CN116104916B - 一种钻机用内外双轴驱动自动离合动力头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，包括驱动组件、离合器组件、外驱动轴和内驱动轴；驱动组件包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮连接有第一驱动机构，第二齿轮内连接有动力箱主轴，动力箱主轴与内驱动轴连接；离合器组件包括第二驱动机构以及套设于外驱动轴外的外轴齿套，第二驱动机构连接有齿轮滑套。本发明将动力头与离合器结合起来，通过一个动力头驱动双层钻杆回转，用离合器组件来切换内钻杆钻孔以及内外钻杆同时钻孔两种模式，在完全实现现有的双动力头双驱动功能的同时，简化了零部件的结构，简化了液压控制系统和控制程序，增加了稳定性和操控性，大大降低了钻机的制作成本和使用成本。

Description

一种钻机用内外双轴驱动自动离合动力头

技术领域

本发明涉及一种钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，属于水平定向钻机技术领域。

背景技术

水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下管道的一种施工机械，它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中，适用于沙土、粘土、卵石等非硬岩地层的施工地况。水平定向钻机将定向钻进技术和管线施工技术结合起来，具有施工速度快、施工精度高、成本低等优势。

现有的水平定向钻机大多是单钻杆钻机，在施工过程中遇到地下为岩石等硬岩地层时，单钻杆钻机在岩石地层中必须再用一套孔底泥浆马达钻具才能施工，施工工艺复杂，成本很高，并且施工中的用水量很大，出来的泥浆废水处理的成本非常高。

现有的水平定向钻机也有双钻杆钻机，该钻机通过双动力头双马达驱动组合动力头，分别驱动内、外钻杆回转，这种驱动方式存在以下问题：1、零部件多，部件的体积庞大，占用的安装空间大，设备制造成本和使用成本高。2、更为复杂的双液压控制系统，分别控制两个动力头液压执行件马达，同时CAN总线控制编程过程中的连动互锁等控制程序非常复杂。3、零部件多了以后，可能出现多的故障和人为的操作误动作，给施工带来风险。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，本发明将动力头与离合器结合起来，通过一个动力头，一套液压控制系统控制动力头液压执行件马达，通过离合器来实现内、外钻杆回转动作，可以实现内钻杆单独驱动，和内外钻杆一起钻进。在完全实现现有的双动力头双驱动功能的同时，大大简化了零部件的结构，简化了液压控制系统和控制程序，增加了稳定性和操控性，大大降低了设备的制作成本和使用成本。

具体而言，包括以下技术方案：

本发明提供了一种钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，包括驱动组件、离合器组件、外驱动轴以及位于所述外驱动轴内的内驱动轴；

所述驱动组件包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮连接有第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动第一齿轮旋转，所述第二齿轮内连接有动力箱主轴，所述动力箱主轴与所述内驱动轴连接；

所述离合器组件包括第二驱动机构以及套设于所述外驱动轴外的外轴齿套，所述第二驱动机构连接有齿轮滑套，所述齿轮滑套套设于所述动力箱主轴和/或外轴齿套外，第二驱动机构用于驱动所述齿轮滑套在所述动力箱主轴和/或外轴齿套外移动；所述齿轮滑套移动至所述动力箱主轴外且与所述外轴齿套不接触时，所述动力箱主轴与所述外驱动轴分离，以使所述驱动组件驱动所述内驱动轴旋转，外驱动轴不旋转；所述齿轮滑套移动至所述动力箱主轴和外轴齿套外时，所述齿轮滑套将所述动力箱主轴与所述外轴齿套连接，以使所述驱动组件驱动所述内驱动轴以及与所述外轴齿套固定的外驱动轴同步旋转。

本发明的一种实施方式中，所述外轴齿套以及动力箱主轴的外表面设置有外花键，所述齿轮滑套的内表面设置有与所述外花键相对应的内花键，所述齿轮滑套沿所述外轴齿套和/或动力箱主轴的外花键移动，齿轮滑套通过所述内花键与所述外花键相配合将所述动力箱主轴与外轴齿套连接或分离。

本发明的一种实施方式中，所述离合器组件还包括离合器外壳，所述外驱动轴位于所述离合器外壳内，所述动力箱主轴的一端伸入至所述离合器外壳内且位于所述外轴齿套的一侧，所述外驱动轴的端部伸入至所述动力箱主轴内。

本发明的一种实施方式中，所述内驱动轴连接有内驱动短节，所述内驱动短节位于所述外驱动轴内且其端部伸出所述外驱动轴外，所述内驱动短节的端部用于安装内钻杆，所述外驱动轴的端部用于安装外钻杆。

本发明的一种实施方式中，所述外驱动轴、内驱动短节、内驱动轴以及动力箱主轴同轴线。

本发明的一种实施方式中，所述离合器外壳外连接有至少一个第二驱动机构，所述第二驱动机构的输出端固定连接有离合器拨块，所述齿轮滑套上设置有凹槽，所述离合器拨块嵌设于所述凹槽内，所述离合器外壳设置有滑槽，所述离合器拨块滑动连接于所述滑槽内，所述第二驱动机构驱动所述离合器拨块在所述滑槽内滑动，所述齿轮滑套位于所述离合器外壳内，所述离合器拨块带动所述齿轮滑套在所述离合器外壳内移动。

本发明的一种实施方式中，所述外驱动轴通过若干个第三轴承支撑固定在所述离合器外壳内，所述离合器外壳远离所述驱动组件的一端固定连接有前压盖，离合器外壳内还设置有轴承隔套，所述前压盖将其中一个第三轴承固定在外驱动轴与离合器外壳之间，所述轴承隔套将另一个第三轴承固定在外驱动轴与离合器外壳之间。

本发明的一种实施方式中，所述离合器外壳上设置有黄油嘴，通过所述黄油嘴向离合器外壳内加润滑油，以对所述第三轴承进行润滑；所述前压盖与外驱动轴之间设置有前密封套，所述轴承隔套与外驱动轴之间设置有后密封套，通过所述前密封套和后密封套将所述离合器外壳内与所述黄油嘴连通的空间密封。

本发明的一种实施方式中，所述动力箱主轴与外驱动轴之间设置有水密封组件，所述水密封组件包括V型密封前挡圈、V型密封中间隔圈和V型密封后挡圈，所述V型密封前挡圈以及V型密封后挡圈与所述V型密封中间隔圈之间设置有若干个V型密封，所述V型密封前挡圈的一端抵接有调节螺丝挡圈，所述调节螺丝挡圈远离V型密封前挡圈的一端抵接有孔用卡圈，所述V型密封前挡圈与调节螺丝挡圈之间通过密封压紧调节螺丝紧固。

本发明的一种实施方式中，所述V型密封中间隔圈中间设置有存储环状槽，通过所述存储环状槽向动力箱主轴与外驱动轴之间加润滑油。

本发明的一种实施方式中，所述V型密封后挡圈远离所述V型密封的一侧设置有水压均压槽，所述水压均压槽与所述动力箱主轴的内部连通，水从内驱动轴流向内驱动短节，并从内驱动轴以及外驱动轴的间隙流向所述水压均压槽，通过水压自动平衡V型密封的松紧度。

本发明的一种实施方式中，所述驱动组件还包括齿轮箱体，所述第一齿轮和第二齿轮位于所述齿轮箱体内且第一齿轮位于第二齿轮的上方；所述齿轮箱体固定连接有前端盖和后端盖，所述动力箱主轴通过若干个第二轴承支撑固定在所述前端盖和后端盖内。

本发明的一种实施方式中，所述第一齿轮通过第一轴承支撑固定在齿轮箱体内。

本发明的一种实施方式中，所述动力箱主轴后端的外表面固定连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母固定连接有过渡连接块，所述过渡连接块连接有回转水接头，所述回转水接头外接水管，所述内驱动轴为空心轴且与回转水接头连通。

本发明的一种实施方式中，所述回转水接头包括芯轴以及设置于所述芯轴外的外壳，所述回转水接头的外壳与所述齿轮箱体固定连接，所述芯轴通过轴承支撑固定在回转水接头的外壳内，芯轴穿过所述过渡连接块与所述内驱动轴固定连接，芯轴与内驱动轴同步旋转，所述回转水接头内还设有密封组件以对高压水进行密封。

本发明的一种实施方式中，所述齿轮箱体连接有循环油泵，所述循环油泵与齿轮箱体的内部连通，循环油泵与第一齿轮连接，第一齿轮带动循环油泵运行，循环油泵连接有散热器，所述散热器通过管道与所述齿轮箱体的内部连通，管道穿过所述齿轮箱体的顶部通入至齿轮箱体内，且位于第一齿轮和第一轴承的上方。

本发明的一种实施方式中，还包括控制系统，所述控制系统与所述第一驱动机构和所述第二驱动机构数据连接，控制系统用于控制第一驱动机构和第二驱动机构运行。

本发明的一种实施方式中，所述第一驱动机构为液压马达，所述第二驱动机构为油缸、气缸或电动缸。

本发明的一种实施方式中，所述第一齿轮和第二齿轮为高合金结构钢，所述外驱动轴靠近所述动力箱主轴一端的外表面喷涂碳化钨硬质涂层，并进行外圆磨抛光。

本发明还提供了一种包括所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头的钻机，所述钻机用内外双轴驱动自动离合动力头可移动地安装在所述钻机上。

有益效果

（1）本发明提供的内外双轴驱动自动离合动力头用于双层钻杆水平定向岩石钻探钻机，本发明将动力头与离合器结合起来，通过一个动力头，一套液压控制系统控制动力头液压执行件马达，通过离合器来实现内、外钻杆回转动作，可以实现内钻杆单独驱动，和内外钻杆一起钻进。在完全实现现有的双动力头双驱动功能的同时，大大简化了零部件的结构，简化了液压控制系统和控制程序，增加了稳定性和操控性，大大降低了钻机的制作成本和使用成本，提高了整个钻机系统的工作效率。

（2）本发明通过一个动力头即可实现不同模式下驱动双层钻杆回转，用离合器组件来切换内钻杆钻孔以及内外钻杆同时钻孔两种钻孔模式，可以进行地下长距离的钻探施工。该动力头一方面是把第一驱动机构的回转运动，通过第一齿轮和第二齿轮传递到动力箱主轴，使动力箱主轴带动内外驱动轴以额定扭矩带动钻杆、钻具回转，起到切割、切削制作出圆形截面孔的作用；另一方面通过动力头在钻机上的前进和后退，最终带动安装在内外驱动轴上的内外钻杆、钻具前进或者后退，使圆形截面孔不断延伸和逐渐扩大，从而实现非开挖工程施工的目的。

（3）本发明的离合器组件通过齿轮滑套在外轴齿套以及动力箱主轴外表面移动，将动力箱主轴与外轴齿套分离或相连，从而将内驱动轴和外驱动轴分离或相连。当内驱动轴和外驱动轴分离时，驱动组件只驱动内驱动轴旋转，外驱动轴不旋转；当内驱动轴和外驱动轴相连时，驱动组件同时驱动内驱动轴和外驱动轴同步旋转。本发明通过一个动力头即可分别驱动内、外驱动轴旋转，离合器组件分离的时候驱动内钻杆钻进，在离合器组件连合的时候，可以同时驱动内、外钻杆一同钻进，继而可以分别驱动内、外驱动轴安装的内、外钻杆旋转钻孔，以实现内钻杆可以单独驱动和内外钻杆同时驱动的功能，通过钻杆前端安装的导向钻头体，来实现钻探的钻孔工艺。

附图说明

图1为本发明钻机用内外双轴驱动自动离合动力头的剖视图。

图2为本发明驱动组件的剖视图。

图3为本发明离合器组件的剖视图。

图4为本发明水密封组件的剖视图。

图5为本发明驱动组件只驱动内驱动轴旋转的示意图。

图6为本发明驱动组件驱动内驱动轴和外驱动轴同步旋转的示意图。

图中：1、外驱动轴；2、内驱动短节；3、内驱动轴；4、离合器外壳；5、第三轴承；6、第二驱动机构；7、离合器拨块；8、前端盖；9、齿轮箱体；10、第一齿轮；11、第一轴承；12、第一驱动机构；13、前密封套；14、前压盖；15、后密封套；16、轴承隔套；17、外轴齿套；18、水密封组件；19、齿轮滑套；20、动力箱主轴；21、第二齿轮；22、第二轴承；23、后端盖；24、锁紧螺母；25、过渡连接块；26、回转水接头；27、密封压紧调节螺丝；28、孔用卡圈；29、调节螺丝挡圈；30、V型密封前挡圈；31、V型密封中间隔圈；32、V型密封；33、V型密封后挡圈；34、循环油泵；35、散热器；36、滑槽；37、水压均压槽；100、驱动组件；200、离合器组件。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-3所示，本发明提供了一种钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，包括驱动组件100、离合器组件200、外驱动轴1以及内驱动轴3。

所述驱动组件100包括齿轮箱体9，所述齿轮箱体9内设置有相互啮合的第一齿轮10和第二齿轮21，所述第一齿轮10位于第二齿轮21的上方，所述第一齿轮10连接有第一驱动机构12，所述第一驱动机构12用于驱动第一齿轮10旋转，所述第二齿轮21内连接有动力箱主轴20，所述动力箱主轴20与内驱动轴3连接。

可选地，所述第二齿轮21与动力箱主轴20通过花键相连接，使两者成一体同步旋转。所述齿轮箱体9固定连接有前端盖8和后端盖23，所述动力箱主轴20通过若干个第二轴承22支撑固定在所述前端盖8和后端盖23内，使动力箱主轴20在轴向方向固定不窜动，径向方向不跳动，传动平稳，第一驱动机构12的扭矩通过一组相互啮合的齿轮传递给动力箱主轴20。通过前端盖8和后端盖23使得动力箱主轴20在前端盖8和后端盖23内旋转的同时将齿轮箱体9密封。

可选地，所述动力箱主轴20与内驱动轴3通过平键固定连接，使两者成一体同步旋转，形成能够同时旋转的双轴结构，共同组成动力头的主驱动轴。

可选地，所述第一驱动机构12为液压马达，第一驱动机构12是扭矩动力来源，通过外部液压系统的液压油泵供油，使第一驱动机构12可以输出一定的回转扭拒。第一驱动机构12通过花键轴与第一齿轮10相连接；所述第一齿轮10通过第一轴承11支撑固定在齿轮箱体9内，可做回转运动。

优选地，第一齿轮10和第二齿轮21选用高合金结构钢，并经渗氮调质等热处理工艺，最后经过齿型磨齿，提高表面光洁度；由于第一齿轮10在第一驱动机构12的驱动下做高速运动，转速可达400转/分钟，使用高合金结构钢的齿轮在高速旋转时，齿轮啮合无噪音，且使用寿命长。

可选地，所述动力箱主轴20后端的外表面固定连接有锁紧螺母24，所述锁紧螺母24固定连接有过渡连接块25，所述过渡连接块25连接有回转水接头26，所述回转水接头26外接水管，所述内驱动轴3为空心轴且与回转水接头26连通；所述回转水接头26包括芯轴以及设置于所述芯轴外的外壳，所述回转水接头26的外壳与所述齿轮箱体9固定连接，所述芯轴通过轴承支撑固定在回转水接头26的外壳内，芯轴穿过所述过渡连接块25与所述内驱动轴3固定连接，芯轴与内驱动轴3同步旋转，以实现外部水的通入。回转水接头26外接水管的水经过芯轴以及内驱动轴3的内孔，通往前端连接的钻杆和钻头里，起到冷却和排杂的作用，从而降低钻头钻孔时的温度，提高了钻孔的工作效率以及钻头的使用寿命。回转水接头26是一种同时连接旋转的内驱动轴3和固定不旋转的水管的旋转接头，回转水接头26内部设有轴承和密封组件，能够实现选择分离和高压水密封功能。

可选地，所述齿轮箱体9连接有循环油泵34，所述循环油泵34与齿轮箱体9的内部连通，循环油泵34与第一齿轮10连接，第一齿轮10带动循环油泵34运行，循环油泵34连接有散热器35，所述散热器35通过管道与所述齿轮箱体9的内部连通，管道穿过所述齿轮箱体9的顶部通入至齿轮箱体9内，且位于第一齿轮10和第一轴承11的上方。驱动组件100运行时，第一驱动机构12通过相互啮合的第一齿轮10和第二齿轮21带动动力箱主轴20旋转，动力箱主轴20带动内驱动轴3旋转。由于第一齿轮10还与循环油泵34连接，第一齿轮10在旋转过程中带动循环油泵34运行，循环油泵34将齿轮箱体9内的润滑油吸到散热器35中，润滑油经过散热器35冷却，从齿轮箱体9顶部的箱盖流回流到齿轮箱体9内，同时给第一齿轮10与第一轴承11以及第二齿轮21与第二轴承22润滑冷却，很好地饱和了齿轮与轴承之间的润滑，提高了驱动组件100的整体使用寿命，并且循环油泵34不需额外再设置驱动机构带动即可实现齿轮箱体9内润滑油的冷却循环使用，提高了润滑油使用的经济性，降低了设备的制造成本和使用成本。

可选地，所述离合器组件200通过法兰与所述驱动组件100的前端盖8相连接，组成完整的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头。具体地，所述离合器组件200包括离合器外壳4，所述外驱动轴1位于所述离合器外壳4内，所述离合器外壳4靠近所述驱动组件100的一端通过法兰与所述驱动组件100的前端盖8固定连接；所述离合器外壳4外连接有至少一个第二驱动机构6，所述第二驱动机构6的输出端固定连接有离合器拨块7，所述离合器外壳4设置有滑槽36，所述离合器拨块7滑动连接于所述滑槽36内，所述第二驱动机构6用于驱动所述离合器拨块7在所述滑槽36内滑动；所述驱动组件100的动力箱主轴20的一端伸入至所述离合器外壳4内，所述外驱动轴1的端部伸入至所述动力箱主轴20内，所述内驱动轴3位于所述外驱动轴1内，内驱动轴3连接有内驱动短节2，所述内驱动短节2位于所述外驱动轴1内且其端部伸出所述外驱动轴1外，所述内驱动短节2的端部用于安装内钻杆，所述外驱动轴1的端部用于安装外钻杆。

如图1、3、5和6所示，所述外驱动轴1后端的外侧固定连接有外轴齿套17，所述外轴齿套17的外表面以及动力箱主轴20靠近所述离合器组件200的一端的外表面设置有相同的渐开线外花键，所述离合器外壳4内设置有齿轮滑套19，所述齿轮滑套19的内表面设置有与所述渐开线外花键相对应的渐开线内花键，所述齿轮滑套19上设置有凹槽，所述离合器拨块7嵌设于所述凹槽内，所述第二驱动机构6驱动离合器拨块7以及齿轮滑套19沿所述外轴齿套17和动力箱主轴20端部的外花键移动；当所述齿轮滑套19移动至所述动力箱主轴20端部的外表面且与所述外轴齿套17不接触时，所述动力箱主轴20与所述外驱动轴1分离，所述驱动组件100驱动所述内驱动轴3旋转，外驱动轴1不旋转；当所述齿轮滑套19移动至所述动力箱主轴20端部的外表面且同时位于所述外轴齿套17的外表面时，所述齿轮滑套19的内花键与所述外轴齿套17以及所述动力箱主轴20的外花键相配合，齿轮滑套19的内花键同时与动力箱主轴20和外轴齿套17外花键相互连接，使得动力箱主轴20转动的同时通过齿轮滑套19带动外轴齿套17以及与外轴齿套17固定连接外驱动轴1同步旋转，此时动力箱主轴20与外驱动轴1通过齿轮滑套19相连接，所述驱动组件100驱动所述内驱动轴3和外驱动轴1同步旋转。

可选地，所述外驱动轴1、内驱动短节2、内驱动轴3以及动力箱主轴20同轴线设置，以保证钻孔的精度以及钻机运行的平稳性。

可选地，所述外驱动轴1通过若干个第三轴承5支撑固定在所述离合器外壳4内，所述离合器外壳4远离所述驱动组件100的一端固定连接有前压盖14，离合器外壳4内还设置有轴承隔套16，所述前压盖14将其中一个第三轴承5固定在外驱动轴1与离合器外壳4之间，所述轴承隔套16将另一个第三轴承5固定在外驱动轴1与离合器外壳4之间。通过此种结构使得外驱动轴1能够在离合器外壳4内旋转，并能够承受很大的轴向拉力和径向力。

优选地，所述第三轴承5为圆锥滚子轴承；所述第二驱动机构6为油缸、气缸或电动缸。

可选地，所述前压盖14与外驱动轴1之间设置有前密封套13，所述轴承隔套16与外驱动轴1之间设置有后密封套15，所述离合器外壳4上设置有黄油嘴，通过所述黄油嘴能够向离合器外壳4内加润滑油，保持第三轴承5与外驱动轴1之间具有良好的润滑效果。其中前密封套13以及后密封套15用于将离合器外壳4内部空间密封，防止润滑油泄漏。

可选地，还包括控制系统，所述控制系统与所述第一驱动机构12和所述第二驱动机构6数据连接，控制系统用于控制第一驱动机构12和第二驱动机构6运行。当需要内驱动轴3单独回转的时，控制系统控制第二驱动机构6伸出，拨动离合齿套19后移，使外驱动轴1和动力箱主轴20分离脱开，此时动力箱主轴20只驱动内驱动轴3旋转。当需要内外驱动轴同时回转时，控制系统控制第二驱动机构6缩回，拨动离合齿套19前移，使外驱动轴1和动力箱主轴20同离合齿套19连接，此时动力箱主轴20同时驱动内驱动轴3和外驱动轴1旋转，实现内外驱动轴的同步驱动。

可选地，所述外驱动轴1靠近所述动力箱主轴20的一端喷涂碳化钨硬质涂层，并进行外圆磨抛光，达到镜面光洁度，起到耐磨且密封性良好的作用。

如图1、3和4所示，所述动力箱主轴20与外驱动轴1之间设置有水密封组件18，所述水密封组件18包括V型密封前挡圈30、V型密封中间隔圈31和V型密封后挡圈33，所述V型密封前挡圈30以及V型密封后挡圈33与所述V型密封中间隔圈31之间设置有若干个V型密封32，所述V型密封前挡圈30的一端抵接有调节螺丝挡圈29，所述调节螺丝挡圈29远离V型密封前挡圈30的一端抵接有孔用卡圈28，所述V型密封前挡圈30与调节螺丝挡圈29之间通过密封压紧调节螺丝27紧固。通过调节密封压紧调节螺丝27，可以调节V型密封32的松紧度，同时V型密封中间隔圈31设置有润滑用的存储环状槽，通过存储环状槽可以从外部向动力箱主轴20与外驱动轴1之间加注黄油，起到很好的润滑作用。同时，所述V型密封后挡圈33远离所述V型密封32的一侧设置有水压均压槽37，所述水压均压槽37与所述动力箱主轴20的内部连通，水从内驱动轴3流向内驱动短节2，并从内驱动轴3以及外驱动轴1的间隙流向所述水压均压槽37，通过水压自动平衡V型密封32的松紧度，并实现回转水密封的功能。

本发明提供的内外双轴驱动自动离合动力头用于双层钻杆水平定向岩石钻探钻机，通过一个动力头实现不同模式下驱动双层钻杆回转，用离合器组件200来切换内钻杆钻孔以及内外钻杆同时钻孔两种钻孔模式，可以进行地下长距离的钻探施工。该动力头一方面是把第一驱动机构12的回转运动，通过第一齿轮10和第二齿轮21传递到动力箱主轴20，使动力箱主轴20带动内外驱动轴以额定扭矩带动钻杆、钻具回转，起到切割、切削制作出圆形截面孔的作用；另一方面通过动力头在钻机上的前进和后退，最终带动安装在内外驱动轴上的内外钻杆、钻具前进或者后退，使圆形截面孔不断延伸和逐渐扩大，从而实现非开挖工程施工的目的。具体地，离合器组件200通过齿轮滑套19在外轴齿套17以及动力箱主轴20外表面移动，将动力箱主轴20与外轴齿套17分离或相连，从而将内驱动轴3和外驱动轴1分离或相连。当内驱动轴3和外驱动轴1分离时，驱动组件100只驱动内驱动轴3旋转，外驱动轴1不旋转；当内驱动轴3和外驱动轴1相连时，驱动组件100同时驱动内驱动轴3和外驱动轴1同步旋转。本发明通过一个动力头即可分别驱动内、外驱动轴旋转，继而可以分别驱动内、外驱动轴安装的内、外钻杆旋转钻孔，以实现内钻杆可以单独驱动和内外钻杆同时驱动的功能。通过钻杆前端安装的导向钻头体，来实现钻探的钻孔工艺。相比于现有的内、外驱动轴分别需要双动力头双驱动的设计，本发明将动力头与离合器结合起来，通过一个动力头，一套液压控制系统控制动力头液压执行件马达，通过离合器来实现内、外钻杆回转动作，可以实现内钻杆单独驱动，和内外钻杆一起钻进。在完全实现现有的双动力头双驱动功能的同时，大大简化了零部件的结构，简化了液压控制系统和控制程序，增加了稳定性和操控性，大大降低了设备的制作成本和使用成本。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同更换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，包括驱动组件（100）、离合器组件（200）、外驱动轴（1）以及位于所述外驱动轴（1）内的内驱动轴（3）；

所述驱动组件（100）包括相互啮合的第一齿轮（10）和第二齿轮（21），所述第一齿轮（10）连接有第一驱动机构（12），所述第一驱动机构（12）用于驱动第一齿轮（10）旋转，所述第二齿轮（21）内连接有动力箱主轴（20），所述动力箱主轴（20）与所述内驱动轴（3）连接；

所述离合器组件（200）包括第二驱动机构（6）以及套设于所述外驱动轴（1）外的外轴齿套（17），所述第二驱动机构（6）连接有齿轮滑套（19），所述齿轮滑套（19）套设于所述动力箱主轴（20）和/或外轴齿套（17）外，第二驱动机构（6）用于驱动所述齿轮滑套（19）在所述动力箱主轴（20）和/或外轴齿套（17）外移动；所述齿轮滑套（19）移动至所述动力箱主轴（20）外且与所述外轴齿套（17）不接触时，所述动力箱主轴（20）与所述外驱动轴（1）分离，以使所述驱动组件（100）驱动所述内驱动轴（3）旋转，外驱动轴（1）不旋转；所述齿轮滑套（19）移动至所述动力箱主轴（20）和外轴齿套（17）外时，所述齿轮滑套（19）将所述动力箱主轴（20）与所述外轴齿套（17）连接，以使所述驱动组件（100）驱动所述内驱动轴（3）以及与所述外轴齿套（17）固定的外驱动轴（1）同步旋转；

所述动力箱主轴（20）与外驱动轴（1）之间设置有水密封组件（18），所述水密封组件（18）包括V型密封前挡圈（30）、V型密封中间隔圈（31）和V型密封后挡圈（33），所述V型密封前挡圈（30）以及V型密封后挡圈（33）与所述V型密封中间隔圈（31）之间设置有若干个V型密封（32），所述V型密封前挡圈（30）的一端抵接有调节螺丝挡圈（29），所述调节螺丝挡圈（29）远离V型密封前挡圈（30）的一端抵接有孔用卡圈（28），所述V型密封前挡圈（30）与调节螺丝挡圈（29）之间通过密封压紧调节螺丝（27）紧固；

所述V型密封中间隔圈（31）中间设置有存储环状槽，通过所述存储环状槽向动力箱主轴（20）与外驱动轴（1）之间加润滑油；

所述V型密封后挡圈（33）远离所述V型密封（32）的一侧设置有水压均压槽（37），所述水压均压槽（37）与所述动力箱主轴（20）的内部连通，水从内驱动轴（3）流向内驱动短节（2），并从内驱动轴（3）以及外驱动轴（1）的间隙流向所述水压均压槽（37），通过水压自动平衡V型密封（32）的松紧度；

所述驱动组件（100）还包括齿轮箱体（9），所述第一齿轮（10）和第二齿轮（21）位于所述齿轮箱体（9）内且第一齿轮（10）位于第二齿轮（21）的上方；所述齿轮箱体（9）固定连接有前端盖（8）和后端盖（23），所述动力箱主轴（20）通过若干个第二轴承（22）支撑固定在所述前端盖（8）和后端盖（23）内；

所述动力箱主轴（20）后端的外表面固定连接有锁紧螺母（24），所述锁紧螺母（24）固定连接有过渡连接块（25），所述过渡连接块（25）连接有回转水接头（26），所述回转水接头（26）外接水管，所述内驱动轴（3）为空心轴且与回转水接头（26）连通；

所述回转水接头（26）包括芯轴以及设置于所述芯轴外的外壳，所述回转水接头（26）的外壳与所述齿轮箱体（9）固定连接，所述芯轴通过轴承支撑固定在回转水接头（26）的外壳内，芯轴穿过所述过渡连接块（25）与所述内驱动轴（3）固定连接，芯轴与内驱动轴（3）同步旋转，所述回转水接头（26）内还设有密封组件以对高压水进行密封；

所述齿轮箱体（9）连接有循环油泵（34），所述循环油泵（34）与齿轮箱体（9）的内部连通，循环油泵（34）与第一齿轮（10）连接，第一齿轮（10）带动循环油泵（34）运行，循环油泵（34）连接有散热器（35），所述散热器（35）通过管道与所述齿轮箱体（9）的内部连通，管道穿过所述齿轮箱体（9）的顶部通入至齿轮箱体（9）内，且位于第一齿轮（10）和第一轴承（11）的上方。

2.根据权利要求1所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述外轴齿套（17）以及动力箱主轴（20）的外表面设置有外花键，所述齿轮滑套（19）的内表面设置有与所述外花键相对应的内花键，所述齿轮滑套（19）沿所述外轴齿套（17）和/或动力箱主轴（20）的外花键移动，齿轮滑套（19）通过所述内花键与所述外花键相配合将所述动力箱主轴（20）与外轴齿套（17）连接或分离。

3.根据权利要求1所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述离合器组件（200）还包括离合器外壳（4），所述外驱动轴（1）位于所述离合器外壳（4）内，所述动力箱主轴（20）的一端伸入至所述离合器外壳（4）内且位于所述外轴齿套（17）的一侧，所述外驱动轴（1）的端部伸入至所述动力箱主轴（20）内。

4.根据权利要求3所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述内驱动轴（3）连接有内驱动短节（2），所述内驱动短节（2）位于所述外驱动轴（1）内且其端部伸出所述外驱动轴（1）外，所述内驱动短节（2）的端部用于安装内钻杆，所述外驱动轴（1）的端部用于安装外钻杆。

5.根据权利要求4所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述外驱动轴（1）、内驱动短节（2）、内驱动轴（3）以及动力箱主轴（20）同轴线。

6.根据权利要求3所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述离合器外壳（4）外连接有至少一个第二驱动机构（6），所述第二驱动机构（6）的输出端固定连接有离合器拨块（7），所述齿轮滑套（19）上设置有凹槽，所述离合器拨块（7）嵌设于所述凹槽内，所述离合器外壳（4）设置有滑槽（36），所述离合器拨块（7）滑动连接于所述滑槽（36）内，所述第二驱动机构（6）驱动所述离合器拨块（7）在所述滑槽（36）内滑动，所述齿轮滑套（19）位于所述离合器外壳（4）内，所述离合器拨块（7）带动所述齿轮滑套（19）在所述离合器外壳（4）内移动。

7.根据权利要求3所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述外驱动轴（1）通过若干个第三轴承（5）支撑固定在所述离合器外壳（4）内，所述离合器外壳（4）远离所述驱动组件（100）的一端固定连接有前压盖（14），离合器外壳（4）内还设置有轴承隔套（16），所述前压盖（14）将其中一个第三轴承（5）固定在外驱动轴（1）与离合器外壳（4）之间，所述轴承隔套（16）将另一个第三轴承（5）固定在外驱动轴（1）与离合器外壳（4）之间。

8.根据权利要求7所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述离合器外壳（4）上设置有黄油嘴，通过所述黄油嘴向离合器外壳（4）内加润滑油，以对所述第三轴承（5）进行润滑；所述前压盖（14）与外驱动轴（1）之间设置有前密封套（13），所述轴承隔套（16）与外驱动轴（1）之间设置有后密封套（15），通过所述前密封套（13）和后密封套（15）将所述离合器外壳（4）内与所述黄油嘴连通的空间密封。

9.根据权利要求1所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述第一齿轮（10）通过第一轴承（11）支撑固定在齿轮箱体（9）内。

10.根据权利要求1-9任一项所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统与所述第一驱动机构（12）和所述第二驱动机构（6）数据连接，控制系统用于控制第一驱动机构（12）和第二驱动机构（6）运行。

11.根据权利要求1-9任一项所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述第一驱动机构（12）为液压马达，所述第二驱动机构（6）为油缸、气缸或电动缸。

12.根据权利要求1-9任一项所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头，其特征在于，所述第一齿轮（10）和第二齿轮（21）为高合金结构钢，所述外驱动轴（1）靠近所述动力箱主轴（20）一端的外表面喷涂碳化钨硬质涂层，并进行外圆磨抛光。

13.一种包括权利要求1-12任一项所述的钻机用内外双轴驱动自动离合动力头的钻机，其特征在于，所述钻机用内外双轴驱动自动离合动力头可移动地安装在所述钻机上。

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