CN1120628A - 多功能自走钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适合于钻凿水井、工程孔及地质勘探的多功能自走钻机。它包括一台装载钻机并为钻孔提供动力的四轮拖拉机；安装于拖拉机变速箱上的动力输出装置；装于拖拉机之上并可使之脱离地面的机架，装于机架后部的可倾塔架；一套水冲回转钻具、干钻回转钻具和干钻冲击钻具；中央可以通过干钻钻具并可驱动回转钻具旋转的传动箱；含有控制钻具升降、停止、点动和连续冲击的离合器和制动器的卷扬机。连接卷扬机的卷筒和钻具的钢丝绳及滑轮组。

Description

多功能自走钻机

本发明涉及一种适合于钻凿水井、工程孔及地质勘探用的多功能钻机，具体地说是一种用小型四轮拖拉机装载并驱动的多功能自走钻机。

目前，公知的小型四轮拖拉机装载的钻机，都不能利用拖拉机本身的变速功能，需配置一套变速装置来完成钻孔作业。而且钻具回转切削地层需用高压水冲出泥岩浆而成井，这对于无水源或离水源较远的钻孔作业区使用较为不便，尤其是要求干钻钻进和冲击钻进的作业区也不能满足。

本发明的目的就是克服上述不足而提供一种利用小型四轮拖拉机全部变速功能获得多种速度，来完成即可回转钻进，又可冲击钻进，既可水冲钻进，又能干钻钻进的多功能自走钻机。

用于实现本发明目的的多功能自走钻机包括：一台用于装载钻机行走并为钻孔提供动力的小型四轮拖拉机；一个安装于拖拉机变速箱上并将所述四轮拖拉机的动力从变速箱输出的多速动力输出装置；一个装于四轮拖拉机之上并可使之脱离地面的机架；一个装于机架后部的可倾塔架；一个装于机架之上的包含有钻具的钻井装置，所述钻井装置包括有一个中央部分可以通过钻具并可驱动所述钻具旋转的齿轮传动箱；一个卷扬机；以及一根连接卷扬机的卷筒和所述钻具的钢丝绳及一套滑轮组。

所述钻具最好包括可选择使用的一套水冲回转钻具，一套干钻回转钻具，一套干钻冲击钻具；所述卷扬机含有控制钻具升降、仃止、点动或连续冲击的离合器和制动器。

所述动力输出装置至少包括一根动力输出轴和一套齿轮传动装置，所述齿轮传动装置用于将四轮拖拉机变速箱动力输出端的二级减速齿轮中的一个齿轮的动力传至所述输出轴。

所述动力输出装置最好包括动力输出第一轴和第二轴，两轴可同轴设置，也可垂直设置。

同轴设置时，第一轴和第二轴相邻处设有一嵌入式离合器，以便可将动力从或不从第一轴传至所述第二轴。在第一轴上设有一个该传动装置的传动齿轮，以便将拖拉机变速箱二级减速齿轮中的第一级减速被动齿轮的动力从该齿轮传至第一轴。垂直设置时，第一轴上设有与第二轴里端锥齿轮常合的齿轮、和随该轴转动的嵌入式离合器，以便把第一轴的动力从或不从所述第一轴传至第二轴、在第一轴上同样设有该传动装置的传动设有该传动装置的传动齿轮，以及将拖拉机变速箱二级减速齿轮中的第一级减速被动齿轮的动力从该齿轮传到第一轴。所述第一轴与所述卷扬机的卷筒之间设有一套传动装置，以便可将所述第一轴的动力传至所述卷筒；所述第二轴与所述可驱动钻具旋转的齿轮传动箱之间也具有一套传动装置，以便可将所述第二轴的动力传至所述齿轮传动箱。所述该传装置的传动齿轮可根据不同类型的拖拉机可左、右设置。

所述卷扬机的离合器和制动器最好是锥形摩擦离合器和带式制动器。该离合由宽螺距多线矩形螺旋副、差动轴承、离合器主动鼓及和主动鼓固定为一体的皮带轮或链轮构成。所述的带式制动器由制动鼓和制动带构成。该离合器主动鼓外园锥面安装有摩擦片，内孔通过差动轴承安装在宽螺距多线矩形螺旋副的螺母，该螺旋副中的丝杆为卷扬机轴的一部分，卷扬机轴的两端通过支架固定在机架上，卷扬机的卷筒通过滚动轴承安装于卷扬机轴上，卷筒的一端加工有内园锥面，该园锥面与锥形摩擦离合器的主动鼓上摩擦片的外园锥面相对应，卷筒另一端加工有带式制动器制动鼓的外园柱面，该园柱面与制动带内园柱面相对应，卷筒中部绕有钢丝绳，钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端有二种缠绕方式：一种是绕过安装在可倾塔架上的下定滑轮，上定滑轮和水龙头上的动滑轮最后固定在可倾塔架顶部，其倍率为2；另一种是绕过可倾塔架的下定滑轮，上定滑轮后直接固定在水龙头或冲锤之上，其倍率为1。所述锥形摩擦离合器和带式制动器通过控制卷扬机卷筒的正反转和仃止，实现钻具的升降、仃止、点动和连续冲击作业。

所述传动箱最好包括：箱体、一个与箱体固接的上盖、一个与上盖组成迷宫并设有卡槽的防水罩，该卡槽与专用板手相配合可实现机动卸杆。防水罩固接于传动卡套之上；一个外端安装有皮带轮或花链套连接盘的齿轮轴；一个用于减速的园锥齿轮副，该园锥齿轮副的齿轮最好为大变位系数和的角一切变位园锥齿轮，一个用于带动主钻杆的传动卡套，所述园锥齿轮副的小园锥齿轮固定于该输入轴上，其大园锥齿轮与所述传动卡套相固接，传动箱的传动卡套中有较大的孔，所述干钻钻具的钻头最好能从孔中通过。

主钻杆的驱动有二种方式，一种在传动卡套内开槽，驱动带键的主钻杆；另一种是利用防水罩上的卡槽，通过安装于其上的补芯传动主钻杆。

所述钻具有三种形式：一种是包含有水龙头、主钻杆、钻杆、全面钻进钻头的水冲回转钻具；二是包含有水龙头、主钻杆，岩芯钻头或螺旋钻头的干钻回转钻具，三是包含有冲锤、取芯器的干钻冲击钻具。以上三种钻具，使用者在钻一个孔时，可根据不同地质情况和需要选其中二、三种交替使用或始终使用一种钻具。

所述主钻杆、钻杆及钻头联结设计为宽螺距多线矩形螺纹，不仅拆卸、联接钻杆节时省力，同时保证了接头强度和高压水通径。

使用倍率为2的滑轮组装卸钻杆时，最好配合使用钢丝绳自由装卸式双钩滑轮。

所述机架，包括一套螺旋支承装置，它可以支承钻机脱离地面并使其调整水平，该机架中部用U型板与拖拉机半轴套相固接，后部与拖拉机变速箱未端固接的斜撑相联接，前部与拖机变速箱前端相联接，机架中部安装有卷扬机，在机架后部安装有传动箱和可倾塔架；动力经安装于拖拉机变速箱上的动力输出装置输出。

本发明与已有技术相比具有以下显著优点：一、利用小型拖拉机本身固有的变速装置可获得多种速度，适应钻孔作业时的速度和动力要求，机械变速及传动装置得到最大程度简化。二、具有带有锥形摩擦离合器和带式制动器的卷扬机，能实现频繁点动、升降钻具、能有效地进行连续冲击取芯作业。三、既可水冲钻进，又可干钻钻进和冲击钻进，使用范围广。四、由于设计了大变位系数和角一切变位锥齿轮副，提高了齿轮的弯曲、接触强度和耐磨性。五、设计了双钩滑轮与原钢丝绳套相配合，在不拆卸主钻杆的情况下利用同一卷扬机可完成拆卸接续钻杆时的起落工作。六、设计了机动拆卸钻杆机构，可实现机动卸杆，节时省力。七、塔架可机动起落，减轻了劳动强度。

下面参照所给附图说明本发明的几个优选实施方案。

图1和图2分别是多功能自走钻机的结构示意图和传动机构示意图。

图3和图4分别是多功能自走钻机的另一种实施方案的结构示意图和传动机构示意图。

图5是多功能自走钻机装卸钻杆工作情况示意图。

图6是多功能自走钻机用干钻回转钻具钻孔示意图。

图7是多功能自走钻机用干钻冲击取芯钻具钻孔示意图。

图8是多功能自走钻机机动卸钻杆示意图。

图9和图10分别是多功能自走钻机机动卸钻杆时扳手装卡螺杆或螺母的示意图。

如图1和图2所示，将机架14上的螺旋支承9放下，立于地面的枕木10上，调至水平并固定牢固，使拖拉机变速箱3内的第五轴42上的嵌入式离合器41与齿轮4相脱离，可使第二级减速主动齿轮5和被动齿轮6仃止传动。驱动轮39便仃止转动。按图1双点划线缠绕钢丝绳28，钢丝绳28的一端固定在卷扬机31的卷筒32上，经塔架29的下定滑轮30、上定滑轮27、辅助滑动17、19后固定在塔架29顶端。启动柴油机1，动力经皮带2传至拖拉机变速箱3、操纵变速箱手柄38置于低档位置，操纵卷扬机31的摩擦离合器48的手柄50，使塔架29离开支撑40，慢速竖起后仃止并牢固固定塔架，把钢丝绳28从辅助滑轮17、19内取出吊住钻具，将变速箱3挂入适当档位，动力由安装于动力输出后盖34内与齿轮4啮合的齿轮35传于动力输出第一轴54，第二轴55上的嵌入式离合器43与第一轴54结合，动力便由第一轴54传至第二轴55，安装于第一轴54和第二轴55两端的皮带轮53和36经过皮带7和皮带8分别传于卷扬机31的皮带轮33和传动箱18的皮带轮21、皮带轮21带动传动箱动力输入轴20，再经安装于该轴上的小园锥齿轮15，与其啮合的大园锥齿轮16将动力传至传动卡套11，驱动主钻杆23，带动钻杆13，钻头12旋转切削地层，同时经过水龙头24的弯管25向钻头12底部注水，以冲击泥岩浆。根据地质情况，也可使用干钻钻进。干钻回转钻具可以利用提出钻头的方式清理，取出泥土或岩心。

必要时，操作动力输出轴后盖34上的手柄37，使嵌入式离合器43脱开，使动力输出第一轴54和第二轴55分离，皮带轮36仃止转动，钻具便仃止回转。顺时针操作摩擦离合器48的手柄50，使宽螺距多线螺旋副49沿两端固定在机架上的卷扬机轴47上旋转前进，经差动轴承51，推动离合器主动鼓52与卷扬机31的卷筒32便带动钢丝绳28经滑轮组提升钻具。当需要钻头12仃止上升时，则逆时针操作离合器手柄50，同时压下带式制动器的手柄44，偏心轮45、使制动钢带46刹住卷筒32一端的制动鼓。欲使钻头12再度下降，抬起手柄44，松开制动带46便可。

如图3和图4所示，钻机的工作原理、卷扬机的动力输入及操纵和动力由柴油机1传至动力输出第一轴53与图1、2所示实施方案基本相同。不同之处就是动力由动力输出后盖34内与第一级减速被动齿轮4啮合的齿轮35传于动力输出第一轴53，动力输出第一轴53上的锥齿轮7与嵌入式离合器43结合，经动力输出第二轴52上的锥齿轮37、联轴器8、花链套连接盘21传至传动箱18的带有锥齿轮15的齿轮轴20，与传动卡套11相固接的大园锥齿轮16与小园锥齿轮15啮合，便可使传动卡套11驱动主钻杆23、带动钻杆13、钻头12旋转切削地层，同时经过水龙头24的弯管25向钻头12底部注水，以冲击泥岩浆，根据地质情况，也可使用干钻钻进。干钻回转钻具可以利用提出钻头的方式清理，取出泥土或岩芯。

图5描述了利用双钩滑轮56装卸钻杆13的工作情况。抬起制动器手柄44，顺时针操作摩擦离合器48手的手柄50，吊起主钻杆23后，压下手柄44，将主钻杆23下端螺杆从钻头12的上部螺母旋出，套立于销柱59上、使钢丝绳28在动滑轮26槽中的套子下降，从双钩57之间套进双钩滑轮56槽中，再使双钩57钩住与钻杆13相联的钻杆吊头58，抬起手柄44，顺时针操作手柄50，吊起钻杆13后压下手柄44，将钻杆13的下部螺杆旋入钻头12的上端螺母，抬起手柄44，逆时针操作手柄50，将钻杆13下降进入井内后压下手柄44，从钻杆13的上部螺母内旋出钻杆吊头58，从钢丝绳28的套子中卸下双钩滑轮56，使钢丝绳套上升重新套入龙头24上的动滑轮26的槽内，将主钻杆23的下端螺杆旋入钻杆13的上部螺母，便可按图1、2或图3、4所述方法继续进行钻孔作业。

如图6所示，先把螺旋钻头61从传动箱的传动卡套11中放入，把补芯60套入主钻杆23，把主钻杆下端螺杆旋入钻头61上部的螺母中，补芯60安装于防水罩22之上，扭矩由传动卡套11传至补芯60，补芯驱动主钻杆23带动钻头61旋转切削地层。需要提出钻具清理取出泥土时，操作卷扬机31即可。

如图7所示，用钢丝绳28的一端与冲锺62联接，取芯器65上端螺杆与冲锤下体64螺母连接，取芯器65放入传动卡套11中，操作卷扬机31，使冲锤上体63上升到一定高度，然后使其快速下降冲击下体64，把冲击力传至取芯器65，使其冲入地层，需要取出取芯器中土或岩石时，操作卷扬机31即可。

如图8、9、10所示，用双钩57钩住与钻杆相联的钻杆吊头58，抬起手柄44，顺时针操作手柄50，使钻杆上部螺母下端面略高于防水罩22的上端面，逆时针操作手柄50，压下手柄44，用带有拨爪的专用扳手69装卡钻杆上部螺母68与所述扳手对应的平面，并把拨爪放入防水罩22的卡槽中，抬起手柄44，使专用扳手69的下平面与防水罩22上平面接触；用不含拨爪的专用扳手67装卡另一钻杆的下端螺杆66与该专用扳手对应的平面，并与塔架29的其中一个塔杆接触，致使螺杆66不随螺母68转动。操作动力输出后盖的手柄，将动力传至传动箱，便可使螺杆与螺母松开，然后按图5所述装卸钻杆。

Claims (13)

1、一种适合于钻凿水井、工程孔、及地质勘探用的多功能自走钻机，它包括：一台用于装载钻机行走并为钻孔提供动力的四轮拖拉机；一个装于四轮拖拉机之上并可使之离开地面的机架；一个装于机架后部的可倾塔架；一个装于机架之上的含有钻具的钻井装置，其特征在于：所述多功能自走钻机还包括一个安装于四轮拖拉机变速箱之上并将四轮拖拉机的动力从变速箱输出的多速动力输出装置；所述钻井装置还包括一个中央部分可以通过钻具并可驱动钻具回转的齿轮传动箱；一个卷扬机；以及一根连接卷扬机的卷筒和所述钻具的钢丝绳及滑轮组。

2、根据权利要求1所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述多速动力输出装置包括：至少一根动力输出轴和一套齿轮传动装置，所述齿轮传动装置用于将四轮拖拉机变速箱动力输出端的二级减速齿轮中的一个齿轮的动力传至所述输出轴。

3、根据权利要求2所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述至少一根输出轴包括动动力输出第一轴和第二轴，在第一轴上都设有一个该传动装置的传动齿轮，以便将拖拉机变速箱二级减速齿轮中的第一级减速被动齿轮的动力从该齿轮传至所述第一轴。

4、根据权利要求3所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述动力输出第一轴和第二轴两轴同轴设置，第一轴和第二轴相邻处设有一个嵌入式离合器，以便将动力从或不从所述第一轴传至所述第二轴；所述第一轴与所述卷扬机的卷筒之间设有一套传动装置，以便可将所述第一轴的动力传至所述卷筒；所述第二轴与所述可驱动钻具旋转的齿轮传动箱之间也具有一套传动装置，以便可将所述第二轴的动力传至所述齿轮传动箱。

5、根据权利要求3所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述动力输出第一轴和第二轴两轴垂直设置，所述第一轴上设有嵌入式离合器和与动力输出第二轴固定的锥齿轮相啮合的锥齿轮，通过所述嵌入式离合器可把动力从或不从所述第一轴传至所述第二轴；所述第一轴与所述卷扬机的卷筒之间设有一套传动装置，以便可将所述第一轴的动力传至所述卷筒；所述第二轴与所述可驱动钻具旋转的齿轮传动箱之间也具有一套传动装置，以便可将所述第二轴的动力传至所述齿轮传动箱。

6、根据权利要求1所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述钻具包括可选择使用的一套水冲回转钻具、一套干钻回转钻具、一套干钻冲击钻具；所述卷扬机含有控制钻具升降、停止、点动或连续冲击的离合器和制动器。

7、根据权利要求6所述多功能自走钻机，其特征在于：所述卷扬机所含有的离合器为一锥形摩擦离合器，该离合器由宽螺距多线矩形螺旋副、差动轴承、离合器主动鼓与离合器主动鼓固定为一体的皮带轮或链轮组成；所述制动器由制动鼓和制动带构成。

8、根据权利要求6所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述水冲钻具包括：水龙头、中空主钻杆、钻杆及全面钻进钻头构成。

9、根据权利要求6所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述干钻回转钻具包括：水龙头、主钻杆、钻杆和岩心钻进钻头或螺旋钻头。

10、根据权利要求6所述的多功能自走钻机，其特征在于：干钻冲击钻具包括：冲锤、取芯器，所述冲锤联于所述钢丝绳。

11、根据权利要求6所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述钻具的钻杆接头是由宽螺距多线螺纹组成。

12、根据权利要求1所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述传动箱包括用于减速的园锥齿轮副，所述齿轮副为大变位系数和角一切变位园锥齿轮副。

13、根据权利要求1所述的多功能自走钻机，其特征在于：所述钻机包括有一套机动卸钻杆装置，它包括装卡钻杆螺杆、螺母的专用扳手，以及与传动卡套固定带有卡槽的防水罩，所述装卡螺母的专用扳手通过该防水罩实现机动卸钻杆。

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