CN1196436A - 操作工作组件的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于操作工作组件或工具,特别是操作钻孔用的液压挖掘爪的方法,使用一个传出转矩和转速的部件,以及一个把转矩和转速传递到工作组件的装置。当使用带有钻杆的动力旋转头挖掘钻孔时,为了能够不使用附加装置而清除钻孔中的如岩石或砾石等的障碍物,提出了使用液压头的本发明的方法和装置。液压头是一个工作装置,用于传递转矩和转速,以及用于把引入钻孔底部的钻杆的机械量(例如扭矩和转速)周期性地转换为液压动力。

Description

操作工作组件的装置和方法

本发明涉及一种操作工作组件，特别是操作液压挖掘爪的装置和方法，该液压挖掘爪与动力旋转头和钻杆一起用于钻孔的挖掘中，以排除如岩石、砾石等的障碍物。

过去，当钻杆在钻孔里遇到障碍时，习惯做法是通过特殊装置排除障碍物。通常使用一个连接有附加装置的爪式工具，例如：液压挖掘爪。

当钻杆从钻孔中取出时，附加装置应已在钻孔上准备好，插入钻孔然后再从钻孔中取出该附加装置。此方法不仅浪费时间而且设备的效率低，成本高。

本发明的主要目的在于克服挖掘钻孔的现有装置和方法的缺陷。

本发明的另外一个目的是提供一种操作工作组件，例如：液压挖掘爪的方法和装置，该装置在钻探和排除钻孔里的障碍物时非常有效，而且省时，成本低。

利用这样一种装置达到本发明的目的：该装置将机械量，例如：带有钻杆的旋转动力头的转矩M和转速N(rpm)，有选择地和以给定的时间间隔转换成液压动力。用一个液压线路将液压动力传递到工作组件上，例如：液压挖掘爪，该工作组件连接到一个装置上。

基本上说，任何液压操作组件、装置或工具都可用作所述的工作组件。本发明的方法和装置的一种应用是将连有凯氏方钻杆的动力旋转头的转矩和转速传递到作为工作组件的液压挖掘爪上。凯氏方钻杆的转矩和转速经附加转换装置传递到液压挖掘爪。转换装置在钻杆的液压挖掘爪之间，转矩与转速通过变换钻杆的旋转方向转换成液压动力，这种液压动力施加到液压挖掘爪上以使液压爪实现至少另外一种功能。

重要的是，通过由钻杆驱动的液压泵为液压挖掘爪的闭合油缸提供液压液体，同时，连接到钻杆的液压头将钻杆的旋转动力传递到工作组件例如：液压挖掘爪。当爪沉到钻孔底部以后，打开爪片旋入土壤。

在本发明的一个实施例中，液压头有一个以系数i增加钻杆转速的传动装置，同时，以同样的系数减小钻杆的转矩。在传动装置和液压泵之间有防断路机构，它在第一旋转方向把转速传递给液压泵，但是在相反的旋转方向锁住液压泵。液压挖掘爪被放到钻孔底部后，打开的爪片可在钻杆的旋转方向下旋入土壤。朝相反的旋转方向驱动液压泵，液压泵将液压流体传递到液压油缸使工作组件的液压油缸动作。

用方向控制阀打开爪片，该阀具有转换液压流体流动方向的转换功能。

最好是通过钻杆作用在液压挖掘爪上的拉力和压力来转换控制阀的方向。另一个实施例中，通过转换套上的由预载弹簧作用的切换凸轮实现钻杆和工作组件之间的轴向移动。当工作组件即液压挖掘爪被岩石或相似物装满时，便由钻杆运送到地面上。如果液压爪可以拉向动力旋转头上的止挡，这将是一个优点。用拉力切换方向控制阀，并将钻杆旋转运动转换成液压能量以打开爪片。

位于一个其扭矩和转速被传递的组件(例如动力旋转头)和一个工作组件(例如挖掘爪组件)之间的本发明的工作装置可以是广义上的液压消耗装置。除爪组件或液压挖掘爪以外，液压驱动泵、冲头或马达都可经由圆周力和啮合力的旋转传动而旋转，，同时，都可通过变换旋转方向进行液压操作。

以下结合几个附图对本发明进行详细叙述，使本发明的上述及其它优点更为明显。

图1是依照本发明的液压头，它将带有钻杆的动力旋转头的转矩和转速rPm传递到工作组件；

图2和图3是处在不同的转换状态中的图1所示液压头；

图4是依照本发明的一种装置，其液压挖掘爪为工作组件，其液压油缸与液压头平行设置。

图5是依照发明的一种装置，其液压挖掘爪为工作组件，其液压油缸位于液压头的轴向延伸处。

下面通过不同的附图详述本发明。图中使用相同的参考数字代表同样部件。

图1是一个液压头3，它作为工作装置产生出来自机械量的，特别是来自钻杆2的转矩和转速(rpm)的液压动力，机械量经钻杆2传到钻孔底部。钻杆2强力扭转连接到动力旋转头(未显示)，放置头产生出传递和转换成液压动力的转矩和转速(rmp)。

液压头3有强力扭转连接到钻杆2的联轴器上的头盖21，头盖21通过轴承31旋转连接到头套17。由头套17围绕的传动装置7、防断路机构11和液压泵9都固定在旋转头套17上。位于下边的转换套15围绕着头套17，转换套15具有转换部件，例如：预先用弹簧加载的切换凸轮16。强力扭转连接到旋转头套17上的转换套15与位于钻孔底部(图中未显示)的工作组件5(见图4和图5)其有强力扭转连接关系。

钻杆2在第一旋转方向的旋转运动从头盖21传递到传动装置的驱动轴22。传动装置7，例如行星齿轮，有增速比i，通过系数1/i减少输入转矩M并通过同样的系数i增加输入转速rpm。

传动装置的被驱动轴23，经联轴器13驱动防断路机构11的驱动轴24，在第一旋转方向中，防断路机构11通过联轴器14将转矩和转速n未受影响地传递到液压泵9的驱动轴。液压泵9从油箱27吸取液压流体并在体积流量与压强中传递转矩和rpm。沿液压泵9的高压强一边的液压流体经液压线路18送到阀20，例如：一个二位四通方向控制阀，再到液压工作装置，在本实施例中就是液压挖掘爪5的液压缸6(见图4和5)。从液压工作装置6液压流体经液压线路19和方向控制阀20回入油箱27。

钻杆2的与第一旋转方向相反的第二旋转方向上的转动可强力扭转地传递到工作组件5，在第二旋转方向中防断路机构11被锁接，即防断路机构的内件12与刚性连接在旋转头套17上的外环10相互连接到一起。

防断路机构11中的被驱动轴25不再相对于头套17转动，因此传动装置的被驱动轴23以1/i倍的钻杆转矩保持静止。转速rpm和转矩经由传动装置套7传递给旋转头套17，该头套17连接到转换套15。

永久地连接在转换套15上的工作组件5因此被钻杆2的转矩和转速rpm驱动，以便在第二旋转方向使打开的爪片4(见图4和5)能够旋入钻孔的底部。

带有用弹簧装置16预加载的切换凸轮15a的转换套15能够实现液压流体的两个不同的流向，从而诸如液压挖掘爪之类的工作组件和液压头3就不必为了换向而从钻孔中抽出，当通过钻杆2给液压头3施加额外负荷时，液压流体可实现两个不同方向。转换套15设有弹簧装置16并可相对于钻杆2作相对运动，转换套15可用来切换方向控制阀20。图2和3最好地表明了根椐负荷来切换方向控制阀20。液压挖掘爪5(未显示)是在钻孔底部的这个位置，并且钻杆2把负荷加到转换套15上，因而切换方向控制阀20转换液压流体的流动方向。

图3是另一种切换状态，在该状态中，拉力作用于转换套15上，与图1和图2的状态相比，转换套15朝着钻孔底部的方向移动到盖边的止档33上。通过弹簧装置16产生出这一运动。当转换套15和相应的工作组件5被拉向例如动力旋转头上(未显示)的止档33时，液压缸6(图中仅示出一个缸)就进行液压运动，同时，随着钻杆2在第二旋转方向上的旋转，爪片34便通过液压打开。

另一种方法可以制成没有转换套15的液压头。因而也只能获得一种液压流流向。第二种可能性是在钻孔外面控制工作组件5，例如手动或通过电力切换机构进行遥控。

图4是根椐本发明制出的另一个实施例，它借助于钻杆2把动力旋转头的旋转能量传递给工作组件5上，在此例中工作组件是一个液压挖掘爪25。液压头3的运转和安置见图1和图3，其中用相同的参考数字表示相同元件。

图4所示的装置具有与液压头3轴向平行的液压缸26，液压缸26通过连接点32，将液压挖掘爪25的爪片34从关闭状态移至图中所示的开放状态。在开放状态时液压头3和液压挖掘爪25可以根椐钻杆2的旋转运动进行旋转。液压挖掘爪组件25的爪片34上相应形成的端件36和降到钻孔底部的液压头3旋入地中，用端件36切碎土壤，然后用爪片34将土送出钻孔，用上述液压方法使爪片34从开放状态运动到关闭状态。

图5表示根据本发明的挖掘爪组件25和液压头3的另一个实施例。液压头3仅仅被示意性表示了。沿着钻孔方向位于液压头3下方的是作为液压头3轴向延长部分的液压油缸26，液压挖掘爪组件25同它的爪片34一起也表示为处于开放状态，特别是图5中显示了液压挖掘爪组件25被强力扭转装在液压头3上。同样，爪片34还包括当爪片34处于开放状态时旋入钻孔内的端部延伸件。当出现障碍物时，按上述方法关闭爪片34，以便排除障碍物。

尽管已经结合最佳实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应当懂得，本发明可按照不同于这里专门描述的方式加以实施而不背离本发明的实质和范围。因此应当理解，本发明的实质和范围只由所附的权利要求书来确定。

Claims (21)

1.操作工作组件的方法，用一个部件产生和传递出转矩与转速，其步骤包括：通过工作装置的工作而把上述部件的转矩和转速传递到工作组件；以及通过改变上述部件的转动方向而有选择地将工作装置的转矩和转速转换为液压动力，该液压动力作用于所述工作组件，使它完成至少一种其它功能。

2.根椐权利要求1所述的方法，其特征在于，用于传递出转矩和转速的部件包括用于形成钻孔的动力旋转头和钻杆，上述方法还包括经由作为工作装置的液压头通过作为工作组件的液压挖掘爪而在钻孔中清除障碍物的步骤，其中液压挖掘爪放置在钻孔的底部上，并且当沿第一转动方向通过液压头将转矩和转速传递到液压挖掘爪时，该挖掘爪的爪片在打开状态下旋入地中，而当沿相反的转动方向由钻杆驱动液压泵时，通过液压头使爪片运动到闭合状态，以便从钻孔中取出障碍物。

3.根椐权利要求2所述的方法，其特征在于，为了关闭爪片，液压流体通过液压泵运送到液压油缸。

4.根椐权利要求2所述方法，其特征在于，还包括这一步骤：利用钻杆作用在液压挖掘爪上的拉力或压力，通过转换元件来切换一个方向控制阀，使得液压流体转换流向，以此打开或闭合爪片。

5.根椐权利要求2所述方法，其特征在于还包括这一步骤，随着钻杆的转动施加一个拉力，当液压挖掘爪被拉向动力旋转头上的止档时爪片被打开，由钻杆将装满的液压挖掘爪送至地面。

6.一种用于将部件的转矩和转速传递到工作组件的装置，包括为了产生出旋转的转矩和转速的驱动部件；以及

用于完成上述工作的一种工作装置，它位于驱动部件和工作组件之间并联接到它们上；和

用于完成上述工作的一种工作装置，它位于驱动部件和工作组件之间并联接在两者之间；

其特征在于，工作装置在第一旋转方向中传递驱动部件的转矩和转速rpm到工作组件，在第二旋转方向将转速rpm和转矩变换为液压动力，该液压动力使工作组件至少有一种附加功能。

7.根椐权利要求6所述装置，其特征在于，驱动部件是带有钻杆的动力旋转头，工作装置是一个液压头，工作组件是一个液压挖掘爪，液压挖掘爪连接到驱动部件上，以便可随钻杆旋转并可由液压起动。

8.根椐权利要求7所述装置，其特征在于，还包括在液压头中的传动装置，该传动装置通过系数i增加钻杆的转速rpm和通过同样的系数减少转矩。

9.根椐权利要求8所述装置，其特征在于，还包括防断路机构，该机构在第一旋转方向将传动装置的转速rpm传递到液压泵和在相反的旋转方向时中断对液压泵的转速传递。

10.根椐权利要求9所述装置，其特征在于，在第一旋转方向时，钻杆的转矩和转速rpm经一个液压头盖和一个液压头套向传动装置进行传递而不影响防断路机构和液压泵的驱动轴。

11根椐权利要求10所述装置，其特征在于，当防断路机构反方向旋转时，传动装置的被动轴以1/i倍驱动杆转矩的状态被锁定，转矩和转速rpm可经由传动装置套、液压头套和强力扭动连接在液压头套上的转换套向工作组件传递，而工作组件则永久连接在转换套上。

12.根椐权利要求10所述装置，其特征在于，还包括用于根椐作用于工作装置的轴向力而转换一个阀的转换套，该阀设置在工作组件的液压输送线和排油线中。

13.根椐权利要求12所述装置，其特征在于，上述阀是两位四通方向控制阀。

14.根椐权利要求7所述装置，其特征在于，液压挖掘爪的至少一个液压油缸相对于液压头平行设置，爪片连接在液压头下面。

15.根椐权利要求7所述装置，其特征在于，液压挖掘爪的液压油缸被设置在液压头的轴向伸长部位。

16.根椐权利要求6所述装置，其特征在于，所述工作组件是叠片切削工具。

17.根椐权利要求6所述装置，其特征在于，所述工作组件是芯部抓持爪。

18.根椐权利要求6所述装置，其特征在于，所述工作组件是芯部打孔器。

19.根椐权利要求6所述装置，其特征在于，所述工作装置包括滚子钻芯套管和所述工作组件包括旋转滚子。

20.根椐权利要求6所述装置，其特征在于，所述工作装置包括至少一个液压消耗装置。

21.根椐权利要求7所述装置，其特征在于，液压头包括高转矩的防断路机构，和在上述高转矩防断路机构下游的低转矩传动装置。

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