CN114183080B - 一种可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆及操作方法，装置包括顺次连接的前钻杆与后钻杆，前钻杆包括前内轴和前外轴，后钻杆包括后内轴和后外轴；前内轴末端有弹簧销和后内轴前端的第二半弓形三角块接触，前钻杆带动着弹簧销正向转动，弹簧销沿着弓形边滑动而收缩弹簧销，前钻杆反转，与弹簧销带动着第二半弓形三角块及后内轴旋转，实现反转且钻杆未脱落；后外轴和后内轴的键槽与后内轴固连的圆柱销配合，在后外轴上的轴套与圆柱销紧紧配合，旋转该轴套带动着后内轴进行水平位移和微小转动使得后内轴的第二半弓形三角块推出，从而达成后钻杆拆卸的目的；本发明在冲击地压条件下该钻杆仍然可以传递大扭矩正反转并实现自动拆卸。

Description

一种可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆及操作方法

技术领域

本发明涉及一种可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆及操作方法，属于钻杆领域。

背景技术

目前，冲击地压是影响煤矿安全生产的主要灾害问题之一，冲击地压是指地下开采的深部或构造应力很高的区域，在临空岩体中发生突发式破坏的现象，而且钻杆在工作中会受到很大的力矩，为了确保冲击地压地段的作业安全，卸压钻孔是一种有效的防止冲击地压的方法。但是由于钻杆在钻孔的过程中容易发生卡钻、抱钻等事故，此时需要通过钻杆的反转来实现解卡；

在钻孔作业中，所用的前、后两根钻杆一般都采用圆锥螺纹连接，由于锥螺纹的性质，它只能正转钻进，不能反转，若发生卡钻等事故，想反转解决卡钻问题，那么就极易造成后面的钻杆沿着螺纹脱落，导致脱钻，这样不仅会使钻孔报废，也会造成工程损失和材料损失，影响工程质量和工程进度。

为了解决钻杆反转的问题，目前出现的结构类型有采用三棱、六方等多面体形式的柱与孔进行插接对接，以传递正反转扭矩，用键销或螺钉进行轴向定位连接，以传递轴向载荷；通过实际应用情况看，这些正反转钻杆，多数情况下联接接头强度差，性能不稳定，且不能利用钻机进行机械自动拆卸，施工效率较低。

未来的钻孔工作逐渐趋向于自动化、智能化的发展，因此出现卡钻等问题需要钻机自行判断和解决，很需要能够传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，因此亟需提出一种新型的钻杆，解决反转以及不方便拆卸的问题。

发明内容

本发明提供一种可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆及操作方法，在冲击地压条件下该钻杆仍然可以传递大扭矩正反转并实现自动拆卸。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，包括至少一组可顺次连接的钻杆单元，每组钻杆单元包括顺次连接的前钻杆与后钻杆，所述前钻杆与后钻杆可拆卸连接；

作为本发明的进一步优选，所述的前钻杆包括前内轴和前外轴，后钻杆包括后内轴和后外轴；

前内轴嵌设在前外轴内部，且前内轴与前外轴焊接固定，所述后外轴包括顺次焊接在一起的后外轴前部分以及后外轴后部分，后外轴前部分直径与前内轴直径相同，且在后外轴前部外壁设置外螺纹，前外轴内壁设置内螺纹，后外轴后部分直径与前外轴直径相同；后外轴套设在后内轴外部；

后外轴前部分与后内轴重叠部分伸入前外轴内，与前内轴接触，后外轴前部的外螺纹与前外轴的内螺纹匹配；

作为本发明的进一步优选，在前内轴与后钻杆相邻的端部开设若干弹簧销凹槽，且若干弹簧销凹槽沿着前内轴端部圆周壁均匀分布，在每个弹簧销凹槽内插设弹簧销；

所述的后内轴伸入前外轴内与前内轴的弹簧销接触，所述弹簧销受到外力挤压时向凹槽槽底运动，外力撤销后弹簧销发生回弹；

作为本发明的进一步优选，在所述后外轴前部分与前内轴接触的端部位置焊接固定若干第一半弓形三角块，在与每个第一半弓形三角块直角边对齐的后外轴前部分圆周壁开设半弓形三角块凹槽；

在所述后内轴与前内轴接触端部的圆周外壁上焊接固定若干第二半弓形三角块，第二半弓形三角块与弹簧销匹配，且弹簧销端部与对应的第二半弓形三角块的弓形边接触；

当后外轴与后内轴发生相对移动时，第二半弓形三角块置于对应的半弓形三角块凹槽内，且第一半弓形三角块的直角边与第二半弓形三角块的直角边可以对齐；

其中，第二半弓形三角块置于对应的半弓形三角块凹槽内时，第二半弓形三角块的直角边与半弓形三角块凹槽槽壁之间有间隙；

作为本发明的进一步优选，在所述后外轴后部分的圆周壁上沿着径向开设贯通的后外轴键槽，后内轴嵌入后外轴内后，在后内轴圆周壁上沿着径向开设后内轴键槽，后外轴键槽与后内轴键槽匹配；

在后内轴键槽内安装圆柱销，圆柱销穿设后外轴键槽；

作为本发明的进一步优选，在后外轴开设后外轴键槽的部分套设轴套，轴套上沿着圆周径向开设螺旋状镂空，圆柱销同时穿设螺旋状镂空，且在轴套旋转时，圆柱销沿着螺旋状镂空进行移动；

作为本发明的进一步优选，所述弹簧销凹槽开设四个；

第一半弓形三角块布设四个；

第二半弓形三角块布设四个；

作为本发明的进一步优选，所述轴套与后外轴之间形成间隙，且间隙为2cm；

一种基于任一所述可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆的操作方法，具体包括以下步骤：

后外轴的外螺纹与前外轴的内螺纹匹配衔接后，启动前内轴进行正向转动，此时弹簧销沿着后内轴的第二半弓形三角块的弓形边滑动进行收缩；

当前内轴出现卡钻需要反向转动时，弹簧销沿着第二半弓形三角块的弓形边滑动卡入第二半弓形三角块的直角边与半弓形三角块凹槽槽壁之间形成的间隙内，将前内轴与后内轴锁紧一起进行反向转动；

作为本发明的进一步优选，前钻杆与后钻杆进行旋转时，轴套发生转动，圆柱销沿着轴套上的螺旋状镂空进行轨迹移动，圆柱销带动后内轴相对后外轴发生相对位移，后内轴上的第一半弓形三角块的直角边与第二半弓形三角块的直角边对齐且贴合，此时弹簧销重新沿着第二半弓形三角块的弓形边滑动进行伸缩，将前钻杆与后钻杆进行拆卸。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，通过在前内轴上设计弹簧销，后内轴上设计第二半弓形三角块，两者匹配，在遇到前钻杆卡钻等情况需要将钻杆反转时，前钻杆与后钻杆不会沿着螺纹脱落发生同步转动，减少了工程损失和材料损失，保证了工程质量以及工程进度；

2、本发明提供的可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，通过轴套与圆柱销的设置，同样结合后内轴上的第一半弓形三角块的直角边与第二半弓形三角块的直角边的配合，实现钻杆的快速拆卸。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的优选实施例的整体结构示意图；

图2是本发明提供的优选实施例的后外轴结构示意图；

图3是本发明提供的优选实施例的后内轴结构示意图；

图4是本发明提供的优选实施例的轴套结构示意图；

图5是本发明提供的优选实施例中后外轴上设置第一半弓形三角块、后内轴上设置第二半弓形三角块的结构示意图；

图6是本发明提供的优选实施例中钻杆在拆卸时第一半弓形三角块与第二半弓形三角块位置结构示意图。

图中：1为后钻杆，2为前钻杆，3为后内轴，4为后外轴，5为前内轴，6为前外轴，7为第二半弓形三角块，8为弹簧销，9为轴套，10为圆柱销，11为第一半弓形三角块，12为半弓形三角块凹槽，13为后外轴前部分，14为后外轴后部分，15为后外轴键槽，16为后内轴键槽,17为螺旋状镂空。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

介于目前钻孔作业中，由于钻杆锥螺纹的性质，导致钻杆只能正向转动，若需要紧急情况进行反向调整，即会导致两个钻杆在锥螺纹连接处发生卡钻问题，造成脱钻，影响工程质量；同时由于钻杆连接处连接头强度较低，导致无法实现自动拆卸。

因此本申请旨在提供一种可以解决上述问题的钻杆，是一种可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，从整体上来看，本申请包括至少一组可顺次连接的钻杆单元，每组钻杆单元包括顺次连接的前钻杆2与后钻杆1，图1所示，所述前钻杆与后钻杆可拆卸连接。所述的前钻杆包括前内轴5和前外轴6，后钻杆包括后内轴3和后外轴4；前内轴嵌设在前外轴内部，且前内轴与前外轴焊接固定，在实际应用中，前内轴与前外轴是一体成型的，为一个整体结构；所述后外轴包括顺次焊接在一起的后外轴前部分13以及后外轴后部分14，图2所示，后外轴前部分直径与前内轴直径相同，且在后外轴前部外壁设置外螺纹，前外轴内壁设置内螺纹，后外轴后部分直径与前外轴直径相同；后外轴套9设在图3所示的后内轴外部；后外轴前部分与后内轴重叠部分伸入前外轴内，与前内轴接触，后外轴前部的外螺纹与前外轴的内螺纹匹配。

前钻杆与后钻杆之间的连接部分，是本申请的发明点所在，即后续提到的第一半弓形三角块11、第二半弓形三角块7以及弹簧销8的设置，其中，第二半弓形三角块与弹簧销的结合，实现钻杆反转不脱落的目的，第一半弓形三角块、第二半弓形三角块结合圆柱销10，实现钻杆自动拆卸的目的；

接下来就进行具体的阐述，在前内轴与后钻杆相邻的端部开设若干弹簧销凹槽，且若干弹簧销凹槽沿着前内轴端部圆周壁均匀分布，在每个弹簧销凹槽内插设弹簧销，弹簧销仅能沿着弹簧销凹槽进行滑移；所述的后内轴伸入前外轴内与前内轴的弹簧销接触，所述弹簧销受到外力挤压时向凹槽槽底运动，外力撤销后弹簧销发生回弹。图5所示，在所述后外轴前部分与前内轴接触的端部位置焊接固定若干第一半弓形三角块，在与每个第一半弓形三角块直角边对齐的后外轴前部分圆周壁开设半弓形三角块凹槽12；在所述后内轴与前内轴接触端部的圆周外壁上焊接固定若干第二半弓形三角块，第二半弓形三角块与弹簧销匹配，且弹簧销端部与对应的第二半弓形三角块的弓形边接触，当前钻杆开始正向转动，弹簧销即可沿着第二半弓形三角块的弓形面做滑动从而伸缩，此时前钻杆转动，后钻杆不动；其中，第二半弓形三角块置于对应的半弓形三角块凹槽内时，第二半弓形三角块的直角边与半弓形三角块凹槽槽壁之间有间隙；因此当前钻杆卡钻或者需要反转时，弹簧销并不能沿着第二半弓形三角块的弓形面往回滑动，只能卡在间隙内，从而前钻杆带动后钻杆一起反转，当成目的。

从图1中可以看出，在所述后外轴后部分的圆周壁上沿着径向开设贯通的后外轴键槽15，后内轴嵌入后外轴内后，在后内轴圆周壁上沿着径向开设后内轴键槽16，后外轴键槽与后内轴键槽匹配；在后内轴键槽内安装圆柱销，圆柱销穿设后外轴键槽。在后外轴开设后外轴键槽的部分套设轴套，图4所示，轴套上沿着圆周径向开设螺旋状镂空17，圆柱销同时穿设螺旋状镂空，且在轴套旋转时，圆柱销沿着螺旋状镂空进行移动；这里螺旋状镂空的宽度与圆柱销的直径相等，能够紧紧夹住圆柱销，同时保证圆柱销的移动轨迹仅能在螺旋状镂空内，匹配的，此移动轨迹与第二半弓形三角块的行程一致。当轴套进行旋转时，圆柱销带着后内轴进行轻微的转动以及向前钻杆方向移动，即后外轴与后内轴发生相对移动时，第二半弓形三角块置于对应的半弓形三角块凹槽内，且图6所示第一半弓形三角块的直角边与第二半弓形三角块的直角边可以对齐；这种情况下，不论前内轴是正转还是反转，弹簧销均可以沿着第二半弓形三角块的弓形面进行滑动而伸缩，从而达到自动拆卸的目的。

在本申请中，关于弹簧销、第一半弓形三角块以及第二半弓形三角块的个数做了限制，均设置四个；为了方便轴套的灵活旋转，将轴套与后外轴之间形成的间隙限制为为2cm

最后本申请给出了可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆的操作方法，避免脱钻的具体做法为：后外轴的外螺纹与前外轴的内螺纹匹配衔接后，启动前内轴进行正向转动，此时弹簧销沿着后内轴的第一半弓形三角块的弓形边滑动进行收缩；当前内轴出现卡钻需要反向转动时，弹簧销沿着第一半弓形三角块的弓形边滑动卡入第二半弓形三角块的直角边与半弓形三角块凹槽槽壁之间形成的间隙内，将前内轴与后内轴锁紧一起进行反向转动。

方便拆卸的做法为：前钻杆与后钻杆进行旋转时，轴套发生转动，圆柱销沿着轴套上的螺旋状镂空进行轨迹移动，圆柱销带动后内轴相对后外轴发生相对位移，第二半弓形三角块的行程轨迹与圆柱销的行程轨迹一致，后内轴上的第一半弓形三角块的直角边与第二半弓形三角块的直角边对齐且贴合，此时弹簧销从第二半弓形三角块的直角边与半弓形三角块凹槽槽壁之间形成的间隙内推出，重新沿着第二半弓形三角块的弓形边滑动进行伸缩，将前钻杆与后钻杆进行拆卸。

综上可知，本申请实现了钻杆正反转并解决了卡钻问题，减少了工程损失和材料损失，保证工程质量以及工程的进度，并实现了自动拆卸的目的，为未来煤矿井下实现钻机自动化打钻提供了技术支撑。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，其特征在于：包括至少一组顺次连接的钻杆单元，每组钻杆单元包括顺次连接的前钻杆（2）与后钻杆（1），所述前钻杆（2）与后钻杆（1）拆卸连接；

所述的前钻杆（2）包括前内轴（5）和前外轴（6），后钻杆（1）包括后内轴（3）和后外轴（4）；

前内轴（5）嵌设在前外轴（6）内部，且前内轴与前外轴焊接固定，所述后外轴（4）包括顺次焊接在一起的后外轴前部分（13）以及后外轴后部分（14），后外轴前部分（13）直径与前内轴（5）直径相同，且在后外轴（4）前部外壁设置外螺纹，前外轴（6）内壁设置内螺纹，后外轴后部分（14）直径与前外轴（6）直径相同；后外轴（4）套设在后内轴（3）外部；

后外轴前部分（13）与后内轴（3）重叠部分伸入前外轴（6）内，与前内轴（5）接触，后外轴（4）前部的外螺纹与前外轴（6）的内螺纹匹配；

在前内轴（5）与后钻杆（1）相邻的端部开设若干弹簧销（8）凹槽，且若干弹簧销（8）凹槽沿着前内轴（5）端部圆周壁均匀分布，在每个弹簧销（8）凹槽内插设弹簧销（8）；

所述的后内轴（3）伸入前外轴（6）内与前内轴（5）的弹簧销（8）接触，所述弹簧销（8）受到外力挤压时向凹槽槽底运动，外力撤销后弹簧销（8）发生回弹；

在所述后外轴前部分（13）与前内轴（5）接触的端部位置焊接固定若干第一半弓形三角块（11），在与每个第一半弓形三角块（11）直角边对齐的后外轴前部分（13）圆周壁开设半弓形三角块凹槽（12）；

在所述后内轴（3）与前内轴（5）接触端部的圆周外壁上焊接固定若干第二半弓形三角块（7），第二半弓形三角块（7）与弹簧销（8）匹配，且弹簧销（8）端部与对应的第二半弓形三角块（7）的弓形边接触；

当后外轴（4）与后内轴（3）发生相对移动时，第二半弓形三角块（7）置于对应的半弓形三角块凹槽（12）内，且第一半弓形三角块（11）的直角边与第二半弓形三角块（7）的直角边对齐；

其中，第二半弓形三角块（7）置于对应的半弓形三角块凹槽（12）内时，第二半弓形三角块（7）的直角边与半弓形三角块凹槽（12）槽壁之间有间隙。

2.根据权利要求1所述的可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，其特征在于：在所述后外轴后部分（14）的圆周壁上沿着径向开设贯通的后外轴键槽（15），后内轴（3）嵌入后外轴（4）内后，在后内轴（3）圆周壁上沿着径向开设后内轴键槽（16），后外轴键槽（15）与后内轴键槽（16）匹配；

在后内轴键槽（16）内安装圆柱销（10），圆柱销（10）穿设后外轴键槽（15）。

3.根据权利要求2所述的可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，其特征在于：在后外轴（4）开设后外轴键槽（15）的部分套设轴套（9），轴套（9）上沿着圆周径向开设螺旋状镂空（17），圆柱销（10）同时穿设螺旋状镂空（17），且在轴套（9）旋转时，圆柱销（10）沿着螺旋状镂空（17）进行移动。

4.根据权利要求3所述的可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，其特征在于：所述弹簧销（8）凹槽开设四个；

第一半弓形三角块（11）布设四个；

第二半弓形三角块（7）布设四个。

5.根据权利要求4所述的可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆，其特征在于：所述轴套（9）与后外轴（4）之间形成间隙，且间隙为2cm。

6.一种基于权利要求5所述可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆的操作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

后外轴（4）的外螺纹与前外轴（6）的内螺纹匹配衔接后，启动前内轴（5）进行正向转动，此时弹簧销（8）沿着后内轴（3）的第一半弓形三角块的弓形边滑动进行收缩；

当前内轴（5）出现卡钻需要反向转动时，弹簧销（8）沿着第一半弓形三角块的弓形边滑动卡入第二半弓形三角块（7）的直角边与半弓形三角块凹槽（12）槽壁之间形成的间隙内，将前内轴（5）与后内轴（3）锁紧一起进行反向转动。

7.根据权利要求6所述的可传递大扭矩的正反转自动拆卸钻杆的操作方法，其特征在于：前钻杆（2）与后钻杆（1）进行旋转时，轴套（9）发生转动，圆柱销（10）沿着轴套（9）上的螺旋状镂空（17）进行轨迹移动，圆柱销（10）带动后内轴（3）相对后外轴（4）发生相对位移，后外轴上的第一半弓形三角块（11）的直角边与第二半弓形三角块（7）的直角边对齐且贴合，此时弹簧销（8）重新沿着第二半弓形三角块（7）的弓形边滑动进行伸缩，将前钻杆（2）与后钻杆（1）进行拆卸。