专利名称：高效轻型水井钻机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钻井机械，具体地说是一种高效轻型水井钻机，它适用于松散地层和一般岩层钻凿井孔开采中深层地下水，也适用于房屋建筑、路桥施工中基础桩钻孔。
目前，已公知的由机电动力驱动的水井钻机有两种类型一种是大型散装式钻机，各部件分散置于地基之上，固然能钻中深井，但其结构复杂，体积大，耗能多，成本高，安装、调整、搬运困难；另一种是小型拖拉机式钻机，其动力和钻机同置于拖拉机之上，固然运输方便，但工作起来振动大，稳定性差，成井质量低，仅用于钻浅井，且其动力不能充分发挥作用，效率低，购置费用高，拆装组合费工费时。
本发明的目的就是避免上述不足之处而提供一种体积小，重量轻，成本低，功能全，效率高，耗能少，工作性能稳定可靠，安装、调试、操作、运输均方便的适用于开采中深层地下水的高效轻型水井钻机。
用于实现本发明目的的高效轻型水井钻机包括一个动力源；一个机架；一套装在所述机架上的钻井装置，该钻井装置包括，塔架、卷扬机、滑轮组、传动箱、中空主钻杆、钻杆以及钻头；向所述钻井装置的中空钻杆中供水的供水装置；以及一个装在所述机架上且用于将所述动力源的动力传至所述钻井装置、或供水装置或照明发电机、或所述卷扬机的分动箱。
所述塔架最好是一个可倾塔架，且在所述机架上装有用于支承所述可倾塔架的座椅架和用于移动该钻机的可拆式力车轮。
所述动力源可是一个柴油机或电动机。
所述滑轮组最好是由一个动滑轮、两个定滑轮组成的倍率为2的单联滑轮组。
所述分动箱最好包括一根输入轴；两个装在输入轴上的皮带轮，一个皮带轮用于通过皮带与动力源相联，另一皮带轮用于通过皮带驱动供水装置或照明发电机；一根输出轴；一个圆柱齿轮副和一个圆锥齿轮副，用于将输入轴的动力传至该输出轴和卷扬机；以及一个装在所述输出轴上且使得所述输入轴的动力能够传至或不传至所述输出轴的离合器。
上述分动箱中的圆柱齿轮副的齿轮最好均为角变位直齿圆柱齿轮；圆锥齿轮副的齿轮最好均为高变位直齿圆锥齿轮。装在该输出轴上的离合器最好是一个与装在输出轴上的圆锥齿轮端部爪相配合的爪式离合器，该爪式离合器可通过内花键联于输出轴上。
所述卷扬机最好含有控制其卷筒正反转及停止的离合器和制动器，该离合器最好是一锥形摩擦离合器，该制动器最好是一带式制动器。所说圆柱齿轮副中大圆柱齿轮与锥形摩擦离合器主动鼓固定为一体，该主动鼓外圆锥面安装有摩擦片，内孔通过差动轴承安装在宽螺距双线矩形螺旋副中的螺母上，该螺旋副中之丝杠为卷扬机轴的一部分，卷扬机轴两端固定在机架上，卷扬机的卷筒通过滚动轴承安装在卷扬机轴上，卷筒一端加工有内圆锥面，该圆锥面与锥形摩擦离合器主动鼓上摩擦片的外圆锥面相对应，卷筒另一端加工有带式制动器制动鼓的外圆柱面，该圆柱面与制动带内圆柱面相对应，卷筒中部绕有钢丝绳，钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端绕过安装在可倾塔架上的下定滑轮、上定滑轮和水龙头上的动滑轮，最后固定在可倾塔架顶部。所说锥形摩擦离合器和带式制动器通过控制卷扬机卷筒的正反转和停止，实现钻杆、钻头的升降和停止。
所说供水装置最好包括一个水泵、一个与主钻杆相联的水龙头，以及联接水龙头与水泵的联接管。水龙头最好用螺纹与主钻杆联接，主钻杆、钻杆和钻头均经宽螺距双线矩形螺纹相联接。所说钻头最好为带有环形导向及配重的阶梯形翼状切削钻头。
所说传动箱最好包括箱体；一根与分动箱输出轴联接的输入轴；一个用于减速的圆锥齿轮副，该圆锥齿轮副的齿轮最好为大变位系数和的角一切变位直齿圆锥齿轮；一个用于带动主钻杆转动的传动卡套，所述圆锥齿轮副的小圆锥齿轮固定安装于该输入轴上，其大圆锥齿轮与所述传动卡套相固接。
所说传动箱体最好为整体工字形结构，其中的小圆锥齿轮最好为整体齿轮轴，该轴为节锥下双支梁结构，安装大圆锥齿轮的传动卡套则为径向力方向通过双支之间的悬臂结构。
所说可倾塔架安装在机架上，不工作时倾放在机架后固定的座椅架上，在机架下可安装力车轮，短距离移动可用人力，长距离移动可用机动车牵引；工作时卸掉力车轮，把机架水平固定在待钻井的地面上，用手把转动分动箱输入轴上的四方，经分动箱和卷扬机转动钢丝绳将可倾塔架竖起，便可进行钻井作业。当接第一根钻杆时，需把主钻杆下接头从钻头上接头旋出套立在一旁的销轴上，操纵卷扬机使钢丝绳套脱离水龙头上的动滑轮向下降落，套入双钩滑轮，双钩钩住下端吊有钻杆的钻杆吊头，使双钩滑轮上升后让钻杆下接头旋入钻头上接头，再使钻杆下降进入井内，从钻杆上接头内旋出钻杆吊头，卸掉双钩滑轮，使钢丝绳套返回水龙头上的动滑轮槽内，让主钻杆下接头旋入钻杆上接头，便可继续进行钻井作业。以后拆卸接续钻杆时，可重复上述过程。
本发明同已有技术相比有以下显著优点第一、该机为组合式整体结构，其主要部件分动箱、传动箱、卷扬机、可倾塔架、座椅架等均安装在同一机架上，与动力相分离，钻机工作时塔架竖起，机架着地固定式安装，不工作时塔架倾倒牵引式运输，因此安装调试简单，稳定性高，成井质量好，移动、运输方便。第二、传动链短，除一个共用链外，钻头旋转只经过二级圆锥齿轮副减速与变向，钻头提升只经过一个圆柱齿轮副和倍率为2的单联滑轮组减速，由于圆锥齿轮副分别采用了大变位系数和的角一切变位和节点位于双啮合区的高度变位，圆柱齿轮副采用了滑动率相等的角度变位，提高了齿轮副的弯曲强度、接触强度和耐磨性，有效地减小了小齿轮齿数和齿数和；又由于分动箱采用共用输入轴结构，传动箱采用小齿轮节锥下双支梁、箱体工字形结构，卷扬机采用摩擦离合器内圆锥、钢丝绳卷筒、制动器制动鼓三位一体的结构，大幅度地减少了钻机体积，节约了大量钢铁材料。第三、由于控制卷扬机正反转的锥形摩擦离合器中设计有宽螺距双线矩形螺旋副和差动轴承，同时实现了动力传递，滑移分离、结合离合器之功能，取代了复杂昂贵的制动带式行星齿轮差动离合器，其结构简单、成本低廉、操作方便。第四、主钻杆、钻杆及钻头之联接设计为宽螺距双线矩形螺纹，拆卸接续钻杆省力，革除了反转式拆卸钻杆机构，避免了机件冲击与损坏，减少了动力消耗，节约了能源。第五、设计了双钩滑轮与原钢丝绳套相配合，在不拆卸主钻杆的情况下，利用同一个卷扬机完成拆卸接续钻杆时的起落工作，革除了副卷扬机，降低了劳动强度，缩短了辅助工作时间，提高了工作效率。第六、由于设计了带环形框架导向的阶梯形翼状切削钻头，加上配重加压，不但钻进平稳，成井质量高，还提高了钻进速度。
下面参照所给
本发明的一个具体实施方案。
图1是高效轻型水井钻机的传动机构示意图。
图2是高效轻型水井钻机装卸钻杆工作情况示意图。
如附图1所示，利用手把转动分动箱输入轴7外端上的四方，使三角塔架22脱离座椅架40上部竖起，机架15平放在地面上调整水平，固定牢靠。当柴油机或电动机1启动时，将平皮带3挂在游轮6上，启动后将平皮带置于固定在分动箱输入轴7的皮带轮5上，皮带轮内侧有二个三角皮带槽，经三角皮带4将部分动力传至水泵2(或供照明用发电机，此时水泵另由动力驱动)，水泵2经水管将水注入水龙头20，经过空心主钻杆13、钻杆12，至带有环形导向及配重11的阶梯形翼状切削钻头10底部，供冲出泥岩浆及冷却钻头之用。
当向前操作爪式离合器手柄29时，动力经固定在分动箱8的输入轴7里端的小圆锥齿轮9及与之相啮合的大圆锥齿轮27，再经爪式离合器28、花键轴26、万向节25将动力输入传动箱14的齿轮轴17，经小圆锥齿轮16及与之相啮合的大圆锥齿轮19，再经传动卡套18驱动主钻杆13带动钻杆12、钻头10旋转，切削土层和岩层。
向后操作手柄29使爪式离合器28分离，大圆锥齿轮27在轴26上空转，钻头10停转，动力可经固定在输入轴7中部的小圆柱齿轮37及与之相啮合的大圆柱齿轮38传至锥形摩擦离合器41的主动鼓39；通过顺时针操作摩擦离合器手柄44，使宽螺距双线矩形螺旋副42之螺母沿两端固定在机架的卷扬机轴32上旋转前进，经差动轴承43推动离合器主动鼓39与卷扬机36之卷筒31端部的内圆锥面结合，于是卷筒31便带动钢丝绳30经下定滑轮24、上定滑轮23和动滑轮21使水龙头20、主钻杆13、钻杆12及带导向及配重11的钻头10提升，当需要钻头10等停止提升时，则顺时针操作手柄44、螺旋副42之螺母在卷扬机轴32上旋转后退，使离合器主动鼓39脱离卷筒31端部的内圆锥面，同时通过压下手柄34、偏心轮35、使制动带33刹住卷筒31另一端部的制动鼓；欲使钻头10等再度下降，抬起手柄34，松脱制动带33便可。
附图2描述了利用双钩滑轮45装卸钻杆12的工作情况抬起制动器手柄34，顺时针操作摩擦离合器手柄44，吊起主钻杆13后压下手柄34，将主钻杆13从钻头10的上接头旋出，套立于销轴48上，使钢丝绳30在动滑轮21槽中的套子下降，从双钩46之间套进双钩滑轮45槽中，再使双钩46钩住与钻杆12相联的钻杆吊头47，抬起手柄34，顺时针操作手柄44，吊起钻杆12后压下手柄34，将钻杆12的下接头旋入钻头10的上接头，抬起手柄35，逆时针操作手柄44，将钻杆12下降进入井内后压下手柄34，从钻杆12的上接头内旋出钻杆吊头47，从钢丝绳30套子中卸下双钩滑轮45，使钢丝绳套子上升重新套入水龙头20上动滑轮21的槽内，将主钻杆13的下接头旋入钻杆12的上接头，这时通过向前操作手柄29结合爪式离合器28，使钻头旋转便可继续进行钻井作业。
权利要求1.一种适用于开采中深层地下水和建筑物施工中地基钻孔的高效轻型水井钻机，其特征在于，该机包括；一个动力源，一个机架，一套装在所述机架上的钻井装置，该钻井装置包括塔架、卷扬机、滑轮组、传动箱、中空主钻杆、钻杆以及钻头，向所述钻井装置的中空钻杆中供水的供水装置，以及一个装在所述机架上且用于将所述动力源的动力传至所述钻井装置、或供水装置或照明发电机、或所述卷扬机的分动箱。
2.按照权利要求1所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，所述塔架是一个可倾塔架，且在所述机架上装有用于支承所述可倾塔架的座椅架和用于移动该钻机的可拆式力车轮。
3.按照权利要求1或2所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，钻杆接头是一对宽螺距双线矩形螺纹，钻头为带有环形导向及配重的阶梯形翼状切削钻头。
4.按照权利要求1或2所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，所述分动箱包括，一根输入轴，两个装在输入轴上的皮带轮，一个皮带轮用于通过皮带与动力源相联，另一皮带轮用于通过皮带驱动供水装置或照明发电机，一根输出轴，一个圆柱齿轮副和一个圆锥齿轮副，用于将输入轴的动力传至该输出轴和所述卷扬机，以及一个装在所述输出轴上且使得所述输入轴的动力能够传至或不传至所述输出轴的离合器。
5.按照权利要求4所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，所述分动箱中的圆柱齿轮副的齿轮均为角变位直齿圆柱齿轮，圆锥齿轮副的齿轮均为高变位直齿圆锥齿轮，装在该输出轴上的离合器是一个与装在该输出轴上的圆锥齿轮端部爪相配合的爪式离合器，该离合器通过内花键联于该输出轴上。
6.按照权利要求4所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，所述卷扬机含有控制其卷筒正反转及停止的离合器及制动器。
7.按照权利要求6所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，所述卷扬机所含有的离合器为一锥形摩擦离合器，该离合器由宽螺距双线矩形螺旋副、差动轴承、离合器主动鼓及与主动鼓固定为一体的大圆柱齿轮组成。
8.按照权利要求7所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，所述传动箱包括，箱体，一根与分动箱输出轴相联的输入轴，一个用于减速变向的圆锥齿轮副，一个用于带动主钻杆转动的传动卡套，所述圆锥齿轮副的小圆锥齿轮固定安装于该输入轴上，其大圆锥齿轮与所述传动卡套相固接。
9.按照权利要求8所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，该传动箱的箱体为整体工字形结构，小圆锥齿轮为节锥下双支梁，大圆锥齿轮为轴上端悬臂梁结构，所述齿轮副为大变位系数和的角一切变位直齿圆锥齿轮副。
10.按照权利要求1所述的高效轻型水井钻机，其特征在于，所述滑轮组是由一个动滑轮、两个定滑轮组成的倍率为2的单联滑轮组。
专利摘要本实用新型涉及一种高效轻型水井钻机。它由分动箱、传动箱、卷扬机、钻具等组成。整机只用三对不同变位制的齿轮减速和变向分别实现钻具旋转与提升，用双钩滑轮和宽螺距双线矩形螺纹钻杆接头快整装卸钻杆，用上述螺纹和差动轴承构成锥形摩擦离合器控制卷扬机正反转，传动部件及可倾塔架安装于同一机架上构成组合式整体结构，使钻机体积小，效率高，耗能少，功能多，安装、调试、操作、运输方便，广泛适用于开采中深层地下水和建筑物地基钻孔。
文档编号E21B3/00GK2072147SQ9021656
公开日1991年2月27日 申请日期1990年7月23日 优先权日1990年7月23日
发明者卢新华, 王运明, 周陈林 申请人:卢新华