CN110700780A - 一种岩心取样钻机用液压动力头及岩心取样钻机 - Google Patents
一种岩心取样钻机用液压动力头及岩心取样钻机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种岩心取样钻机用液压动力头，主要由第一动力源驱动左传动轴和左齿轮，第二动力源驱动右传动轴和右齿轮，然后通过左齿轮、中间齿轮、右齿轮配合传动将动力扭矩输出到中间输出轴上，从而驱动中间输出轴上的钻杆扭进接头和套管扭进接头转动。应用本发明的液压动力头，效果是：实现在钻探过程中通过动力头旋转扭进方式自动交替布施两种不同直径的钻杆或/和套管的功能。本发明还公开一种岩心取样钻机，含上述液压动力头，效果是：可通过闭环控制实现无级调速，实时监测扭矩、转速、给进力和提升力等参数，避免采用人工布施套管的繁琐，大大提高施工效率与施工安全性。
Description
技术领域
本发明属于地质工程勘探设备领域，具体涉及一种岩心取样钻机用液压动力头及岩心取样钻机。
背景技术
在野外矿产资源勘探和城市地铁、摩天大楼等基础建设中，地质工程上常使用岩心取样钻机，用于勘察所处矿区的资源分布状况和城市地表土层结构，便于开采矿产资源和确定建筑桩基深度。
在岩心取样钻探过程中，岩心取样钻机需要依靠动力头旋转扭进的方式依次加装钻杆，直到达到所需钻探深度。但施工中为了防止已经钻探的软土层孔壁塌陷，需要增设护壁套管，而现有钻机无法直接通过动力头旋转扭进的方式实现向下布施套管。目前布施套管多通过卷扬机吊起套管后，在多个工人合作下依靠顶驱装置和扶正器强制压入钻孔中，需要消耗大量的劳动力，存在施工效率低、安全隐患大等问题。
目前，市场上出售的岩心取样钻机配备的动力头多为高速和低速二级换挡调速结构，无法实现无级调速。而且动力头难以实现闭环控制，不能实时监测动力头扭矩、转速、给进力和提升力等参数信息。
因此，设计一种能满足在钻探过程中通过动力头旋转扭进方式自动交替布施两种不同直径的钻杆和套管的液压动力头具有重要意义。
发明内容
为了克服岩心取样钻机动力头无法通过旋转扭进方式自动交替布施两种不同规格(直径)的钻杆和套管，且无法无级调速，实时监控扭矩、转速、给进力和提升力等参数信息的缺陷，现提出一种岩心取样钻机用液压动力头，详情如下：
一种岩心取样钻机用液压动力头，包括第一动力部件、第二动力部件、中间齿轮、中间输出轴、套管扭进接头以及钻杆扭进接头；
所述第一动力部件包括第一动力源、左传动轴以及左齿轮，第一动力源的输出轴与左传动轴的第一端连接，左齿轮套设在所述左传动轴的第二端上；
所述第二动力部件包括第二动力源、右传动轴以及右齿轮，第二动力源的输出轴与右传动轴的第一端连接，右齿轮套设在所述右传动轴的第二端上；
所述中间齿轮套设在中间输出轴的第一端，且中间齿轮同时与左齿轮和右齿轮相啮合；中间输出轴的第二端设有套管扭进接头以及钻杆扭进接头，实现采用旋转扭进方式自动交替布施不同规格的钻杆和套管。
以上技术方案中优选的，所述第一动力源和所述第二动力源均安装在上外壳上；所述左齿轮、中间齿轮和右齿轮均安装在下外壳的内部。
以上技术方案中优选的，所述液压动力头的上外壳和下外壳中间设置有泥浆注入管，所述泥浆注入管通过管接头连接钻机配备的泥浆泵。
以上技术方案中优选的，所述第一动力源通过顺次连接的上联轴器、左扭矩传感器和下联轴器与左传动轴连接，所述第二动力源通过顺次连接的上联轴器、右扭矩传感器和下联轴器与右传动轴连接。
以上技术方案中优选的，所述左传动轴与左齿轮的连接处、右传动轴与右齿轮的连接处以及所述中间输出轴与中间齿轮的连接处均设有圆头平键。
以上技术方案中优选的，所述左传动轴末端通过编码器安装端盖和编码器联轴器安装有左编码器；所述右传动轴末端通过编码器安装端盖和编码器联轴器安装有右编码器。
以上技术方案中优选的，还包括动力头滑板，所述动力头滑板上设有拉板；由动力头滑板上的拉板实现液压动力头在岩心取样钻机中钻机桅杆上的滑移给进与提升。
以上技术方案中优选的，还包括设置在拉板上的滑块，所述滑块上设有松紧调节螺栓和压缩弹簧，用于调节拉板的预紧力。
应用本发明的液压动力头，效果是：
1、本发明由第一动力源驱动左传动轴和左齿轮，由第二动力源驱动右传动轴和右齿轮，然后通过左齿轮、中间齿轮、右齿轮齿轮配合传动将动力扭矩输出到中间输出轴上，从而驱动中间输出轴上的钻杆扭进接头和套管扭进接头转动，以实现在钻探过程中通过旋转扭进方式自动交替布施两种不同规格(直径)的钻杆和套管功能；钻杆扭进接头和套管扭进接头优选采用可拆卸式安装，可根据实际需求设计不同的钻杆扭进接头和套管扭进接头，实现多种规格钻杆和多种规格套管的施工需求。
2、本发明中所述第一动力源与左传动轴间安装有左扭矩传感器，并通过联轴器连接，可实时监测第一动力源的输出扭矩参数信息；所述左传动轴末端通过编码器安装端盖和编码器联轴器安装有左编码器，可实时监测第一动力源的输出转角和转速参数信息。
本发明中所述第二动力源与右传动轴间安装有右扭矩传感器，并通过联轴器连接，可实时监测第二动力源的输出扭矩参数信息。所述右传动轴末端通过编码器安装端盖和编码器联轴器安装有右编码器，可实时监测第二动力源的输出转角和转速参数信息。
3、本发明中所述液压动力头的上外壳和下外壳通过螺栓固定在动力头滑板上，且中间设置有泥浆注入管，可通过管接头连接钻机配备的泥浆泵，用于注入泥浆液，保护已经钻探的孔洞，防止孔壁塌陷。
4、本发明中所述液压动力头的向下给进和向上提升由钻机桅杆内的排链接头上的链条驱动，并通过动力头滑板下的拉板实现液压动力头在钻机桅杆上的滑移给进与提升功能。
5、本发明中所述排链接头安装在链板安装架上，且通过传感器安装板安装有拉压传感器，能够实时监测液压动力头的给进力与提升力参数信息。
6、本发明中所述传感器安装板与拉板间安装有滑块，可通过滑块上的松紧调节螺栓和压缩弹簧调节拉板的预紧力，避免与排链接头连接的链条松动，影响液压动力头的给进与提升过程。
7、本发明为了保障两液压马达同步，实现精确控制两种不同直径的钻杆和套管的旋转扭进布施过程，第一动力源和第二动力源均采用液压马达，两液压马达可采用液压伺服闭环同步控制，以实现无级调速。
本发明还提供一种岩心取样钻机，含上述液压动力头，在钻探过程中通过旋转扭进方式自动交替布施两种不同直径的钻杆或/和套管，避免采用人工辅助布施套管的繁琐，降低工人的劳动强度与安全隐患，提高整体施工效率；可通过闭环控制实现无级调速，实时监控动力头输出扭矩、转速、给进力和提升力等参数信息，便于进行施工调整。
附图说明
图1是本发明实施例中岩心取样钻机用液压动力头安装至钻机桅杆上时的三维结构示意图；
图2是图1的局部剖视图；
图3是图1中液压动力头的剖视图；
图4是图1中液压动力头的齿轮传动结构示意图；
图中：1、第一动力源；2、上联轴器；3、左扭矩传感器；4、下联轴器；5、左传动轴；6、左齿轮；7、编码器安装端盖；8、编码器联轴器；9、左编码器；10、第二动力源；11、上外壳；12、右扭矩传感器；13、泥浆注入管；14、右传动轴；15、右齿轮；16、下外壳；17、右编码器；18、中间齿轮；19、中间输出轴；20、套管扭进接头；21、钻杆扭进接头；22、钻杆；23、排链接头；24、链板安装架；25、拉压传感器；26、传感器安装板；27、拉板；28、压缩弹簧；29、滑块；30、松紧调节螺栓；31、动力头滑板；32、钻机桅杆；33、套管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步详细说明。
实施例：
如图1-图4所示，一种岩心取样钻机，其包括钻机桅杆32以及设置在钻机桅杆32上的液压动力头，具体结构如下：
所述钻机桅杆32上设有排链接头23，排链接头23上设有链条，由排链接头23上的链条驱动液压动力头的向下给进和向上提升；所述排链接头23安装在链板安装架24上，链板安装架24上通过传感器安装板26安装有拉压传感器25，能够实时监测液压动力头的给进力与提升力参数信息。
所述液压动力头包括第一动力部件、第二动力部件、中间齿轮18、中间输出轴19、套管扭进接头20以及钻杆扭进接头21，详见图2-4，具体是：
所述第一动力部件包括第一动力源1、左传动轴5以及左齿轮6，第一动力源1的输出轴与左传动轴5的第一端连接，左齿轮6套设在所述左传动轴5的第二端。所述第一动力源1通过顺次连接的上联轴器2、左扭矩传感器3和下联轴器4与左传动轴5连接。左扭矩传感器3可实时监测第一动力源的输出扭矩。
所述第二动力部件包括第二动力源10、右传动轴14以及右齿轮15，第二动力源10的输出轴与右传动轴14的第一端连接，右齿轮15套设在所述右传动轴14的第二端。所述第二动力源10通过顺次连接的上联轴器2、右扭矩传感器12和下联轴器4与右传动轴14连接。右扭矩传感器12可实时监测第二动力源的输出扭矩。
所述中间齿轮18套设在中间输出轴19的第一端，且中间齿轮18同时与左齿轮6和右齿轮15相啮合；中间输出轴19的第二端设有套管扭进接头20以及钻杆扭进接头21，实现采用旋转扭进方式自动交替布施不同规格的钻杆22和套管33。优选的，所述中间输出轴19上通过螺栓连接(或者其他可拆卸连接方式)的钻杆扭进接头21和套管扭进接头20是根据特定钻杆22和套管33直径设计，能够满足采用旋转扭进方式自动交替布施两种特定直径尺寸的钻杆22和套管33功能。
优选的，所述第一动力源1和所述第二动力源10均采用液压马达，且两个液压马达均安装在上外壳11上；所述左齿轮6、中间齿轮18和右齿轮15均安装在下外壳16内部。
优选的，所述液压动力头的上外壳11和下外壳16中间设置有泥浆注入管13，所述泥浆注入管13通过管接头连接钻机配备的泥浆泵。
优选的，所述左传动轴5与左齿轮6的连接处、右传动轴14与右齿轮15的连接处以及所述中间输出轴19与中间齿轮18的连接处均设有圆头平键，具体是：左传动轴5通过轴上的圆头平键传输给左齿轮6；右传动轴14通过轴上的圆头平键传输给右齿轮15；中间齿轮18通过圆头平键传输给中间输出轴19。
优选的，所述左传动轴5末端通过编码器安装端盖7和编码器联轴器8安装有左编码器9，可实时监测第一动力源的输出转角和转速参数信息；所述右传动轴14末端通过编码器安装端盖7和编码器联轴器8安装有右编码器17，可实时监测第二动力源的输出转角和转速参数信息。
本实施例中还包括动力头滑板31，所述动力头滑板31上设有拉板27；由动力头滑板31上的拉板27实现液压动力头在岩心取样钻机中钻机桅杆32上的滑移给进与提升。
本实施例中还包括设置在拉板27上的滑块29，所述滑块29上设有松紧调节螺栓30和压缩弹簧28，用于调节拉板27的预紧力。
本实施例中液压动力头的工作原理是：由第一动力源1驱动左传动轴5和左齿轮6，第二动力源10驱动右传动轴14和右齿轮15，然后通过左齿轮6、中间齿轮18、右齿轮15齿轮配合传动将动力扭矩输出到中间输出轴19上，从而驱动中间输出轴19上螺栓连接的钻杆扭进接头21和套管扭进接头20转动，以实现在钻探过程中通过旋转扭进方式自动交替布施两种不同直径的钻杆22或/和套管33功能。液压动力头的向下给进和向上提升由钻机桅杆32内的排链接头23上的链条驱动，并通过动力头滑板31下的拉板27实现液压动力头在钻机桅杆32上的滑移给进与提升功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种岩心取样钻机用液压动力头，其特征在于：包括第一动力部件、第二动力部件、中间齿轮(18)、中间输出轴(19)、套管扭进接头(20)以及钻杆扭进接头(21)；
所述第一动力部件包括第一动力源(1)、左传动轴(5)以及左齿轮(6)，第一动力源(1)的输出轴与左传动轴(5)的第一端连接，左齿轮(6)套设在所述左传动轴(5)的第二端上；
所述第二动力部件包括第二动力源(10)、右传动轴(14)以及右齿轮(15)，第二动力源(10)的输出轴与右传动轴(14)的第一端连接，右齿轮(15)套设在所述右传动轴(14)的第二端上；
所述中间齿轮(18)套设在中间输出轴(19)的第一端，且中间齿轮(18)同时与左齿轮(6)和右齿轮(15)相啮合；中间输出轴(19)的第二端设有套管扭进接头(20)以及钻杆扭进接头(21)，实现采用旋转扭进方式自动交替布施不同规格的钻杆和套管。
2.根据权利要求1所述的岩心取样钻机用液压动力头，其特征在于：所述第一动力源(1)和所述第二动力源(10)均安装在上外壳(11)上；所述左齿轮(6)、中间齿轮(18)和右齿轮(15)均安装在下外壳(16)的内部。
3.根据权利要求2所述的岩心取样钻机用液压动力头，其特征在于：所述液压动力头的上外壳(11)和下外壳(16)中间设置有泥浆注入管(13)，所述泥浆注入管(13)通过管接头连接钻机配备的泥浆泵。
4.根据权利要求1所述的岩心取样钻机用液压动力头，其特征在于：所述第一动力源(1)通过顺次连接的上联轴器(2)、左扭矩传感器(3)和下联轴器(4)与左传动轴(5)连接，所述第二动力源(10)通过顺次连接的上联轴器(2)、右扭矩传感器(12)和下联轴器(4)与右传动轴(14)连接。
5.根据权利要求1所述的岩心取样钻机用液压动力头，其特征在于：所述左传动轴(5)与左齿轮(6)的连接处、右传动轴(14)与右齿轮(15)的连接处以及所述中间输出轴(19)与中间齿轮(18)的连接处均设有圆头平键。
6.根据权利要求1所述的岩心取样钻机用液压动力头，其特征在于：所述左传动轴(5)末端通过编码器安装端盖(7)和编码器联轴器(8)安装有左编码器(9)；所述右传动轴(14)末端通过编码器安装端盖(7)和编码器联轴器(8)安装有右编码器(17)。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的岩心取样钻机用液压动力头，其特征在于：还包括动力头滑板(31)，所述动力头滑板(31)上设有拉板(27)；由动力头滑板(31)上的拉板(27)实现液压动力头在岩心取样钻机中钻机桅杆(32)上的滑移给进与提升。
8.根据权利要求7所述的岩心取样钻机用液压动力头，其特征在于：还包括设置在拉板(27)上的滑块(29)，所述滑块(29)上设有松紧调节螺栓(30)和压缩弹簧(28)，用于调节拉板(27)的预紧力。
9.一种岩心取样钻机，其特征在于，包含如权利要求1-8任意一项所述岩心取样钻机用液压动力头以及钻机桅杆(32)，所述钻机桅杆(32)上设有排链接头(23)，排链接头(23)上设有链条，由排链接头(23)上的链条驱动液压动力头的向下给进和向上提升。
10.根据权利要求9所述的岩心取样钻机，其特征在于，所述排链接头(23)安装在链板安装架(24)上，链板安装架(24)上通过传感器安装板(26)安装有拉压传感器(25)。
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| CN114000828B (zh) * | 2021-10-27 | 2022-09-06 | 中国地质大学（北京） | 一种海底多头连续取样钻机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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