CN107965287A - 一种钻具打捞矛头夹持装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻具打捞矛头夹持装置，其包括转轴(1)和棘轮驱动机构(2)、凸轮滚珠机构(3)，所述棘轮驱动机构(2)、凸轮滚珠机构(3)分别套设于转轴(1)上，所述转轴(1)内部设有容纳钻具打捞矛头的盲孔(11)，钻具打捞矛头(4)置于盲孔(11)内，所述棘轮驱动机构(2)驱动凸轮滚珠机构(3)锁紧或松开钻具打捞矛头(4)。本发明还提供了一种钻具打捞矛头夹持方法。本发明结构简单、成本低、水下作业方便，夹紧、松开操作方便、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程机械技术领域，特别涉及一种用于海底着床式岩芯取样钻机绳索取芯钻具的钻具打捞矛头夹持装置及方法。
背景技术
目前海底着床式岩芯取样钻机是海洋地质勘探的重要设备。随着勘探的水深、地层深度和作业点不断增加，采用绳索取芯打捞器回收芯管是提高钻机勘探效率的极好方式。为了有效解决打捞器被钻杆卡住、打捞器一次性夹持不到位、打捞器夹不紧等现象，特提出本发明以解决现有技术的不足之处。
发明内容
针对上述现有技术，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、水下作业方便，夹紧、松开操作方便、可靠的钻具打捞矛头夹持装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钻具打捞矛头夹持装置，其包括转轴和棘轮驱动机构、凸轮滚珠机构，所述棘轮驱动机构、凸轮滚珠机构分别套设于转轴上，所述转轴内部设有容纳钻具打捞矛头的盲孔，钻具打捞矛头置于盲孔内，所述棘轮驱动机构驱动凸轮滚珠机构锁紧或松开钻具打捞矛头。
本发明的进一步改进为，所述转轴下部设有底台，所述转轴靠近底台处设有用于容纳滚珠的锥形通孔，所述锥形通孔与盲孔连通;所述凸轮滚珠机构包括滚珠、滚珠轴套、弹性元件、销轴，所述滚珠轴套孔内设有比内孔尺寸大的内圈孔，所述滚珠轴套侧壁设有导向槽，所述内圈孔与滚珠轴套的内孔采用曲面或锥面连接，所述滚珠轴套上部设有凸轮，所述滚珠置于锥形通孔内，所述滚珠轴套松动套设于转轴外，所述弹性元件套设于滚珠轴套外并弹性抵压于凸轮底部与底台之间，所述销轴固定安装于转轴上且与导向槽轴向滑动连接;所述滚珠轴套向下运动，所述滚珠轴套的内孔与内圈孔的连接曲面或锥面迫使滚珠小部分突出锥形通孔从而卡住钻具打捞矛头;反之则松开钻具打捞矛头。
本发明的进一步改进为，所述转轴上部设有导向部，所述棘轮驱动机构包括驱动套、从动套、驱动轮、从动轮，所述驱动套内部设有导向孔，所述驱动套下部设有驱动销，所述从动套下部设有斜槽，所述驱动轮底部设有许多细锯齿，所述从动轮顶部也设有许多细锯齿，所述从动轮底部设有两个对称设计的凸齿;所述从动轮松动套设于转轴外且两个对称的凸齿置于凸轮上，所述从动套松动套设于从动轮和凸轮外，所述驱动轮松动套设于转轴外并与从动套固定连接为一体结构，所述驱动套松动套设于从动套外，所述驱动销与斜槽驱动配合，所述导向部与导向孔轴向导向配合，所述驱动轮底部的细锯齿与从动轮顶部的细锯齿可咬合;所述驱动套向下运动时，所述驱动销作用在斜槽的力可分解为向下轴向力和旋转周向力，向下轴向力使得驱动轮和从动轮紧密啮合成为一体，同时旋转周向力使得驱动轮和从动轮一同旋转，使从动轮两个对称的凸齿在凸轮面上周向滑动，从而使滚珠轴套沿转轴向下运动，反之则滚珠轴套沿转轴向上运动。
本发明的进一步改进为，所述弹性元件为弹簧。
本发明的进一步改进为，所述滚珠与锥形通孔的数量相同都为2至12个。
本发明的进一步改进为，所述滚珠与锥形通孔的数量都为6个。
本发明还提供了一种钻具打捞矛头夹持方法，其包括以下步骤：
A.准备：将钻具打捞矛头置于转轴的盲孔内；
B.工作时夹紧：棘轮驱动机构工作驱动凸轮滚珠机构锁紧钻具打捞矛头；
C.工作完成后松开：棘轮驱动机构再工作驱动凸轮滚珠机构松开钻具打捞矛头。
本发明的进一步改进为，所述步骤B：
驱动套向下运动，驱动销作用在斜槽的力可分解为向下轴向力和旋转周向力，向下轴向力使得驱动轮和从动轮紧密啮合成为一体，同时旋转周向力驱使驱动轮和从动轮一同旋转，驱使从动轮的两个对称的凸齿在凸轮面上周向滑动，从而使滚珠轴套沿转轴向下运动，滚珠轴套的内孔与内圈孔的连接曲面或锥面迫使滚珠小部分突出锥形通孔卡住钻具打捞矛头。
本发明的进一步改进为，所述步骤C：
驱动套向上运动，驱动销作用在斜槽的力可分解为向上轴向力和旋转周向反力，向上轴向力使得驱动轮和从动轮松开，周向反力对从动轮不起作用，从而滚珠轴套在弹簧弹力的作用下沿转轴向上运动，滚珠轴套的内孔与内圈孔的连接曲面或锥面远离滚珠，则滚珠在重力的作用下沿锥形通孔向下向外运动远离松开钻具打捞矛头。
与现有技术相比，本发明采用棘轮驱动机构驱动凸轮滚珠机构锁紧或松开钻具打捞矛头。本发明还提供了一种钻具打捞矛头夹持方法，其包括以下步骤：A.准备：将钻具打捞矛头置于盲孔内；B.工作时夹紧：棘轮驱动机构工作驱动凸轮滚珠机构锁紧钻具打捞矛头；C.工作完成后松开：棘轮驱动机构再工作驱动凸轮滚珠机构松开钻具打捞矛头。本发明结构简单、成本低、水下作业方便，夹紧、松开操作方便、可靠。
附图说明
图1是本发明的立体示意图;
图2是图1的立体展开示意图;
图3、图4是本发明的驱动套两个不同视角立体示意图;
图5、图6是本发明的从动套、驱动轮两个不同视角立体示意图;
图7、图8是本发明的从动轮两个不同视角立体示意图;
图9、图10是本发明的滚珠轴套两个不同视角立体示意图;
图11、图12是本发明的转轴两个不同视角立体示意图。
图中各部件名称如下：
1—转轴;
11—盲孔;
12—底台;
13—锥形通孔
14—导向部;
2—棘轮驱动机构;
21—驱动套;
211—导向孔;
212—驱动销;
22—从动套;
221—斜槽;
23—驱动轮;
231—细锯齿;
24—从动轮;
241—凸齿;
3—凸轮滚珠机构;
31—滚珠;
32—滚珠轴套;
321—内圈孔;
322—导向槽;
323—凸轮;
33—弹性元件;
34—销轴;
4—钻具打捞矛头。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图12所示，一种钻具打捞矛头夹持装置，其包括转轴1和棘轮驱动机构2、凸轮滚珠机构3，所述棘轮驱动机构2、凸轮滚珠机构3分别套设于转轴1上，所述转轴1内部设有容纳钻具打捞矛头的盲孔11，钻具打捞矛头4置于盲孔11内，所述棘轮驱动机构2驱动凸轮滚珠机构3锁紧或松开钻具打捞矛头4。
具体地，如图1至图12所示，所述转轴1下部设有底台12，所述转轴1靠近底台12处设有用于容纳滚珠的锥形通孔13，所述锥形通孔13的顶锥处的孔径小于滚珠的直径，这样滚珠不至于掉入盲孔11内，所述锥形通孔13的顶锥孔与盲孔11连通;所述凸轮滚珠机构3包括滚珠31、滚珠轴套32、弹性元件33、销轴34，所述滚珠轴套32孔内设有比内孔尺寸大的内圈孔321，所述滚珠轴套32侧壁设有导向槽322，所述内圈孔321与滚珠轴套32的内孔采用曲面或锥面连接，所述滚珠轴套32上部设有凸轮323，所述滚珠31放置于锥形通孔13内，所述滚珠轴套32松动套设于转轴1外，所述弹性元件33松动套设于滚珠轴套32外并弹性抵压于凸轮323底部与底台12之间，所述销轴34固定安装于转轴1上且与导向槽322轴向滑动连接，所述销轴34和导向槽322限定滚珠轴套32只能沿转轴1上下轴向滑动;所述滚珠轴套32向下运动，所述滚珠轴套32的内孔与内圈孔321的连接曲面或锥面迫使滚珠31小部分突出锥形通孔13从而卡住钻具打捞矛头4;反之滚珠轴套32向上运动，滚珠轴套32的内孔与内圈孔321的连接曲面或锥面远离滚珠31，则滚珠31在重力的作用下沿锥形通孔13向下向外运动远离开钻具打捞矛头4，从而松开钻具打捞矛头4。所述弹性元件33为弹簧。所述滚珠31和锥形通孔13的数量相同都为2至12个。本发明的滚珠31和锥形通孔13的数量都为6个。
具体地，如图1至图12所示，所述转轴1上部设有导向部14，所述棘轮驱动机构2包括驱动套21、从动套22、驱动轮23、从动轮24，所述驱动套21内部设有导向孔211，所述驱动套21下部设有驱动销212，所述从动套22下部设有斜槽221，所述斜槽221与从动套22外壁形成一定角度，所述驱动轮23底部设有许多细锯齿231，所述从动轮24顶部也设有许多细锯齿231，所述从动轮24底部设有两个对称设计的凸齿241,所述凸齿241与凸轮323周面接触;所述从动轮24松动套设于转轴1外且两个对称的凸齿241置于凸轮323上，所述从动套22松动套设于从动轮24和凸轮323外，所述驱动轮23松动套设于转轴1外并与从动套22固定连接为一体结构，所述驱动套21松动套设于从动套22外，所述驱动销212与斜槽221驱动配合，所述导向部14与导向孔211轴向导向配合，所述驱动轮23底部的细锯齿231与从动轮24顶部的细锯齿231可咬合;所述驱动套21向下运动时，所述驱动销212作用在斜槽221的力可分解为向下轴向力和旋转周向力，向下轴向力使得驱动轮23和从动轮24紧密啮合成为一体，同时旋转周向力驱使驱动轮23和从动轮24一同旋转，驱使从动轮24的两个对称的凸齿241在凸轮323面上周向滑动，从而使滚珠轴套32沿转轴1向下运动;反之驱动套21向上运动时，所述驱动销212作用在斜槽221的力可分解为向上轴向力和旋转周向反力，向上轴向力使得驱动轮23和从动轮24松开，周向反力对从动轮24不起作用，从而滚珠轴套32在弹簧弹力的作用下沿转轴1向上运动。驱动套21、从动套22、驱动轮23底部的细锯齿231和从动轮24顶部的细锯齿231组成了一种棘轮机构。凸轮323、从动轮24的两个对称的凸齿241、弹性元件33组成了一种凸轮机构。由于滚珠轴套32的内孔尺寸比内圈孔321的尺寸小，这样可产生滚珠31径向松紧，相对于滚珠31的安装位置，当滚珠31滑动到滚珠轴套32的孔径小的位置时，滚珠轴套32孔内壁将滚珠31压入滚珠轴套32的锥形通孔13内，因滚珠31突出转轴1的内孔，使得转轴1的内径变小，这样卡住钻具打捞矛头4，使其不能退出；当滚珠31滑动到滚珠轴套32的孔径大的位置时，滚珠31可退出锥形通孔13一定尺寸，即不影响转轴1内孔的直径，这样钻具打捞矛头4可以自由伸入与退出。驱动套21头部还设有拉环，因驱动套21采用钢丝绳牵引，当钻具打捞矛头4固定不动时，滚珠轴套32的动力最终来源于驱动套21的自重。
本发明的一种钻具打捞矛头夹持装置工作原理：所述驱动套21向下运动时，所述驱动销212作用在斜槽221的力可分解为向下轴向力和旋转周向力，向下轴向力使得驱动轮23和从动轮24紧密啮合成为一体，同时旋转周向力驱使驱动轮23和从动轮24一同旋转，驱使从动轮24的两个对称的凸齿241在凸轮323面上周向滑动，从而使滚珠轴套32沿转轴1向下运动，所述滚珠轴套32的内孔与内圈孔321的连接曲面或锥面迫使滚珠31小部分突出锥形通孔13从而卡住钻具打捞矛头4;反之驱动套21向上运动时，所述驱动销212作用在斜槽221的力可分解为向上轴向力和旋转周向反力，向上轴向力使得驱动轮23和从动轮24松开，周向反力对从动轮24不起作用，从而滚珠轴套32在弹簧弹力的作用下沿转轴1向上运动，滚珠轴套32的内孔与内圈孔321的连接曲面或锥面远离滚珠31，则滚珠31在重力的作用下沿锥形通孔13向下向外运动远离开钻具打捞矛头4，从而松开钻具打捞矛头4。
本发明还提供了一种钻具打捞矛头夹持方法，其包括以下步骤：
A.准备：将钻具打捞矛头4置于转轴1的盲孔11内；
B.工作时夹紧：棘轮驱动机构2工作驱动凸轮滚珠机构3锁紧钻具打捞矛头4；
C.工作完成后松开：棘轮驱动机构2再工作驱动凸轮滚珠机构3松开钻具打捞矛头4。
具体地，所述步骤B：驱动套21向下运动，驱动销212作用在斜槽221的力可分解为向下轴向力和旋转周向力，向下轴向力使得驱动轮23和从动轮24紧密啮合成为一体，同时旋转周向力驱使驱动轮23和从动轮24一同旋转，驱使从动轮24的两个对称的凸齿241在凸轮323面上周向滑动，从而使滚珠轴套32沿转轴1向下运动，滚珠轴套32的内孔与内圈孔321的连接曲面或锥面迫使滚珠31小部分突出锥形通孔13卡住钻具打捞矛头4。
具体地，所述步骤C：驱动套21向上运动，驱动销212作用在斜槽221的力可分解为向上轴向力和旋转周向反力，向上轴向力使得驱动轮23和从动轮24松开，周向反力对从动轮24不起作用，从而滚珠轴套32在弹簧弹力的作用下沿转轴1向上运动，滚珠轴套32的内孔与内圈孔321的连接曲面或锥面远离滚珠31，则滚珠31在重力的作用下沿锥形通孔13向下向外运动远离松开钻具打捞矛头4。
本发明的优点在于，本发明采用棘轮驱动机构3驱动凸轮滚珠机构2锁紧或松开钻具打捞矛头4。本发明还提供了一种钻具打捞矛头夹持方法，其包括以下步骤：A.准备：将钻具打捞矛头4置于盲孔11内；B.工作时夹紧：棘轮驱动机构2工作驱动凸轮滚珠机构3锁紧钻具打捞矛头4；C.工作完成后松开：棘轮驱动机构2再工作驱动凸轮滚珠机构3松开钻具打捞矛头4。本发明结构简单、成本低、水下作业方便，夹紧、松开操作方便、可靠。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种钻具打捞矛头夹持装置，其特征在于：包括转轴(1)和棘轮驱动机构(2)、凸轮滚珠机构(3)，所述棘轮驱动机构(2)、凸轮滚珠机构(3)分别套设于转轴(1)上，所述转轴(1)内部设有容纳钻具打捞矛头的盲孔(11)，钻具打捞矛头(4)置于盲孔(11)内，所述棘轮驱动机构(2)驱动凸轮滚珠机构(3)锁紧或松开钻具打捞矛头(4)。
2.根据权利要求1所述的钻具打捞矛头夹持装置，其特征在于：所述转轴(1)下部设有底台(12)，所述转轴(1)靠近底台(12)处设有用于容纳滚珠的锥形通孔(13)，所述锥形通孔(13)与盲孔(11)连通;所述凸轮滚珠机构(3)包括滚珠(31)、滚珠轴套(32)、弹性元件(33)、销轴(34)，所述滚珠轴套(32)孔内设有比内孔尺寸大的内圈孔(321)，所述滚珠轴套(32)侧壁设有导向槽(322)，所述内圈孔(321)与滚珠轴套(32)的内孔采用曲面或锥面连接，所述滚珠轴套(32)上部设有凸轮(323)，所述滚珠(31)置于锥形通孔(13)内，所述滚珠轴套(32)松动套设于转轴(1)外，所述弹性元件(33)套设于滚珠轴套(32)外并弹性抵压于凸轮(323)底部与底台(12)之间，所述销轴(34)固定安装于转轴(1)上且与导向槽(322)轴向滑动连接;所述滚珠轴套(32)向下运动，所述滚珠轴套(32)的内孔与内圈孔(321)的连接曲面或锥面迫使滚珠(31)小部分突出锥形通孔(13)从而卡住钻具打捞矛头(4);反之则松开钻具打捞矛头(4)。
3.根据权利要求2所述的钻具打捞矛头夹持装置，其特征在于：所述转轴(1)上部设有导向部(14)，所述棘轮驱动机构(2)包括驱动套(21)、从动套(22)、驱动轮(23)、从动轮(24)，所述驱动套(21)内部设有导向孔(211)，所述驱动套(21)下部设有驱动销(212)，所述从动套(22)下部设有斜槽(221)，所述驱动轮(23)底部设有许多细锯齿(231)，所述从动轮(24)顶部也设有许多细锯齿(231)，所述从动轮(24)底部设有两个对称设计的凸齿(241);所述从动轮(24)松动套设于转轴(1)外且两个对称的凸齿(241)置于凸轮(323)上，所述从动套(22)松动套设于从动轮(24)和凸轮(323)外，所述驱动轮(23)松动套设于转轴(1)外并与从动套(22)固定连接为一体结构，所述驱动套(21)松动套设于从动套(22)外，所述驱动销(212)与斜槽(221)驱动配合，所述导向部(14)与导向孔(211)轴向导向配合，所述驱动轮(23)底部的细锯齿(231)与从动轮(24)顶部的细锯齿(231)可咬合;所述驱动套(21)向下运动时，所述驱动销(212)作用在斜槽(221)的力可分解为向下轴向力和旋转周向力，向下轴向力使得驱动轮(23)和从动轮(24)紧密啮合成为一体，同时旋转周向力使得驱动轮(23)和从动轮(24)一同旋转，使从动轮(24)两个对称的凸齿(241)在凸轮(323)面上周向滑动，从而使滚珠轴套(32)沿转轴(1)向下运动，反之则滚珠轴套(32)沿转轴(1)向上运动。
4.根据权利要求2所述的钻具打捞矛头夹持装置，其特征在于：所述弹性元件(33)为弹簧。
5.根据权利要求2所述的钻具打捞矛头夹持装置，其特征在于：所述滚珠(31)和锥形通孔(13)的数量相同都为2至12个。
6.根据权利要求5所述的钻具打捞矛头夹持装置，其特征在于：所述滚珠(31)和锥形通孔(13)的数量都为6个。
7.一种钻具打捞矛头夹持方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.准备：将钻具打捞矛头(4)置于转轴(1)的盲孔(11)内；
B.工作时夹紧：棘轮驱动机构(2)工作驱动凸轮滚珠机构(3)锁紧钻具打捞矛头(4)；
C.工作完成后松开：棘轮驱动机构(2)再工作驱动凸轮滚珠机构(3)松开钻具打捞矛头(4)。
8.根据权利要求7所述的一种钻具打捞矛头夹持方法，其特征在于，所述步骤B：
驱动套(21)向下运动，驱动销(212)作用在斜槽(221)的力可分解为向下轴向力和旋转周向力，向下轴向力使得驱动轮(23)和从动轮(24)紧密啮合成为一体，同时旋转周向力驱使驱动轮(23)和从动轮(24)一同旋转，驱使从动轮(24)的两个对称的凸齿(241)在凸轮(323)面上周向滑动，从而使滚珠轴套(32)沿转轴(1)向下运动，滚珠轴套(32)的内孔与内圈孔(321)的连接曲面或锥面迫使滚珠(31)小部分突出锥形通孔(13)卡住钻具打捞矛头(4)。
9.根据权利要求7所述的一种钻具打捞矛头夹持方法，其特征在于，所述步骤C：
驱动套(21)向上运动，驱动销(212)作用在斜槽(221)的力可分解为向上轴向力和旋转周向反力，向上轴向力使得驱动轮(23)和从动轮(24)松开，周向反力对从动轮(24)不起作用，从而滚珠轴套(32)在弹簧弹力的作用下沿转轴(1)向上运动，滚珠轴套(32)的内孔与内圈孔(321)的连接曲面或锥面远离滚珠(31)，则滚珠(31)在重力的作用下沿锥形通孔(13)向下向外运动远离松开钻具打捞矛头(4)。
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