一种钻机顶驱传动装置、钻机顶驱和钻机的制作方法

本发明涉及重型机械设备技术领域，具体涉及一种钻机顶驱传动装置、钻机顶驱和钻机。

背景技术

顶驱钻井装置是石油与地质钻井的前沿技术装备，它是一种可以在井架上部直接驱动钻柱回转，并沿着井架上的顶驱专用导轨向下送钻，完成钻柱回转、循环钻井液、接单根、接立根、上扣、卸扣、划眼等钻井作业的装备。其中顶驱传动装置大多采用以下形式：动力机主轴通过齿轮变速箱减速增大扭曲输出到顶驱的主轴上，现有的顶驱传动装置，包括齿轮箱和驱动电机，驱动电机通过齿轮箱实现顶驱的驱动，其齿轮箱中采用2级齿轮加速的方式实现顶驱的传动；但是齿轮箱需要密封，密封易失效，导致润滑油漏失，造成齿轮箱失效，齿轮箱工作过程中磨损的铁屑易导致润滑油失效，影响散热，造成齿轮箱失效。

技术实现要素：

(一)本发明所要解决的技术问题是：现有的顶驱传动装置采用齿轮箱传动存在齿轮箱失效而导致整个传动装置失效的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钻机顶驱传动装置，包括驱动电机、传动轴和顶驱主轴，所述传动轴包括依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第一段和第三段均为圆柱状；所述传动轴内设有配合轴孔，所述配合轴孔的截面形状为正多边形，所述第二段的截面形状与所述配合轴孔的截面形状相适配，所述传动轴与所述驱动电机传动连接；所述顶驱主轴插入所述传动轴内，所述传动轴内的配合轴孔套在顶驱主轴第二段的外侧，所述顶驱主轴通过第二段与所述配合轴孔的配合与所述传动轴传动连接。

本发明的有益效果：本发明提供的钻机顶驱传动装置包括驱动电机、传动轴和顶驱主轴，所述传动轴包括依次连接的第一段、第二段和第三段，所述传动轴内设有配合轴孔，所述配合轴孔的截面形状为正多边形，所述传动轴与所述驱动电机传动连接，且所述第二段的截面形状与所述配合轴孔的截面形状相适配，顶驱主轴的第二段能够与传动轴内的配合轴孔传动配合，驱动电机转动带动传动轴同步转动，传动轴上的配合轴孔与顶驱主轴第二段传动配合，进而带动顶驱主轴转动，与现有的顶驱传动装置相比，不配置减速箱与润滑装置，结构简单能够节约成本，同时也避免了因齿轮减速箱密封失效、润滑油泄露或者齿轮箱工作过程中磨损的铁屑导致润滑油失效、散热不良而造成的齿轮箱失效问题，传动装置的传动稳定性更好，使用寿命更长，养护维修周期长，能够节约养护维修成本，由于其养护维修周期长，因此其使用周期也更长，不必经常维修养护，能够提高钻井顶驱的工作效率。

进一步地，所所述传动轴为所述驱动电机的电机主轴，所述电机主轴内设有配合轴孔，所述配合轴孔套设在所述顶驱主轴第二段的外侧，所述顶驱主轴通过第二段和所述配合轴孔的配合与所述电机主轴传动连接。

进一步地，所所述传动轴包括第一转轴和驱动电机的电机主轴，所述第一转轴和所述电机主轴传动连接并同步转动，所述第一转轴内设有所述配合轴孔，所述配合轴孔套设在所述顶驱主轴第二段的外侧，所述顶驱主轴通过第二段与所述配合轴孔的配合与所述第一转轴传动连接。

进一步地，所所述第一转轴通过联轴器与所述电机主轴传动连接。

进一步地，所所述配合轴孔的截面形状为正六边形。

进一步地，所述配合轴孔的截面形状为正五边形。

本发明还提供了一种钻机顶驱，包括上述任一项所述的钻机顶驱传动装置。

进一步地，所述钻机顶包括水龙头和保护接头，所述第一段与所述水龙头传动连接，所述第三段与所述保护接头传动连接。

本发明还提供了一种钻机，包括上述所述的钻机顶驱。

附图说明

本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明中所述顶驱主轴的结构示意图；

图2是本发明中顶驱主轴与电机主轴配合的结构示意图；

图3是本发明中所述钻机顶驱的剖视图；

图4是图3的a部放大图。

图1至图4中附图标记与部件名称的对应关系为：

1、顶驱主轴，11、第一段，12、第二段，13、第三段，2、驱动电机，21、电机主轴，211、配合轴孔，3、水龙头，4、吊环悬挂器，5、锁母，6、保护接头。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，本发明提供了一种钻机顶驱传动装置，包括驱动电机2、传动轴和顶驱主轴1，所述传动轴包括依次连接的第一段11、第二段12和第三段13，所述第一段11和第三段13均为圆柱状；所述传动轴内设有配合轴孔211，所述配合轴孔211的截面形状为正多边形，所述第二段12的截面形状与所述配合轴孔211的截面形状相适配，所述传动轴与所述驱动电机2传动连接；所述顶驱主轴1插入所述传动轴内，所述传动轴内的配合轴孔211套在顶驱主轴1第二段12的外侧，所述顶驱主轴1通过第二段12与所述配合轴孔211的配合与所述传动轴传动连接。

本发明提供的钻机顶驱传动装置包括驱动电机2、传动轴和顶驱主轴1，所述传动轴包括依次连接的第一段11、第二段12和第三段13，所述传动轴内设有配合轴孔211，所述配合轴孔211的截面形状为正多边形，所述传动轴与所述驱动电机2传动连接，且所述第二段12的截面形状与所述配合轴孔211的截面形状相适配，顶驱主轴1的第二段12能够与传动轴内的配合轴孔211传动配合，驱动电机2转动带动传动轴同步转动，传动轴上的配合轴孔211与顶驱主轴1第二段12传动配合，进而带动顶驱主轴1转动，与现有的顶驱传动装置相比，不配置减速箱与润滑装置，结构简单能够节约成本，同时也避免了因齿轮减速箱密封失效、润滑油泄露或者齿轮箱工作过程中磨损的铁屑导致润滑油失效、散热不良而造成的齿轮箱失效问题，传动装置的传动稳定性更好，使用寿命更长，养护维修周期长，能够节约养护维修成本，由于其养护维修周期长，因此其使用周期也更长，不必经常维修养护，能够提高钻井顶驱的工作效率。

根据本发明的一个实施例，如图3和图4所示，所述传动轴为所述驱动电机2的电机主轴21，所述电机主轴21内设有截面形状为正多边形的配合轴孔211，所述配合轴孔211套设在所述顶驱主轴1第二段12的外侧，所述顶驱主轴1通过第二段12与电机主轴21内配合轴孔211的传动配合与所述电机主轴21传动连接，这样驱动电机2带动电机主轴21回转，电机主轴21通过与顶驱主轴1第二段12与配合轴孔211的配合带动顶驱主轴1转动，实现顶驱传动；与现有的顶驱传动装置相比，不配置减速箱与润滑装置，结构简单能够节约成本，同时也避免了因齿轮减速箱密封失效、润滑油泄露或者齿轮箱工作过程中磨损的铁屑导致润滑油失效、散热不良而造成的齿轮箱失效问题，传动装置的传动稳定性更好，使用寿命更长，养护维修周期长，能够节约养护维修成本，由于其养护维修周期长，因此其使用周期也更长，不必经常维修养护，能够提高钻井顶驱的工作效率。

根据本发明的另一个实施例，所述传动轴包括第一转轴和驱动电机2的电机主轴21，所述第一转轴和所述电机主轴21传动连接并同步转动，所述配合轴孔211设置在在所述第一转轴内，所述顶驱主轴1第二段12的截面形状与所述配合轴孔211的截面形状相适配，所述配合轴孔211套设在所述顶驱主轴1第二段12上的外侧，所述顶驱主轴1通过第二段12与配合轴孔211的配合与所述第一转轴传动连接。驱动电机2带动电机主轴21回转，电机主轴21通过与第一转轴的传动连接，带动第一转轴转动，第一转轴上的配合轴孔211与顶驱主轴1第二段12传动连接带动顶驱主轴1转动，进而实现顶驱传动。优选地，所述电机主轴21通过联轴器与所述第一转轴传动连接，来讲电机主轴21的扭矩传递个第一转轴。

如图1和图2所示，所述顶驱主轴1和所述配合轴孔211的截面形状均为正六边形，其中所述配合轴孔211的截面形状为内正六边形，所述顶驱主轴1第二段12的截面形状为外正六边形，通过内正六边形和外正六边形的配合实现传动轴内配合轴孔211与顶驱主轴1第二段12的传动配合，其中所述顶驱主轴1第二段12与所述配合轴孔211为间隙配合，这样能够便于将顶驱主轴1插入配合轴孔211内，同时所述配合轴孔211的尺寸紧紧略大于所述顶驱主轴1第二段12的尺寸，这样能够防止第二段12在配合轴孔211内出现松动而导致传动效果差的问题；当然本申请中所述配合轴孔211和所述顶驱主轴1第二段12也可以是过盈配合，然后通过锤压等方式将顶驱主轴1第二段12插入配合轴孔211内，其同样能够实现本发明的设计思想，应属于本发明的保护范围。

需要说明的是本申请中所述配合轴孔211的截面形状也可以是其它正多边形，如正三角形、正方形、正五边形等，只要能够实现配合轴孔211的截面形状与所述顶驱主轴1第二段12的形状相适配，顶驱主轴1通过配合轴孔211与第二段12的传动配合与传动轴传动连接的目的，就也能够实现本发明的设计思想，应属于本发明的保护范围。

其中如图1所示，所述第一段11和所述第三段13的外径小于所述第二段12的尺寸，具体的所述第二段12的外接圆的直径小于所述第一段11和第三段13的外径，这样就能够实现将顶驱主轴1插入所述配合轴孔211内。其中本申请中所述第一段11的外径和第三段13的外径可以是相等的，也可以是不相等的，其同样能够实现本申请中第二段12与配合轴孔211与传动配合的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，应属于本发明的保护范围。

本发明还提供了一种钻机顶驱，包括上述任一实施例所述的钻机顶驱传动装置，其中所述钻机顶包括水龙头3和保护接头6，所述第一段11与所述水龙头3传动连接，所述第三段13与所述保护接头6传动连接，其中所述顶驱主轴1的第三端穿过吊环悬挂器4，用锁母5锁止，并与与保护接头6连接。

钻井顶驱为现有技术，其中顶部驱动钻井装置有以下主要部件和附件构成：1、水龙头-钻井马达总成(关键部件之一)；2、马达支架/导向滑车总成(关键部件之一)；3、钻杆上卸扣装置总成(关键部件之一，它是体现顶部驱动钻井装置最大优点的设备)；4、平衡系统；5、冷却系统；6、顶部驱动钻井装置控制系统；7、可选用的附属设备。

其中水龙头-钻井马达总成包括下述主要部件：钻井马达和制动器(气刹车)整体水龙头；平衡。

上述钻机顶驱结构为现有技术，参见百度百科，因此其具体结构和连接关系与本申请的发明点无关，再此申请中不再赘述。

本申请提供的钻机顶驱，采用上述实施例所述的钻机顶驱传动装置，因此不配置减速箱与润滑装置，结构简单能够节约成本，同时也避免了因齿轮减速箱密封失效、润滑油泄露或者齿轮箱工作过程中磨损的铁屑导致润滑油失效、散热不良而造成的齿轮箱失效问题，传动装置的传动稳定性更好，使用寿命更长，养护维修周期长，能够节约养护维修成本，由于其养护维修周期长，因此其使用周期也更长，不必经常维修养护，能够提高钻井顶驱的工作效率。

本发明还提供了一种钻机，包括上述实施例所述的钻机顶驱。本发明提供的钻机由于采用了上述实施例中的钻机顶驱，因此其连续工作时间更长，过左效率高，同时维修和保养周期长，能够结余维修养护成本。

综上所述，本发明提供的钻机顶驱传动装置包括驱动电机、传动轴和顶驱主轴，所述传动轴包括依次连接的第一段、第二段和第三段，所述传动轴内设有配合轴孔，所述配合轴孔的截面形状为正多边形，所述传动轴与所述驱动电机传动连接，且所述第二段的截面形状与所述配合轴孔的截面形状相适配，顶驱主轴的第二段能够与传动轴内的配合轴孔传动配合，驱动电机转动带动传动轴同步转动，传动轴上的配合轴孔与顶驱主轴第二段传动配合，进而带动顶驱主轴转动，与现有的顶驱传动装置相比，不配置减速箱与润滑装置，结构简单能够节约成本，同时也避免了因齿轮减速箱密封失效、润滑油泄露或者齿轮箱工作过程中磨损的铁屑导致润滑油失效、散热不良而造成的齿轮箱失效问题，传动装置的传动稳定性更好，使用寿命更长，养护维修周期长，能够节约养护维修成本，由于其养护维修周期长，因此其使用周期也更长，不必经常维修养护，能够提高钻井顶驱的工作效率。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。