一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用及其动力头装置的制作方法

本发明涉及钻探设备，具体涉及一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用及其动力头装置。

背景技术：

1、便携式全液压钻机以其轻量化、易搬运的优势，逐渐取代了传统立轴式钻机在钻探领域中的地位。目前便携式全液压钻机中动力头通过液压马达驱动，存在如下问题：

2、不同的地层对动力头钻速和扭矩的需求不同，从土层到硬岩，转速需求范围从150rpm-1100rpm，相应的扭矩需求从2100n·m-300n·m，为了适应转速和转矩的需求，往往需要配备多个定量液压马达，不仅拆卸麻烦，也会增加搬运的劳动强度，不符合便携式全液压钻机轻量化的要求。

3、目前，在钻机动力头上暂无采用变量柱塞马达的应用，因为若使用单个变量柱塞马达驱动动力头时，为了适应大扭矩需求的场合，需要选用大排量的变量柱塞马达，排量大的变量柱塞马达体积大、重量重，拆装和搬迁不便。

4、对现有钻机各部位以及整体重量进行举例，例如：相对采用的高速齿轮马达、变速机构、动力头的重量分别为24kg、13kg、19.5kg，基于上述部件重量会使得总体的钻机动力头重量达到56.5kg。因此基于上述重量大小，变量柱塞马达在钻机动力头上根本无法应用，而且即便是应用变量柱塞马达则仍然不符合且无法达到便携式全液压钻机轻量化的要求。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于，提供一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用，采用小排量的变量柱塞马达，由变量柱塞马达配合行星减速器，以实现对动力头输出动力的扭矩放大，适应不同地层对转速和扭矩的需求，降低钻机成本、减轻钻机整体重量。为此，本发明采用以下技术方案：

2、一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用，将变量柱塞马达和行星减速器组合应用在钻机动力头中，所述变量柱塞马达、行星减速器和动力头依次序连接，使变量柱塞马达输出动力通过行星减速器的减速，得到满足工作需求的转速和扭矩，并由动力头的动力头主轴输出。

3、进一步地：所述行星减速器的减速比选用1:4。

4、进一步地：所述行星减速器将变量柱塞马达的转速减速为满足工作需求的转速，驱动动力头主轴旋转。

5、进一步地：所述行星减速器将变量柱塞马达的输出扭矩放大，转换为满足工作需求的扭矩，驱动动力头主轴旋转。

6、进一步地：所述变量柱塞马达为小排量的变量柱塞马达。

7、本发明的第二目的在于，提供一种在一定区间内进行无级调速，提高系统的平滑性的动力头装置。为此，本发明采用以下技术方案：

8、一种钻机动力头装置，包括变量柱塞马达、行星减速器及动力头，所述行星减速器的两端分别连接变量柱塞马达以及动力头，所述变量柱塞马达通过马达主轴连接行星减速器，控制动力头的动力头主轴的转速与扭矩。

9、进一步地：所述行星减速器包括行星架、太阳轮、行星轮及减速器壳体，所述减速器壳体内侧设有内环齿，所述太阳轮与马达主轴连接，所述行星架上设置有销轴，所述行星轮通过销轴转动连接在行星架上，行星轮同时与太阳轮和内环齿啮合连接，行星轮绕太阳轮公转带动行星架旋转，所述行星架的输出端与动力头主轴相连接。

10、进一步地：所述太阳轮与马达主轴之间连接设置有中间连接轴，并通过中间连接轴相连。

11、进一步地：所述行星架一端设置有输出轴，输出轴与动力头主轴连接。

12、进一步地：所述输出轴沿行星架的轴心同轴延伸设置。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明采用小排量的变量柱塞马达，由变量柱塞马达配合行星减速器，通过行星减速器减小系统输出速度从而实现对动力头输出动力的扭矩放大，以满足从土层到硬岩层的钻进，通过改变变量柱塞马达的排量，改变变量柱塞马达的转速和扭矩，调节动力头的输出转速与扭矩，实现无级调速，钻机运行的平滑性，以使其更适应不同地层对转速和扭矩的需求，以便不需要使用笨重的大排量变量柱塞马达来增加输出扭矩，降低钻机成本、减轻钻机整体重量。并且本发明具有结构紧凑、重量轻的特点，方便搬运，可满足轻量化的需求。

技术特征：

1.一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用，其特征在于：将变量柱塞马达(1)和行星减速器(2)组合应用在钻机动力头(3)中，所述变量柱塞马达(1)、行星减速器(2)和动力头(3)依次序连接，使变量柱塞马达(1)输出动力通过行星减速器(2)的减速，得到满足工作需求的转速和扭矩，并由动力头(3)的动力头主轴(31)输出。

2.根据权利要求1所述的一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用，其特征在于：所述行星减速器(2)的减速比选用1:4。

3.根据权利要求1或2所述的一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用，其特征在于：所述行星减速器(2)将变量柱塞马达(1)的转速减速为满足工作需求的转速，驱动动力头主轴(31)旋转。

4.根据权利要求1或2所述的一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用，其特征在于：所述行星减速器(2)将变量柱塞马达(1)的输出扭矩放大，转换为满足工作需求的扭矩，驱动动力头主轴(31)旋转。

5.根据权利要求1所述的一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用，其特征在于：所述变量柱塞马达(1)为小排量的变量柱塞马达。

6.一种钻机动力头装置，其特征在于：包括变量柱塞马达(1)、行星减速器(2)及动力头(3)，所述行星减速器(2)的两端分别连接变量柱塞马达(1)以及动力头(3)，所述变量柱塞马达(1)通过马达主轴(11)连接行星减速器(2)，控制动力头(3)的动力头主轴(31)的转速与扭矩。

7.根据权利要求6所述的无极调速钻机动力头装置，其特征在于：所述行星减速器(2)包括行星架(21)、太阳轮(22)、行星轮(23)及减速器壳体(25)，所述减速器壳体(25)内侧设有内环齿(27)，所述太阳轮(22)与马达主轴(11)连接，所述行星架(21)上设置有销轴(24)，所述行星轮(23)通过销轴(24)转动连接在行星架(21)上，行星轮(23)同时与太阳轮(22)和内环齿(27)啮合连接，行星轮(23)绕太阳轮(22)公转带动行星架(21)旋转，所述行星架(21)的输出端与动力头主轴(31)相连接。

8.根据权利要求7所述的无极调速钻机动力头装置，其特征在于：所述太阳轮(22)与马达主轴(11)之间连接设置有中间连接轴(12)，并通过中间连接轴(12)相连。

9.根据权利要求7所述的无极调速钻机动力头装置，其特征在于：所述行星架(21)一端设置有输出轴(26)，输出轴(26)与动力头主轴(31)连接。

10.根据权利要求9所述的无极调速钻机动力头装置，其特征在于：所述输出轴(26)沿行星架(21)的轴心同轴延伸设置。

技术总结
本发明提供了一种变量柱塞马达在钻机动力头中的应用，将变量柱塞马达和行星减速器组合应用在钻机动力头中，所述变量柱塞马达、行星减速器和动力头依次序连接，使变量柱塞马达输出动力通过行星减速器的减速，得到满足工作需求的转速和扭矩，并由动力头的动力头主轴输出。所述行星减速器的减速比选用1:4。所述行星减速器将变量柱塞马达的转速减速为满足工作需求的转速，驱动动力头主轴旋转。所述行星减速器将变量柱塞马达的输出扭矩放大，转换为满足工作需求的扭矩。本发明采用小排量的变量柱塞马达，由变量柱塞马达配合行星减速器，通过行星减速器减小系统输出速度从而实现对动力头输出动力的扭矩放大，以满足从土层到硬岩层的钻进。

技术研发人员：叶晓平,李德周,牛美峰,刘绪勇,王坚,丁海洋,王平,邱德宝,陈斌,刘振亚,陈贡明,刘安
受保护的技术使用者：浙江华东岩土勘察设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16