一种深孔岩芯钻机用动力头的制作方法
【专利摘要】一种深孔岩芯钻机用动力头，属于土层或岩石钻进【技术领域】。它包括动力头支架、液压马达、齿轮减速机构、传动轴、主轴和液压钳盘制动器，所述动力头支架两端均设有一组滚轮，所述滚轮与钻机滑道匹配，所述液压马达包括并列布置的四组，它们通过齿轮减速机构连接传动轴，所述传动轴为内六方空芯套筒结构，在其内腔中配装外六方空芯结构的主轴，所述主轴下端设有主轴保护接头，所述液压钳盘制动器与安装在传动轴上端的刹车盘配装，其特别之处在于：在动力头支架的底部设置钻杆对中器，所述钻杆对中器为可翻转升降结构。本实用新型具有结构简单，配套功能全的特点，其钻杆安装方便快捷，采用吊环吊卡结构节省了提下钻时间，从而大大提高了钻探的工作效率。
【专利说明】一种深孔岩芯钻机用动力头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种深孔岩芯钻机，尤其是一种深孔岩芯钻机的动力头装置，属于土层或岩石的钻进【技术领域】。
【背景技术】
[0002]传统的深孔用岩芯钻机有两种型式，一种是立轴式岩芯钻机，体积较大，通过卡盘夹紧主动钻杆回转，这种回转驱动装置在孔深超过2500米以后，夹紧钻杆传递扭矩不可靠，易打滑，主动钻杆会受到损伤，并且其给进行程短，一般只有800mm左右，工作效率低；另外一种是借鉴石油顶驱钻机的型式，利用石油钻机的底盘、钻塔、滑轨等装置，配上一种电顶驱进行回转作业，这种回转顶驱装置虽然行程较长，但结构复杂、体积重量大，成本高，不适于广泛推广应用。
[0003]专利申请号为201120564305.7的中国实用新型专利公开了一种液压驱动的深孔液压岩芯钻机动力头，用于深孔取芯施工。它由四个液压马达驱动，由箱体、装有一个固定齿轮且中间有大通孔的主轴以及辅助升降动力头的带菱形架的动力头托架组成；其中菱形架通过三角架连接一对液压油缸，动力头托架同时连接导轨。该实用新型结构紧凑，采用液压马达提供的回转扭矩大、可无级调速、实现过载保护，并且其液压油缸提供的起拔力对称分布，对导轨不产生弯矩，可承受超大起拔力，最终实现大负载深孔施工；但该专利的技术方案没有对钻杆装配方式进行改进，仍然存在深孔钻进时卡盘夹不紧的问题。为解决这一问题，在一些液压驱动的岩芯钻机动力头上采用螺接方式实现输出轴与钻杆的装配，但由于钻杆上扣时不易与输出轴对中，难以实现钻杆与输出轴的快速对接，另外，在升降大钻作业时，还需每拧一次扣提升一次立根，影响了钻探的工作效率。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种结构简单、配套功能全、能解决钻杆上扣时对中问题、提高工作效率的深孔岩芯钻机用动力头。
[0005]本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的:
[0006]—种深孔岩芯钻机用动力头，它包括动力头支架、液压马达、齿轮减速机构、传动轴、主轴和液压钳盘制动器，所述动力头支架两端均设有一组滚轮，所述滚轮与钻机滑道匹配，所述液压马达包括并列布置的四组，它们通过齿轮减速机构连接传动轴，所述传动轴为内六方空芯套筒结构，在其内腔中配装外六方空芯结构的主轴，所述主轴下端设有主轴保护接头，所述液压钳盘制动器与安装在传动轴上端的刹车盘配装，其特别之处在于:在动力头支架的底部设置钻杆对中器，所述钻杆对中器为可翻转升降结构。
[0007]上述深孔岩芯钻机用动力头，所述钻杆对中器包括滑块、连杆、曲柄、摇臂、横梁、对中油缸和翻转驱动油缸，所述滑块、连杆均由左右对称布置的两部分组成，每一部分的滑块与连杆均以铰接方式连接，所述连杆另一端与曲柄铰接、所述曲柄通过中心固定轴与摇臂装配，所述摇臂与对中油缸的活塞杆铰接，所述对中油缸安装在横梁上，所述横梁通过支撑板与动力头支架铰接，横梁两端与翻转驱动油缸活塞杆铰接，所述翻转驱动油缸安装在齿轮减速机构的箱式外壳上。
[0008]上述深孔岩芯钻机用动力头，所述齿轮减速机构包括一组轴齿轮和一个大齿轮，所述轴齿轮安装在液压马达的输出轴上，它们与大齿轮外啮合传动，所述大齿轮与传动轴键连接，轴齿轮和大齿轮通过箱式外壳与外界隔离，所述箱式外壳固定在动力头支架上。
[0009]上述深孔岩芯钻机用动力头，它还设有吊环拉板，所述吊环拉板安装在动力头支架上。
[0010]上述深孔岩芯钻机用动力头，它还设有润滑油泵，所述润滑油泵安装在其中一组液压马达的底部，通过润滑油管路为传动轴及液压马达输出轴上的轴承提供冷却润滑油液。
[0011]上述深孔岩芯钻机用动力头，它还设有给进钢丝绳拉杆和提升钢丝绳拉杆，所述给进钢丝绳拉杆及提升钢丝绳拉杆均包括两部分，它们对称布置在动力头支架的左右两端。
[0012]本实用新型设置了钻杆对中器，解决了钻杆与主轴保护接头通过螺纹进行连接的对中问题，实现了钻杆与输出轴的快速对接；本实用新型的四组液压马达对称分布，它们的输出轴与齿轮传动机构的轴齿轮装配，通过四个轴齿轮与一个大齿轮的啮合来驱动传动轴旋转；本实用新型的传动轴与主轴采用可上下移动的内、外六方配合方式，不仅实现了驱动扭矩的传输，而且更便于主轴与钻杆的螺纹连接；本实用新型的液压钳盘制动器与刹车盘配合，实现了对传动轴运动状态的控制；本实用新型通过润滑油泵为传动轴及液压马达输出轴上的轴承提供冷却润滑油液，保证了动力头的正常运转；本实用新型的在动力头支架上安装吊环拉板，它在进行提下大钻作业时通过销轴与吊环、吊卡连接，装配过程方便快捷，在正常回转钻进时将其拆下即可；本实用新型通过动力头支架两端的滚轮沿钻机滑道上下滚动，在承受回转时反扭矩的同时，为动力头的上下运动提供导向作用。综上所述，本实用新型具有结构简单，配套功能全的特点，其回转动力头的输出转速与扭矩均可实现无级调整，钻杆安装方便快捷，钳盘制动安全可靠，采用吊环吊卡节省了提下钻时间，从而大大提高了钻探的工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0014]图1是本实用新型的主剖视图；
[0015]图2是本实用新型的侧视图；
[0016]图3是本实用新型的俯视图；
[0017]图4是钻杆对中器结构示意图；
[0018]图5是钻杆对中器处于非工作位置时的侧视图；
[0019]图6是钻杆对中器处于工作位置时的侧视图；
[0020]图7是吊环拉板与吊环、吊卡装配关系意图；
[0021]图8是图7的侧视图。
[0022]图中各标号清单为:1、动力头支架，2滚轮，3、给进钢丝绳拉杆，4、提升钢丝绳拉杆，5、箱式外壳，6、液压马达，7、刹车盘，8、主轴，9、传动轴，10、润滑管路，11、轴齿轮，12、大齿轮，13、润滑油泵，14、钻杆对中器，14-1、滑块，14-2、连杆，14-3,曲柄，14_4、摇臂，14-5,横梁，14-6、对中油缸，14-7、翻转驱动油缸，14-8、支撑板，15、吊环拉板，16、主轴保护接头，17、吊环，18、吊卡，19、液压钳盘制动器，20、钻杆。
【具体实施方式】
[0023]参看图1、图2、图3，本实用新型包括动力头支架1、液压马达6、齿轮减速机构、传动轴9、主轴8和液压钳盘制动器19，所述动力头支架I两端均设有一组滚轮2，所述滚轮2与钻机滑道匹配，所述液压马达6包括并列布置的四组，它们通过齿轮减速机构连接传动轴9，所述传动轴9为内六方空芯套筒结构，在其内腔中配装外六方空芯结构的主轴8，所述主轴8下端设有主轴保护接头16，所述液压钳盘制动器19与安装在传动轴9上端的刹车盘7配装，其特别之处在于:在动力头支架I的底部设置钻杆对中器14，所述钻杆对中器14为可翻转升降结构。
[0024]参看图1、图4，本实用新型的钻杆对中器14包括滑块14-1、连杆14-2、曲柄14-3、摇臂14-4、横梁14-5、对中油缸14-6和翻转驱动油缸14_7，所述滑块14-1、连杆14_2均由左右对称布置的两部分组成，每一部分的滑块14-1与连杆14-2均以铰接方式连接，所述连杆14-2另一端与曲柄14-3铰接、所述曲柄14-3通过中心固定轴与摇臂14_4装配，所述摇臂14-4与对中油缸14-6的活塞杆铰接，所述对中油缸14-6安装在横梁14_5上，所述横梁14-5通过支撑板14-8与动力头支架I铰接，横梁14-5两端与翻转驱动油缸14_7活塞杆铰接，所述翻转驱动油缸14-7安装在齿轮减速机构的箱式外壳5上。
[0025]参看图1、图2，本实用新型的齿轮减速机构包括一组轴齿轮11和一个大齿轮12，所述轴齿轮11安装在液压马达6的输出轴上，它们与大齿轮12外啮合传动，所述大齿轮12与传动轴9键连接，轴齿轮11和大齿轮12通过箱式外壳5与外界隔离，所述箱式外壳5固定在动力头支架I上。
[0026]参看图1，本实用新型还设有吊环拉板15，所述吊环拉板15安装在动力头支架I上；本实用新型还设有给进钢丝绳拉杆3和提升钢丝绳拉杆4，所述给进钢丝绳拉杆3及提升钢丝绳拉杆4均包括两部分，它们对称布置在动力头支架I的左右两端。
[0027]参看图4、图5、图6，本实用新型设置了钻杆对中器14，解决了钻杆20与主轴保护接头16连接时的对中问题，实现了钻杆20与输出轴的快速对接；在进行钻杆20安装时，钻杆对中器14翻转下降,此时翻转驱动油缸14-7的活塞杆伸出，横梁14-5与固定在横梁5上面的滑块14-1、连杆14-2、曲柄14-3、摇臂14_4、对中油缸1—6均旋转90° ;然后对中油缸1-6的活塞杆伸出，驱动摇臂14-4旋转一角度，摇臂14-4带动曲柄3也旋转一角度，曲柄3带动左右两个连杆14-2、左右两个连杆14-2再分别带动左右两个滑块14-1沿横梁14-5上的燕尾槽向内移动，这样左右两个滑块14-1就将钻杆20夹住，使其中心轴线与主轴保护接头16中心轴线一致，实现对中。当翻转驱动油缸14-7与对中油缸14-6的活塞杆缩回时，钻杆对中器14向上翻转升起，左右两个滑块14-1分开，此时钻机进行正常回转钻进或其他操作。
[0028]参看图7、图8，本实用新型在动力头支架I上安装了吊环拉板15，在进行提下大钻作业时，吊环拉板15通过销轴与吊环17、吊卡18连接，操作时只需将卡瓦式吊卡18卡住立根即可提升，不必每拧一次扣提升一次立根，提高了工作效率；在钻机进行回转钻进时，将吊环17、吊卡18拆下。
[0029]参看图1、图2、图3，本实用新型在其中一组液压马达6的下方装有双向润滑油泵13，润滑油泵13从箱体中吸油，高压油则通过管路对传动轴9及液压马达6输出轴上的轴承进行润滑，同时带走热量，保证了动力头回转系统工作的可靠性；本实用新型的主轴8与传动轴9之间采用六方传动结构，既能使主轴8在传动轴9内上下移动(其移动行程为80mm)，又可传递回转扭矩，大大方便了钻杆20的上下扣操作，减小了钻杆丝扣的不正常磨损；本实用新型在动力头上设置了液压钳盘制动器19，液压钳盘制动器19为常开式，在进行定向钻探作业时，可通过钳盘制动器19控制刹车盘，使钻杆处于非转动状态。
【权利要求】
1.一种深孔岩芯钻机用动力头，它包括动力头支架(I)、液压马达(6)、齿轮减速机构、传动轴(9)、主轴(8)和液压钳盘制动器(19)，所述动力头支架(I)两端均设有一组滚轮(2)，所述滚轮(2)与钻机滑道匹配，所述液压马达(6)包括并列布置的四组，它们通过齿轮减速机构连接传动轴(9)，所述传动轴(9)为内六方空芯套筒结构，在其内腔中配装外六方空芯结构的主轴(8)，所述主轴(8)下端设有主轴保护接头(16)，所述液压钳盘制动器(19)与安装在传动轴(9)上端的刹车盘(7)配装，其特征是，在动力头支架(I)的底部设置钻杆对中器(14)，所述钻杆对中器(14)为可翻转升降结构。
2.根据权利要求1所述的一种深孔岩芯钻机用动力头，其特征是，所述钻杆对中器(14)包括滑块(14-1)、连杆(14-2)、曲柄(14-3)、摇臂(14-4)、横梁(14-5)、对中油缸(14-6)和翻转驱动油缸(14-7)，所述滑块(14-1 )、连杆(14_2)均由左右对称布置的两部分组成，每一部分的滑块(14-1)与连杆(14-2)均以铰接方式连接，所述连杆(14-2)另一端与曲柄(14-3)铰接、所述曲柄(14-3)通过中心固定轴与摇臂(14-4)装配，所述摇臂(14-4)与对中油缸(14-6)的活塞杆铰接，所述对中油缸(14-6)安装在横梁(14-5)上，所述横梁(14-5)通过支撑板(14-8)与动力头支架(I)铰接，横梁(14-5)两端与翻转驱动油缸(14-7)活塞杆铰接，所述翻转驱动油缸(14-7)安装在齿轮减速机构的箱式外壳(5)上。
3.根据权利要求2所述的一种深孔岩芯钻机用动力头，其特征是，所述齿轮减速机构包括一组轴齿轮(11)和一个大齿轮(12),所述轴齿轮(11)安装在液压马达(6)的输出轴上，它们与大齿轮(12)外啮合传动，所述大齿轮(12)与传动轴(9)键连接，轴齿轮(11)和大齿轮(12 )通过箱式外壳(5 )与外界隔离，所述箱式外壳(5 )固定在动力头支架(I)上。
4.根据权利要求3所述的一种深孔岩芯钻机用动力头，其特征是，它还设有吊环拉板(15)，所述吊环拉板(15)安装在动力头支架(I)上。
5.根据权利要求3所述的一种深孔岩芯钻机用动力头，其特征是，它还设有润滑油泵(13)，所述润滑油泵(13)安装在其中一组液压马达(6)的底部，通过润滑油管路为传动轴(9)及液压马达(6)输出轴上的轴承提供冷却润滑油液。
6.根据权利要求3所述的一种深孔岩芯钻机用动力头，其特征是，它还设有给进钢丝绳拉杆(3)和提升钢丝绳拉杆(4)，所述给进钢丝绳拉杆(3)及提升钢丝绳拉杆(4)均包括两部分，它们对称布置在动力头支架(I)的左右两端。
【文档编号】E21B3/02GK203655147SQ201320859567
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】刘凡柏, 伍晓龙, 汤小仁, 任启伟, 李文秀, 高鹏举, 赵远 申请人:中国地质科学院勘探技术研究所, 地质矿产廊坊聚力岩土工程科技开发公司