CN116771882A - 一种钻机用立式行星齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钻机用立式行星齿轮传动装置，包括空心管，空心管通过密封机构连通有弯头；箱体，箱体包括上箱体、中箱体、下箱体,上箱体上固定连接有马达，密封机构设置在马达上，下箱体内设置有浮动套，空心管与浮动套连通；测速部件，测速部件位于密封机构和马达之间，测速部件设置在马达上；齿轮传动部件，齿轮传动部件设置在上箱体、中箱体和下箱体内，齿轮传动部件包括输入轴，输入轴传动连接有行星机构，行星机构与浮动套传动连接，输入轴与马达输出轴固定连接；自动换钻杆部件，自动换钻杆部件设置在下箱体上，自动换钻杆部件与浮动套活动连接。本发明中，不仅提升了密封性，还增大了传递扭矩，实现自动换杆，提升了工作效率。

Description

一种钻机用立式行星齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及机械传动设备技术领域，特别是涉及一种钻机用立式行星齿轮传动装置。

背景技术

钻机设备应用广泛，主要用于能源钻采、矿山井下钻孔和通风井、管道井等工程施工。钻机施工时，由动力机构的动力件驱动传动装置带动钻杆与钻头旋转，同时，钻机升降机构升降产生的的压力，通过动力传动装置与钻杆作用在钻头上，使钻头对岩层产生冲击、挤压和剪切作用，破碎岩石。

作为钻机的核心部件之一，动力传动装置的可靠性直接影响到钻机的使用稳定性。在实际应用中，常用的钻机动力传动装置多存在以下问题：

装置多采用平行轴结构形式，传递扭矩小；

中心循环水管属于薄壁管，易变形，且采用盘根密封，存在密封处泄漏的问题；

拆卸钻杆时，动力传动装置不能检测浮动套转速，无法将钻杆旋转速度与钻机升降速度相匹配，更换效率低且存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻机用立式行星齿轮传动装置，以解决上述现有技术存在的问题，使增加传递扭矩，提升密封性，同时还能测量转速。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钻机用立式行星齿轮传动装置，包括:

空心管，所述空心管通过密封机构连通有弯头；

箱体，所述箱体包括上箱体、中箱体、下箱体,所述上箱体上固定连接有马达，所述中箱体两端分别与所述上箱体和所述下箱体固定连接,所述空心管穿过所述马达、所述上箱体、所述中箱体和所述下箱体，所述密封机构设置在所述马达上，所述下箱体内设置有浮动套，所述空心管与所述浮动套连通；

测速部件，所述测速部件位于所述密封机构和所述马达之间，所述测速部件设置在所述马达上；

齿轮传动部件，所述齿轮传动部件设置在所述上箱体、所述中箱体和所述下箱体内，所述齿轮传动部件包括输入轴，所述输入轴传动连接有行星机构，所述行星机构与所述浮动套传动连接，所述输入轴与所述马达输出轴固定连接；

自动换钻杆部件，所述自动换钻杆部件设置在所述下箱体上，所述自动换钻杆部件与所述浮动套活动连接。

优选的，所述行星机构包括一级传动机构和二级传动机构，所述一级传动机构包括一级太阳轮，所述一级太阳轮与所述输入轴固定连接，所述上箱体和所述中箱体内转动连接有一级行星架，所述一级行星架上设置有若干一级行星轮，所述一级行星轮转动连接在所述一级行星架上，所述上箱体与所述中箱体之间固定连接有一级内齿圈，所述一级行星轮分别与所述一级太阳轮和所述一级内齿圈啮合，所述一级行星架与所述二级传动机构传动连接，所述空心管穿过所述输入轴、所述一级太阳轮、所述一级行星架。

优选的，所述二级传动机构包括二级太阳轮，所述二级太阳轮与所述一级行星架固定连接，所述中箱体和所述下箱体内转动连接有输出行星架，所述输出行星架上设置有若干二级行星轮，所述二级行星轮转动连接在所述输出行星架上，所述中箱体和所述下箱体之间固定连接有二级内齿圈，所述二级行星轮分别与所述二级内齿圈和所述二级太阳轮啮合，所述输出行星架与所述浮动套固定连接。

优选的，所述自动换钻杆部件包括支架，所述支架固定连接在所述下箱体上，所述支架上转动连接有摆动支座，所述支架上转动连接有液压缸，所述液压缸输出端与所述摆动支座转动连接，所述摆动支座远离所述液压缸一端滑动连接有滑套，所述摆动支座与所述滑套之间设置有铜块，所述浮动套外固定连接有花键套，所述花键套上转动连接有摆动杆，所述摆动杆与所述滑套间隙连接，所述摆动杆远离所述滑套一端转动连接有夹紧键，所述夹紧键用于卡接固定钻杆。

优选的，所述测速部件包括固定环、旋转环、隔环和测速传感器，所述固定环固定连接在所述马达的外壳上，所述旋转环和所述隔环通过螺钉与所述马达输出轴固定连接，所述旋转环位于所述隔环上方，所述测速传感器固定连接在所述固定环上，所述固定环上安装有骨架密封二，所述骨架密封二位于所述固定环和所述旋转环之间，所述测速传感器朝向所述旋转环。

优选的，所述密封机构包括密封支座，所述密封支座固定连接在所述马达的外壳上，所述弯头通过螺栓固定连接在所述密封支座上，所述密封支座内安装有耐磨环，所述耐磨环与所述密封支座之间安装有V型组合密封、支撑环和骨架密封一，所述耐磨环位于所述空心管和所述弯头之间，所述空心管通过所述耐磨环与所述弯头连通。

优选的，所述一级太阳轮与所述中箱体之间安装有一级耐磨垫，所述二级太阳轮与所述输出行星架之间安装有二级耐磨垫，所述一级耐磨垫和所述二级耐磨垫上均开设有圆周环槽和纵向槽。

优选的，所述输出行星架外安装有两个推力调心滚子轴承和圆柱滚子轴承，所述输出行星架通过推力调心滚子轴承及圆柱滚子轴承与所述中箱体和所述下箱体转动连接。

本发明公开了以下技术效果：本装置中，通过密封机构提升空心管和弯头之间的密封性，马达安装在上箱体上，浮动套用于和钻杆连接，测速部件用于测量马达的输出转速，再通过齿轮传动部件的速比可准确计算出浮动套的转速，提高换杆效率，马达的动力传递到输入轴上，输入轴再将动力传递至行星机构，行星机构带动浮动套转动，行星机构结构紧凑，传递扭矩大，自动换钻杆部件实现自动换杆功能，替代人工换杆，提高工作效率和降低安全隐患。本发明中，不仅提升了密封性，还增大了传递扭矩，实现自动换杆，提升了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明钻机用立式行星齿轮传动装置结构示意图；

图2为图1中Ⅰ的局部放大图；

图3为本发明旋转环结构示意图；

图4为本发明一级耐磨环、二级耐磨环的外形示意图；

其中，1、密封机构；11、弯头；12、V型组合密封；13、耐磨环；14、密封支座；15、支撑环；16、骨架密封一；17、空心管；2、测速部件；21、旋转环；22、骨架密封二；23、固定环；24、隔环；25、测速传感器；3、马达；4、箱体；41、上箱体；42、中箱体；43、下箱体；44、轴承外压盖；45、轴承内压盖；5、齿轮传动部件；51、输入轴；52、一级太阳轮；53、一级行星架；54、一级行星轮；55、一级内齿圈；56、一级耐磨垫；57、二级太阳轮；58、二级行星轮；59、二级内齿圈；60、二级耐磨垫；61、输出行星架；6、浮动套；7、自动换钻杆部件；71、液压缸；72、支架；73、摆动支座；74、花键套；75、滑套；76、摆动杆；77、夹紧键。

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，所描述的实施例仅仅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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-4，本发明提供一种钻机用立式行星齿轮传动装置，包括:

空心管17，空心管17通过密封机构1连通有弯头11。

弯头11和空心管17在钻探过程中用于输送液体，密封机构提升空心管17和弯头11之间的密封性。

箱体4，箱体4包括上箱体41、中箱体42、下箱体43,上箱体41上固定连接有马达3，中箱体42两端分别与上箱体41和下箱体43固定连接,空心管17穿过马达3、上箱体41、中箱体42和下箱体43，密封机构1设置在马达3上，下箱体43内设置有浮动套6，空心管17与浮动套6连通。

马达3安装在上箱体41上，上箱体41、中箱体42、下箱体43对本装置内部零部件起到保护作用，浮动套6用于和钻杆连接，钻探过程中，液体通过空心管17进入到浮动套6，再进入到钻杆中。

测速部件2，测速部件2位于密封机构1和马达3之间，测速部件2设置在马达3上。

测速部件2用于测量马达3的输出转速，再通过齿轮传动部件的速比可准确计算出浮动套6的转速，提高换杆效率。

齿轮传动部件5，齿轮传动部件5设置在上箱体41、中箱体42和下箱体43内，齿轮传动部件包括输入轴51，输入轴51传动连接有行星机构，行星机构与浮动套6传动连接，输入轴51与马达3输出轴固定连接。

马达3的动力传递到输入轴51上，输入轴51再将动力传递至行星机构，行星机构带动浮动套6转动，行星机构结构紧凑，传递扭矩大。

自动换钻杆部件7，自动换钻杆部件7设置在下箱体43上，自动换钻杆部件7与浮动套6活动连接。

自动换钻杆部件7实现自动换杆功能，替代人工换杆，提高工作效率和降低安全隐患。

进一步优化方案，行星机构包括一级传动机构和二级传动机构，一级传动机构包括一级太阳轮52，一级太阳轮52与输入轴51固定连接，上箱体41和中箱体42内转动连接有一级行星架53，一级行星架53上设置有若干一级行星轮54，一级行星轮54转动连接在一级行星架53上，上箱体41与中箱体42之间固定连接有一级内齿圈55，一级行星轮54分别与一级太阳轮52和一级内齿圈55啮合，一级行星架53与二级传动机构传动连接，空心管17穿过输入轴51、一级太阳轮52、一级行星架53。

输入轴51和上箱体41之间设置有轴承，实现输入轴51和上箱体41的转动连接，输入轴51与一级太阳轮52通过键连接，输入轴51带动一级太阳轮52转动，一级太阳轮52带动一级行星轮54转动，由于一级行星轮54与一级内齿圈55啮合，因此一级行星轮54会在一级内齿圈55内转动，一级行星轮54围绕一级太阳轮52转动的同时会带动一级行星架53转动，本实施例中，一级行星轮54为三个，均匀分布在一级行星架53上。

进一步优化方案，二级传动机构包括二级太阳轮57，二级太阳轮57与一级行星架53固定连接，中箱体42和下箱体43内转动连接有输出行星架61，输出行星架61上设置有若干二级行星轮58，二级行星轮58转动连接在输出行星架61上，中箱体42和下箱体43之间固定连接有二级内齿圈59，二级行星轮58分别与二级内齿圈59和二级太阳轮57啮合，输出行星架61与浮动套6固定连接。

一级行星架53与二级太阳轮57通过花键传递扭矩，一级行星架53带动二级太阳轮57转动，二级太阳轮57带动二级行星轮58转动，由于二级行星轮58与二级内齿圈59啮合，因此二级行星轮58会在二级内齿圈59内转到，二级行星轮58在围绕二级太阳轮57转到时会带动输出行星架61转动，输出行星架61通过花键将动力最终由浮动套6输出。

进一步优化方案，自动换钻杆部件包括支架72，支架72固定连接在下箱体43上，支架72上转动连接有摆动支座73，支架72上转动连接有液压缸71，液压缸71输出端与摆动支座73转动连接，摆动支座73远离液压缸71一端滑动连接有滑套75，摆动支座73与滑套75之间设置有铜块，浮动套6外固定连接有花键套74，花键套74上转动连接有摆动杆76，摆动杆76与滑套75间隙连接，摆动杆76远离滑套75一端转动连接有夹紧键77，夹紧键77用于卡接固定钻杆。

更换钻杆时，液压缸71驱动摆动支座73沿着支架72转动，摆动支座73通过铜块带动滑套75向下移动，本实施例中摆动杆76设置为四个，滑套75压着4个圆周均布的摆动杆76沿着花键套74上的固定轴旋转，随着摆动杆76的转动驱动夹紧键77水平向内移动，夹紧键77卡紧钻杆外圆，使钻杆与浮动套6通过螺纹连接在一起，从而实现钻杆的安装。

进一步优化方案，测速部件2包括固定环23、旋转环21、隔环24和测速传感器25，固定环23固定连接在马达3的外壳上，旋转环21和隔环24通过螺钉与马达3输出轴固定连接，旋转环21位于隔环24上方，测速传感器25固定连接在固定环23上，固定环23上安装有骨架密封二22，骨架密封二22位于固定环23和旋转环21之间，测速传感器25朝向旋转环21。

马达3输出轴带动旋转环21和隔环24转动，测速传感器25穿过固定环23，测速传感器25朝向旋转环21，当旋转环21转动时，测速传感器25会测量旋转环21的转速，旋转环21的圆周设置矩形槽。

进一步优化方案，密封机构1包括密封支座14，密封支座14固定连接在马达3的外壳上，弯头11通过螺栓固定连接在密封支座14上，密封支座14内安装有耐磨环13，耐磨环13与密封支座14之间安装有V型组合密封12、支撑环15和骨架密封一16，耐磨环13位于空心管17和弯头11之间，空心管17通过耐磨环13与弯头11连通。

耐磨环13设置在密封支座14内，再通过V型组合密封12、支撑环15和骨架密封一16来提升耐磨环13和密封支座14之间的密封性，使空心管17与弯头11连接的密封性更好。

进一步优化方案，一级太阳轮52与中箱体42之间安装有一级耐磨垫56，二级太阳轮57与输出行星架61之间安装有二级耐磨垫60，一级耐磨垫56和二级耐磨垫60上均开设有圆周环槽和纵向槽。

一级耐磨垫56可防止一级太阳轮52和中箱体42之间过度磨损，二级耐磨垫60可防止二级太阳轮57和输出行星架61之间过度磨损。

进一步优化方案，输出行星架61外安装有两个推力调心滚子轴承和圆柱滚子轴承，输出行星架61通过推力调心滚子轴承及圆柱滚子轴承与中箱体42和下箱体43转动连接。

调心滚子轴承和圆柱滚子轴承使输出行星架61实现与中箱体42及下箱体43的转动连接。

本装置工作原理，马达3在工作时，通过测速传感器25对马达3输出轴的转速进行测量，马达3将动力传递至输入轴51，输入轴51带动一级太阳轮52转动，一级太阳轮52带动一级行星轮54转动，一级行星轮54在一级内齿圈55内转动，并带动一级行星架53转动，一级行星架53带动二级太阳轮57转动，二级太阳轮57带动二级行星轮58转动，二级行星轮58在围绕二级太阳轮57转到时会带动输出行星架61转动，输出行星架61带动浮动套6转动，更换钻杆时，液压缸71驱动摆动支座73沿着支架72转动，摆动支座73通过铜块带动滑套75向下移动，滑套75压着4个圆周均布的摆动杆76沿着花键套74上的固定轴旋转，随着摆动杆76的转动驱动夹紧键77水平向内移动，夹紧键77卡紧钻杆外圆，使钻杆与浮动套6通过螺纹连接在一起，从而实现钻杆的安装。

本发明中，下箱体43上安装有轴承外压盖44、轴承内压盖45，空心管17贯穿整个传动装置，空心管17上端与弯头11通过V型组合密封12进行密封，下端通过花键与密封端盖连接，空心管17下端与密封端盖之间设置花键和O型密封圈，浮动套6与输出行星架61、轴承内压盖45之间设置密封。

本发明具有如下有益效果：

本发明将行星传动机构应用于钻机，结构紧凑，传递扭矩大。

本发明设置测速部件2，实时检测马达3转速，通过速比计算得出浮动套6转速，用以匹配钻机整体升降速度，实现自动换杆功能，替代了人工换杆，提高工作效率和降低安全隐患。

本发明通过中间空心管17与装置内部传动部件之间设置密封，防止循环泥浆进入装置内部。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种钻机用立式行星齿轮传动装置，其特征在于,包括:

空心管(17)，所述空心管(17)通过密封机构(1)连通有弯头(11)；

箱体(4)，所述箱体(4)包括上箱体(41)、中箱体(42)、下箱体(43),所述上箱体(41)上固定连接有马达(3)，所述中箱体(42)两端分别与所述上箱体(41)和所述下箱体(43)固定连接,所述空心管(17)穿过所述马达(3)、所述上箱体(41)、所述中箱体(42)和所述下箱体(43)，所述密封机构(1)设置在所述马达(3)上，所述下箱体(43)内设置有浮动套(6)，所述空心管(17)与所述浮动套(6)连通；

测速部件(2)，所述测速部件(2)位于所述密封机构(1)和所述马达(3)之间，所述测速部件(2)设置在所述马达(3)上；

齿轮传动部件(5)，所述齿轮传动部件(5)设置在所述上箱体(41)、所述中箱体(42)和所述下箱体(43)内，所述齿轮传动部件包括输入轴(51)，所述输入轴(51)传动连接有行星机构，所述行星机构与所述浮动套(6)传动连接，所述输入轴(51)与所述马达(3)输出轴固定连接；

自动换钻杆部件(7)，所述自动换钻杆部件(7)设置在所述下箱体(43)上，所述自动换钻杆部件(7)与所述浮动套(6)活动连接。

2.根据权利要求1所述的一种钻机用立式行星齿轮传动装置，其特征在于：所述行星机构包括一级传动机构和二级传动机构，所述一级传动机构包括一级太阳轮(52)，所述一级太阳轮(52)与所述输入轴(51)固定连接，所述上箱体(41)和所述中箱体(42)内转动连接有一级行星架(53)，所述一级行星架(53)上设置有若干一级行星轮(54)，所述一级行星轮(54)转动连接在所述一级行星架(53)上，所述上箱体(41)与所述中箱体(42)之间固定连接有一级内齿圈(55)，所述一级行星轮(54)分别与所述一级太阳轮(52)和所述一级内齿圈(55)啮合，所述一级行星架(53)与所述二级传动机构传动连接，所述空心管(17)穿过所述输入轴(51)、所述一级太阳轮(52)、所述一级行星架(53)。

3.根据权利要求2所述的一种钻机用立式行星齿轮传动装置，其特征在于：所述二级传动机构包括二级太阳轮(57)，所述二级太阳轮(57)与所述一级行星架(53)固定连接，所述中箱体(42)和所述下箱体(43)内转动连接有输出行星架(61)，所述输出行星架(61)上设置有若干二级行星轮(58)，所述二级行星轮(58)转动连接在所述输出行星架(61)上，所述中箱体(42)和所述下箱体(43)之间固定连接有二级内齿圈(59)，所述二级行星轮(58)分别与所述二级内齿圈(59)和所述二级太阳轮(57)啮合，所述输出行星架(61)与所述浮动套(6)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种钻机用立式行星齿轮传动装置，其特征在于：所述自动换钻杆部件包括支架(72)，所述支架(72)固定连接在所述下箱体(43)上，所述支架(72)上转动连接有摆动支座(73)，所述支架(72)上转动连接有液压缸(71)，所述液压缸(71)输出端与所述摆动支座(73)转动连接，所述摆动支座(73)远离所述液压缸(71)一端滑动连接有滑套(75)，所述摆动支座(73)与所述滑套(75)之间设置有铜块，所述浮动套(6)外固定连接有花键套(74)，所述花键套(74)上转动连接有摆动杆(76)，所述摆动杆(76)与所述滑套(75)间隙连接，所述摆动杆(76)远离所述滑套(75)一端转动连接有夹紧键(77)，所述夹紧键(77)用于卡接固定钻杆。

5.根据权利要求1所述的一种钻机用立式行星齿轮传动装置，其特征在于：所述测速部件(2)包括固定环(23)、旋转环(21)、隔环(24)和测速传感器(25)，所述固定环(23)固定连接在所述马达(3)的外壳上，所述旋转环(21)和所述隔环(24)通过螺钉与所述马达(3)输出轴固定连接，所述旋转环(21)位于所述隔环(24)上方，所述测速传感器(25)固定连接在所述固定环(23)上，所述固定环(23)上安装有骨架密封二(22)，所述骨架密封二(22)位于所述固定环(23)和所述旋转环(21)之间，所述测速传感器(25)朝向所述旋转环(21)。

6.根据权利要求1所述的一种钻机用立式行星齿轮传动装置，其特征在于：所述密封机构(1)包括密封支座(14)，所述密封支座(14)固定连接在所述马达(3)的外壳上，所述弯头(11)通过螺栓固定连接在所述密封支座(14)上，所述密封支座(14)内安装有耐磨环(13)，所述耐磨环(13)与所述密封支座(14)之间安装有V型组合密封(12)、支撑环(15)和骨架密封一(16)，所述耐磨环(13)位于所述空心管(17)和所述弯头(11)之间，所述空心管(17)通过所述耐磨环(13)与所述弯头(11)连通。

7.根据权利要求3所述的一种钻机用立式行星齿轮传动装置，其特征在于：所述一级太阳轮(52)与所述中箱体(42)之间安装有一级耐磨垫(56)，所述二级太阳轮(57)与所述输出行星架(61)之间安装有二级耐磨垫(60)，所述一级耐磨垫(56)和所述二级耐磨垫(60)上均开设有圆周环槽和纵向槽。

8.根据权利要求3所述的一种钻机用立式行星齿轮传动装置，其特征在于：所述输出行星架(61)外安装有两个推力调心滚子轴承和圆柱滚子轴承，所述输出行星架(61)通过推力调心滚子轴承及圆柱滚子轴承与所述中箱体(42)和所述下箱体(43)转动连接。