专利名称：氮气弹簧式钻机液压卡盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于坑道钻机技术领域中的卡盘，即一种氮气弹簧式液压卡盘。背景技术：
卡盘是钻机重要的组成部件，安装在动力头上作为钻机夹持钻具用。卡盘的作用主 要是夹持钻具，向钻具传递转矩和轴向力，完成钻孔的任务。目前，坑道钻机常见液压卡盘主要有常开式液压卡盘和常闭式液压卡盘，其中 常开式液压卡盘主要为胶筒式卡盘，常闭式卡盘主要为碟形弹簧式卡盘。胶筒式卡盘工 作时靠液压夹紧，弹簧松开，因此对液压系统要求较高，其中配油套的泄漏问题和胶筒 的寿命问题严重影响卡盘性能。碟形弹簧式卡盘主要由油缸缸体、活塞、碟形弹簧、卡 瓦座、卡瓦、空心轴组成，工作时靠弹簧弹力夹紧，液压松开，卡盘性能取决于碟形弹 簧性能。国家知识产权局网上在2009年5月20日公告了 “一种常闭式液压卡盘”专 利，专利号CN200820078360.3，其结构包括卡盘体、设置在卡盘体内的卡瓦、液压缸、 与液压缸连接的卡盘外壳、以及设置在卡盘外壳和卡盘体内部的导管，液压缸的外壳与 卡盘外壳连接，液压缸的卡盘活塞与卡盘体通过推力球轴承连接，在卡盘外壳的内腔内 与卡盘体之间设置有碟形弹簧。卡瓦与卡盘体通过锥形面配合设置；卡瓦内圈设有弹簧 圈。导管的端部开有放置卡瓦的开口槽，卡瓦的上面设置两个卡在导管外壁上圆环槽内 的半环，半环上面为卡盘盖。整体结构采用碟簧卡紧，液压松开。由于碟形弹簧自身特性影响，碟形弹簧式卡盘存在以下不足 1.夹持力受碟形弹簧变形影响大，卡瓦磨损后夹持力损失大。2.增大卡盘夹持力，必须增大碟形弹簧尺寸，导致卡盘外形尺寸大，转动惯量 大。3.卡盘中卡瓦嵌入空心轴中，更换卡瓦麻烦，影响生产效率。
发明内容
为了解决液压卡盘中对液压系统要求高，对弹性元件特性不能满足卡盘使用要求及 安装操作麻烦的问题，本发明提供一种氮气弹簧式液压卡盘，也属于一种常闭式氮气弹 簧式液压卡盘。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是(为了更好的理解技术内容，同 时参看附图，零部件标号放在括号内表示)
氮气弹簧式钻机液压卡盘，由旋转组件和非旋转组件组成，其中非旋转组件中，缸 体(1)反向套接在活塞(2)上，其特征在于在旋转组件中，活塞拉套(12)套装 在卡盘体(4)上，活塞(2)又套装在活塞拉套(12)上；拉杆(10)小头穿过卡瓦 座(7)、卡盘体(4)连接在活塞拉套(12)上；卡瓦组件(8)紧固在卡瓦防磨片 (9)上并嵌入卡瓦座(7)的斜面凹槽(7a)中，可沿着斜面凹槽(7a)移动的卡瓦组 件(8) —端卡在卡盘体(4)上传扭块(4a)之间的空隙中，另一端卡在端盖(6)上 传扭块(6a)之间的空隙中，端盖(6)用螺栓固定在卡盘体(4)端面上；周圈环形均 勻分布的氮气弹簧(5)安装在卡瓦座(7)与卡盘体(4)相配合形成的环形分布的各个圆柱孔中。本发明解决其技术问题所采用的技术方案还包括
所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于所述的氮气弹簧(5)为气体弹簧。所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于所述的氮气弹簧(5)安装于卡盘 体(4)与卡瓦座(7)形成的圆柱形配合面内。所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于所述的卡瓦组件(8)与卡瓦防磨 片(9)联结为一体嵌入卡瓦座(7)中的斜面凹槽(7a)上，卡瓦座(7)内设有的燕 尾槽斜面就是斜面凹槽(7a)。所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于防尘圈(13)安装在可旋转的卡盘 体(4)端部，位于卡盘体(4)和油缸缸体(1)之间。所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于活塞拉套(12)套装在可旋转的卡 盘体(4)上，活塞(2)又套装在可旋转的活塞拉套(12)上，其活塞(2)和可旋转 的活塞拉套(12)两者之间通过推力球轴承(14)、轴承挡板(15)、圆螺母(16)相 连。从另外一个角度简单的说一种氮气弹簧式液压卡盘，包括端盖、卡盘体、卡 瓦组件、卡瓦防磨片、卡瓦座、拉杆、氮气弹簧、活塞拉套、防尘圈、推力球轴承、圆 螺母、轴承挡板、活塞、油缸缸体，卡瓦防磨片与卡瓦组件通过螺钉紧固为一体装入卡瓦 座内部斜面凹槽中，钻机动力头主轴与卡盘体联接，端盖和卡盘体上的传扭块从两端卡 紧卡瓦传递转矩。拉杆将卡瓦座、卡盘体、活塞拉套联结起来，活塞拉套与活塞、油缸 缸体、推力球轴承、圆螺母及轴承挡板组成液压松开部分，氮气弹簧通过螺钉紧固在卡 盘体内沉孔中。本发明的优点和效果
1、本发明采用氮气弹簧作为卡盘弹性元件，能提供很好的弹力特性曲线，弹力随变 形变化很小，卡盘夹持力大，性能稳定，以机械部件代替液压元件，避免漏油，降低对 液压系统要求。2、氮气弹簧自身外形尺寸小，安装在卡瓦座与卡盘体相配合形成的圆柱孔中， 减小卡盘外形尺寸，转动惯量小。3、卡瓦防磨片嵌入卡瓦座内斜面凹槽中带动卡瓦组件径向移动，能有效的传递 运动并且斜面机构能起增力的作用。4、端盖和卡盘体上设计有传扭块，卡瓦组件两端分别卡在传扭块之间的空隙 中，传递转矩，更换卡瓦时只需拆开端盖就可更换卡瓦，方便快捷。5、防尘圈安装在卡盘体端部，有效防止杂质进入卡盘体与油缸缸体之间的活塞 上，延长活塞使用寿命。6、延长了液压部件的使用寿命，夹持可靠，拆卸钻具时方便、快捷，提高了现 场工作效率。
四
图1为本氮气弹簧式液压卡盘的结构示意图； 图2为卡盘体的结构示意图； 图3为图2的A向视图；图4为卡瓦座的结构示意图； 图5为图4的B向视图； 图6为端盖的结构示意图。图中标号说明1.油缸缸体，2.活塞，3.直通接头，4.卡盘体，4a.传扭块， 5.氮气弹簧，6.端盖，6a.传扭块，7.卡瓦座，7a.斜面凹槽8.卡瓦组件，9.卡瓦防磨片， 10.拉杆，11.拉杆套，12.活塞拉套，13.防尘圈，14.推力球轴承，15.轴承挡板，16.圆 螺母，17.键。五具体实施例方式
以下结合附图对本发明提供的氮气弹簧式液压卡盘作进一步描述 参看图1至4，在图1中，氮气弹簧5—端紧固在卡盘体4内部(参看图2)，一端 顶在卡瓦座7端面止口上(参看图4)，氮气弹簧5处于卡盘体4和卡瓦座7形成的圆柱 面内，即安装在卡瓦座与卡盘体相配合形成的环形分布各个圆柱孔中，参看图3，从外向 内数第二环形圈分布九个较大的圆柱孔，该孔底的2个小孔就是用螺钉将氮气弹簧5 —端 紧固在卡盘体4内，这种结构型式大大减小卡盘体4外形尺寸，转动惯量小。可旋转的 卡盘体4内键17与钻机齿轮箱上的主轴(空心轴)连接，钻机齿轮箱上的主轴驱动并通 过卡盘体4带动整个旋转部件工作。
参看图1至图6，在图1中，卡瓦组件8紧固在卡瓦防磨片9上为一体，整体嵌入卡 瓦座7的斜面凹槽7a中(参看图4和图5)，卡瓦防磨片9在卡瓦座7的斜面凹槽7a内 移动，带动卡瓦组件8移动，有效传递运动。卡瓦组件8 —端卡在卡盘体4上传扭块4a 之间的空隙中(参看图2至图3)，另一端卡在端盖6上传扭块6a之间的空隙中(参看 图6)，传递转矩。端盖6用螺栓固定在卡盘体4端面上。更换卡瓦时，只需拆下端盖 6就可取出卡瓦组件8，方便快捷。参看图1至图5，在图1中，拉杆10小头穿过卡瓦座7、卡盘体4连接在活塞拉 套12上，即拉杆10—端连接活塞拉套12，一端连接卡瓦座7，中间通过拉杆套11穿过 卡盘体4，将活塞拉套12、卡瓦座7、卡盘体4三者连接起来为一体。拉杆10分布为环 形上九个连接点(参看图2和图3)，图3中从外向内数第三个环形上九个中等孔就是连 接点，图4、图5中环形上九个孔也就是连接点。在图1中，活塞拉套12套装在卡盘体4上，活塞2又套装在活塞拉套12上，其 活塞2和活塞拉套12两者之间通过推力球轴承14、轴承挡板15、圆螺母16相连；同时 油缸缸体1反向套接在活塞2外周上，油缸缸体1外接直通接头3。防尘圈13安装在卡 盘体4端部，位于卡盘体4和油缸缸体1之间，有效防止杂质进入卡盘体4与油缸缸体1 之间的活塞2上。在使用中参看图1，卡盘不工作时处于夹紧状态(常闭式)，氮气弹簧5有一 定的预压缩量。工作时，液压油由直通接头3进入油缸缸体1内，推动活塞2沿轴向向 左移动，活塞2带动推力球轴承14、轴承挡板15、圆螺母16、活塞拉套12、拉杆10、 卡瓦座7这一个整体向左移动，卡瓦座7压缩氮气弹簧5，卡瓦组件8沿着卡瓦座7内的 斜面凹槽7a沿径向向外移动，卡盘开口量增大，卡盘松开；钻杆进入卡盘后，液压系统 泄压，液压油回油，氮气弹簧5伸长，推动卡瓦座7沿轴向向右移动，卡瓦座7带动拉杆 10、活塞拉套12、推力球轴承14、轴承挡板15、圆螺母16、活塞2这一个整体向右移动，卡瓦组件8沿着卡瓦座7内的斜面凹槽7a沿径向向内移动，卡盘开口量减小，卡盘 夹紧。卡盘旋转时，除油缸缸体1、活塞2和直通接头3不旋转外，其余部件均旋转。
权利要求
1.氮气弹簧式钻机液压卡盘，由旋转组件和非旋转组件组成，其中非旋转组件中， 缸体(1)反向套接在活塞(2)上，其特征在于在旋转组件中，活塞拉套(12)套 装在卡盘体(4)上，活塞(2)又套装在活塞拉套(12)上；拉杆(10)小头穿过卡 瓦座(7)、卡盘体(4)连接在活塞拉套(12)上；卡瓦组件(8)紧固在卡瓦防磨片(9)上并嵌入卡瓦座(7)的斜面凹槽(7a)中，可沿着斜面凹槽(7a)移动的卡瓦组 件(8) —端卡在卡盘体(4)上传扭块(4a)之间的空隙中，另一端卡在端盖(6)上 传扭块(6a)之间的空隙中，端盖(6)用螺栓固定在卡盘体(4)端面上；周圈环形均 勻分布的氮气弹簧(5)安装在卡瓦座(7)与卡盘体(4)相配合形成的环形分布的各 个圆柱孔中。
2.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于所述的氮气弹簧(5) 为气体弹簧。
3.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于所述的氮气弹簧(5) 安装于卡盘体(4)与卡瓦座(7)形成的圆柱形配合面内。
4.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于所述的卡瓦组件(8) 与卡瓦防磨片(9)联结为一体嵌入卡瓦座(7)中的斜面凹槽(7a)上，卡瓦座(7) 内设有的燕尾槽斜面就是斜面凹槽(7a)。
5.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于防尘圈(13)安装在 可旋转的卡盘体(4)端部，位于卡盘体(4)和油缸缸体(1)之间。
6.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于活塞拉套(12)套装 在可旋转的卡盘体(4)上，活塞(2)又套装在可旋转的活塞拉套(12)上，其活塞(2)和可旋转的活塞拉套(12)两者之间通过推力球轴承(14)、轴承挡板(15)、 圆螺母(16)相连。
全文摘要
本发明属于钻机夹持设备技术领域，提供了一种氮气弹簧式液压卡盘。本发明目的是研制一种氮气弹簧式液压卡盘。其结构是由旋转组件和非旋转组件组成，包括端盖、卡盘体、卡瓦组件、卡瓦防磨片、卡瓦座、拉杆、氮气弹簧、活塞拉套、防尘圈、推力球轴承、圆螺母、轴承挡板、活塞、油缸缸体，氮气弹簧圆周均布在卡盘体与卡瓦座之间，卡瓦组件在卡瓦座内运动，卡瓦与传扭块传递转矩。本发明优点和用途卡盘属于氮气弹簧压紧，液压松开，外径尺寸小，转动惯量小，卡盘夹持力大，夹持性能稳定，工作可靠。同时卡盘更换卡瓦方便快捷，大大提高工作效率。
文档编号E21B19/10GK102022090SQ201010574600
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者姚亚峰, 姚宁平, 宋海涛, 彭涛, 李宗奎, 杜小山 申请人:煤炭科学研究总院西安研究院