专利名称：一种双动力钻机及其动力头装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工程机械领域，特别涉及一种用于双动力钻机的动力头装置。本 实用新型还涉及一种包括上述动力头装置的双动力钻机。
背景技术：
随着我国经济建设的快速发展，市场对于工程机械尤其是各种钻机的需求日益增 大。双动力钻机是指其动力头由两套输出速度不同传动装置分别驱动，以便满足不同 工况下双动力钻机的正常工作。双动力钻机广泛地应用于桥梁、港口以及各种大型陆上建 筑等的较大口径和较大深度的桩基础施工中的钻孔作业。动力头装置是双动力钻机的主要 组成部分，其抗扭能力等参数的好坏直接影响双动力钻机的使用性能。在一种双动力钻机中，多采用双马达驱动减速机型动力头，因为它能提供较大驱 动功率。双马达驱动减速机型是双马达驱动，动力分别传给各自的行星减速机，然后通过双 主动轮传递到一个从动轮，既而传到钻机钻杆的一种传递方式。为了满足甩土的高速要求， 动力头装置实现双速运行，通过液压控制减速机内的摩擦式离合器来实现速度的转换，也 即，这种动力头装置包括输出转速不同的低速减速机和高速减速机，并通过液压等方式控 制的摩擦式离合器来实现低速和高速的转换。但是，摩擦式离合器对于冷却、润滑的要求较 高，如果在工作过程中润滑油的供应没有到位，会造成摩擦式离合器出现故障，导致动力头 装置无法正常工作；且摩擦式离合器结构较为复杂，维护和维修较为困难，导致动力头装置 的使用和维护成本较高。为了提高动力头装置的工作稳定性并降低其维护成本，在一种典型的双动力钻机 中使用以下结构实现高速和低速之间的转换。请参考图1，图1为一种典型的双动力钻机中动力头装置的剖视示意图。该动力头装置包括通过轴承安装在机架11上的主动齿轮12，该主动齿轮12与连 接有驱动套的被动齿轮13啮合，且其一端与高速传动机构14连接，另一端通过花键连接的 方式连接有活塞杆151，活塞杆151的另一端通过花键与花键轴16连接，活塞杆151和花键 轴16之间安装有弹簧17，两者之间的空间形成活塞腔152，通过液压油进入和放出液压油 推动活塞杆151沿花键轴16的轴向滑动，花键轴16的另一端连接有低速减速机构18。在动力头装置处于正常的低速工作状态时，当活塞腔152中没有液压油，低速减 速机构18通过花键轴16和活塞杆151与主动齿轮12传动连接，从而带动与主动齿轮12相 啮合的被动齿轮13低速转动，进而带动驱动套低速转动，实现低速钻进；当动力头需要进 行高速作业时，向活塞腔152中注入液压油，推动活塞杆151压缩弹簧17，实现活塞杆151 与主动齿轮12的脱离，低速减速机构18与主动齿轮12脱离传动，而高速减速机构14启 动，并带动主动齿轮12、进而带动驱动套高速转动，从而实现动力头装置高速和低速之间的 转换。但是，该种动力头装置中，当高速和低速进行转换时，需要频繁地使主动齿轮与活塞杆啮合或者脱离啮合，并且在啮合与脱离啮合的过程中，主动齿轮与活塞杆均处于转动 状态，且两者的转速不同，因此，在速度转换的过程中，主动齿轮和活塞杆之间相接触的端 面会出现摩擦和较大的冲击，导致啮合过程不顺畅，容易发生蹩卡，从而影响动力头装置速 度转换的效率和质量。因此，如何降低动力头装置在速度转换过程中出现的摩擦和冲击，从而使得动力 头装置的速度转换更加顺畅，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于双动力钻机的动力头装置，其在速度转换过程 中的摩擦和冲击较小，速度转换过程较为顺畅。本实用新型的另一目的是提供一种包括上 述动力头装置的双动力钻机。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于双动力钻机 的动力头装置，包括齿轮和转轴，所述齿轮和所述转轴两者中的一者与高速动力机构传动 连接，另一者与低速动力机构传动连接；所述齿轮与所述转轴通过连杆连接，所述连杆在动 力系统的作用下能够沿所述转轴的轴向往复运动，所述连杆上设置有第一连接键，所述齿 轮或者所述转轴上设置有第二连接键，所述第一连接键可选择地与所述第二连接键连接； 所述第一连接键的端面上开设有第一圆角，所述第二连接键靠近所述第一圆角的端面上开 设有与所述第一圆角相匹配的第二圆角。优选地，所述第一圆角两端点的倒圆角半径相等，且所述倒圆角半径的数值范围 为 20mm 25mm。优选地，所述倒圆角半径为23mm。优选地，所述转轴与所述连杆之间具有与油源连通的油腔，所述齿轮与所述连杆 之间安装有复位元件。优选地，所述第二连接键设置于所述转轴上。优选地，所述复位部件为弹簧，所述弹簧与所述连接键分别位于所述转轴的两端。优选地，所述连杆与所述齿轮上均开设有凹槽，两所述凹槽的开口相对，且均沿所 述连杆的轴向延伸，所述弹簧安装于两所述凹槽中。优选地，所述连杆安装所述第一连接键的部分的外径，大于所述连杆其他部分的外径。优选地，所述第一连接键和所述第二连接键均为花键。本发明还提供一种双动力钻机，包括上述任一项所述的动力头装置。本实用新型提供一种用于双动力钻机的动力头装置，包括齿轮和转轴，齿轮和转 轴两者中的一者与高速动力机构传动连接，另一者与低速动力机构传动连接；齿轮与转轴 通过连杆连接，连杆在动力系统的作用下能够沿所述转轴的轴向往复运动，连杆上设置有 第一连接键，齿轮或者转轴上设置有第二连接键，第一连接键可选择地与第二连接键连接； 第一连接键的端面上开设有第一圆角，第二连接键靠近第一圆角的端面上开设有与第一圆 角相匹配的第二圆角。这样，当连杆与齿轮或者转轴连接时，第一连接键与第二连接键连 接，由于第一连接键和第二连接键相互靠近的端面上分别到有第一圆角和与第一圆角匹配 的第二圆角，当两连接键以不同的速度连接时，两圆角能够有效地降低连接时的摩擦和冲 击，从而使得动力头装置的速度转换较为顺畅，提高了动力头装置的工作性能。[0022]在一种优选的实施方式中，上述第二连接键设置于转轴上，复位部件安装于连杆 与齿轮之间。这样，在动力头装置需要速度转换时，将第一连接键从转轴上的第二连接键上 脱出或者令第一连接键与第二连接键连接，速度转换的过程中不会影响齿轮的运动，从而 避免了齿轮在速度转换时发生打齿等事故，提高了齿轮的使用寿命，并且提高了装置的安 全性能。在另一种具体实施方式
中，上述复位部件为弹簧，连杆与齿轮上均开设有凹槽，两 凹槽的开口相对，且均沿连杆的轴向延伸，弹簧安装于两凹槽中。这样，将连杆和齿轮均加 工成中空的结构，将弹簧安装于两部件的内部，从而减小了动力头装置的工作空间。
图1为一种典型的双动力钻机中动力头装置的剖视示意图；图2为本实用新型所提供用于双动力钻机的动力头一种具体实施方式
的结构示 意图；图3为本实用新型所提供动力头装置另一种具体实施方式
中处于低速状态时的 结构示意图；图4为图3所示动力头装置处于高速状态时的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种用于双动力钻机的动力头装置，其在速度转换过程 中的摩擦和冲击较小，速度转换过程较为顺畅。本实用新型的另一核心是提供一种包括上 述动力头装置的双动力钻机。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图和具 体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。请参考图2，图2为本实用新型所提供用于双动力钻机的动力头一种具体实施方 式的结构示意图。在一种具体实施方式
中，本实用新型所提供的动力头装置，用于双动力钻机，双动 力钻机在处于不同工况的时候，需要动力头装置能够根据使用情况进行转速的转换，因此， 其使用的动力头装置包括两套动力系统，两套动力系统为动力头装置的钻杆提供的转速不 同，通常两转速相差较大。该动力头装置包括齿轮21和转轴22，齿轮21和转轴22两者中 的一者与高速动力机构231传动连接，另一者与低速动力机构232传动连接，具体地，当齿 轮21与高速动力机构231传动连接时，转轴22与低速动力机构232传动连接，而当齿轮21 与低速动力机构232传动连接时，转轴22与高速动力机构231传动连接；齿轮21与转轴22 通过连杆25连接，连杆25在动力系统的作用下能够沿转轴22的轴向往复运动，连杆25上 设置有第一连接键241，齿轮21或者转轴22上设置有第二连接键242，第一连接键241可 选择地与第二连接键242连接；第一连接键241的端面上开设有第一圆角271，第二连接键 242靠近第一圆角271的端面上开设有与第一圆角271相匹配的第二圆角272。请参考图3和图4，图3为本发明所提供的第一圆角一种具体实施方式
的结构示意 图；图4为本发明所提供的第一圆角另一种具体实施方式
的结构示意图。上述第一圆角271也不局限于各处的倒角半径相等，其各处的倒角半径的轨迹可以为适当的弧线。上述第一圆角271两端点的倒圆角半径可以相等，且该倒圆角半径范围可以为 20mm 25mm。该第一圆角的半径范围应根据齿轮或者转轴的尺寸，以及使用过程中冲击作 用的大小确定，其具体数值不应受到本说明书具体实施方式
的限制。一般地，在使用较为广泛的动力头装置中，上述第一圆角271的倒圆角半径可以 为23mm，此时，圆角加工较为方便，且基本能够保证动力头装置在工作过程中的强度要求。上述第二圆角272与第一圆角271相匹配是指，两者具有适当的弧度和半径关系， 以保证第一连接键241与第二连接键242相连接的时候，第一圆角271和第二圆角272之 间的接触轨迹为较为平滑的弧线。第一圆角271和第二圆角272的角度大小以及两圆角的角度关系，应根据实际使 用情况确定，并应尽量降低加工难度，其具体数值和比例关系在此不做限定。这样，当连杆25与齿轮21或者转轴22连接时，第一连接键241与第二连接键242 连接，由于第一连接键241和第二连接键242相互靠近的端面上分别到有第一圆角271和 与第一圆角271匹配的第二圆角272，当两连接键以不同的速度连接时，两圆角能够有效地 降低连接时的摩擦和冲击，从而使得动力头装置的速度转换较为顺畅，提高了动力头装置 的工作性能。还可以对本实用新型所提供的用于双动力钻机的动力头装置进行进一步的改进。请参考图3和图4，图3为本实用新型所提供动力头装置另一种具体实施方式
中处 于低速状态时的结构示意图；图4为图3所示动力头装置处于高速状态时的结构示意图。在另一种具体实施方式
中，转轴22的预定位置开设有油口 28，动力系统包括液压 系统和复位元件；液压系统通过自油口 28向连杆25与转轴22之间注入液压油，控制所述 连杆25向远离转轴22的方向滑动，复位部件可选择地控制连杆25向靠近转轴22的方向 滑动。复位部件可选择地控制连接25运动是指，当液压系统将连杆25和转轴22之间的 液压油排出时，复位部件向连杆25施加作用力，使连杆25向靠近转轴22的方向滑动，以便 连杆25回复到变速之前的状态。上述转轴22和齿轮21可以大体同轴地设置，这样，连杆25的结构可以简化。上述第二连接键242可以设置于所述转轴22上，此时，复位部件26安装于连杆25 与齿轮21之间。第二连接键242设置在转轴22上，则当第一连接键241和第二连接键242 连接时，连杆25与转轴22连接，在动力头装置需要速度转换时，将第一连接键241从转轴 22上的第二连接键242上脱出或者令第一连接键241与第二连接键242连接，速度转换的 过程中不会影响齿轮21的运动，从而避免了齿轮21在速度转换时发生打齿等事故，提高了 齿轮21的使用寿命，并且提高了动力头装置的安全性能。上述第二连接键242也不局限于设置于转轴22上，也可以将第二连接键242沿轴 向设置于齿轮21上，这样，当动力头装置进行速度转换时，第一连接键241可选择地与第二 连接键242连接，也就是连杆25可选择地与齿轮21连接。上述复位部件也不局限于安装于连杆25与齿轮21之间，根据复位部件的性质和 起始状态的不同，复位部件也可以安装于连杆25和转轴22之间。复位部件的作用是，当第 一连接键241和第二连接键242脱离连接时，向连杆25施加作用力，使连杆25回到连接前的初始位置，因此，该复位部件能够实现上述使用目的即可，其具体安装位置不应受到本说 明书的限制。上述复位部件26可以为弹簧；当弹簧处于压缩状态时，第一连接键241与第二连 接键242相脱离，当弹簧处于自由长度或者伸长状态时，第一连接键241与第二连接键242 相连接。以齿轮21连接高速传动机构231、转轴22连接低速传动机构232为例，当动力头 装置处于低速工作状态时，第一连接键241和第二连接键242相连接，从而使得连杆25与 转轴21相连接，此时，低速动力机构232与转轴22的第一端连接，转轴22的第二端与连杆 25的第一端连接，连杆25的第二端与齿轮21连接，高速传动机构231处于非启动状态，低 速传动机构232通过转轴22和连杆25驱动齿轮21转动，从而带动动力头装置的钻杆转 动；当动力头装置从低速工作状态转换为高速工作状态时，液压油通过开设于转轴22上的 油口 28注入，连杆25在液压油的推动下向远离转轴22的方向运动，并压缩连杆25与齿轮 21之间的弹簧，使弹簧处于压缩状态，第一连接键241和第二连接键242脱离，齿轮21脱离 低速传动机构232的驱动，此时，启动高速传动机构231，齿轮21在高速传动机构231的驱 动下高速旋转，从而带动动力头装置的钻杆高速转动；当动力头装置从高速工作状态转换 为低速工作状态时，液压控制系统将转轴22与连杆25之间的液压油排出，处于压缩状态的 弹簧释放其弹性力，从而驱动连杆25向靠近转轴22的方向运动，第一连接键241和第二连 接键242重新连接，齿轮重新在低速传动机构232的驱动下转动，并带动动力头装置的钻杆 低速工作。上述钻杆的外周可以套装有驱动套，驱动套的外周固定连接有回转支承，回转支 承与齿轮21相啮合，并在齿轮21的带动下转动。回转支承具有较强的抗扭转能力，能够提 高动力头装置的抗扭性。上述驱动套和齿轮21之间也不局限于通过回转支承连接，也可以 通过其他能够传递转动的连接方式连接，例如可以通过普通的轴承连接。上述连杆25与齿轮21上均开设有凹槽，两凹槽的开口相对，且均沿连杆25的轴 向延伸，弹簧安装于两凹槽中。这样，将连杆25和齿轮21均加工成中空的结构，将弹簧安 装于两部件的内部，从而减小了动力头装置的部件安装空间。上述连杆25安装第一连接键241的部分的外径，大于该连杆25其他部分的外径。 由于第一连接键241需要与第二连接键242进行频繁地脱出和啮合动作，因此，在连杆25 上受力最大的部位应该是其安装第一连接键241的部位，其他部位的受力相对较小，因此， 其他部分的外径可以相应地减小，从而显著降低连杆25的质量。显然地，连杆25上除其连 接第一连接键241的部位之外的位置，其外径也不应过小，需要满足连杆25的强度要求。上述第一连接键241和第二连接键242可以均为花键，第一连接键241和第二连 接键242的连接为啮合连接。由于第一连接键241和第二连接键242之间需要较为频繁地 脱出和啮合，为保证转换的方便，两者之间的配合间隙可以适当增大。上述连杆25与齿轮21之间的滑动连接也可以为花键连接，由于连杆25只是在齿 轮21上滑动而不脱离，因此，连杆25与齿轮21之间的花键配合的间隙可以略小，以保证传 动可靠性。除了上述动力头装置，本实用新型还提供一种包括上述动力头装置的双动力钻 机，该双动力钻机的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。具体地，上述双动力钻机可以为旋挖钻机，上述动力头装置在低速传动机构的驱动下，进行低速旋挖作业，在高速传动机构的驱动下，进行高速甩土作业，由于旋挖钻机的 低速旋挖和高速甩土需要交替进行，因此，需要能够进行高速和低速转换的动力头装置。 以上对本实用新型所提供的一种双动力钻机及其动力头装置进行了详细介绍。本 文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是 用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可 以对本实用新型进行若干改进和修饰，这 些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求一种用于双动力钻机的动力头装置，包括齿轮(21)和转轴(22)，所述齿轮(21)和所述转轴(22)两者中的一者与高速动力机构(231)传动连接，另一者与低速动力机构(232)传动连接；所述齿轮(21)与所述转轴(22)通过连杆(25)连接，所述连杆(25)在动力系统的作用下能够沿所述转轴(22)的轴向往复运动，所述连杆(25)上设置有第一连接键(241)，所述齿轮(21)或者所述转轴(22)上设置有第二连接键(242)，所述第一连接键(241)可选择地与所述第二连接键(242)连接；其特征在于，所述第一连接键(241)的端面上开设有第一圆角(271)，所述第二连接键(242)靠近所述第一圆角(271)的端面上开设有与所述第一圆角(271)相匹配的第二圆角(272)。
2.根据权利要求1所述的用于双动力钻机的动力头装置，其特征在于，所述第一圆角 (271)两端点的倒圆角半径相等，且所述倒圆角半径的数值范围为20mm 25mm。
3.根据权利要求2所述的用于双动力钻机的动力头装置，其特征在于，所述倒圆角半 径为23mm。
4.根据权利要求1所述的用于双动力钻机的动力头装置，其特征在于，所述转轴与所 述连杆之间具有与油源连通的油腔，所述齿轮与所述连杆之间安装有复位元件。
5.根据权利要求4所述的用于双动力钻机的动力头装置，其特征在于，所述第二连接 键(242)设置于所述转轴(22)上。
6.根据权利要求5所述的用于双动力钻机的动力头装置，其特征在于，所述复位部件 (26)为弹簧，所述弹簧与所述连接键分别位于所述转轴的两端。
7.根据权利要求6所述的用于双动力钻机的动力头装置，其特征在于，所述连杆(25) 与所述齿轮(21)上均开设有凹槽，两所述凹槽的开口相对，且均沿所述连杆(25)的轴向延 伸，所述弹簧安装于两所述凹槽中。
8.根据权利要求1至7任一项所述的用于双动力钻机的动力头装置，其特征在于，所述 连杆(25)安装所述第一连接键(241)的部分的外径，大于所述连杆(25)其他部分的外径。
9.根据权利要求1至7任一项所述的用于双动力钻机的动力头装置，其特征在于，所述 第一连接键(241)和所述第二连接键(242)均为花键。
10.一种双动力钻机，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的动力头装置。
专利摘要本实用新型提供一种用于双动力钻机的动力头装置，包括分别与高、低速动力机构连接、并通过连杆(25)连接的齿轮(21)和转轴(22)，连杆能够沿转轴的轴向往复运动，连杆上设置有第一连接键(241)，齿轮或者转轴上设置有第二连接键(242)，第一连接键可选择地与第二连接键连接；第一连接键的端面上开设有第一圆角(271)，第二连接键靠近第一圆角的端面上开设有与第一圆角相匹配的第二圆角(272)。当两连接键以不同的速度连接时，两圆角能够有效地降低连接时的摩擦和冲击，从而使得动力头装置的速度转换较为顺畅，提高了动力头装置的工作性能。
文档编号E21B7/00GK201614884SQ20102014911
公开日2010年10月27日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者孙海军, 王国民, 陈宏 申请人:北京市三一重机有限公司