CN114961595A - 多级进给装置及钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级进给装置和钻机，多级进给装置包括：外缸筒，外缸筒内设置有活塞；前一级活塞杆，前一级活塞杆嵌套设置于外缸筒内；前二级活塞杆，前二级活塞杆嵌套设置于前一级活塞杆内；后一级活塞杆，后一级活塞杆嵌套设置于外缸筒内；后二级活塞杆，后二级活塞杆嵌套设置于后一级活塞杆内；活塞上设置有第一油道和第二油道，所述第一油道连通前二级油腔和后一级油腔，所述第二油道连通后二级油腔和前一级油腔。装置和钻机采用单作用油缸结构即可实现多级伸缩驱动动作，相对于现有技术中通常需要设置多个作用源来实现多级驱动的结构，整体结构简单，控制方便、稳定，可靠性高；且安装尺寸小，能够更好地适应于不同的工作场景。

Description

多级进给装置及钻机

技术领域

本发明属于钻机设备技术领域，特别涉及一种多级进给装置及钻机。

背景技术

在地质钻孔作业中，通过钻具进给装置驱动钻具向前或向后运动，实现钻具的前推或起拔，广泛应用于工程地质勘察、固体矿藏取心钻探等工程，特别适用于铁路、公路隧道内或深部矿产巷道内地质钻探取心作业，适用于金刚石绳索取心、普通金刚石回转取心等钻探工艺。

现有的钻机进给装置多采用一级双作用油缸直驱或油缸链条倍速机构驱动，这些结构往往存在给进行程较短或体积较大的问题。一般来说，一级双作用油缸直驱结构要实现长行程则油缸的尺寸要较长，导致安装尺寸较长，并且当活塞杆完全伸出时缸体会超出钻架，稳定性差且对使用空间有很大的限制。油缸链条倍速机构推拔力一般较小，并且存在推力小于起拔力的问题，其钻进的推拔力只有油缸自身推拔力的二分之一，如果要增加推拔力则需要增大油缸径，这样会使整个机构的重量大幅增加，并且其采用的链条滚轮结构复杂、稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用单作用多级复合油缸结构的多级进给装置以及采用这种多级进给装置的钻机，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

多级进给装置，包括：

外缸筒，所述外缸筒内设置有活塞；

前一级活塞杆，所述前一级活塞杆嵌套设置于外缸筒内，所述前一级活塞杆一端连接在活塞的一端，其另一端伸出到外缸筒外，并在外缸筒、前一级活塞杆和活塞之间形成封闭的前一级油腔；

前二级活塞杆，所述前二级活塞杆嵌套设置于前一级活塞杆内，所述前二级活塞杆与前一级活塞杆之间滑动配合连接，在前一级活塞杆、前二级活塞杆和活塞之间形成前二级油腔，所述前二级活塞杆内设置有前油道，所述前油道一端与前二级油腔连通，另一端设置有用于与外部油源连接的前油口；

后一级活塞杆，所述后一级活塞杆嵌套设置于外缸筒内，所述后一级活塞杆一端相对前一级活塞杆连接在活塞的另一端，其另一端伸出到外缸筒外，并在外缸筒、后一级活塞杆和活塞之间形成封闭的后一级油腔；

后二级活塞杆，所述后二级活塞杆嵌套设置于后一级活塞杆内，所述后二级活塞杆与后一级活塞杆之间滑动配合连接，在后一级活塞杆、后二级活塞杆和活塞之间形成后二级油腔，所述后二级活塞杆内设置有后油道，所述后油道一端与后二级油腔连通，另一端设置有用于与外部油源连接的后油口；

所述活塞上设置有第一油道和第二油道，所述第一油道连通前二级油腔和后一级油腔，所述第二油道连通后二级油腔和前一级油腔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外缸筒两端在外缸筒与前一级活塞杆之间、外缸筒与后一级活塞杆之间设置有一级导向套，所述一级导向套与前一级活塞杆、后一级活塞杆之间滑动配合，所述一级导向套与前一级活塞杆、后一级活塞杆之间设置有密封组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述前二级活塞杆一端设置有与前一级活塞杆配合的前滑动部，所述前滑动部与前一级活塞杆之间滑动配合，所述前滑动部与前一级活塞杆之间设置有密封组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述前一级活塞杆一端在前一级活塞杆与前二级活塞杆之间设置有前二级导向套，所述前二级导向套与前二级活塞杆之间滑动配合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述前二级导向套上设置有导向组件、防尘组件，所述前二级导向套上设置有将前一级活塞杆内部与外界连通的空气通道。

作为上述技术方案的进一步改进，所述后二级活塞杆一端设置有与后一级活塞杆配合的后滑动部，所述后滑动部与后一级活塞杆之间滑动配合，所述后滑动部与后一级活塞杆之间设置有密封组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述后一级活塞杆一端在后一级活塞杆与后二级活塞杆之间设置有后二级导向套，所述后二级导向套与后二级活塞杆之间滑动配合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述后二级导向套上设置有导向组件、防尘组件，所述后二级导向套上设置有将后一级活塞杆内部与外界连通的空气通道。

作为上述技术方案的进一步改进，所述活塞包括活塞部和设置于活塞部两端的连接部，所述活塞部与外缸筒之间设置有密封组件；

所述前一级活塞杆、后一级活塞杆分别与连接部连接，在活塞部、外缸筒和前一级活塞杆之间形成所述前一级油腔，在活塞部、外缸筒和后一级活塞杆之间形成所述后一级油腔。

另一方面，本发明中还提供一种采用多级进给装置的钻机，包括钻架，所述多级进给装置的前二级活塞杆和后二级活塞杆分别连接在钻架上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1）采用单作用油缸结构即可实现装置的多级伸缩驱动动作，相比于现有技术中通常需要设置多个作用源来实现多级驱动的结构，本装置整体结构简单，控制方便、稳定，可靠性高。

2）整个装置通过结构上的优化设置，在实现单作用多级驱动的同时，整体结构的安装尺寸较小，在保证长行程的前提下减小了装置的整体尺寸，使其能够更好地适应于不同的工作场景。

3）通过对装置结构上的优化，各级油缸的作用面积能够根据需要进行合理的配置，这样只需要调整各级油缸的作用面积之间的比例关系，即可对装置动作过程中产生的推力和起拔力进行调节；并且装置内部油路结构简单，装置动作过程中的运动速度能够得到有效的控制，从而能够很好地解决传统结构的多级油缸推拉力不相等及动作过程中运动速度存在跳变的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明中多级进给装置结构示意图。

图2为本发明中采用多级进给装置的钻机结构示意图。

图3为本发明中钻机一种实施方式结构主视图。

图4为本发明中多级进给装置在钻架上安装状态的结构剖视图。

图5为图4中A处局部示意图。

图6为图4中B处局部示意图。

图7为本发明中多级进给装置的外缸筒向下运动到最大行程状态的结构示意图。

图8为图7中C处局部示意图。

图9为本发明多级进给装置中活塞结构示意图。

图10为本发明多级进给装置中前二级导向套/后二级导向套结构示意图。

其中：

10、钻架；

201、外缸筒，202、前一级活塞杆，203、前二级活塞杆，231、前滑动部，204、后一级活塞杆，205、后二级活塞杆，251、后滑动部，206、活塞，261、活塞部，262、连接部，207、前一级导向套，208、前二级导向套，209、空气通道， 211、后一级导向套，214、后二级导向套；

301、前一级油腔，302、前二级油腔，303、前油道，304、前油口，305、后一级油腔，306、后二级油腔，307、后油道，308、后油口，309、第一油道，310、第二油道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

参照图1和4，本实施例中的多级进给装置，包括：

外缸筒201；在外缸筒201内设置有活塞206，活塞206与外缸筒201之间滑动配合，可在外缸筒内做活塞运动。如图5和9，本实施例中的活塞206包括活塞部261和设置在活塞部两端的连接部262，在活塞部263上设置有密封组件，通过活塞部将外缸筒分隔成前后两个独立的腔室。活塞部上设置的密封组件可采用四氟导向环、活塞格莱圈等的组合，实现密封和运动导向的作用。

前一级活塞杆202；前一级活塞杆202为中空结构件，前一级活塞杆202嵌套设置于外缸筒201内，前一级活塞杆202一端连接在活塞206的连接部262上，与连接部262之间通过螺纹固定连接，其另一端伸出到外缸筒201外部。

在外缸筒201端部位于外缸筒与前一级活塞杆之间设置一级导向套，该一级导向套为前一级导向套207，该前一级导向套207可通过螺纹固定连接到外缸筒201端部，前一级导向套207与前一级活塞杆202之间滑动配合，在前一级导向套207与前一级活塞杆202之间设置有密封组件，此时在活塞的活塞部261、外缸筒201内壁、前一级活塞杆202外壁和前一级导向套207之间形成封闭的前一级油腔301。这里前一级导向套在起到在外缸筒与前一级活塞杆之间形成密封的同时，还能起到对外缸筒的运动位置进行限位的作用。在前一级导向套207与前一级活塞杆202之间设置的密封组件可采用四氟导向环、O型密封圈、斯特密封、Y型密封圈、防尘圈等的组合，实现密封和运动导向的作用。

前二级活塞杆203；前二级活塞杆203嵌套设置于前一级活塞杆202内，前二级活塞杆203与前一级活塞杆202之间形成活动配合连接；具体地，作为一种可行的实施方式，在前二级活塞杆203一端设置有与前一级活塞杆202缸体配合的前滑动部231，前滑动部231与前一级活塞杆202之间滑动配合，在前滑动部231与前一级活塞杆202之间设置密封组件，此时在活塞206、前二级活塞杆的前滑动部231、前一级活塞杆202的内壁之间形成前二级油腔302。在前二级活塞杆203内设置有前油道303，前油道303设置为盲孔结构，前油道303一端与前二级油腔302连通，在前二级活塞杆203上位于前油道303的另一端设置用于与外部油源连接的前油口304。

前一级活塞杆202一端在前一级活塞杆与前二级活塞杆之间设置有前二级导向套208，该前二级导向套208与前二级活塞杆203之间滑动配合，起到对前二级活塞杆在前一级活塞杆内运动时导向的作用，同时可对前一级活塞杆的运动位置进行限位。在前二级导向套208上设置导向组件和防尘组件，起到导向和防尘的作用；这里的导向组件可采用二级四氟导向环，防尘组件和可采用二级防尘圈。在前二级导向套208上设置将前一级活塞杆和前二级活塞杆之间形成的内部空间与外界连通的空气通道，保证前二级活塞杆与前一级活塞杆之间的稳定运动，如图6和10。

此时，前一级活塞杆202、前二级活塞杆203与外缸筒201之间形成一组多级油缸。

相应地，多级进给装置还包括另外一组多级油缸，包括：

后一级活塞杆204；后二级活塞杆204为中空结构件，后一级活塞杆204嵌套设置于外缸筒201内，后一级活塞杆204一端连接在活塞另一端的连接部262，与连接部262之间通过螺纹固定连接，其另一端伸出到外缸筒201外部。

在外缸筒201端部位于外缸筒201与后一级活塞杆204之间设置一级导向套，该一级导向套为后一级导向套211，该后一级导向套211可通过螺纹固定连接到外缸筒201端部，后一级导向套211与后一级活塞杆210之间滑动配合，在后一级导向套211与后一级活塞杆204之间设置有密封组件，此时在活塞的活塞部261、外缸筒201内壁、后一级活塞杆204外壁和后一级导向套211之间形成封闭的后一级油腔305。这里后一级导向套在起到在外缸筒与后一级活塞杆之间形成密封的同时，还能起到对外缸筒的运动位置进行限位的作用。这里设置的密封组件可采用与前一级导向套所采用的密封组件相同的结构。

后二级活塞杆205；后二级活塞杆205嵌套设置于后一级活塞杆204内，后二级活塞杆205与后一级活塞杆204之间形成活动配合连接；具体地，在后二级活塞杆205一端设置有与后一级活塞杆204缸体配合的后滑动部251，后滑动部251与后一级活塞杆204之间滑动配合，在后滑动部251与后一级活塞杆204之间设置有密封组件，此时在活塞206、后二级活塞杆的后滑动部251、后一级活塞杆204的内壁之间形成后二级油腔306。在后二级活塞杆205内设置有后油道307，后油道307设置为盲孔结构，后油道307一端与后二级油腔306连通，在后二级活塞杆203上位于后油道的另一端设置用于与外部油源连接的后油口308。

同样地，后一级活塞杆210一端在后一级活塞杆与后二级活塞杆之间设置有后二级导向套214，该后二级导向套214与后二级活塞杆212之间滑动配合，起到对后二级活塞杆在后一级活塞杆内运动时导向的作用，同时可对后一级活塞杆的运动位置进行限位；在后二级导向套214上设置有导向组件和防尘组件，起到导向和防尘的作用；这里的导向组件可采用二级四氟导向环，防尘组件和可采用二级防尘圈。在后二级导向套214上设置有将后一级活塞杆和后二级活塞杆之间形成的内部空间与外界连通的空气通道209，保证后二级活塞杆与后一级活塞杆之间的稳定运动。

此时，后一级活塞杆204、后二级活塞杆205与外缸筒201之间形成另一组多级油缸。

在活塞206上设置有第一油道309和第二油道310，第一油道309连通前二级油腔302和后一级油腔305，第二油道310连通后二级油腔305和前一级油腔302。

此时，在外缸筒内相对设置的两组多级油缸共用一个外缸筒形成单作用多级复合油缸，其动作过程如下（以前二级活塞杆、后二级活塞杆处于固定状态下为例，此时活塞处于中位状态，参照图4所示）：

外缸筒向上运动的行程：

高压油从前油口经前油道进入到前二级油腔，然后通过第一油道进入后一级油腔，此时在高压油的作用下推动外缸筒向上运动，当前一级导向套运动到活塞位置并与活塞接触时，前二级油腔内充入高压油，在高压油的作用下推动外缸筒、前一级活塞杆和后一级活塞杆一起向上运动，直到前二级导向套与前二级活塞杆的前滑动部之间接触，此时外缸筒向上运动到最大行程；该过程中前一级油腔的油液经第二油道被挤入到后二级油腔，后二级油腔内的油液依次经后油道、后油口排出。

外缸筒向下运动的行程：

高压油从后油口经后油道进入到后二级油腔，然后通过第二油道进入前一级油腔，此时在高压油的作用下推动外缸筒向下运动，当后一级导向套运动到活塞位置并与活塞接触时，后二级油腔内充入高压油，在高压油的作用下推动外缸筒、后一级活塞杆与前一级活塞杆一起向下运动，直到后二级导向套与后二级活塞杆的后滑动部之间接触，此时外缸筒向下运动到最大行程，如图7和8所示；该过程中后一级油腔的油液将第一油道被挤入到前二级油腔，前二级油腔内的油液依次经前油道、前油口排出。

从上述的工作过程可以看出，该多级进给装置通过对各级结构以及油道的优化设置，只需在前二级活塞杆、后二级活塞杆上设置与外部油源连接的油口，从该油口来控制进油和出油，即可实现对外缸筒的驱动控制，达到单作用多级油缸的作用效果，使装置整体结构更加简单，控制更加方便，具有更好的稳定性。

同时，由于两组多级油缸共用一个外缸筒，工作过程中，当一组多级油缸的活塞杆伸出时，另一组多级油缸的活塞杆缩回到外缸筒内部（参照图7），从而能够大大缩短该多级进给装置的整体尺寸，使其能够更好地适用于各种工作场景。

并且，通过匹配各级活塞杆和缸径尺寸，可很容易实现使各级油腔有效受压面积相等，这样可使各级伸缩产生的推力和起拔力相等，且能够使各级动作过程中的运动速度均匀，很好地解决了运动过程中速度跳变的问题。

实施例2

如图2和3所示，本实施例中为一种采用上述多级进给装置的钻机，包括钻架10，多级进给装置设置在钻架10内，其中，多级进给装置的前二级活塞杆203和后二级活塞杆212分别连接在钻架10上。前二级活塞杆、后二级活塞杆可采用销轴连接到钻架的两端。

钻机动力头连接到多级进给装置的外缸筒上，这样多级进给装置在动作时，通过外缸筒驱动钻机动力头运动，通过两组分别由两级活塞杆组成的多级油缸共同对外缸筒进行驱动，增加了外缸筒的运动行程，增加了钻机动力头的运动范围；并且两组多级油缸共用一个外缸筒，在工作时，一组多级油缸在伸出时，另一组多级油缸缩回到外缸筒内，从而能够减小钻机的整体尺寸。

钻机中钻机动力头的动作过程参照上述外缸筒的动作过程，这里不再赘述。在驱动钻机动力头运动的过程中，多级进给装置、钻机动力头始终处于钻架的范围内，使钻机的工作具有很好的稳定性。

在本发明的描述中，需要说明的是，所采用的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.多级进给装置，其特征在于，包括：

外缸筒，所述外缸筒内设置有活塞；

前一级活塞杆，所述前一级活塞杆嵌套设置于外缸筒内，所述前一级活塞杆一端连接在活塞的一端，其另一端伸出到外缸筒外，并在外缸筒、前一级活塞杆和活塞之间形成封闭的前一级油腔；

前二级活塞杆，所述前二级活塞杆嵌套设置于前一级活塞杆内，所述前二级活塞杆与前一级活塞杆之间滑动配合连接，在前一级活塞杆、前二级活塞杆和活塞之间形成前二级油腔，所述前二级活塞杆内设置有前油道，所述前油道一端与前二级油腔连通，另一端设置有用于与外部油源连接的前油口；

后一级活塞杆，所述后一级活塞杆嵌套设置于外缸筒内，所述后一级活塞杆一端相对前一级活塞杆连接在活塞的另一端，其另一端伸出到外缸筒外，并在外缸筒、后一级活塞杆和活塞之间形成封闭的后一级油腔；

后二级活塞杆，所述后二级活塞杆嵌套设置于后一级活塞杆内，所述后二级活塞杆与后一级活塞杆之间滑动配合连接，在后一级活塞杆、后二级活塞杆和活塞之间形成后二级油腔，所述后二级活塞杆内设置有后油道，所述后油道一端与后二级油腔连通，另一端设置有用于与外部油源连接的后油口；

所述活塞上设置有第一油道和第二油道，所述第一油道连通前二级油腔和后一级油腔，所述第二油道连通后二级油腔和前一级油腔。

2.根据权利要求1所述的多级进给装置，其特征在于，所述外缸筒两端在外缸筒与前一级活塞杆之间、外缸筒与后一级活塞杆之间设置有一级导向套，所述一级导向套与前一级活塞杆、后一级活塞杆之间滑动配合，所述一级导向套与前一级活塞杆、后一级活塞杆之间设置有密封组件。

3.根据权利要求1所述的多级进给装置，其特征在于，所述前二级活塞杆一端设置有与前一级活塞杆配合的前滑动部，所述前滑动部与前一级活塞杆之间滑动配合，所述前滑动部与前一级活塞杆之间设置有密封组件。

4.根据权利要求1或3所述的多级进给装置，其特征在于，所述前一级活塞杆一端在前一级活塞杆与前二级活塞杆之间设置有前二级导向套，所述前二级导向套与前二级活塞杆之间滑动配合。

5.根据权利要求4所述的多级进给装置，其特征在于，所述前二级导向套上设置有导向组件、防尘组件，所述前二级导向套上设置有将前一级活塞杆内部与外界连通的空气通道。

6.根据权利要求1所述的多级进给装置，其特征在于，所述后二级活塞杆一端设置有与后一级活塞杆配合的后滑动部，所述后滑动部与后一级活塞杆之间滑动配合，所述后滑动部与后一级活塞杆之间设置有密封组件。

7.根据权利要求1或6所述的多级进给装置，其特征在于，所述后一级活塞杆一端在后一级活塞杆与后二级活塞杆之间设置有后二级导向套，所述后二级导向套与后二级活塞杆之间滑动配合。

8.根据权利要求7所述的多级进给装置，其特征在于，所述后二级导向套上设置有导向组件、防尘组件，所述后二级导向套上设置有将后一级活塞杆内部与外界连通的空气通道。

9.根据权利要求1所述的多级进给装置，其特征在于，所述活塞包括活塞部和设置于活塞部两端的连接部，所述活塞部与外缸筒之间设置有密封组件；

所述前一级活塞杆、后一级活塞杆分别与连接部连接，在活塞部、外缸筒和前一级活塞杆之间形成所述前一级油腔，在活塞部、外缸筒和后一级活塞杆之间形成所述后一级油腔。

10.采用权利要求1-9中任一项所述多级进给装置的钻机，其特征在于，包括钻架，所述多级进给装置的前二级活塞杆和后二级活塞杆分别连接在钻架上。

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