CN107842308A - 振动式动力头装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振动式动力头装置，包括振动组件和设置在其外部的外箱体，振动组件与外箱体之间设置导向机构，振动组件包括振动箱和齿轮箱，齿轮箱的前端通过输出接头连接钻具，后端可拆卸式连接振动箱。本发明在外箱体内设置振动箱和齿轮箱，通过振动箱和齿轮箱固定连接，振动箱直接驱动齿轮箱、主轴一起振动，从而带动钻具同时进行振动和旋转钻进，能有效降低振动时主轴受到的损伤，使振动的传递路线更加合理。而且振动箱和齿轮箱通过导向机构，保证了振动组件仅仅在轴向发生振动位移，而限制在其他方向上发生不合理的振动，使激振力的产生与传递稳定可靠，冲击方向保持一致，提高凿钻孔的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程的钻孔设备领域，尤其是一种振动式动力头装置。
背景技术
动力头是工程钻机中的重要部件之一，动力头为钻具的旋转运动提供扭矩，目前通常采用钻具加合金钻头的方式对土层进行钻进，但是实际使用过程中，若遇到岩石地层的施工，仅具有旋转运动的合金钻头的施工效率较低。现有技术提供了一种动力头装置，其采用的是振动箱通过两侧的双向减振弹簧安装在齿轮箱上部的连接板上，振动箱的底面通过螺栓连接振动锤，振动锤与齿轮箱中的主轴振动配合，直接驱动主轴发生振动。这种动力头装置通过与振动箱连接的振动锤直接驱动主轴振动，主轴会带动钻具接头及钻具一起发生振动，因此主轴所承受的负荷很大。由于齿轮之间是啮合连接，容易造成齿轮箱内齿轮之间的损伤，尤其是随着振动箱离心力的增大，主轴所受到的损伤也会大幅度增加，使装置的使用寿命降低甚至导致整个齿轮箱内部设备损坏。其次，振动箱与齿轮箱通过双向减振弹簧连接，振动箱振动时处于不稳定的晃动状态，使离心力的方向不断改变，形成的激振力方向不一致，导致主轴的振动不稳定，降低工作效率，也加速了相关部件的损伤。再者，这种动力头装置采用的偏心组件包括偏心块和齿轮，偏心块产生的离心力有限，导致振动箱的激振力较小，同时分体式结构导致零件较多，安装复杂，在高频震动的使用过程中容易松脱，引起故障或者安全事故。
发明内容
本申请人针对上述现有动力头装置存在的主轴损伤大、振动箱激振力不稳定、偏心组件零件多、离心力小等缺点，提供一种结构合理的振动式动力头装置，实现降低设备损伤，传递的振动稳定可靠，冲击方向保持一致，提高工作效率等效果。
本发明所采用的技术方案如下：
一种振动式动力头装置，包括振动组件和设置在其外部的外箱体，振动组件与外箱体之间设置导向机构，振动组件包括振动箱和齿轮箱，齿轮箱的前端通过输出接头连接钻具，后端可拆卸式连接振动箱。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述导向机构为滑槽与滑块结构。
所述滑块为振动组件外侧面固定的楔形块，所述滑槽为外箱体内侧面的导向板上开设的楔形槽；或者两者的设置基体互换。
所述导向机构为导柱导套结构。
所述导套为振动组件外侧凸耳上开设的导向孔，所述导柱为外箱体内侧面设置的导向轴；或者两者的设置基体互换。
振动箱左右外侧面固定有楔形块，外箱体左右内侧面固定有导向板，导向板相对开设有楔形槽；齿轮箱外侧设置有凸耳，凸耳上开设有导向孔，外箱体内侧面设置有导向轴。
振动组件与外箱体之间设置减震垫。
齿轮箱内设置主轴，主轴前端与输出接头连接，中心齿轮设置于主轴上，并与左齿轮、右齿轮啮合，齿轮箱外部设置有驱动左齿轮、右齿轮的液压马达。
振动箱内部设置有两个偏心齿轮，偏心齿轮由驱动马达驱动，偏心齿轮为圆形齿轮盘结构，在齿轮厚度方向上分为减重区域和增重区域，增重区域的厚度大于减重区域的厚度。
减重区域和增重区域在齿轮盘结构的盘面方向上均为半圆形，齿轮盘结构中心开有定位孔，定位孔为通孔，定位孔周边凸出在减重区域内的部分为增重区域的延伸部，减重区域在齿轮盘结构的上下盘面上开设有扇面形减重槽，减重槽内开设有若干个减重孔。
本发明的有益效果如下：
本发明在外箱体内设置振动箱和齿轮箱，通过振动箱和齿轮箱固定连接，振动箱直接驱动齿轮箱、主轴一起振动，从而带动钻具同时进行振动和旋转钻进，能有效降低振动时主轴受到的损伤，使振动的传递路线更加合理。而且振动箱和齿轮箱通过导向机构，保证了振动组件仅仅在轴向发生振动位移，而限制在其他方向上发生不合理的振动，使激振力的产生与传递稳定可靠，冲击方向保持一致，提高凿钻孔的工作效率。在振动箱和外箱体之间设置减震垫，能够吸收振动组件向外部的振动传导，有效减小振动对推进架及钻机机体的影响。
本发明的偏心齿轮采用一体化结构，不需要拆卸安装多个零件，节省了工序，同时由于增重区域的厚度大于减重区域的厚度，能产生一个垂直于齿轮盘盘面的分力，使偏心齿轮的震荡更加明显，提高激振力。本发明的一体化结构结构简单，可靠性好，避免在高速旋转与高频震动下紧固件发生松脱引起故障或安全事故。在减重区域进一步通过减重槽、减重孔减轻该区域重量，使偏心齿轮在高速旋转时能产生更大的离心力，提高偏心齿轮的激振效果。
附图说明
图1为本发明的剖视图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为偏心齿轮的立体图。
图4为图1的B-B剖视图。
图中：1、振动箱；2、齿轮箱；3、外箱体；4、主轴；5、轴承；6、中心齿轮；7、左齿轮；8、右齿轮；9、液压马达；10、输出接头；11、冲刷头；12、内管；13、外管；14、排渣孔；15、中心轴；16、偏心齿轮；17、增重区域；18、减重区域；19、驱动马达；20、减重孔；21、定位孔；22、延伸部；23、楔形块；24、导向板；25、凸耳；26、导向轴；27、支撑臂；28、第一台阶孔；29、第二台阶孔；30、冲刷孔；31、推进导轨；32、空气过滤器；33、减震垫。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。为了便于说明，在附图中指定以钻具的钻头朝向为前方，即图1中的向下方向为前方；指定以齿轮箱2内的主轴4方向为整个装置的轴向。
如图1所示，本发明的振动式动力头装置包括振动组件和设置在其外部的外箱体3，振动组件与外箱体3之间设置导向机构，振动组件包括振动箱1和齿轮箱2，齿轮箱2的前端通过输出接头10连接钻具，后端可拆卸式连接振动箱1。振动箱1与外箱体3左右内侧面之间通过减震垫33固定连接，每侧分布的减震垫33为上下两块。外箱体3顶面开口，下表面设有与推进架配合的推进导轨31。
如图2所示，振动箱1内部设置有两个偏心齿轮16，由主动轮驱动从动轮，主动轮由驱动马达19驱动，主动轮和从动轮与对应的中心轴15键合，主动轮和从动轮的中心轴15均通过各自的轴承5固定在振动箱1内。驱动马达19设置在主动轮一侧，驱动马达19的驱动轴与主动轮中心的中心轴15同轴连接。振动箱1与外箱体3之间设置的导向机构为滑槽与滑块结构，包括楔形块23和楔形槽。振动箱1左右外侧面固定有楔形块23，楔形块23为具有两个坡面的梯形体结构，楔形块23与减震垫33一前一后设置在振动箱1外侧面。外箱体3左右内侧面固定有导向板24，导向板24相对开设有具有两个坡面的楔形槽，楔形块23卡设在楔形槽内并沿轴向滑动。通过楔形块23和楔形槽的导向作用，使振动箱1产生的激振力稳定可靠，冲击方向保持一致。振动箱1上端端盖上设有空气过滤器32，连通振动箱1内部和外部的空气，并对外部空气进行过滤。为了减轻自重以及留出空间安装空气过滤器32，中心轴15采用轴心开有贯穿孔的空心轴结构，空气过滤器32设置在与贯穿孔对应的位置，能够充分利用空间，提高空间利用率。
如图3所示，偏心齿轮16为圆形齿轮盘结构，在外圆周上分布有轮齿，齿轮盘不同区域具有不同的厚度，在齿轮厚度方向上分为减重区域18和增重区域17，增重区域17在厚度方向上一面与减重区域18共面，另一面的厚度大于减重区域18，形成台阶面。减重区域18和增重区域17在齿轮盘结构的盘面方向上均为半圆形，齿轮盘结构中心开有定位孔21，定位孔21为通孔，定位孔21周边凸出在减重区域18内的部分为增重区域17的延伸部22。减重区域18和增重区域17的外圆周齿形相同、齿厚相等，增重区域17的厚度约为齿厚的-倍。减重区域18在齿轮盘结构的正反盘面上开设有扇面形减重槽。减重槽内开设有三个减重孔20。减重孔20为通孔，沿减重区域18的中线对称布置，保证减重区域18的重心始终位于中线上。
偏心齿轮16采用一体化成形偏心结构，不需要拆卸安装偏心质量块，节省了工序，同时由于增重区域17的厚度大于减重区域18的厚度，能产生一个垂直于齿轮盘盘面的分力，使偏心齿轮16的震荡更加明显，提高激振力。减重区域18在正反盘面上开设有扇面形减重槽，扇面形状的槽比通孔更加稳定，不易因局部受力过大而发生破裂，提高了偏心齿轮16的整体牢固性。减重槽内开设有减重孔20，进一步减少减重区域18的重量，提高偏心齿轮16的离心力。减重区域18和增重区域17的重心始终位于中线上，使垂直方向上的离心力更加稳定，相互叠加后提高激振力。
如图1和图4所示，齿轮箱2内设置有与中心齿轮6键合的主轴4，中心齿轮6分别与左齿轮7、右齿轮8啮合，中心齿轮6的分度圆直径大于左齿轮7和右齿轮8的分度圆直径。左齿轮7和右齿轮8的后轮面中心为凸出齿轮面的延伸轴，前轮面中心开有圆孔，主轴4、左齿轮7和右齿轮8的延伸轴均通过各自的轴承5固定在齿轮箱2内部。主轴4前端伸出齿轮箱2与输出接头10同轴连接，两个偏心齿轮16均布在输出接头10的中轴线的两侧，偏心齿轮16在振动时对齿轮箱2及输出接头10提供方向稳定的激振力。齿轮箱2的前端外部连接与左齿轮7、右齿轮8一一对应的液压马达9，液压马达9的驱动轴与对应的左齿轮7、右齿轮8中心的圆孔同轴连接。中心齿轮6的上下齿轮面沿圆周方向开设有环形凹槽。为了减轻齿轮箱2的重量从而传递更大的激振力，主轴4采用前端端面开孔的中空结构。齿轮箱2为外形近似菱形的箱体结构。齿轮箱2与外箱体3之间设置的导向机构为导柱导套结构，包括导向孔和导向轴26。齿轮箱2的左侧上方和右侧下方各设有一个凸耳25，凸耳25上开设有导向孔。外箱体3左右内侧面各通过两个支撑臂27垂直连接一个导向轴26，导向轴26与外箱体3左右侧面平行并贯穿导向孔，与导向孔形成滑动配合，并沿轴向滑动。通过导向轴26和导向孔的导向作用，使齿轮箱2的振动稳定可靠，冲击方向保持一致。
输出接头10为前端端面开孔的轴体结构，后端通过螺栓与主轴4连接，前端中央开设有中心孔，中心孔具有台阶面，包括第一台阶孔28和第二台阶孔29，第一台阶孔28的孔径小于第二台阶孔29的孔径，轴身上开有与第一台阶孔28连通的冲刷孔30。冲刷孔30外部对应设置有冲刷头11，冲刷头11通过连杆连接齿轮箱2。冲刷头11上下端通过密封圈卡在输出接头10上，内部为与冲刷孔30连通的空腔。为了便于示意，对图1中的钻具长度上进行了缩短。如图1所示，钻具包括中间间隔空腔的内管12和外管13，内管12的外螺纹与第二台阶孔29的内螺纹配合，且第一台阶孔28与内管12连通，外管13的内螺纹与输出接头10的外周配合，外管13的管体上开有排渣孔14，排渣孔14与内管12和外管13之间的空腔连通。在实际使用时，可以根据不同的地层特点使用单内管12钻进、单外管13钻进或内外双管同时钻进等不同方式。
本发明在使用时，打开振动箱1的驱动马达19，驱动马达19驱动主动轮旋转，主动轮带动从动轮一起发生振动。由于振动箱1和齿轮箱2采用固定连接方式，振动箱1将自身的激振力稳定的传导给齿轮箱2，使齿轮箱2及主轴4产生沿主轴4轴向的冲击振动。同时齿轮箱2上的液压马达9驱动左齿轮7、右齿轮8发生旋转，带动中心齿轮6上的主轴4进行旋转，与输出接头10连接的钻具跟着一起旋转。钻具对岩石土层进行旋转钻孔的同时在激振力作用对岩石土层形成振动冲击，在复合运动的作用下完成钻孔操作。本发明通过振动箱1直接驱动齿轮箱2、主轴4一起振动，从而带动钻具同时进行振动和旋转钻进，能有效降低主轴4受到的损伤，使振动的传递路线更加合理，而且振动箱1和齿轮箱2通过各自的导向机构，使提供的激振力稳定可靠，冲击方向保持一致，提高钻孔的工作效率。在振动箱1与外箱体3之间设置减震垫33，能够有效减小对推进架及钻机机体的振动影响。
需要说明的是本发明中的导向机构分别在振动箱1与外箱体3之间设置楔形块23和楔形槽、在齿轮箱2与外箱体3之间设置导向孔和导向轴26，上述结构仅为举例，当然也可以更换两者的设置基体，例如在振动箱1与外箱体3之间设置导向孔和导向轴26、在齿轮箱2与外箱体3之间设置楔形块23和楔形槽或者其他组合形式，只要导向机构设置在振动组件与外箱体3之间用于对振动组件的振动起到滑动导向作用，都属于本发明的保护范围之内。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。例如振动箱1与齿轮箱2之间的可拆卸式连接还可以设置有燕尾槽等插入式固定结构。
Claims (10)
1.一种振动式动力头装置，其特征在于：包括振动组件和设置在其外部的外箱体（3），振动组件与外箱体（3）之间设置导向机构，振动组件包括振动箱（1）和齿轮箱（2），齿轮箱（2）的前端通过输出接头（10）连接钻具，后端可拆卸式连接振动箱（1）。
2.按照权利要求1所述的振动式动力头装置，其特征在于：所述导向机构为滑槽与滑块结构。
3.按照权利要求2所述的振动式动力头装置，其特征在于：所述滑块为振动组件外侧面固定的楔形块（23），所述滑槽为外箱体（3）内侧面的导向板（24）上开设的楔形槽；或者两者的设置基体互换。
4.按照权利要求1所述的振动式动力头装置，其特征在于：所述导向机构为导柱导套结构。
5.按照权利要求4所述的振动式动力头装置，其特征在于：所述导套为振动组件外侧凸耳（25）上开设的导向孔，所述导柱为外箱体（3）内侧面设置的导向轴（26）；或者两者的设置基体互换。
6.按照权利要求1所述的振动式动力头装置，其特征在于：振动箱（1）左右外侧面固定有楔形块（23），外箱体（3）左右内侧面固定有导向板（24），导向板（24）相对开设有楔形槽；齿轮箱（2）外侧设置有凸耳（25），凸耳（25）上开设有导向孔，外箱体（3）内侧面设置有导向轴（26）。
7.按照权利要求1所述的振动式动力头装置，其特征在于：振动组件与外箱体（3）之间设置减震垫（33）。
8.按照权利要求1所述的振动式动力头装置，其特征在于：齿轮箱（2）内设置主轴（4），主轴（4）前端与输出接头（10）连接，中心齿轮（6）设置于主轴（4）上，并与左齿轮（7）、右齿轮（8）啮合，齿轮箱（2）外部设置有驱动左齿轮（7）、右齿轮（8）的液压马达（9）。
9.按照权利要求1所述的振动式动力头装置，其特征在于：振动箱（1）内部设置有两个偏心齿轮（16），偏心齿轮（16）由驱动马达（19）驱动，偏心齿轮（16）为圆形齿轮盘结构，在齿轮厚度方向上分为减重区域（18）和增重区域（17），增重区域（17）的厚度大于减重区域（18）的厚度。
10.按照权利要求9所述的振动式动力头装置，其特征在于：减重区域（18）和增重区域（17）在齿轮盘结构的盘面方向上均为半圆形，齿轮盘结构中心开有定位孔（21），定位孔（21）为通孔，定位孔（21）周边凸出在减重区域（18）内的部分为增重区域（17）的延伸部（22），减重区域（18）在齿轮盘结构的上下盘面上开设有扇面形减重槽，减重槽内开设有若干个减重孔（20）。
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