件，换上新的芯节杆管体组件，并使其与原始钢丝绳25连接，从而使得钻杆的芯节杆管体断裂打捞功能得以保留。而传统方案由于没有设置可拆卸的连接装置，因此，在卸下损坏的芯节杆组件时必须割断原始钢丝绳15，从而使得新换上的芯节杆组件无法与原始钢丝绳15连接，而使得维修后的钻杆丧失了芯节杆管体断裂打捞功能，而一旦发生芯节杆管体11断裂，势必造成芯节杆管体11及钻具掉入施工孔内，而芯节杆管体11及钻具的打捞工作相当复杂，会给客户造成巨大的经济损失。

6.本发明将芯节杆管体底部2米区域设置为活动组件，作为标准模块不但方便了生产也为钻杆的维修服务带来极大的方便。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种芯节杆，包括芯节杆管体及设于芯节杆管体下方的钻具连接头，其特征在于：所述钻具连接头包括方头部、连接部及位于方头部和连接部之间的凸台部，所述凸台部夹设于一承压板及一弹簧挡板之间，所述弹簧挡板与所述芯节杆管体相连且通过若干驱动键与所述承压板相连，所述承压板套设于所述方头部的上部，所述弹簧挡板套设于所述连接部的底部，且所述弹簧挡板的一部分跨过所述凸台部，将所述凸台部包裹于所述弹簧挡板、所述承压板和所述驱动键之间。

2.根据权利要求1所述的芯节杆，其特征在于：所述弹簧挡板焊接于所述芯节杆管体的下方，所述驱动键焊接于所述芯节杆管体的外围，且通过焊接的方式与所述弹簧挡板和所述承压板相连。

3.根据权利要求1所述的芯节杆，其特征在于：所述弹簧挡板和所述芯节杆管体之间还焊接有一加强管，所述加强管的刚度和安全系数均优于所述芯节杆管体。

4.根据权利要求1所述的芯节杆，其特征在于：所述弹簧挡板包括基座及设于基座外周面上的若干凸块，所述基座上开设有用于使所述连接部穿过的通孔，所述凸块的内表面合围形成容置所述凸台部的容置孔，且所述凸块之间形成有供所述驱动键穿过的凹槽。

5.根据权利要求1所述的芯节杆，其特征在于：所述承压板上开设有用于使所述方头部穿过的方孔，且所述承压板的外缘形成有供所述驱动键穿过的凹槽。

6.根据权利要求1所述的芯节杆，其特征在于：所述方头部上还设有一轴向通孔。

7.根据权利要求1所述的芯节杆，其特征在于：所述钻具连接头的所述连接部通过一可拆卸的连接机构与设于芯节杆管体上方的提引器连接头相连。

8.根据权利要求7所述的芯节杆，其特征在于：所述可拆卸的连接机构包括与芯节杆的内置钢丝绳相连的椭圆环、与椭圆环相连的蝴蝶扣、与蝴蝶扣相连的链条、与链条相连的D型卸扣以及通过蝴蝶扣和椭圆环与D型卸扣相连的连接扁头，所述连接扁头固定于所述连接部上开设的通槽内。

9.一种旋挖钻机钻杆，包括芯节杆及套设于芯节杆外部的多层外节杆，其特征在于：所述芯节杆为权利要求1-8中任一项所述的芯节杆。