CN108625768B - 全液压岩心钻机顶驱式钻进装置 - Google Patents
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Abstract
一种全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，包括桅杆主体，在桅杆主体上设有导轨，在导轨上安装有滑动桅杆，在滑动桅杆上设有滑轨，在滑轨上安装有传动钻进箱。本发明采用了液压油缸和马达减速机相互配合的双作用给进和快速升降机构，通过设置给进用油缸实现了短行程钻进时稳定可靠，通过设置快速升降马达减速机实现了起下钻具时高效长行程作业；采用了顶驱式结构，去掉了液压卡盘、主动钻杆、水龙头、提引器、滑车、鹅头、主卷扬机构和动力头横向平移或翻转机构，优化了产品结构，降低了制造成本；采用了的拧卸扣用马达减速机和拧卸扣用缓冲机构，实现了动力头带拧卸扣功能，频繁拧卸钻杆而不伤扣。
Description
技术领域
本发明涉及一种地质勘探设备，特别是一种全液压岩心钻机顶驱式钻进装置。
背景技术
全液压岩心钻机主要由动力头、滑座、桅杆下段、桅杆上段、滑车、鹅头、主副卷扬机、动力系统、底盘、平台、操作系统、泥浆泵等部件组成。全液压岩心钻机大体上均采用全液压驱动，动力头回转采用变量泵+变量马达驱动的闭式回路系统，机械二档变速、液压无级调速；动力头上端配有液压卡盘，通过液压控制夹持主动钻杆实现钻进和起拔功能；动力头设置横向平移或翻转机构，保证起下钻具时让开孔口中心，不妨碍主卷扬钢丝绳通过鹅头、滑车升降孔底钻具；动力头提升与给进采用油缸链条倍速机构或油缸直推机构，起下钻具和正常钻进。但是，现有全液压岩心钻机给进方式采用油缸直推或链条倍速结构，其结构复杂、重量大、造价高；提下钻时需要主卷扬、鹅头、钢丝绳、提引器等结构及工具同时配合使用，需多人同时配合作业，伴有高空作业，劳动强度大，动力头要配有平移或翻转结构，结构复杂，造价高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种既保证钻进时稳定可靠，又保证升降钻具时高效节能降成本的全液压岩心钻机顶驱式钻进装置。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，一种全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，其特点是：包括桅杆主体，在桅杆主体上沿桅杆主体长度方向设有两条平行设置的导轨，在导轨上安装有滑动桅杆，在滑动桅杆上设有驱动滑动桅杆沿导轨移动的滑动桅杆驱动装置，在滑动桅杆上设有与导轨平行设置的滑轨，在滑轨上安装有钻进用的传动钻进箱，在传动钻进箱与滑动桅杆之间设有传动钻进箱驱动装置；所述传动钻进箱包括箱体，在箱体内安装有动力输入总成、中间传动总成和动力输出总成，所述动力输出总成包括与导轨平行设置的输出轴，在输出轴的头端安装有钻进用的心轴，在心轴与输出轴之间设有自动调节钻杆装卸避免钻杆损伤的拧卸扣缓冲装置，拧卸扣缓冲装置包括与输出轴固定相接的缓冲套和与心轴固定相接的打钻接头，在打钻接头与缓冲套之间设有可沿钻机钻进方向前后滑动的缓冲轴，缓冲轴与打钻接头固定相接，在缓冲套的端部内壁处固定有调节锥套，调节锥套内腔设置为缓冲轴通过通道，在缓冲套内的缓冲轴端部设有与调节锥套配合防止缓冲轴滑落的限位台，在限位台与调节锥套之间设有套装在缓冲轴上的缓冲弹簧Ⅰ，在调节锥套与打钻接头之间设有套装在缓冲轴上的缓冲弹簧Ⅱ；在输出轴的尾端安装有钻杆拧卸扣装置，钻杆拧卸扣装置包括设在箱体内的传扭体和设置在箱体外驱动传扭体沿钻机钻进方向前后滑动的传扭体移动控制装置，所述传扭体设有与输出轴花键配合的传扭杆和与传扭体移动控制装置配合的滑动套。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述滑动桅杆驱动装置包括对称设置在滑动桅杆左右两侧的滑动桅杆升降马达减速机，在桅杆主体的左右两侧分别设有与滑动桅杆升降马达减速机齿轮配合的齿条体。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述传动钻进箱驱动装置为钻进用油缸，钻进用油缸的缸体与滑动桅杆固定相接，钻进用油缸的活塞杆端部通过铰接座与传动钻进箱铰接。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述动力输入总成包括与导轨平行设置的动力输入轴和安装在动力输入轴上的滑移双联齿轮；所述中间传动总成包括与动力输入轴平行的中间轴和安装在中间轴上的中间轴传动输出齿轮、低速传动齿轮和高速传动齿轮，所述滑移双联齿轮上设有与低速传动齿轮啮合的小齿圈和与高速传动齿轮啮合的大齿圈。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在输出轴上安装有与中间轴传动输出齿轮常啮合的输出轴齿轮。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在传动钻进箱的箱体上设有驱动动力输入轴工作的液压马达。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在心轴上安装有与心轴配合的水接头。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述传扭体移动控制装置为传扭移动控制油缸，传扭移动控制油缸的缸体与传动钻进箱的箱体固定相接，在传扭移动控制油缸的活塞杆上固定有驱动传扭体滑动套滑动的拨杆，在传动钻进箱的箱体上设有方便拨杆移动的拨杆槽，在传扭体滑动套的外壁上通过轴承套装有拨杆套环，在拨杆套环上设有与拨杆配合的定位槽。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在传动钻进箱的箱体上设有驱动传扭体传扭的传扭驱动装置。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述传扭驱动装置为钻杆拧卸扣马达减速机，在传扭体的滑动套端部设有与钻杆拧卸扣马达减速机输出轴配合的传扭槽。
与现有技术相比，本发明采用了液压油缸和马达减速机相互配合的双作用给进和快速升降机构，通过设置给进用油缸实现了短行程钻进时稳定可靠，通过设置快速升降马达减速机实现了起下钻具时高效长行程作业；采用了顶驱式结构，去掉了液压卡盘、主动钻杆、水龙头、提引器、滑车、鹅头、主卷扬机构和动力头横向平移或翻转机构，优化了产品结构，降低了制造成本；采用了的拧卸扣用马达减速机和拧卸扣用缓冲机构，实现了动力头带拧卸扣功能，频繁拧卸钻杆而不伤扣。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的右视结构示意图；
图3为传扭体的结构示意图。
具体实施方式
一种全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，包括桅杆主体1，在桅杆主体1上沿桅杆主体长度方向设有两条平行设置的导轨，在导轨上安装有滑动桅杆2，在滑动桅杆2上设有驱动滑动桅杆沿导轨移动的滑动桅杆驱动装置25，在滑动桅杆2上设有与导轨平行设置的滑轨，在滑轨上安装有钻进用的传动钻进箱，在传动钻进箱与滑动桅杆之间设有传动钻进箱驱动装置22；所述传动钻进箱包括箱体，在箱体内安装有动力输入总成、中间传动总成和动力输出总成，所述动力输出总成包括与导轨平行设置的输出轴5，在输出轴5的头端安装有钻进用的心轴20，在心轴20与输出轴5之间设有自动调节钻杆装卸避免钻杆损伤的拧卸扣缓冲装置，拧卸扣缓冲装置包括与输出轴固定相接的缓冲套16和与心轴20固定相接的打钻接头19，在打钻接头与缓冲套之间设有可沿钻机钻进方向前后滑动的缓冲轴14，缓冲轴与打钻接头固定相接，在缓冲套的端部内壁处固定有调节锥套17，调节锥套17内腔设置为缓冲轴通过通道，在缓冲套内的缓冲轴端部设有与调节锥套配合防止缓冲轴滑落的限位台，在限位台与调节锥套之间设有套装在缓冲轴上的缓冲弹簧Ⅰ15，在调节锥套与打钻接头之间设有套装在缓冲轴上的缓冲弹簧Ⅱ18；在输出轴的尾端安装有钻杆拧卸扣装置，钻杆拧卸扣装置包括设在箱体内的传扭体23和设置在箱体外驱动传扭体沿钻机钻进方向前后滑动的传扭体移动控制装置24，所述传扭体设有与输出轴花键配合的传扭杆26和与传扭体移动控制装置配合的滑动套30。所述传扭杆也可设置为六方传扭杆，将输出轴的内壁设置为与六方传扭杆配合传扭的内六壁。本发明采用了顶驱式结构，取掉了液压卡盘、主动钻杆、水龙头、提引器、滑车、鹅头、主卷扬机构和动力头横向平移或翻转机构，优化了产品结构，降低了制造成本；
所述桅杆主体为组焊件，由螺栓将V型导轨块固定在相应的定位块上，并可左右通过顶丝调节横向间隙，保证滑动桅杆上的V型导向体能在V型导轨内自由移动；齿条对称焊接在主平板上，保证快速升降马达减速机的下端齿轮能与齿条进行啮合传动，带动动桅杆在主桅杆上自由移动。所述滑动桅杆属于组焊件，滑动桅杆上端设有供箱体下端V型导向体在滑动桅杆上自由滑动的V型滑轨，由螺栓将V型限位块固定在相应的定位块上，并可左右通过顶丝调节横向间隙，滑动桅杆下端设有V型导向体，保证滑动桅杆在桅杆主体上的V型滑道内自由移动。所述箱体上还设有调节钻进速度的拨叉组件11；所述拧卸扣马达减速机外壳通过端盖与箱体定位连接，伸出端采用相互配合的渐开线花键与输出轴配合连接，做为拧卸扣动力马达，液压马达作为动力输入端经过变速齿轮传动供给输出轴的旋转的动力，做为动力头回转的动力源；拨叉组件控制滑移双联齿轮的配对啮合，实现动力头回转高低速的手动控制在箱体；所述箱体上还设有润滑泵，润滑泵随着液压马达的转动，通过分油路口对箱体内的各个齿轮进行冷却和润滑。所述缓冲轴为六方缓冲轴，在其左端设有定位台，定位台外圆与缓冲套内孔设有相互自由滑动配合的内外导向圆柱面，六方缓冲轴中段设有一定长度与调节锥套内孔相互滑动配合的六方面，起到传递扭矩和相互滑动的作用，调节锥套两端设有左右两端弹簧压缩状态能容纳长度的内止口。
当缓冲弹簧Ⅰ处于压缩状态，六方缓冲轴的定位台右端与调节锥套的左外端面接触，此时是缓冲装置提升孔底钻具的状态，拧卸钻杆时，输出轴轴向不动，动力头前段丝扣接触到钻杆丝扣一小段长度，拧卸扣马达减速机工作，六方缓冲轴一方面传递拧卸扣扭矩，另一方面在轴向顺应丝扣长度使动力头前段慢慢旋入钻杆丝扣，直至达到设定的预紧扭矩，完成拧扣作业，可直接进行正常钻进作业；缓冲弹簧Ⅰ的承载能力很小，动力头升降孔底钻具作业时，六方缓冲轴定位台右端与调节锥套左端面始终保持接触，缓冲弹簧Ⅰ始终保持在调节锥套左端的内止口内，只有拧卸扣时才会起作用。
所述滑动桅杆驱动装置25包括对称设置在滑动桅杆左右两侧的滑动桅杆升降马达减速机，在桅杆主体的左右两侧分别设有与滑动桅杆升降马达减速机齿轮配合的齿条体。所述传动钻进箱驱动装置为钻进用油缸，钻进用油缸的缸体与滑动桅杆固定相接，钻进用油缸的活塞杆端部通过铰接座与传动钻进箱铰接。所述动力输入总成包括与导轨平行设置的动力输入轴10和安装在动力输入轴10上的滑移双联齿轮12；所述中间传动总成包括与动力输入轴平行的中间轴8和安装在中间轴8上的中间轴传动输出齿轮7、低速传动齿轮9和高速传动齿轮13，所述滑移双联齿轮上设有与低速传动齿轮啮合的小齿圈和与高速传动齿轮啮合的大齿圈。在输出轴上安装有与中间轴传动输出齿轮常啮合的输出轴齿轮6。在传动钻进箱的箱体上设有驱动动力输入轴工作的液压马达4。在心轴上安装有与心轴配合的水接头21。
所述传扭体移动控制装置为传扭移动控制油缸，传扭移动控制油缸的缸体与传动钻进箱的箱体固定相接，在传扭移动控制油缸的活塞杆上固定有驱动传扭体滑动套滑动的拨杆，在传动钻进箱的箱体上设有方便拨杆移动的拨杆槽，在传扭体滑动套的外壁上通过轴承29套装有拨杆套环27，在拨杆套环27上设有与拨杆配合的定位槽28。在传动钻进箱的箱体上设有驱动传扭体传扭的传扭驱动装置3。所述传扭驱动装置3为钻杆拧卸扣马达减速机，在传扭体的滑动套端部设有与钻杆拧卸扣马达减速机输出轴配合的传扭槽。本发明采用了液压油缸和马达配减速机相互配合的双作用给进和快速升降机构，通过设置给进用油缸实现了短行程钻进时稳定可靠，通过设置快速升降马达配减速机实现了起下钻具时高效长行程作业；采用了的拧卸扣用马达配减速机和带离合功能和拧卸扣缓冲装置，实现了动力头带拧卸扣功能，频繁拧卸钻杆而不伤扣。
主要工作原理：1.钻进用油缸安装在滑动桅杆上，活塞杆端连接的箱体可以沿着滑动桅杆的V型滑轨内移动，实现了短行程钻进，滑动桅杆升降马达减速机安装在滑动桅杆的两侧，通过齿轮齿条传动，带动滑动桅杆沿着桅杆主体的V型导轨内移动，实现了起下钻具时高效长行程作业；2.顶驱式结构简化了钻机结构；3.输出轴两端的拧卸扣用马达配减速机带离合功能和拧卸扣缓冲装置，动力头前端丝扣接触到钻杆丝扣时，控制传扭移动控制油缸处于结合位置，开启拧卸扣用液压马达配减速机，主轴低速旋转但不发生轴向位移，六方缓冲轴在输出轴和缓冲弹簧Ⅰ、Ⅱ的共同作用下即能轴向旋转，又可轴向移动，这样，动力头前端的丝扣旋紧至拧卸扣用液压马达配减速机设定的额定预紧扭矩，停止旋转，完成了拧扣作业，同理可完成卸扣作业；4.动力头前端的注水用水接头，用于向孔底加注泥浆。
Claims (7)
1.一种全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，其特征在于：包括桅杆主体，在桅杆主体上沿桅杆主体长度方向设有两条平行设置的导轨，在导轨上安装有滑动桅杆，在滑动桅杆上设有驱动滑动桅杆沿导轨移动的滑动桅杆驱动装置，在滑动桅杆上设有与导轨平行设置的滑轨，在滑轨上安装有钻进用的传动钻进箱，在传动钻进箱与滑动桅杆之间设有传动钻进箱驱动装置；所述传动钻进箱包括箱体，在箱体内安装有动力输入总成、中间传动总成和动力输出总成，所述动力输出总成包括与导轨平行设置的输出轴，在输出轴的头端安装有钻进用的心轴，在心轴与输出轴之间设有自动调节钻杆装卸避免钻杆损伤的拧卸扣缓冲装置，拧卸扣缓冲装置包括与输出轴固定相接的缓冲套和与心轴固定相接的打钻接头，在打钻接头与缓冲套之间设有可沿钻机钻进方向前后滑动的缓冲轴，缓冲轴与打钻接头固定相接，在缓冲套的端部内壁处固定有调节锥套，调节锥套内腔设置为缓冲轴通过通道，在缓冲套内的缓冲轴端部设有与调节锥套配合防止缓冲轴滑落的限位台，在限位台与调节锥套之间设有套装在缓冲轴上的缓冲弹簧Ⅰ，在调节锥套与打钻接头之间设有套装在缓冲轴上的缓冲弹簧Ⅱ；在输出轴的尾端安装有钻杆拧卸扣装置，钻杆拧卸扣装置包括设在箱体内的传扭体和设置在箱体外驱动传扭体沿钻机钻进方向前后滑动的传扭体移动控制装置，所述传扭体设有与输出轴花键配合的传扭杆和与传扭体移动控制装置配合的滑动套；
所述滑动桅杆驱动装置包括对称设置在滑动桅杆左右两侧的滑动桅杆升降马达减速机，在桅杆主体的左右两侧分别设有与滑动桅杆升降马达减速机齿轮配合的齿条体；
所述动力输入总成包括与导轨平行设置的动力输入轴和安装在动力输入轴上的滑移双联齿轮；所述中间传动总成包括与动力输入轴平行的中间轴和安装在中间轴上的中间轴传动输出齿轮、低速传动齿轮和高速传动齿轮，所述滑移双联齿轮上设有与低速传动齿轮啮合的小齿圈和与高速传动齿轮啮合的大齿圈；
所述传扭体移动控制装置为传扭移动控制油缸，传扭移动控制油缸的缸体与传动钻进箱的箱体固定相接，在传扭移动控制油缸的活塞杆上固定有驱动传扭体滑动套滑动的拨杆，在传动钻进箱的箱体上设有方便拨杆移动的拨杆槽，在传扭体滑动套的外壁上通过轴承套装有拨杆套环，在拨杆套环上设有与拨杆配合的定位槽。
2.根据权利要求1所述的全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，其特征在于：所述传动钻进箱驱动装置为钻进用油缸，钻进用油缸的缸体与滑动桅杆固定相接，钻进用油缸的活塞杆端部通过铰接座与传动钻进箱铰接。
3.根据权利要求1所述的全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，其特征在于：在输出轴上安装有与中间轴传动输出齿轮常啮合的输出轴齿轮。
4.根据权利要求1所述的全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，其特征在于：在传动钻进箱的箱体上设有驱动动力输入轴工作的液压马达。
5.根据权利要求1所述的全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，其特征在于：在心轴上安装有与心轴配合的水接头。
6.根据权利要求1所述的全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，其特征在于：在传动钻进箱的箱体上设有驱动传扭体传扭的传扭驱动装置。
7.根据权利要求6所述的全液压岩心钻机顶驱式钻进装置，其特征在于：所述传扭驱动装置为钻杆拧卸扣马达减速机，在传扭体的滑动套端部设有与钻杆拧卸扣马达减速机输出轴配合的传扭槽。
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