CN106677720B - 用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置 - Google Patents

用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置 Download PDF

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    • E21B17/10Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E21B17/1078Stabilisers or centralisers for casing, tubing or drill pipes

Abstract

一种用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置,该高转速坑道钻机包含机架、动力头、钻杆、钻头和夹持器,所述动力头和夹持器分别设置于机架上的两侧,所述钻头设置于钻杆的前端,所述钻杆穿过动力头和夹持器,所述卡盘可抱紧钻杆完成钻进工序,所述卡盘与夹持器配合可完成钻杆拧卸,所述钻具扶正装置包括前扶正组件和后扶正组件,所述前扶正组件可拆卸的固定于机架上,其由前扶正套、套管、轴承和支座组成,所述支座的上端设有供套管套入的环形件,套管内设有前扶正套;所述后扶正组件安装在所述动力头,其包含套设于钻杆的后扶正套;由此,本发明具有钻孔施工时扶正钻具的功能,有效降低高转速工况下钻杆振动,减少夹持器对钻杆的磨损。

Description

用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置
技术领域
本发明涉及坑道钻探的技术领域,尤其涉及一种用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置。
背景技术
高转速坑道钻机主要应用于坑道内取心勘探,相对于常规的地表钻探能节省大量的工程量,并方便实现多角度钻探施工,达到沿矿床层带钻探的目的,并能避开上部采空区,是老矿区对深部资源进行勘探的理想方法。
坑道钻探角度多样,尤其是水平孔钻进时,钻杆的重力方向垂直于其回转轴线方向,转动惯量会带动钻杆柱振动,钻机的转速越高,振动越剧烈。卡盘和夹持器是钻机的关键部件,相互配合可完成起、下钻工序,尤其是联动功能可大幅提高起、下钻效率,为了提高配合效率,卡盘和夹持器的开合量往往设计的较小,也就是卡盘和夹持器张开时,其与钻杆的间隙小,在高转速正常钻进时,夹持器就会损伤振动的钻杆。合理的对钻具扶正能有效减少钻杆柱的振动,使钻机能在高转速下稳定工作,高效发挥钻头的优势,但目前适用于高转速坑道钻机的扶正装置还不完善。
目前对于相关领域的孔深测量,检索到的国内外相关文献和专利情况如下:中国专利ZL201310028054.4涉及到开合式钻具扶正装置,可在安装钻具对钻具进行扶正,但是正常高转速钻进时,结构中的滚轮和销轴就会磨损严重,所以,该发明装置不能满足高转速钻机正常钻进使用要求。
中国专利ZL201420324613.6涉及到牙轮钻机的钻杆扶正装置,其主要应用于牙轮钻机上钻杆对钻杆进行扶正,使钻杆与动力头保持同心,正常钻进时不具备扶正功能。
中国专利ZL201520265385.4涉及到钻杆扶正器,主要应用于水平定向钻机,仅适用单一规格钻杆,滚轮和销轴在高转速情况下磨损严重,不适用于高转速钻机。
中国专利ZL201310622559.3涉及到工程钻机孔内钻杆用的扶正器,其应用场合是孔内扶正钻杆,防止孔斜,不适用于高转速钻机。
中国专利ZL201420069462.4涉及到钻机用扶正装置,该专利提供一种滑动的扶正装置,主要配合大型的桅杆或钻塔适用,不能满足坑道内狭小的作业环境对设备的需求。
为此,本发明的设计者有鉴于上述缺陷,通过潜心研究和设计,综合长期多年从事相关产业的经验和成果,研究设计出一种用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置,以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置,其结构简单,装卸便利,降低钻杆振动,减少磨损,提高使用寿命和钻机精度。
为解决上述问题,本发明公开了
一种用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置,该高转速坑道钻机包含机架、动力头、钻杆、钻头和夹持器,所述动力头和夹持器分别设置于机架上的两侧,所述钻头设置于钻杆的前端,所述钻杆穿过动力头和夹持器,所述卡盘可抱紧钻杆,带动钻杆回转和推进,完成钻进工序,所述卡盘与夹持器配合可完成钻杆拧卸,其特征在于:
所述钻具扶正装置包括前扶正组件和后扶正组件,所述前扶正组件可拆卸的固定于机架上,其由前扶正套、套管、轴承和支座组成,所述支座的上端设有供套管套入的环形件,所述环形件与套管间安装有两个轴承,所述套管内设有前扶正套;
所述后扶正组件安装在所述动力头,其包含套设于钻杆的后扶正套。
其中:所述前扶正组件还包含一端盖,所述套管外表面设有固定两个轴承内圈的凸台,所述环形件的内壁一端设有固定其中一个轴承外圈的孔内凸台,另一端通过端盖封闭,所述端盖设有伸入环形件内壁以固定另一轴承外圈的突起。
其中:所述前扶正套通过套管内壁的一侧凸台和另一侧凹槽内安装的弹性挡圈固定于套管内。
其中:所述前扶正套和后扶正套用铜、尼龙或橡胶等制成。
其中:所述前扶正套和后扶正套的内孔端面设有倒角。
通过上述结构可知,本发明的用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置具有如下效果:
1、能应用于高转速坑道钻机及其它具有钻孔作业的施工机械上,具有钻孔施工时扶正钻具的功能,有效降低钻杆振动,减少夹持器对钻杆的磨损。
2、结构简单,装卸便利,适用广泛。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置的结构示意图。
图2显示了本发明前扶正组件的结构示意图。
图3显示了本发明后扶正组件的结构示意图。
图4显示了本发明动力头的结构示意图。
图5显示了本发明卡环的结构示意图。
图6显示了本发明起、下钻状态位置示意图。
附图标记:
1—后扶正组件、2—动力头、3—钻杆、4—机架、5—前扶正组件、6—螺栓、7—夹持器、8—钻头、9—端盖、10—螺钉、11—弹性挡圈、12—前扶正套、13—套管、14—轴承、15—支座、16—橡胶帽、17—螺钉、18—后盖、19—后扶正套、20—主轴、21—卡环、22—O型圈、23—马达、24—轴承、25—小齿轮、26—大齿轮、27—卡盘、28—后钻杆、29—孔内钻具
具体实施方式
参见图1至图6,显示了本发明的用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置,该高转速坑道钻机主要用于取心钻探,参见图1和图4,其包含机架4、动力头2、钻杆3、钻头8和夹持器7,所述动力头2和夹持器7分别设置于机架4上的两侧,所述钻头8设置于钻杆3的前端,所述钻杆3穿过动力头2和夹持器7,既通过动力头2上的卡盘27驱动旋转,以实现钻入,卡盘27与夹持器7配合实现钻杆的拧卸,所述动力头2的转速高、钻进角度多样,其中,所述动力头2可包含本体、马达23、齿轮传动组件、主轴20和卡盘27,所述本体可拆卸的固定于机架4,所述马达23连接于本体,可选的是,所述马达23可设置于本体外,也可设置于本体内,所述齿轮传动组件设置于本体内且可包含小齿轮25和大齿轮26,所述主轴20可旋转的穿设于本体,其前端设有可将钻杆3卡固并共同旋转的卡盘27,所述主轴20供钻杆3穿置,所述小齿轮25连接至马达23的输出轴,以将动力输出,所述大齿轮26啮合于小齿轮25且连接于所述主轴20,从而马达23的动力可驱动主轴20旋转,进而带动所述卡盘27以及钻杆3进行旋转钻入操作。
其中,所述主轴20的两端分别通过轴承24支承于本体内,所述轴承24可为相对的圆柱滚子轴承,以提高支承强度和精度。
由此,在图示实施例中,马达23经过一级齿轮传动,也可根据设计转速需求采用多级齿轮传动来驱动主轴20和卡盘27高速回转。正常钻进时,卡盘27夹紧钻杆3,在马达23的驱动下高速旋转,夹持器7张开,但夹持器7与钻杆3间隙较小,由于钻杆3转动过程中有振动,夹持器7会磨损钻杆3,容易导致钻杆3损坏。
由此,本发明的钻具扶正装置包括前扶正组件5和后扶正组件1,所述前扶正组件5可拆卸的固定于机架4上,参见图1和图2,其可由端盖9、弹性挡圈11、前扶正套12、套管13、轴承14和支座15组成,所述支座15可通过螺栓6与机架连接,所述支座15的上端设有供套管13套入的环形件,所述环形件与套管13间安装有两个轴承14,所述套管13外表面设有固定两个轴承14内圈的凸台,所述环形件的内壁一端设有固定其中一个轴承14外圈的孔内凸台,另一端通过端盖9封闭,所述端盖9可通过间隔设置于周缘的多个螺钉10固定于环形件,且端盖9设有伸入环形件内壁以固定另一轴承14外圈的突起,所述端盖9也设有供钻杆穿置的通孔,所述套管13内设有前扶正套12,所述前扶正套12通过套管13内壁的一侧凸台和另一侧凹槽内安装的弹性挡圈11来进行固定,从而通过前扶正套12和套管13可扶正钻杆3并随钻杆3一起转动。
所述后扶正组件1安装在所述动力头2的本体上,其可设置于主轴20的后端,参见图1和图3,所述后扶正组件1可由橡胶帽16、后盖18、后扶正套19、卡环21、O型圈22等组成,所述卡环21可通过加工后一分为二,从而方便的卡在主轴20端部的凹槽内(参见图5),所述卡环21的外侧可设有O型圈22,所述后盖18可通过多个螺钉17固定于卡环21,所述卡环21的端面设有多个螺纹孔,以供螺钉17穿固,所述后扶正套19插入主轴20内孔并通过后盖18压紧,从而后扶正组件1可扶正钻杆3并随主轴20和卡盘27一起转动。
其中,为提高扶正效果,所述前扶正套12和后扶正套19可选用铜、尼龙、橡胶等材料,保护钻杆3表面,更换不同尺寸的前扶正套12和后扶正套19可适用不同规格的钻杆3,有效提高适用范围。
在具体操作时,参见图6,所述钻杆3包含后钻杆28和孔内钻具29,下钻时卡盘27和后扶正组件1可固定后钻杆28,所述夹持器7和前扶正组件5固定孔内钻具29,后钻杆28和孔内钻具29均为两点支撑,保证处于同一轴线,便于卡盘27回转将后钻杆28与孔内钻具29连接,不会损伤钻杆丝扣。起钻时,每卸下一根钻杆,夹持器7和前扶正组件5固定孔内钻具29,使孔内钻具与卡盘27处于同一轴线,便于卡盘27快速穿过孔内钻具29。
由此,本发明保证钻杆3、动力头2、孔内钻具保持在同一条直线上,即可在正常钻进时减少钻杆3的振动及磨损,也可扶正钻杆3,使钻杆与卡盘27和夹持器7处于同一轴线上,便于钻杆进出卡盘27和夹持器7,提高起、下钻效率。
其中,所述前扶正套12和后扶正套19的内孔端面设有倒角,便于钻杆进入;材质选用铜、橡胶或者尼龙等材料,保护钻杆表面不被划伤;更换不同规格的前扶正套和后扶正套,可适用不同钻杆的钻进需求。
由此可见,本发明的优点在于:
1、能应用于高转速坑道钻机及其它具有钻孔作业的施工机械上,具有钻孔施工时扶正钻具的功能,有效降低钻杆振动,减少夹持器对钻杆的磨损。
2、结构简单,装卸便利,适用广泛。
显而易见的是,以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例,但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子,本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (4)

1.一种用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置,该高转速坑道钻机包含机架、动力头、钻杆、钻头和夹持器,所述动力头和夹持器分别设置于机架上的两侧,所述钻头设置于钻杆的前端,所述钻杆穿过动力头和夹持器,卡盘可抱紧钻杆,带动钻杆回转和推进,完成钻进工序,所述卡盘与夹持器配合可完成钻杆拧卸,其特征在于:
所述钻具扶正装置包括前扶正组件和后扶正组件,所述前扶正组件可拆卸的固定于机架上,其由前扶正套、套管、轴承和支座组成,所述支座的上端设有供套管套入的环形件,所述环形件与套管间安装有两个轴承,所述套管内设有前扶正套,所述前扶正组件还包含一端盖,所述套管外表面设有固定两个轴承内圈的凸台,所述环形件的内壁一端设有固定其中一个轴承外圈的孔内凸台,另一端通过端盖封闭,所述端盖设有伸入环形件内壁以固定另一轴承外圈的突起;
所述后扶正组件安装在所述动力头上,所述后扶正组件由橡胶帽、后盖、后扶正套、卡环、O型圈组成,所述卡环通过加工后一分为二,从而方便的卡在主轴端部的凹槽内,所述卡环的外侧设有O型圈,所述后盖通过多个螺钉固定于卡环,所述卡环的端面设有多个螺纹孔,以供螺钉穿固,所述后扶正套插入主轴内孔并通过后盖压紧,从而后扶正组件扶正钻杆并随主轴和卡盘一起转动。
2.如权利要求1所述的钻具扶正装置,其特征在于:所述前扶正套通过套管内壁的一侧凸台和另一侧凹槽内安装的弹性挡圈固定于套管内。
3.如权利要求1所述的钻具扶正装置,所述前扶正套和后扶正套用铜、尼龙或橡胶制成。
4.如权利要求1所述的钻具扶正装置,所述前扶正套和后扶正套的内孔端面设有倒角。
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