CN113833419A - 一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统及方法，包括依次同轴连接且连通的前卡盘、前半轴、推力轴承、后半轴和后卡盘，在前半轴外啮合前大齿轮，前大齿轮啮合前高速齿轮；在后半轴外啮合后大齿轮，后大齿轮啮合后高速齿轮；前高速齿轮和后高速齿轮相邻且同轴，前高速齿轮和后高速齿轮中的一个连有马达或二者均分别连有马达，从而实现单马达驱动前卡盘或后卡盘转动，或单马达驱动前卡盘和后卡盘同时高速转动，或双马达驱动前卡盘和后卡盘同时低速转动，或双马达驱动前卡盘和后卡盘分别以不同转速转动的多动力形式。本发明可根据不同地层条件所需的转速和扭矩采用不同的动力形式，合理分配钻机动力，实现优快钻进，同时降低能耗。
Description
技术领域
本发明属于钻探装备技术领域，具体涉及一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统及方法。
背景技术
回转系统是钻机的主要执行机构，通孔式动力头主要依靠液压卡盘夹紧和松开钻杆柱，为钻探施工提供扭矩和转速，并配合给进机身向钻具提供孔底钻压，实现钻进作业。
现有的全液压钻机使用过程中普遍存在以下几方面的问题：通过调整马达排量，并经过齿轮减速，实现转速和扭矩的匹配，马达调速范围限制了转速和扭矩的调速范围，不利于优快钻进和降低能耗；钻进遭遇卡钻等井内事故时，需进行强力起拔解锁被卡钻具，卡盘夹紧力至关重要，而通过提高液压系统压力强迫卡盘夹紧钻杆则有损坏钻杆的风险；垂直钻孔过程中，液压卡盘或夹持器夹紧不及时会导致溜钻事故的发生；对于高转速工况，需专门配备扶正器，避免钻杆的过度抖动，影响钻进效率和成孔质量。
对于跟管钻进工艺，现有技术在机身安装两个不同通孔直径的动力头和夹持器，分别驱动不同直径钻杆柱，实现跟管钻进和上卸两种不同直径钻杆。然而，两个动力头、两个夹持器占用空间较大，大幅度降低了动力头的给进行程，不利于金属矿山、煤矿等空间受限场合的使用，两个动力头的运动速度和位置精确度难以控制，且成本高昂。
解决现有技术存在的以上问题，有利于实现优快钻进、降低能耗，拓宽跟管钻进等先进钻探技术的使用范围，降本增效、降低钻探作业劳动强度，从一定程度上推进相关技术及装备的推广和发展。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统及方法，克服现有钻机调速范围窄、能耗高、夹紧力小或分布不均匀、垂直孔溜钻、执行机构和控制系统复杂、空间利用率低、使用成本高等缺陷。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，包括依次同轴连接且连通的前卡盘、前半轴、推力轴承、后半轴和后卡盘；在前半轴外套有与前半轴上的花键啮合的前大齿轮，前大齿轮上方啮合有前高速齿轮；在后半轴外套有与后半轴上的花键啮合的后大齿轮，后大齿轮上方啮合有后高速齿轮；前高速齿轮和后高速齿轮相邻且同轴，前高速齿轮和后高速齿轮中的一个连有马达或二者均分别连有马达，从而实现单马达驱动前卡盘或后卡盘转动，或单马达驱动前卡盘和后卡盘同时高速转动，或双马达驱动前卡盘和后卡盘同时低速转动，或双马达驱动前卡盘和后卡盘分别以不同转速转动的多动力形式。
本发明还包括如下技术特征：
可选的，所述前半轴、前大齿轮和前高速齿轮均安装于前壳体内，所述后半轴、后大齿轮和后高速齿轮均安装于后壳体内；
在前壳体和前半轴的环隙内安装有同轴的前轴承I和前轴承II以使前半轴能相对前壳体转动，在前轴承I和前轴承II之间设有套在前半轴上的前配油套，前配油芯轴径向贯穿前壳体和前配油套并安装在前壳体上，前配油芯轴连通前半轴侧壁内的前配油通道且前配油通道连通至前卡盘；
在后壳体和后半轴的环隙内安装有同轴的后轴承I和后轴承II以使后半轴能相对后壳体转动，在后轴承I和后轴承II之间设有套在后半轴上的后配油套，后配油芯轴径向贯穿后壳体和后配油套并安装在后壳体上，后配油芯轴连通后半轴侧壁内的后配油通道且后配油通道连通至后卡盘。
可选的，所述后高速齿轮连有后马达且后马达的输出轴与后高速齿轮内花键啮合，后马达将转速和扭矩经后高速齿轮和后大齿轮传递至后半轴，后半轴与后卡盘螺纹连接并采用后传扭销定位以将扭矩传递至后卡盘及钻杆柱，此时前卡盘对钻杆柱进行前扶正以减少钻杆柱前端抖动，从而实现单马达驱动后卡盘转动的单马达单动的动力形式；
或所述前高速齿轮连有前马达且前马达的输出轴与前高速齿轮内花键啮合，前马达将转速和扭矩经前高速齿轮和前大齿轮传递至前半轴，前半轴与前卡盘螺纹连接并采用后传扭销定位以将扭矩传递至前卡盘及钻杆柱，此时后卡盘对钻杆柱进行后扶正以减少钻杆柱后端抖动，从而实现单马达驱动前卡盘转动的单马达单动的动力形式。
可选的，所述后高速齿轮连有后马达且后马达的输出轴与后高速齿轮内花键啮合，在前高速齿轮和后高速齿轮中心安装有与前高速齿轮和后高速齿轮内花键均啮合的联轴器，后马达依次带动后高速齿轮、后大齿轮和后半轴转动以将扭矩传递至后卡盘，以及后高速齿轮通过联轴器依次带动前高速齿轮、前大齿轮和前半轴转动以将扭矩传递至前卡盘，从而实现单马达驱动前卡盘和后卡盘同时高速转动的单马达双动的动力形式。
可选的，所述后高速齿轮连有后马达且后马达的输出轴与后高速齿轮内花键啮合，前高速齿轮连有前马达且前马达的输出轴与前高速齿轮内花键啮合，在前高速齿轮和后高速齿轮中心安装有与前高速齿轮和后高速齿轮内花键均啮合的联轴器，后马达依次带动后高速齿轮、后大齿轮和后半轴转动以将扭矩传递至后卡盘，前马达依次带动前高速齿轮、前大齿轮和前半轴转动以将扭矩传递至前卡盘，从而实现双马达驱动前卡盘和后卡盘同时低速转动的双马达同步双动的动力形式。
可选的，所述后高速齿轮连有后马达且后马达的输出轴与后高速齿轮内花键啮合，前高速齿轮连有前马达且前马达的输出轴与前高速齿轮内花键啮合，后马达依次带动后高速齿轮、后大齿轮和后半轴转动以将扭矩传递至后卡盘，前马达依次带动前高速齿轮、前大齿轮和前半轴转动以将扭矩传递至前卡盘，从而实现双马达驱动前卡盘和后卡盘分别以不同转速转动的双马达非同步双动的动力形式。
可选的，所述前卡盘和后卡盘可更换不同直径的卡瓦以分别对不同直径的钻杆柱进行夹紧或松开，并将扭矩传递至钻杆柱。
一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统的施工方法，该方法为所述的双卡盘回转系统的施工方法，单马达单动、单马达双动或双马达同步双动的动力形式均针对相同直径钻杆柱，钻杆柱能穿过回转系统的前卡盘、前半轴、推力轴承、后半轴和后卡盘以及夹持器，夹持器配合回转系统实现钻具的常规上卸，并能根据不同地层条件所需的转速和扭矩采用不同的动力形式，合理分配钻机动力，实现优快钻进，同时降低能耗。
一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统的施工方法，该方法为所述的双卡盘回转系统的施工方法，双马达非同步双动的动力形式针对两种不同直径钻杆柱进行分动，实现大直径钻杆柱护壁与小直径钻杆柱成孔同时钻进，包括如下步骤：
步骤一，回转系统通过动力头托板安装在钻机机身导轨上，夹持器安装在钻机机身前端；采用主动钻杆，通过前卡盘及夹持器的前段卡瓦下入大直径钻杆柱，至大直径钻杆柱的后端丝扣进入前段卡瓦范围内；
步骤二，通过后卡盘及夹持器的后段卡瓦下入小直径钻杆柱，后退回转系统继续下入大直径钻杆，至大直径钻杆柱后端进入前卡盘夹持范围内，同时小直径钻杆柱进入后卡盘夹持范围内，从小直径钻杆柱后端向孔内输送钻井液；
步骤三，后马达、前马达同时转动，将扭矩和转速传递至大直径钻杆柱、小直径钻杆柱，同时钻机机身的给进油缸驱动动力头托板向前运动，带动回转系统向大直径钻杆柱、小直径钻杆柱施加钻压；
步骤四，每次钻进结束后，按照步骤一至步骤三接入大直径钻杆、小直径钻杆，直至终孔；
步骤五，钻进结束后，按照相反步骤提钻。
可选的，前卡盘的卡瓦直径φ1、后卡盘的卡瓦直径φ2、后段卡瓦的直径φ3、前段卡瓦的直径φ4、大直径钻杆柱内径φ5、小直径钻杆柱外径φ6有如下关系：φ1＝φ4＞φ2＝φ3，φ5＞φ6。
钻进过程中大直径钻杆柱内壁与小直径钻杆柱外壁安装有密封环。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明采用两组卡盘、主轴、齿轮传动系统及马达，并采用止推轴承对前、后半轴进行分动，实现前、后卡盘分别对钻杆柱传递转速、扭矩和钻压，通过马达、联轴器安装个数和种类的组合，实现了单马达单动、单马达双动、双马达同步双动和双马达非同步双动的四种动力组合形式，可根据不同地层条件所需的转速和扭矩采用不同的动力组合形式，合理分配钻机动力，实现优快钻进，同时降低能耗；针对碎软、易塌地层，采用跟管钻进方法，实现大直径钻杆柱护壁与小直径钻杆柱成孔同时钻进，拓宽跟管钻进等先进钻探技术的使用范围，降低钻探作业劳动强度。
附图说明
图1为本发明双马达非同步双动的动力形式示意图。
图2为本发明双马达同步双动的动力形式示意图。
图3为本发明单马达单动的动力形式示意图。
图4为本发明单马达双动的动力形式示意图。
图5为前卡盘和后卡盘工作原理图。
图6为回转系统整体工作原理图。
图7为双管钻进工作原理图。
图8为跟管钻进大、小直径钻杆柱局部放大原理图。
附图标记含义：
11.前卡盘，12.前半轴，13.前大齿轮，14.前高速齿轮，15.前壳体，16.前轴承I，17.前轴承II，18.前配油套，19.前配油芯轴，110.前马达，21.后卡盘，22.后半轴，23.后大齿轮，24.后高速齿轮，25.后壳体，26.后轴承I，27.后轴承II，28.后配油套，29.后配油芯轴，210.后马达，3.推力轴承，4.联轴器，5.高速轴承盖；100.回转系统，200.动力头托板，300.钻机机身，400.夹持器，500.大直径钻杆柱，600.小直径钻杆柱，700.密封环。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
本发明提供一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统及方法，如图1至图8所示，回转系统包括依次同轴连接且连通的前卡盘11、前半轴12、推力轴承3、后半轴22和后卡盘21，前半轴和后半轴均为中心通孔的管状结构；在前半轴12外套有与前半轴12上的花键啮合的前大齿轮13，前大齿轮13上方啮合有前高速齿轮14；在后半轴22外套有与后半轴22上的花键啮合的后大齿轮23，后大齿轮23上方啮合有后高速齿轮24；前高速齿轮14和后高速齿轮24相邻且同轴，前高速齿轮14和后高速齿轮24中的一个连有马达或二者均分别连有马达，从而实现单马达驱动前卡盘11或后卡盘21转动，或单马达驱动前卡盘11和后卡盘21同时高速转动，或双马达驱动前卡盘11和后卡盘21同时低速转动(液压系统给一个马达提供动力时单马达转速大即为高速转动，液压系统同时给两个马达提供动力时双马达转速小即为低速转动)，或双马达驱动前卡盘11和后卡盘21分别以不同转速转动的多动力形式。
前半轴12后端小径与后半轴22前端大径配合安装，配合面上安装主轴密封圈，推力轴承3安装在前半轴12后端与后半轴22前端台间间隙中，可实现后半轴22与前半轴12分别转动。
前半轴12、前大齿轮13和前高速齿轮14均安装于前壳体15内，后半轴22、后大齿轮23和后高速齿轮24均安装于后壳体25内。
在前壳体15和前半轴12的环隙内安装有同轴的前轴承I16和前轴承II17以使前半轴12能相对前壳体15转动，在前轴承I16和前轴承II17之间设有套在前半轴12上的前配油套18，前配油芯轴19径向贯穿前壳体15和前配油套18并安装在前壳体15上，前配油芯轴19连通前半轴12侧壁内的前配油通道且前配油通道连通至前卡盘11；如图5所示，使液压油能经前配油芯轴和前配油通道流至前卡盘从而驱动前卡盘夹紧钻杆。
在后壳体25和后半轴22的环隙内安装有同轴的后轴承I26和后轴承II27以使后半轴22能相对后壳体25转动，在后轴承I26和后轴承II27之间设有套在后半轴22上的后配油套28，后配油芯轴29径向贯穿后壳体25和后配油套28并安装在后壳体25上，后配油芯轴29连通后半轴22侧壁内的后配油通道且后配油通道连通至后卡盘21；如图5所示，使液压油能经后配油芯轴和后配油通道流至后卡盘从而驱动后卡盘夹紧钻杆。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
本实施例提供一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，包括依次同轴连接且连通的前卡盘11、前半轴12、推力轴承3、后半轴22和后卡盘21，前半轴和后半轴均为中心通孔的管状结构；在前半轴12外套有与前半轴12上的花键啮合的前大齿轮13，前大齿轮13上方啮合有前高速齿轮14；在后半轴22外套有与后半轴22上的花键啮合的后大齿轮23，后大齿轮23上方啮合有后高速齿轮24；前高速齿轮14和后高速齿轮24相邻且同轴。具体的，本实施例中后高速齿轮24连有后马达210且后马达210的输出轴与后高速齿轮24内花键啮合，前高速齿轮14对应的前壳体15端部安装有高速轴承盖5，后马达210将转速和扭矩经后高速齿轮24和后大齿轮23传递至后半轴22，后半轴22与后卡盘21螺纹连接并采用后传扭销定位以将扭矩传递至后卡盘21及钻杆柱，此时前卡盘11对钻杆柱进行前扶正以减少钻杆柱前端抖动，从而实现单马达驱动后卡盘21转动的单马达单动的动力形式；如图3所示，适用于高转速小扭矩工况。
实施例2：
本实施例提供一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，包括依次同轴连接且连通的前卡盘11、前半轴12、推力轴承3、后半轴22和后卡盘21，前半轴和后半轴均为中心通孔的管状结构；在前半轴12外套有与前半轴12上的花键啮合的前大齿轮13，前大齿轮13上方啮合有前高速齿轮14；在后半轴22外套有与后半轴22上的花键啮合的后大齿轮23，后大齿轮23上方啮合有后高速齿轮24；前高速齿轮14和后高速齿轮24相邻且同轴。具体的，本实施例中前高速齿轮14连有前马达110且前马达110的输出轴与前高速齿轮14内花键啮合，前马达110将转速和扭矩经前高速齿轮14和前大齿轮13传递至前半轴12，前半轴12与前卡盘11螺纹连接并采用后传扭销定位以将扭矩传递至前卡盘11及钻杆柱，此时后卡盘21对钻杆柱进行后扶正以减少钻杆柱后端抖动，从而实现单马达驱动前卡盘11转动的单马达单动的动力形式，适用于高转速小扭矩工况。
实施例3：
本实施例提供一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，包括依次同轴连接且连通的前卡盘11、前半轴12、推力轴承3、后半轴22和后卡盘21，前半轴和后半轴均为中心通孔的管状结构；在前半轴12外套有与前半轴12上的花键啮合的前大齿轮13，前大齿轮13上方啮合有前高速齿轮14；在后半轴22外套有与后半轴22上的花键啮合的后大齿轮23，后大齿轮23上方啮合有后高速齿轮24；前高速齿轮14和后高速齿轮24相邻且同轴。具体的，本实施例中，后高速齿轮24连有后马达210且后马达210的输出轴与后高速齿轮24内花键啮合，前高速齿轮14对应的前壳体15端部安装有高速轴承盖，在前高速齿轮14和后高速齿轮24中心安装有与前高速齿轮14和后高速齿轮24内花键均啮合的联轴器4，后马达210依次带动后高速齿轮24、后大齿轮23和后半轴22转动以将扭矩传递至后卡盘21，以及后高速齿轮24通过联轴器4依次带动前高速齿轮14、前大齿轮13和前半轴12转动以将扭矩传递至前卡盘11，从而实现单马达驱动前卡盘11和后卡盘21同时高速转动的单马达双动的动力形式；如图4所示，适用于高转速大扭矩工况。
实施例4：
本实施例提供一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，包括依次同轴连接且连通的前卡盘11、前半轴12、推力轴承3、后半轴22和后卡盘21，前半轴和后半轴均为中心通孔的管状结构；在前半轴12外套有与前半轴12上的花键啮合的前大齿轮13，前大齿轮13上方啮合有前高速齿轮14；在后半轴22外套有与后半轴22上的花键啮合的后大齿轮23，后大齿轮23上方啮合有后高速齿轮24；前高速齿轮14和后高速齿轮24相邻且同轴。具体的，本实施例中，后高速齿轮24连有后马达210且后马达210的输出轴与后高速齿轮24内花键啮合，前高速齿轮14连有前马达110且前马达110的输出轴与前高速齿轮14内花键啮合，在前高速齿轮14和后高速齿轮24中心安装有与前高速齿轮14和后高速齿轮24内花键均啮合的联轴器4，后马达210依次带动后高速齿轮24、后大齿轮23和后半轴22转动以将扭矩传递至后卡盘21，前马达110依次带动前高速齿轮14、前大齿轮13和前半轴12转动以将扭矩传递至前卡盘11，从而实现双马达驱动前卡盘11和后卡盘21同时低速转动的双马达同步双动的动力形式；如图2所示，适用于低转速大扭矩工况。
实施例5：
如图1所示，本实施例提供一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，包括依次同轴连接且连通的前卡盘11、前半轴12、推力轴承3、后半轴22和后卡盘21，前半轴和后半轴均为中心通孔的管状结构；在前半轴12外套有与前半轴12上的花键啮合的前大齿轮13，前大齿轮13上方啮合有前高速齿轮14；在后半轴22外套有与后半轴22上的花键啮合的后大齿轮23，后大齿轮23上方啮合有后高速齿轮24；前高速齿轮14和后高速齿轮24相邻且同轴。具体的，本实施例中，后高速齿轮24连有后马达210且后马达210的输出轴与后高速齿轮24内花键啮合，前高速齿轮14连有前马达110且前马达110的输出轴与前高速齿轮14内花键啮合，后马达210依次带动后高速齿轮24、后大齿轮23和后半轴22转动以将扭矩传递至后卡盘21，前马达110依次带动前高速齿轮14、前大齿轮13和前半轴12转动以将扭矩传递至前卡盘11，从而实现双马达驱动前卡盘11和后卡盘21分别以不同转速转动的双马达非同步双动的动力形式。
前卡盘11和后卡盘21可更换不同直径的卡瓦以分别对不同直径的钻杆柱进行夹紧或松开，并将扭矩传递至钻杆柱。
实施例6：
本实施例提供一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统的施工方法，该方法为实施例1、实施例2、实施例3或实施例4中的双卡盘回转系统的施工方法，单马达单动、单马达双动或双马达同步双动的动力形式均针对相同直径钻杆柱，钻杆柱能穿过回转系统的前卡盘、前半轴、推力轴承、后半轴和后卡盘以及夹持器，夹持器配合回转系统实现钻具的常规上卸，并能根据不同地层条件所需的转速和扭矩采用不同的动力形式，合理分配钻机动力，实现优快钻进，同时降低能耗。
实施例7：
本实施例提供一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统的施工方法，该方法为实施例5中的双卡盘回转系统的施工方法，如图6、图7和图8所示，双马达非同步双动的动力形式针对两种不同直径钻杆柱进行分动，主要针对碎软、易塌地层，采用跟管钻进方法，实现大直径钻杆柱护壁与小直径钻杆柱成孔同时钻进，包括如下步骤：
步骤一，回转系统通过动力头托板安装在钻机机身导轨上，夹持器安装在钻机机身前端，本实施例夹持器包括前段卡瓦和后段卡瓦；采用主动钻杆，通过前卡盘及夹持器的前段卡瓦下入大直径钻杆柱，至大直径钻杆柱的后端丝扣进入前段卡瓦范围内；
步骤二，通过后卡盘及夹持器的后段卡瓦下入小直径钻杆柱，后退回转系统继续下入大直径钻杆，至大直径钻杆柱后端进入前卡盘夹持范围内，同时小直径钻杆柱进入后卡盘夹持范围内，从小直径钻杆柱后端向孔内输送钻井液；
步骤三，后马达、前马达同时转动，将扭矩和转速传递至大直径钻杆柱、小直径钻杆柱，同时钻机机身的给进油缸驱动动力头托板向前运动，带动回转系统向大直径钻杆柱、小直径钻杆柱施加钻压；
步骤四，每次钻进结束后，按照步骤一至步骤三接入大直径钻杆、小直径钻杆，直至终孔；
步骤五，钻进结束后，按照相反步骤提钻。
前卡盘的卡瓦直径φ1、后卡盘的卡瓦直径φ2、后段卡瓦的直径φ3、前段卡瓦的直径φ4、大直径钻杆柱内径φ5、小直径钻杆柱外径φ6有如下关系：φ1＝φ4＞φ2＝φ3，φ5＞φ6。
如图8所示，钻进过程中大直径钻杆柱内壁与小直径钻杆柱外壁安装有密封环，防止钻井液经大直径钻杆柱内壁与小直径钻杆柱外壁的环隙进入前半轴、后半轴、前壳体和后壳体内部，污染作业环境和动力头冷却润滑系统。
Claims (10)
1.一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，其特征在于，包括依次同轴连接且连通的前卡盘(11)、前半轴(12)、推力轴承(3)、后半轴(22)和后卡盘(21)；在前半轴(12)外套有与前半轴(12)上的花键啮合的前大齿轮(13)，前大齿轮(13)上方啮合有前高速齿轮(14)；在后半轴(22)外套有与后半轴(22)上的花键啮合的后大齿轮(23)，后大齿轮(23)上方啮合有后高速齿轮(24)；前高速齿轮(14)和后高速齿轮(24)相邻且同轴，前高速齿轮(14)和后高速齿轮(24)中的一个连有马达或二者均分别连有马达，从而实现单马达驱动前卡盘(11)或后卡盘(21)转动，或单马达驱动前卡盘(11)和后卡盘(21)同时高速转动，或双马达驱动前卡盘(11)和后卡盘(21)同时低速转动，或双马达驱动前卡盘(11)和后卡盘(21)分别以不同转速转动的多动力形式。
2.如权利要求1所述的多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，其特征在于，所述前半轴(12)、前大齿轮(13)和前高速齿轮(14)均安装于前壳体(15)内，所述后半轴(22)、后大齿轮(23)和后高速齿轮(24)均安装于后壳体(25)内；
在前壳体(15)和前半轴(12)的环隙内安装有同轴的前轴承I(16)和前轴承II(17)以使前半轴(12)能相对前壳体(15)转动，在前轴承I(16)和前轴承II(17)之间设有套在前半轴(12)上的前配油套(18)，前配油芯轴(19)径向贯穿前壳体(15)和前配油套(18)并安装在前壳体(15)上，前配油芯轴(19)连通前半轴(12)侧壁内的前配油通道且前配油通道连通至前卡盘(11)；
在后壳体(25)和后半轴(22)的环隙内安装有同轴的后轴承I(26)和后轴承II(27)以使后半轴(22)能相对后壳体(25)转动，在后轴承I(26)和后轴承II(27)之间设有套在后半轴(22)上的后配油套(28)，后配油芯轴(29)径向贯穿后壳体(25)和后配油套(28)并安装在后壳体(25)上，后配油芯轴(29)连通后半轴(22)侧壁内的后配油通道且后配油通道连通至后卡盘(21)。
3.如权利要求2所述的多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，其特征在于，所述后高速齿轮(24)连有后马达(210)且后马达(210)的输出轴与后高速齿轮(24)内花键啮合，后马达(210)将转速和扭矩经后高速齿轮(24)和后大齿轮(23)传递至后半轴(22)，后半轴(22)与后卡盘(21)螺纹连接并采用后传扭销定位以将扭矩传递至后卡盘(21)及钻杆柱；
或所述前高速齿轮(14)连有前马达(110)且前马达(110)的输出轴与前高速齿轮(14)内花键啮合，前马达(110)将转速和扭矩经前高速齿轮(14)和前大齿轮(13)传递至前半轴(12)，前半轴(12)与前卡盘(11)螺纹连接并采用后传扭销定位以将扭矩传递至前卡盘(11)及钻杆柱。
4.如权利要求2所述的多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，其特征在于，所述后高速齿轮(24)连有后马达(210)且后马达(210)的输出轴与后高速齿轮(24)内花键啮合，在前高速齿轮(14)和后高速齿轮(24)中心安装有与前高速齿轮(14)和后高速齿轮(24)内花键均啮合的联轴器(4)。
5.如权利要求2所述的多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，其特征在于，所述后高速齿轮(24)连有后马达(210)且后马达(210)的输出轴与后高速齿轮(24)内花键啮合，前高速齿轮(14)连有前马达(110)且前马达(110)的输出轴与前高速齿轮(14)内花键啮合，在前高速齿轮(14)和后高速齿轮(24)中心安装有与前高速齿轮(14)和后高速齿轮(24)内花键均啮合的联轴器(4)。
6.如权利要求2所述的多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，其特征在于，所述后高速齿轮(24)连有后马达(210)且后马达(210)的输出轴与后高速齿轮(24)内花键啮合，前高速齿轮(14)连有前马达(110)且前马达(110)的输出轴与前高速齿轮(14)内花键啮合。
7.如权利要求6所述的多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统，其特征在于，所述前卡盘(11)和后卡盘(21)可更换不同直径的卡瓦以分别对不同直径的钻杆柱进行夹紧或松开，并将扭矩传递至钻杆柱。
8.一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统的施工方法，其特征在于，该方法为权利要求3至5任一权利要求所述的双卡盘回转系统的施工方法，单马达单动、单马达双动或双马达同步双动的动力形式均针对相同直径钻杆柱，钻杆柱能穿过回转系统的前卡盘、前半轴、推力轴承、后半轴和后卡盘以及夹持器，夹持器配合回转系统实现钻具的常规上卸，并能根据不同地层条件所需的转速和扭矩采用不同的动力形式，合理分配钻机动力，实现优快钻进，同时降低能耗。
9.一种多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统的施工方法，其特征在于，该方法为权利要求7所述的双卡盘回转系统的施工方法，双马达非同步双动的动力形式针对两种不同直径钻杆柱进行分动，实现大直径钻杆柱护壁与小直径钻杆柱成孔同时钻进，包括如下步骤：
步骤一，回转系统通过动力头托板安装在钻机机身导轨上，夹持器安装在钻机机身前端；采用主动钻杆，通过前卡盘及夹持器的前段卡瓦下入大直径钻杆柱，至大直径钻杆柱的后端丝扣进入前段卡瓦范围内；
步骤二，通过后卡盘及夹持器的后段卡瓦下入小直径钻杆柱，后退回转系统继续下入大直径钻杆，至大直径钻杆柱后端进入前卡盘夹持范围内，同时小直径钻杆柱进入后卡盘夹持范围内，从小直径钻杆柱后端向孔内输送钻井液；
步骤三，后马达、前马达同时转动，将扭矩和转速传递至大直径钻杆柱、小直径钻杆柱，同时钻机机身的给进油缸驱动动力头托板向前运动，带动回转系统向大直径钻杆柱、小直径钻杆柱施加钻压；
步骤四，每次钻进结束后，按照步骤一至步骤三接入大直径钻杆、小直径钻杆，直至终孔；
步骤五，钻进结束后，按照相反步骤提钻。
10.如权利要求9所述的多动力组合形式的钻机双卡盘回转系统的施工方法，其特征在于，前卡盘的卡瓦直径φ1、后卡盘的卡瓦直径φ2、后段卡瓦的直径φ3、前段卡瓦的直径φ4、大直径钻杆柱内径φ5、小直径钻杆柱外径φ6有如下关系：φ1＝φ4＞φ2＝φ3，φ5＞φ6；钻进过程中大直径钻杆柱内壁与小直径钻杆柱外壁安装有密封环。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117027628A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-11-10 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 具有双旋转驱动装置的复合钻进系统及其控制方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1150339A1 (en) * | 1983-11-25 | 1985-04-15 | Oleg G Pogrebnyak | Tool-holder for drilling rig |
| US5029655A (en) * | 1988-11-18 | 1991-07-09 | Turmag Turbo-Maschinen-Ag Nusse & Grafer | Drilling machine for drilling large drilling holes in rock, particularly underground |
| US5172776A (en) * | 1991-04-22 | 1992-12-22 | Wilschek Kenneth E | Diamond drill chuck jaw carrier and assembly |
| JPH07189576A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-07-28 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | ロッド回転駆動装置 |
| CN201050297Y (zh) * | 2007-06-11 | 2008-04-23 | 马宝安 | 一种新型钻机动力头 |
| CN204754765U (zh) * | 2015-06-19 | 2015-11-11 | 江苏中煤矿山设备有限公司 | 双层管动力头 |
| CN105443033A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-30 | 重庆探矿机械厂 | 一种钻机动力头 |
| CN106223838A (zh) * | 2016-09-19 | 2016-12-14 | 江苏省无锡探矿机械总厂有限公司 | 大扭矩双马达双变速回转动力头 |
| WO2017124634A1 (zh) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 赤峰市浩峰钻机有限责任公司 | 滚压式夹持器 |
| CN211201755U (zh) * | 2019-12-20 | 2020-08-07 | 重庆术创科技有限公司 | 单头双管钻机 |
| CN212598948U (zh) * | 2020-05-14 | 2021-02-26 | 东莞市元昌机床有限公司 | 一种卡盘装夹辅助装置 |
| CN112983300A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-06-18 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种双卡盘液压动力头及其应用 |
-
2021
- 2021-09-07 CN CN202111042434.4A patent/CN113833419B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1150339A1 (en) * | 1983-11-25 | 1985-04-15 | Oleg G Pogrebnyak | Tool-holder for drilling rig |
| US5029655A (en) * | 1988-11-18 | 1991-07-09 | Turmag Turbo-Maschinen-Ag Nusse & Grafer | Drilling machine for drilling large drilling holes in rock, particularly underground |
| US5172776A (en) * | 1991-04-22 | 1992-12-22 | Wilschek Kenneth E | Diamond drill chuck jaw carrier and assembly |
| JPH07189576A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-07-28 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | ロッド回転駆動装置 |
| CN201050297Y (zh) * | 2007-06-11 | 2008-04-23 | 马宝安 | 一种新型钻机动力头 |
| CN204754765U (zh) * | 2015-06-19 | 2015-11-11 | 江苏中煤矿山设备有限公司 | 双层管动力头 |
| CN105443033A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-30 | 重庆探矿机械厂 | 一种钻机动力头 |
| WO2017124634A1 (zh) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 赤峰市浩峰钻机有限责任公司 | 滚压式夹持器 |
| CN106223838A (zh) * | 2016-09-19 | 2016-12-14 | 江苏省无锡探矿机械总厂有限公司 | 大扭矩双马达双变速回转动力头 |
| CN211201755U (zh) * | 2019-12-20 | 2020-08-07 | 重庆术创科技有限公司 | 单头双管钻机 |
| CN212598948U (zh) * | 2020-05-14 | 2021-02-26 | 东莞市元昌机床有限公司 | 一种卡盘装夹辅助装置 |
| CN112983300A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-06-18 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种双卡盘液压动力头及其应用 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117027628A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-11-10 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 具有双旋转驱动装置的复合钻进系统及其控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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