CN109915010B - 一种新型钻机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种新型钻机，包括底座；驱动装置，固定连接于所述底座上方，其上设置有驱动装置输出轴；变速箱，其上设置有变速箱输入轴，所述变速箱输入轴与所述驱动装置输出轴相连接；分动箱，连接于所述变速箱的输出端，其具有若干输出口；卷扬机，连接于所述分动箱的一个输出口，其内部安装有转轴；刹车机构，连接于所述卷扬机的转轴端部；回转器，连接于所述分动箱的另一个输出口；上卡盘，安装于所述回转器的上方；钻杆，连接于所述上卡盘下方；下卡盘，连接于所述钻杆下方；所述驱动装置为变频电机，所述变频电机通过电路连接有变频器；本发明的目的是解决目前钻机能耗高，不可实现无极变速，以及易损坏等问题。

Description

一种新型钻机

技术领域

本发明属于钻探设备领域，具体涉及一种新型钻机。

背景技术

钻机是一种工业上常见钻探设备，目前已广泛的用于探矿、铁路、公路、桥梁、水利水电、隧道、水井、锚杆、小口径金刚石岩心绳索取芯钻探、工民建、工程地质勘探、地源热钻孔、煤层气钻探、防突钻机等的钻进。

传统的钻机所配备的电机一般为普通电机，变速箱与电机之间普遍采用弹性柱销联轴器与湿式摩擦离合器连接的模式，这种模式普遍存在以下不足：一是能耗高，在整个钻井周期内，大部分时间钻机的实际负荷只有额定负荷的一半左右，甚至更低，普通电动机在低负荷的情况下，在这种″大马拉小车″的工况下，电机的功率因数和效率因数会大大降低，实际消耗的电功率远大于钻机实际输出功率；二是不可实现无级变速，操作比较复杂，工人劳动强度大；三是工作效率低，易损坏，导致工程产出投入比降低。

发明内容

本发明提供一种新型钻机，目的是解决目前钻机能耗高，不可实现无极变速，以及易损坏等问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种新型钻机，包括：底座、变速箱、分动箱、卷扬机、刹车机构、回转器、立轴、上卡盘、下卡盘、钻杆，还包括驱动装置，所述驱动装置固定连接于所述底座上方，其上设置有驱动装置输出轴；所述变速箱上设置有变速箱输入轴，所述变速箱输入轴与所述驱动装置输出轴相连接；所述分动箱连接于所述变速箱的输出端，其具有若干输出口；所述卷扬机连接于所述分动箱的一个输出口，其内部安装有转轴；所述刹车机构连接于所述卷扬机的转轴端部；所述回转器连接于所述分动箱的另一个输出口；所述立轴安装于所述回转器中，被回转器夹紧；所述上卡盘安装于所述立轴的上方；所述下卡盘连接于所述立轴下方；所述钻杆安装于所述立轴内部，其上方与下方分别通过上卡盘和下卡盘与立轴夹紧，所述钻杆的上方通过钢丝与所述卷扬机相连接；所述驱动装置为变频电机，所述变频电机通过电路连接有变频器。

所述驱动装置与所述变速箱通过连接组件相连接，所述连接组件包括，接头A，所述接头A固定连接于所述驱动装置输出轴上；安装座A，所述安装座A固定连接于所述接头A右侧，所述安装座A与接头A之间设置有内部腔体A；连接轴，其左端部设置于所述内部腔体A中，其右端部伸出到所述安装座A外部并向右侧延伸；转动球A，所述转动球A设置于所述接头A与所述连接轴的左端部之间；接头B，所述接头B设置于所述连接轴的右端部右侧，其右端与所述变速箱输入轴固定连接；安装座B，所述安装座B固定连接于所述接头B左侧，所述安装座B与接头B之间设置有内部腔体B，所述连接轴的右端部安装于所述内部腔体B中；转动球B，所述转动球B设置于所述接头B与所述连接轴的右端部之间。

作为优选，所述安装座A与所述连接轴之间设置有密封件A，所述安装座B与所述连接轴之间设置有密封件B，所述连接轴的左右两侧分别设置有油腔A和油腔B，所述油腔A位于所密封件A覆盖范围内部，所述油腔B位于所述密封件B覆盖范围内部。

作为优选，所述连接轴的中心沿轴线方向开设有腔体，所述连接轴的侧壁上开设有槽体。

作为优选，所述槽体螺旋缠绕在所述连接轴表面，且与连接轴的中轴线呈45°夹角。

作为优选，所述槽体与腔体中的内部填充有弹性材料，所述连接轴的侧壁表面套装有套筒，所述套筒将槽体覆盖住。

作为优选，所述底座上还设置有液压系统，所述驱动装置输出轴上固定连接有皮带轮，所述皮带轮通过皮带与所述液压系统相连接，所述液压系统通过油管控制所述回转器和上卡盘的张开与夹紧。

作为优选，所述刹车机构包括壳体，所述壳体内部转动安装有转轴，所述转轴的一端从壳体内部伸出，并通过联轴器与所述卷扬机的转轴相连接，所述壳体内部盛放有液体，所述转轴上固定连接有若干叶片。

本发明还提供一种新型钻机的工作方法，该方法包括以下步骤：

A、启动驱动装置，调节变频器，改变变频电机的频率，将驱动装置的输出转速调节到预定数值；

B、驱动装置带动变速箱运行，同时变速箱带动分动箱运行；

C、调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与所述卷扬机相连接；

D、卷扬机在分动箱的带动下运转，同时卷扬机带动刹车机构运转；

E、卷扬机通过钢丝带动钻杆向下运动，进行下钻；

F、当钻杆下降到预定位置时，调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与卷扬机分离；

G、驱动装置通过皮带轮带动液压系统运行，液压系统控制上卡盘，使上卡盘将钻杆夹紧在立轴上，同时液压系统控制回转器将立轴夹紧；

H、人工锁紧下卡盘，使下卡盘将钻杆的下端夹紧在立轴上；

I、调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与所述回转器相连接；

J、回转器通过立轴带动钻杆高速转动，进行钻探；

K、钻探结束后，调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与所述回转器分离，钻杆停止转动；

L、驱动装置通过皮带轮带动液压系统运行，液压系统控制上卡盘，使上卡盘放松对钻杆的夹紧，同时人工放松下卡盘，使下卡盘放松对钻杆的夹紧；

M、人工将刹车机构与卷扬机分离；

N、调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与所述卷扬机相连接；

O、卷扬机在分动箱的带动下向相反的方向运转，卷扬机通过钢丝带动钻杆向上运动，将钻杆提出地表，从而完成钻探全过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明包括″所述驱动装置为变频电机，所述变频电机通过电路连接有变频器″的技术方案，传统的单纯利用变速箱进行调速的方式，只能使设备在变速箱的几个固定档位上进行调速，无法实现无极调速，而本申请通过增加变频电机和变频器，可以通过改变电机频率而实现在变速箱的不同固定档位上进行无极调速，无级调速功能可以避免普通电机启动、停止或者离合器接合、分离时产生的冲击，保护钻机，延长钻机的使用寿命；并且，变频启动可降低对变压器容量的需求，使操控更为简捷，能够进行数字化操控；此外，变频电机是恒扭矩输出，只要升高速度，降低频率，功率就会下降，电机用不完的能量就节省下来了，达到节能的效果。

2、本发明包括″所述驱动装置与所述变速箱通过连接组件相连接″的技术方案，该结构简单、紧凑、传动效率高，可省去传统钻机中驱动装置和变速箱之间所连接的离合器，告别传统的拉动离合器手把才能断开动力的老式离合方法，只需操作变频调速器即可实现离与合转变，大大降低了劳动强度，且离合器的分离通过内部的分离弹簧实现分离，弹簧长期处于变形状态易形成朔性变形，失效的弹簧将不能正常的分离摩擦片，从而离合器出现故障，该结构可有效的减少设备出现故障的概率。

3、本发明包括″在卷扬机转轴的端部连接刹车机构，所述刹车机构包括壳体，所述壳体内部转动安装有转轴，所述转轴的一端从壳体内部伸出，并通过联轴器与所述卷扬机的转轴相连接，所述壳体内部盛放有液体，所述转轴上固定连接有若干叶片″的技术方案，由于钻机在下钻杆时速度较快，单纯利用卷扬机刹车会损害刹车片，因此本发明使卷扬机在转动时其轴带动刹车机构的轴旋转，刹车机构内部的叶片在液体的阻力下使卷扬机的转速减慢，从而减缓下钻杆的速度，避免传统的单纯利用卷扬机刹车所造成的损害刹车片，刹车片冒烟等问题。

4、本发明包括″所述连接组件包括，接头A，固定连接于所述驱动装置输出轴上；安装座A，固定连接于所述接头A右侧，所述安装座A与接头A之间设置有内部腔体A；连接轴，其左端部设置于所述内部腔体A中，其右端部伸出到所述安装座A外部并向右侧延伸；转动球A，设置于所述接头A与所述连接轴的左端部之间；接头B，设置于所述连接轴的右端部右侧，其右端与所述变速箱输入轴固定连接；安装座B，固定连接于所述接头B左侧，所述安装座B与接头B之间设置有内部腔体B，所述连接轴的右端部安装于所述内部腔体B中；转动球B，设置于所述接头B与所述连接轴的右端部之间″的技术方案，上述结构可使连接轴能够围绕转动球A和转动球B进行轻微转动，使连接组件具有一定的调心作用，在一定作用上弥补了因加工或装配引起的驱动装置输出轴和变速箱输入轴不同心，增加设备使用寿命。

5、本发明包括″所述连接轴的中心沿轴线方向开设有腔体，所述连接轴的侧壁上开设有槽体。所述槽体螺旋缠绕在所述连接轴表面，且与连接轴的中轴线呈45°夹角。所述槽体与腔体中的内部填充有弹性材料，所述连接轴的侧壁表面套装有套筒，所述套筒将槽体覆盖住″的技术方案，当连接轴在承受变频电机变速所引发的振动的过程中，螺旋形槽体会对该振动起到缓冲作用，并在连接轴弯曲时产生一定张力，从而防止振动对轴所产生的损害和形变，以确保连接轴轴的最大使用寿命。

6、本发明包括″所述安装座A与所述连接轴之间设置有密封件A，所述安装座B与所述连接轴之间设置有密封件B″的技术方案，通过在连接轴的两端设置密封件，可防止钻探时产生的灰尘进入到安装座中，从而有效的防止连接轴的两端磨损。

7、本发明包括″所述连接轴的左右两侧分别设置有油腔A和油腔B，所述油腔A位于所密封件A覆盖范围内部，所述油腔B位于所密封件B覆盖范围内部″的技术方案，可在油腔A和油腔B中加入润滑油，从而增强连接轴两端的润滑性，增强连接组件的调心效果。

8、本发明包括″所述底座上还设置有液压系统，所述驱动装置输出轴上固定连接有皮带轮，所述皮带轮通过皮带与所述液压系统相连接，所述液压系统通过油管控制所述回转器和上卡盘的张开与夹紧″的技术方案，通过利用液压系统来夹持钻杆和立轴，可使夹持力增强，避免钻探时钻杆晃动。

9、本发明包括″所述立轴横截面的外轮廓为六棱柱形″的技术方案，可使回转器对立轴的夹持更稳固，增强钻杆在运转时的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构总图；

图2为驱动装置与变速箱之间的连接关系示意图；

图3为连接组件的轴向剖视图；

图4为图3中的A-A向剖视图；

图5为刹车机构的轴向剖视图；

图中，1.底座，2.驱动装置，3.变速箱，4.分动箱，5.卷扬机，6.刹车机构，7.回转器，8.上卡盘，9.下卡盘，10.钻杆，11.液压系统，12.连接组件，13.皮带轮，14.变速箱输入轴，15.驱动装置输出轴，16.接头A，17.安装座A，18.密封件A，19.转动球A，20.连接轴，21.套筒，22.密封件B，23.安装座B，24.接头B，25.转动球B，26.槽体，27.腔体，28.油腔A，29.油腔B，30.内部腔体A，31.内部腔体B，32.立轴，33.壳体，34.转轴，35.叶片。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细叙述：

一种新型钻机，如图1所示，主要包括底座1；驱动装置2，所述驱动装置2固定连接于所述底座1上方，其上设置有驱动装置输出轴15，所述驱动装置2为变频电机，所述变频电机通过电路连接有变频器，所述变频器用于调节变频电机的频率，进而控制变频电机的速度；变速箱3，其上设置有变速箱输入轴14，所述变速箱输入轴14与所述驱动装置输出轴15相连接；分动箱4，所述分动箱4通过齿轮机构连接于所述变速箱3的输出端，其具有若干输出口，所述分动箱4用于分配动力趋向，其上设置有挂档手柄，调节挂档手柄可控制分动箱4从不同的输出口输出动力；卷扬机5，所述卷扬机5通过齿轮机构连接于所述分动箱4的一个输出口，其内部安装有转轴；刹车机构6，所述刹车机构6连接于所述卷扬机5的转轴端部，所述刹车机构6包括壳体33，所述壳体33内部转动安装有转轴34，所述转轴34的一端从壳体33内部伸出，并通过联轴器与所述卷扬机5的转轴相连接，所述转轴34上固定连接有若干叶片35，所述壳体33内部盛放有液体，当叶片35转动时，其会搅动刹车机构6中的液体，使转动阻力增加，从而增加卷扬机5的转动阻力；回转器7，所述回转器7通过齿轮机构连接于所述分动箱4的另一个输出口；立轴32，所述立轴32安装于所述回转器7中，被回转器7夹紧；上卡盘8，所述上卡盘8安装于所述立轴32的上方；下卡盘9，所述下卡盘9连接于所述立轴32下方；钻杆10，所述钻杆10安装于所述立轴32内部，其上方与下方分别通过上卡盘8和下卡盘9与立轴32夹紧，所述钻杆10的上方通过钢丝与所述卷扬机5相连接。所述底座1上还设置有液压系统11，所述驱动装置2为液压体统11提供动力，所述驱动装置输出轴15上固定连接有皮带轮13，所述皮带轮13通过皮带与所述液压系统11的泵相连接，所述驱动装置2通过皮带控制泵的运转，所述液压系统11通过油管控制所述回转器7和上卡盘8的张开与夹紧。

具体的，如图2、图3所示，所述驱动装置2与所述变速箱3通过连接组件12相连接，所述连接组件12包括接头A16，所述接头A16固定连接于所述驱动装置输出轴15上；安装座A17，所述安装座A17固定连接于所述接头A16右侧，所述安装座A17与接头A16之间设置有内部腔体A30；连接轴20，其左端部设置于所述内部腔体A30中，右端部伸出到所述安装座A17外部并向右侧延伸，所述连接轴20的左端部上设置有若干凸起，如图3、图4所示，各所述凸起的表面从连接轴20的轴向和径向看均为圆弧面，各所述凸起设置于与其表面形状相适应的内部腔体A30中；转动球A19，所述转动球A19设置于所述接头A16与所述连接轴20的左端部之间，所述连接轴20的左端面上设置有转动球安装槽，所述转动球A19安装于该转动球安装槽中；接头B24，所述接头B24设置于所述连接轴20的右端部右侧，其右端与所述变速箱输入轴14固定连接；安装座B23，所述安装座B23固定连接于所述接头B24左侧，所述安装座B23与接头B24之间设置有内部腔体B31，所述连接轴20的右端部安装于所述内部腔体B31中，所述连接轴20的右端部上设置有若干凸起，如图3、图4所示，各所述凸起的表面从连接轴20的轴向和径向看均为圆弧面，各所述凸起设置于与其表面形状相适应的内部腔体B31中；转动球B25，所述转动球B25设置于所述接头B24与所述连接轴20的右端部之间，所述连接轴20的右端面上设置有转动球安装槽，所述转动球B25安装于该转动球安装槽中。

所述安装座A17与所述连接轴20之间设置有密封件A18，所述安装座B23与所述连接轴20之间设置有密封件B22。所述连接轴20的左右两侧分别设置有油腔A28和油腔B29，所述油腔A28位于所密封件A18覆盖范围内部，所述油腔B29位于所密封件B22覆盖范围内部。所述连接轴20的中心沿轴线方向开设有腔体27，所述连接轴20的侧壁上开设有槽体26。所述槽体26螺旋缠绕在所述连接轴20表面，且与连接轴20的中轴线呈45°夹角。所述槽体26与腔体27中的内部填充有弹性材料，所述连接轴20的侧壁表面套装有套筒21，所述套筒21将槽体26覆盖住。

使用时，首先启动驱动装置2，调节变频器，改变变频电机的频率，将驱动装置2的输出转速调节到预定数值。驱动装置2通过连接组件12带动变速箱3运行，同时变速箱3通过齿轮传动带动分动箱4运行。调节分动箱4的挂档手柄，使分动箱4的输出端与所述卷扬机5相连接。卷扬机5在分动箱4的带动下运转，同时卷扬机5带动刹车机构6中的转轴34和叶片35转动，叶片35在搅动液体的过程中使卷扬机5减速，卷扬机5通过钢丝带动钻杆10向下运动，进行下钻。当钻杆10下降到预定位置时，调节分动箱4的挂档手柄，使分动箱4的输出端与卷扬机5分离。驱动装置2通过皮带轮13带动液压系统11运行，液压系统11控制上卡盘8，使上卡盘8将钻杆10夹紧在立轴32上，同时液压系统11控制回转器7将立轴32夹紧。人工锁紧下卡盘9，使下卡盘9将钻杆10的下端夹紧在立轴32上。调节分动箱4的挂档手柄，使分动箱4的输出端与所述回转器7相连接。回转器7通过立轴32带动钻杆10高速转动，进行钻探。钻探结束后，调节分动箱4的挂档手柄，使分动箱4的输出端与所述回转器7分离，钻杆10停止转动。驱动装置2通过皮带轮13带动液压系统11运行，液压系统11控制上卡盘8，使上卡盘8放松对钻杆10的夹紧，同时人工放松下卡盘9，使下卡盘9放松对钻杆10的夹紧。人工拆卸卷扬机5与刹车机构6之间的联轴器，使刹车机构与卷扬机5分离。调节分动箱4的挂档手柄，使分动箱4的输出端与所述卷扬机5相连接。卷扬机5在分动箱4的带动下向相反的方向运转，卷扬机5通过钢丝带动钻杆10向上运动，将钻杆10提出地表，从而完成钻探全过程。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种新型钻机，包括底座、变速箱、分动箱、卷扬机、刹车机构、回转器、立轴、上卡盘、下卡盘、钻杆，其特征在于，还包括驱动装置，所述驱动装置固定连接于所述底座上方，其上设置有驱动装置输出轴；所述变速箱上设置有变速箱输入轴，所述变速箱输入轴与所述驱动装置输出轴相连接；所述分动箱连接于所述变速箱的输出端，其具有若干输出口；所述卷扬机连接于所述分动箱的一个输出口，其内部安装有转轴；所述刹车机构连接于所述卷扬机的转轴端部；所述回转器连接于所述分动箱的另一个输出口；所述立轴安装于所述回转器中，被回转器夹紧；所述上卡盘安装于所述立轴的上方；所述下卡盘连接于所述立轴下方；所述钻杆安装于所述立轴内部，其上方与下方分别通过上卡盘和下卡盘与立轴夹紧，所述钻杆的上方通过钢丝与所述卷扬机相连接；所述驱动装置为变频电机，所述变频电机通过电路连接有变频器；

所述驱动装置与所述变速箱通过连接组件相连接，所述连接组件包括，接头A，所述接头A固定连接于所述驱动装置输出轴上；安装座A，所述安装座A固定连接于所述接头A右侧，所述安装座A与接头A之间设置有内部腔体A；连接轴，其左端部设置于所述内部腔体A中，其右端部伸出到所述安装座A外部并向右侧延伸；转动球A，所述转动球A设置于所述接头A与所述连接轴的左端部之间；接头B，所述接头B设置于所述连接轴的右端部右侧，其右端与所述变速箱输入轴固定连接；安装座B，所述安装座B固定连接于所述接头B左侧，所述安装座B与接头B之间设置有内部腔体B，所述连接轴的右端部安装于所述内部腔体B中；转动球B，所述转动球B设置于所述接头B与所述连接轴的右端部之间。

2.如权利要求1所述的新型钻机，其特征在于，所述安装座A与所述连接轴之间设置有密封件A，所述安装座B与所述连接轴之间设置有密封件B，所述连接轴的左右两侧分别设置有油腔A和油腔B，所述油腔A位于所密封件A覆盖范围内部，所述油腔B位于所述密封件B覆盖范围内部。

3.如权利要求1或2所述的新型钻机，其特征在于，所述连接轴的中心沿轴线方向开设有腔体，所述连接轴的侧壁上开设有槽体。

4.如权利要求3所述的新型钻机，其特征在于，所述槽体螺旋缠绕在所述连接轴表面，且与连接轴的中轴线呈45°夹角。

5.如权利要求3所述的新型钻机，其特征在于，所述槽体与腔体中的内部填充有弹性材料，所述连接轴的侧壁表面套装有套筒，所述套筒将槽体覆盖住。

6.如权利要求1至2中任一项所述的新型钻机，其特征在于，所述底座上还设置有液压系统，所述驱动装置输出轴上固定连接有皮带轮，所述皮带轮通过皮带与所述液压系统相连接，所述液压系统通过油管控制所述回转器和上卡盘的张开与夹紧。

7.如权利要求1至2中任一项所述的新型钻机，其特征在于，所述刹车机构包括壳体，所述壳体内部转动安装有转轴，所述转轴的一端从壳体内部伸出，并通过联轴器与所述卷扬机的转轴相连接，所述壳体内部盛放有液体，所述转轴上固定连接有若干叶片。

8.一种如权利要求6所述的新型钻机的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、启动驱动装置，调节变频器，改变变频电机的频率，将驱动装置的输出转速调节到预定数值；

B、驱动装置带动变速箱运行，同时变速箱带动分动箱运行；

C、调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与所述卷扬机相连接；

D、卷扬机在分动箱的带动下运转，同时卷扬机带动刹车机构运转；

E、卷扬机通过钢丝带动钻杆向下运动，进行下钻；

F、当钻杆下降到预定位置时，调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与卷扬机分离；

G、驱动装置通过皮带轮带动液压系统运行，液压系统控制上卡盘，使上卡盘将钻杆夹紧在立轴上，同时液压系统控制回转器将立轴夹紧；

H、人工锁紧下卡盘，使下卡盘将钻杆的下端夹紧在立轴上；

I、调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与所述回转器相连接；

J、回转器通过立轴带动钻杆高速转动，进行钻探；

K、钻探结束后，调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与所述回转器分离，钻杆停止转动；

L、驱动装置通过皮带轮带动液压系统运行，液压系统控制上卡盘，使上卡盘放松对钻杆的夹紧，同时人工放松下卡盘，使下卡盘放松对钻杆的夹紧；

M、人工将刹车机构与卷扬机分离；

N、调节分动箱的挂档手柄，使分动箱的输出端与所述卷扬机相连接；

O、卷扬机在分动箱的带动下向相反的方向运转，卷扬机通过钢丝带动钻杆向上运动，将钻杆提出地表，从而完成钻探全过程。