CN114059943B - 一种千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，应用于隧道钻孔机械技术领域，包括夹持心轴、定位活塞、夹持作动机构和液控单向阀，夹持作动机构轴套连接于夹持心轴外，夹持作动机构设有位于夹持心轴外壁处的密闭空腔，定位活塞固定在夹持心轴的外壁并将空腔上下分隔为x腔和y腔，夹持心轴的壁体内设有相互独立的油道d和油道e；需夹紧绳索钻杆时，向油道d注入高压油，夹持作动机构相对于夹持心轴上移；需松开绳索钻杆时，夹持作动机构相对于夹持心轴下移；该液压卡盘能够将夹持过程和动力头分隔开，不对动力头造成影响，同时，省去了油缸和心轴之间的轴承和循环冷却油路，避免了较大的发热，简化结构，方便操作。

Description

一种千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘

技术领域

本发明涉及隧道钻孔机械技术领域，特别涉及一种千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘。

背景技术

水平绳索钻杆主要运用于工程地质勘察、固体矿藏取心钻探工程，特别是铁路、高速公路地质勘察的超长水平孔钻探取心作业，适用于金刚石绳索取心、普通金刚石回转取心等多种钻探工艺。施工长距离水平取心钻孔能解决在一个施工地点代替多个垂直取心钻孔施工所能达到的效果，能减少因修路、设备搬迁等对脆弱环境造成的破坏；且水平钻孔的轨迹沿隧道走向，能够真实反映该设计隧道内的地质情况，为铁路、公路隧道选址及后续隧道施工提供详细的实物地质资料。

水平绳索钻杆通过水平岩心钻机进行驱动，液压卡盘是千米级动力头式水平岩心钻机的重要组成部分，液压卡盘用于将水平岩心钻机产生的高速旋转扭矩和水平运动传递给绳索钻杆，这样来实现快速取心钻进。

而现有技术的液压卡盘，在夹紧绳索钻杆时，会带动夹持心轴和动力头主轴产生轴向运动趋势，对动力头内的承轴产生作用力，导致动力头箱体变形，动力头轴承磨损，动力头发热，严重影响使用；由于现有液压卡盘的夹紧油缸是固定在动力头箱体上的，相对于心轴旋转，当油缸推动卡瓦运动时，夹紧油缸和心轴之间会产用较大的作用力，相应摩擦力也很大，出现发热，产生较多的热量，需要设置专门供循环冷却油液；另外，现有液压卡盘针对直径较大的绳索钻杆，夹持效果不好，不能保证取芯的连续性和翔实性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述夹持绳索钻杆对动力头造成损伤，影响使用的不足，提供一种千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，能够将夹持过程和动力头分隔开，不对动力头造成影响，同时，省去了油缸和心轴之间的轴承和循环冷却油路，避免了较大的发热，也简化了结构，能实现多级水平钻孔结构组合，在隧道工程勘察中能很好的实现沿隧道轴心超长水平取心，方便操作，获得目标地层岩心，取得连续水平地层整合接触信息。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其包括夹持心轴、定位活塞、夹持作动机构和液控单向阀，夹持作动机构轴套连接于夹持心轴外，夹持作动机构设有位于夹持心轴外壁处的密闭空腔，定位活塞固定在夹持心轴的外壁并将空腔上下分隔为x腔和y腔，夹持心轴的壁体内设有相互独立的油道d和油道e，油道d的一端连通至x腔，油道d的另一端用于注高压油，油道e的一端连通至y腔，油道e的另一端用于注高压油，液控单向阀设在油道d和油道e的注油口处并将两个注油口分隔；需夹紧绳索钻杆时，向油道d注入高压油，液控单向阀开启，x腔增大、y腔减小，夹持作动机构相对于夹持心轴上移；需松开绳索钻杆时，向油道e注入高压油，液控单向阀开启，y腔增大、x腔减小，夹持作动机构相对于夹持心轴下移。

通过夹持作动机构与夹持心轴轴套连接，夹持作动机构相对于夹持心轴作轴向运动，利用夹持作动机构对夹持心轴内的绳索钻杆进行夹持，通过x腔和y腔的压力变化调节夹持作动机构相对于夹持心轴的位置，通过向油道d和油道e注入高压油改变x腔和y腔的压差，通过液控单向阀防止高压油回流；传统的液压卡盘，采用的是油缸体，其固定在动力头箱体上的，相对于心轴可转动，当油缸运动时，会产生较大的作用力，相应的也产生较大摩擦力，导致发热严重，需要提供专门循环冷却油液，而本发明的结构将夹持作动机构和夹持心轴分开，独立运动，夹持作动机构和夹持心轴之间的作用力为内力，在夹持作动机构夹持绳索钻杆的过程中，不会对夹持心轴和夹持心轴下端连接的动力头产生作用力，夹持作动机构和夹持心轴体现为内力平衡，夹持绳索钻杆时，不会使夹持心轴和动力头产生运动趋势，也更不会对动力头造成损伤和导致变形，提高了动力头的寿命，减少了动力头的发热；同时，由于设置了夹持作动机构，省去了现有的液压卡盘中油缸与心轴之间的轴承，不需要提供油液润滑轴承，减少了零件，减少了发热源，结构更简化。

在本发明较佳的实施例中，上述液控单向阀包括阀芯和阀体，阀芯设在夹持心轴的壁体内且位于油道d内，阀体设有相互分隔的上腔室和下腔室，上腔室与油道d的注油口连通，下腔室与油道e的注油口连通，上腔室设有与阀芯端相匹配的阀孔，阀孔用于油道d内的油流通；通过设置上腔室和下腔室，让油道d和油道e分隔开，通过向上腔室和下腔室分别注入高压油，来引起阀体和阀芯之间的相互运动，从而实现阀孔的开启与闭合，使得高压油只能往一个方向流动而不发生回流现象。

在本发明较佳的实施例中，上述夹持作动机构的顶端内壁设有多个上窄下宽的楔形凸台、多个上宽下窄的卡瓦，相邻楔形凸台之间相互间隔，卡瓦嵌在楔形凸台的内侧，夹持作动机构的顶端还连接有卡瓦导向套，用于将卡瓦限制在夹持作动机构顶端；夹持作动机构相对于夹持心轴上移时，楔形凸台推动若干个卡瓦相互靠近，以便于夹持绳索钻杆；通过卡瓦导向套和楔形凸台同时对卡瓦进行限位，通过夹持作动机构带动楔形凸台上下运动，与楔形凸台相匹配的卡瓦也随着楔形凸台的运动而相互靠近，实现了夹持作动机构上下移动来驱动卡瓦对绳索钻杆进行夹持。

在本发明较佳的实施例中，上述卡瓦设有张敛槽和卡瓦张敛弹簧，多个卡瓦的张敛槽位于同一环形上，卡瓦张敛弹簧卡入多个张敛槽内，卡瓦张敛弹簧用于恢复各卡瓦的位置，多个卡瓦形成的夹持区域的直径≥114mm；通过卡瓦张敛弹簧对多个卡瓦内侧施加作用力，恢复多个卡瓦产生的形变位置，实现重复对绳索钻杆的夹持作用，通过卡瓦夹持通径大于114mm的绳索钻杆，满足超长水平绳索钻进过程的取心；通过咬合齿提供足够的夹持力，防止绳索钻杆松脱。

在本发明较佳的实施例中，上述卡瓦导向套的底部设有与卡瓦数量一致的阻隔片，相邻阻隔片之间形成卡口，卡口将卡瓦卡住，使得夹持作动机构只能相对于夹持心轴做轴向运动；通过阻隔片将各卡瓦限制在卡口内，卡瓦相对运动靠近时，始终保持在卡口内，避免卡瓦之间相互影响，确保夹持效果；同时，由于卡瓦导向套和夹持作动机构连接，而卡瓦卡在夹持心轴顶端的槽口内，这样，夹持作动机构仅相对于夹持心轴轴向运动而不能旋转，省去了传统卡盘中液压油缸与心轴之间的轴承。

在本发明较佳的实施例中，上述y腔内设置有弹性件，弹性件压缩和恢复形变的方向与夹持作动机构的移动方向一致；弹性件可为多种结构，具有较强的弹性恢复功能并提供较大的恢复力，方向的设置能够保证弹性件压缩和恢复时，始终能够驱动夹持作动机构进行上下移动。

在本发明较佳的实施例中，上述液压卡盘还包括动力头和安装在动力头顶端的配油体，配油体轴套连接于夹持心轴外壁，配油体和夹持心轴之间具有0.02-0.04mm的间隙，配油体和夹持心轴的间隙配合面分别经硬化处理而成，两个间隙配合面的表面硬度﹥HRC52、粗糙度≥0.8；配油体和夹持心轴之间为间隙配合，具有较小的间隙，能够确保配油体和夹持心轴之间的相对旋转不受影响，通过硬化处理使得间隙配合面能够具有耐磨性和较好的硬度，减少磨损，配油体和夹持心轴之间的间隙在高速转动时，能够通过油液密封。

在本发明较佳的实施例中，上述配油体的壁体内设有骨架旋转油封和轴承，夹持心轴的外壁与轴承匹配，骨架旋转油封套设在夹持心轴的外壁，配油体的壁体内还设有泄油通道，泄油通道连通至骨架旋转油封和轴承，泄油通道的另一端穿过配油体外壁连接有油压接头；通过骨架旋转油封和轴承，能够确保夹持心轴和配油体之间的顺利转动，减少了相互之间的摩擦力，同时起到了扶正的作用；间隙密封难免存在泄露，通过泄油通道用于导出泄露的油液，同时通过泄油通道中的油液，也为骨架旋转油封和轴承提供润滑。

在本发明较佳的实施例中，上述配油体还设有环形的油槽a和油槽b，油槽a连通上腔室，配油体设有连通上腔室的油口A并在油口A连接有油压接头，油槽b连通下腔室和油道e，配油体设有连通下腔室的油口B并在油口B连接有油压接头；通过油槽a和油槽b能够将油槽b、油道e连通至配油体外壁，实现高压油的注入。

在本发明较佳的实施例中，上述夹持作动机构包括夹持油缸体和夹持圆套，空腔设在夹持油缸体，夹持圆套连接在夹持油缸体顶端，连接后，夹持圆套将空腔封闭；通过夹持油缸体和夹持圆套组合为夹持作动机构，能够方便拆卸和组装，便于将夹持作动机构安装在夹持心轴外，同时通过夹持油缸体提供油液的空间。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、通过夹持作动机构和夹持心轴分开，独立运动，不会对夹持心轴和夹持心轴下端连接的动力头产生作用力，不会使夹持心轴和动力头产生运动趋势，也更不会对动力头造成损伤和导致变形，提高了动力头的寿命，减少了动力头的发热。

2、通过夹持作动机构和夹持心轴的结构，省去了现有的液压卡盘中油缸与心轴之间的轴承，不需要提供油液润滑轴承，减少了零件，减少了发热源，结构更简化。

3、能够夹持通径在114mm以上的伸缩钻杆，取心尺寸更大，获取更多的地质信息。

附图说明

图1为本发明实施例的千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘的剖面图；

图2为本发明实施例的夹持作动机构的结构剖面图；

图3为本发明实施例的夹持作动机构的结构另一角度的剖面图；

图4为本发明实施例的夹持圆套的立体图；

图5为本发明实施例的卡瓦导向套的立体图；

图6为本发明实施例的液压卡盘顶端在卡瓦处的截面图；

图7为本发明实施例的卡瓦的立体图；

图8为本发明实施例的配油体的示意图；

图9为本发明实施例的配油体的剖面图；

图10为本发明实施例的夹持心轴的剖面示意图；

图11为本发明实施例的图9的局部放大图；

图12为本发明实施例的液压卡盘的夹紧状态剖面图；

图13为本发明实施例的液压卡盘的松开状态剖面图。

图中标记：1-动力头箱体；2-动力头主轴；3-第一固定件；4-配油体；5-第二固定件；6-夹持心轴；7-夹持油缸体；8-定位活塞；9-夹持圆套；10-卡瓦；11-夹持端盖；12-第三固定件；13-第四固定件；14-卡瓦张敛弹簧；15-卡瓦导向套；16-防尘圈；17-第五固定件；18-轴用组合密封；19-孔用组合密封；20-弹性件；21-骨架旋转油封；22-轴承；23-油压接头；24-液控单向阀。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其包括动力头箱体1、动力头主轴2、第一固定件3、配油体4、第二固定件5、夹持心轴6、夹持油缸体7、定位活塞8、夹持圆套9、卡瓦10、夹持端盖11、第三固定件12、第四固定件13、卡瓦张敛弹簧14、卡瓦导向套15、防尘圈16、第五固定件17、轴用组合密封18、孔用组合密封19、弹性件20、骨架旋转油封21、轴承22、油压接头23和液控单向阀24；该液压卡盘通过夹持作动机构与夹持心轴6轴套连接，夹持作动机构相对于夹持心轴6作轴向运动，利用夹持作动机构对夹持心轴6内的绳索钻杆进行夹持；本实施例的结构将夹持作动机构和夹持心轴6分开独立运动，夹持作动机构和夹持心轴6之间的作用力为内力，在夹持作动机构夹持绳索钻杆的过程中，不会对夹持心轴6和夹持心轴6下端连接的动力头产生作用力，夹持作动机构和夹持心轴6体现为内力平衡，夹持绳索钻杆时，不会使夹持心轴6和动力头产生运动趋势，也更不会对动力头造成损伤和导致变形，提高了动力头的寿命，减少了动力头的发热。

请参照图1，本实施例的动力头箱体1和动力头主轴2为现有技术，而第一固定件3、第二固定件5、第三固定件12、第四固定件13和第五固定件17也为现有技术，五个固定件均采用内六角螺钉，也可采用其他螺钉或其他锁紧零件，夹持作动机构及其顶端用于夹持的结构，还有夹持心轴6和配油体4的设置，为本实施例的创新的技术；动力头主轴2与动力头箱体1之间轴套连接，配油体4座于动力头箱体1上，夹持心轴6的底端通过第二固定件5连接至动力头主轴2顶端，而配油体4套设于夹持心轴6外壁处，且配油体4通过第一固定件3连接至动力头箱体1，配油体4和夹持心轴6之间为间隙配合，夹持作动机构轴套连接于夹持心轴6的中部至顶部位置，夹持作动机构与配油体4的顶端之间具有间距，以便于夹持作动机构相对于夹持心轴6沿其轴向活动连接，夹持作动机构的顶端通过夹持端盖11封闭，其顶端内部设置有用于夹持绳索钻杆的卡瓦10，及与卡瓦10配套连接的卡瓦导向套15和卡瓦张敛弹簧14；传统的液压卡盘，夹紧油缸是固定在动力头箱体1上的，相对于心轴可转动，当油缸运动时，会产生较大的作用力，相应的也产生较大摩擦力，导致发热严重，需要提供专门循环冷却油液，而本实施例改变了原有的结构，创新地将夹持作动机构的运动不影响动力箱体，分开且相对独立；同时，由于设置了夹持作动机构，省去了现有的液压卡盘中油缸与心轴之间的轴承22，不需要提供油液润滑轴承22，减少了零件，减少了发热源，结构更简化。

请参照图2和图3，夹持作动机构包括夹持油缸体7和夹持圆套9，夹持油缸体7设有空腔，夹持油缸体7的内侧为环形，正好与夹持心轴6的外壁相互匹配，空腔呈环形，其内侧即为夹持心轴6，其外侧为夹持油缸体7的结构，其顶部通过夹持圆套9封闭，夹持圆套9连接在夹持油缸体7顶端，并通过第五固定件17螺纹连接固定，与夹持心轴6接触的夹持油缸体7内壁设置有轴用组合密封18，与夹持心轴6接触的夹持圆套9的内壁靠底端位置设置有轴用组合密封18，两组轴用组合密封18分别用于密封夹持心轴6与夹持油缸体7、夹持圆套9之间的缝隙，夹持心轴6外壁上位于接触卡瓦10的位置设置有一圈防尘圈16，防尘圈16将夹持心轴6和夹持圆套9之间的缝隙密封，防止落入杂质；夹持油缸体7和夹持圆套9连接后，夹持圆套9将空腔封闭，定位活塞8设置在该空腔内，定位活塞8呈环状，其内侧与夹持心轴6的外壁螺纹匹配连接，定位活塞8的外侧抵靠在夹持油缸体7的内壁，定位活塞8的外侧向内凹设有密封槽，并在该密封槽内嵌入设置有孔用组合密封19，这样，定位活塞8将空腔分隔为上下两个：x腔和y腔，保证了x腔和y腔之间的密封性，在y腔内设置弹性件20，弹性件20压缩和恢复形变的方向与夹持作动机构的移动方向一致；弹性件20可为多种结构，具有较强的弹性恢复功能并提供较大的恢复力，方向的设置能够保证弹性件20压缩和恢复时，始终能够驱动夹持作动机构进行上下移动，本实施例的弹性件20采用双层的碟簧，也可采用弹簧结构或其他弹性件20；通过夹持油缸体7和夹持圆套9组合为夹持作动机构，能够方便拆卸和组装，便于将夹持作动机构安装在夹持心轴6外，同时通过夹持油缸体7提供油液的空间。

请参照图4、图5和图6，夹持圆套9的顶端呈筒状，其顶端通过第四固定件13与卡瓦导向套15的边部固定，夹持端盖11的边部通过第三固定件12与卡瓦导向套15固定连接，夹持圆套9顶端内壁凸设有多个上窄下宽的楔形凸台，与楔形凸台匹配有上宽下窄的卡瓦10，其数量与楔形凸台数量一致，本实施例均采用5个，也可以为大于1的其他数量，相邻楔形凸台之间相互间隔，卡瓦10嵌在楔形凸台的内侧，卡瓦10与楔形凸台的各接触面倾斜且匹配，楔形凸台的内侧面卡瓦10的外侧面均为光面，便于相对运动减少摩擦，夹持心轴6的顶端的环形边缘设置有沿其轴向的五个槽口，该五个槽口相互间隔，卡瓦10的底部座于夹持心轴6顶端各槽口内，卡瓦10的顶部与卡瓦导向套15接触，卡瓦导向套15用于将卡瓦10限制在夹持作动机构顶端；卡瓦导向套15整体呈环状，其底部设有与卡瓦10数量一致的阻隔片，五个阻隔片垂直于卡瓦导向套15的顶部所在面，五个阻隔片相互间隔且位于同一圆柱面上，相邻阻隔片之间形成卡口，卡口将卡瓦10卡住，使得夹持作动机构只能相对于夹持心轴6做轴向运动；通过阻隔片将各卡瓦10限制在卡口内，卡瓦10相对运动靠近时，始终保持在卡口内，避免卡瓦10之间相互影响，确保夹持效果；同时，由于卡瓦10导向套和夹持作动机构连接，而卡瓦10卡在夹持心轴6顶端的槽口内，这样，夹持作动机构仅相对于夹持心轴6轴向运动而不能旋转，省去了传统卡盘中液压油缸与心轴之间的轴承。

请参照图6和图7，五个卡瓦10排布于同一圆周上，卡瓦10的内侧位于弧形面上，与绳索钻杆的外壁匹配，便于对绳索钻杆抱紧，五个卡瓦10形成的夹持区域的直径≥114mm，能够对直径大于114mm的大通径绳索钻杆进行夹持，满足超长水平绳索钻进过程的取心，卡瓦10的内壁设置有咬合齿，咬合齿为多个齿状结构排列而成，本实施例采用相互间隔的多列咬合齿排列，通过咬合齿提供足够的夹持力，防止绳索钻杆松脱；各卡瓦10还设置有张敛槽，张敛槽可设置在卡瓦10各个部位，本实施例的张敛槽设置有两个，分别位于在卡瓦10内侧的上下间隔位置，五个卡瓦10张敛槽位于同一环形上，两个卡瓦张敛弹簧14卡入各卡瓦10的两个张敛槽内，用于在各卡瓦10需松开抱紧的绳索钻杆时，向外侧施加推力，恢复各卡瓦10的位置，本实施例的卡瓦张敛弹簧14采用带缺口的环形弹簧，通过卡瓦张敛弹簧14对五个卡瓦10内侧施加作用力，恢复五个卡瓦10产生的形变位置，实现重复对绳索钻杆的夹持作用。

请参照图8，本实施例的夹持心轴6和配油体4是特殊设计的，配油体4和夹持心轴6之间具有0.02-0.04mm的间隙，配油体4和夹持心轴6的间隙配合面分别经硬化处理而成，两个间隙配合面的表面硬度﹥HRC52、粗糙度≥0.8；配油体4和夹持心轴6之间为间隙配合，具有较小的间隙，能够确保配油体4和夹持心轴6之间的相对旋转不受影响，通过硬化处理使得间隙配合面能够具有耐磨性和较好的硬度，减少磨损，配油体4和夹持心轴6之间的间隙在高速转动时，能够通过油液密封；配油体4的内壁开设有两个环形的槽，分别为油槽a和油槽b，油槽a通过注油口D连通上腔室，油槽b通过注油口H连通下腔室，油槽b的另一端通过油口E连通油道e，这样通过油槽b将下腔室和y腔连通，通过油槽a和油槽b能够将油槽b、油道e连通至配油体4外壁，实现高压油的注入，配油体4的外壁设有连接注油口D的油口A，这样通过油口A可向上腔室内注入高压油，与油口A位置间隔的配油体4外壁设有连接注油口H的油口B，这样通过油口B可向下腔室注入高压油，油口A和油口B分别连接有油压接头23，油压接头23用于注入高压油和回注油液。

请参照图9，配油体4还设置有骨架旋转油封21和轴承22，均位于与夹持心轴6间隙配合的配油体4间隙配合面，夹持心轴6的外壁与轴承22匹配，骨架旋转油封21套设在夹持心轴6的外壁，骨架旋转油封21设置有三个，一个位于配油体4顶端，一个位于夹持心轴6与配油体4接触的底端处，另一个位于配油体4、夹持心轴6和动力头主轴2的连接处，配油体4的壁体内还设有泄油通道，泄油通道连通至骨架旋转油封21和轴承22，泄油通道的另一端穿过配油体4外壁，该处设置有连通泄油通道的油口C，油口C外连接有油压接头23；通过骨架旋转油封21和轴承22，能够确保夹持心轴6和配油体4之间的顺利转动，减少了相互之间的摩擦力，同时起到了扶正的作用；间隙密封难免存在泄露，通过泄油通道用于导出泄露的油液，同时通过泄油通道中的油液，也为骨架旋转油封21和轴承22提供润滑。

请参照图10和图11，夹持心轴6呈筒状，在筒状结构的壁体内设有相互独立的油道d和油道e，油道d用于x腔的油液提供，油道e用于y腔的油液提供，油道d的一端在夹持心轴6的外壁开设有油口F，并连通至x腔，油道d的另一端在夹持心轴6的外壁处开设有注油口D，用于注高压油，油道e的一端在夹持心轴6的外壁开设有油口G，并连通至y腔，油道e的另一端在夹持心轴6的外壁处开设有油口E，用于注高压油；液控单向阀24设在油道d和油道e的注油口处并将两个注油口分隔，液控单向阀24包括阀芯和阀体，阀芯设在夹持心轴6的壁体内且位于油道d内，阀芯的一端与夹持心轴6的壁体内部连接，可采用螺纹连接方式，阀体设有相互分隔的上腔室和下腔室，阀体的四周和夹持心轴6的壁体内部紧密贴住，阀体的中部将上腔室和下腔室分隔，上腔室是阀体的上半部分在夹持心轴6内形成的腔体，下腔室是阀体的下半部分在夹持心轴6内形成的腔体，油道d的注油口D与上腔室连通，油道e的注油口H开设在夹持心轴6的外壁处，油道e的注油口H与下腔室连通，阀体的顶部设有与阀芯端相匹配的阀孔，阀孔位于上腔室的顶部，阀孔用于油道d内的油流通，通过设置上腔室和下腔室，让油道d和油道e分隔开，通过向上腔室和下腔室分别注入高压油，来引起阀体和阀芯之间的相互运动，从而实现阀孔的开启与闭合，使得高压油只能往一个方向流动而不发生回流现象。

本实施例的使用原理是：

请参照图12，需夹持绳索钻杆时，动力头旋转或动力头移动，钻机液压系统联动并通过油口A向注油口D注入高压油，高压油进入上腔室和油槽a，阀芯被顶开，高压油再通过阀孔进入油道d，再通过油口F进入x腔，y腔压缩，碟簧同步压缩，夹持油缸体7和夹持圆套9相对于夹持心轴6上移，通过夹持圆套9带动楔形凸台向上运动，通过卡瓦导向套15和楔形凸台同时对卡瓦10进行限位，楔形凸台推动五个卡瓦10相互靠近，夹持住绳索钻杆；y腔的低压油进入油槽b，再从注油口B回注至钻机液压系统，同时阀芯相对于阀体向下运动，液控单向阀24的阀孔关闭，高压油被锁在x腔和油道d中。

请参照图13，需松开绳索钻杆时，油口A和油口B先处于低压状态，再通过油口B向注油口H注入高压油，持续性地给H油口提供开启液控单向阀24的油压，油压范围为0.5～2Mpa，高压油通过油槽b和油道e进入y腔，同时，y腔的油压增大，在油压和碟簧的恢复力作用下，y腔增大，x腔压缩，油道d中的高压油顶开阀体，开启阀孔，油液通过注油口D回注至钻机液压系统，而夹持油缸体7和夹持圆套9相对于夹持心轴6下移，楔形凸台通过带动而不再向卡瓦10施加力，卡瓦10在卡瓦张敛弹簧14作用下恢复位置，松开绳索钻杆。

通过向油道d和油道e注入高压油改变x腔和y腔的压差，通过x腔和y腔的压力变化调节夹持作动机构相对于夹持心轴6的位置，从而驱动夹持作动机构上下移动，进一步驱动卡瓦10对绳索钻杆夹持。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其特征在于，包括夹持心轴、定位活塞、夹持作动机构和液控单向阀，以及动力头和安装在动力头顶端的配油体，所述配油体轴套连接于所述夹持心轴外壁，所述夹持作动机构轴套连接于夹持心轴外，所述夹持作动机构设有位于夹持心轴外壁处的密闭空腔，所述定位活塞固定在夹持心轴的外壁并将所述空腔上下分隔为x腔和y腔，所述y腔内设置有弹性件，所述弹性件压缩和恢复形变的方向与夹持作动机构的移动方向一致；

所述夹持心轴的壁体内设有相互独立的油道d和油道e，所述油道d的一端连通至x腔，所述油道d的另一端用于注高压油，所述油道e的一端连通至y腔，所述油道e的另一端用于注高压油，所述液控单向阀设在油道d和油道e的注油口处并将两个注油口分隔；

所述液控单向阀包括阀芯和阀体，所述阀芯设在夹持心轴的壁体内且位于油道d内，所述阀体设有相互分隔的上腔室和下腔室，所述上腔室与油道d的注油口连通，所述下腔室与油道e的注油口连通，所述上腔室设有与阀芯端相匹配的阀孔，所述阀孔用于油道d内的油流通；

所述配油体还设有环形的油槽a和油槽b，所述油槽a连通所述上腔室，所述配油体设有连通上腔室的油口A并在油口A连接有油压接头，所述油槽b连通所述下腔室和所述油道e，所述配油体设有连通下腔室的油口B并在油口B连接有油压接头。

2.根据权利要求1所述的千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其特征在于，所述夹持作动机构包括夹持油缸体和夹持圆套，所述夹持圆套的顶端呈圆筒状，所述夹持圆套顶端内壁设有多个上窄下宽的楔形凸台、多个上宽下窄的卡瓦，相邻所述楔形凸台之间相互间隔，所述卡瓦嵌在楔形凸台的内侧，所述夹持作动机构的顶端还连接有卡瓦导向套，用于将卡瓦限制在夹持作动机构顶端；所述夹持作动机构相对于夹持心轴上移时，所述楔形凸台推动若干个卡瓦相互靠近，以便于夹持绳索钻杆。

3.根据权利要求2所述的千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其特征在于，所述卡瓦的内壁设有张敛槽和卡瓦张敛弹簧，多个所述卡瓦的张敛槽位于同一环形上，所述卡瓦张敛弹簧卡入多个所述张敛槽内，所述卡瓦张敛弹簧用于恢复各所述卡瓦的位置，多个所述卡瓦形成的夹持区域的直径≥114mm。

4.根据权利要求3所述的千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其特征在于，所述卡瓦导向套的底部设有与所述卡瓦数量一致的阻隔片，相邻阻隔片之间形成卡口，所述卡口将卡瓦卡住，使得夹持作动机构只能相对于夹持心轴做轴向运动。

5.根据权利要求1所述的千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其特征在于，所述配油体和夹持心轴之间具有0.02-0.04mm的间隙，所述配油体和夹持心轴的间隙配合面分别经硬化处理而成，两个所述间隙配合面的表面硬度﹥HRC52、粗糙度≥0.8。

6.根据权利要求5所述的千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其特征在于，所述配油体的壁体内设有骨架旋转油封和轴承，所述夹持心轴的外壁与轴承匹配，所述骨架旋转油封套设在所述夹持心轴的外壁，所述配油体的壁体内还设有泄油通道，所述泄油通道连通至骨架旋转油封和轴承，所述泄油通道的另一端穿过配油体外壁连接有油压接头。

7.根据权利要求2所述的千米级水平绳索钻杆同步旋转液压卡盘，其特征在于，所述空腔设在所述夹持油缸体，所述夹持圆套连接在所述夹持油缸体顶端，连接后，所述夹持圆套将所述空腔封闭。