一种天井钻机用换挡式动力头的制作方法
【专利摘要】一种天井钻机用换挡式动力头，包括液压马达、两挡行星式减速机、液压换挡机构、水流或泥浆通道管系统及浮动套，其特征在于：所述液压马达输出动力经液压换挡机构调速后传给两挡行星式减速机，两挡行星式减速机将动力传给浮动套，浮动套将动力传给与其相连接的钻杆，实现钻杆旋转，所述水流或泥浆通道管系统对钻具进行润滑冷却和排出切削岩屑。该设计结构紧凑、空间尺寸较小、钻进能力强大，可以提高天井钻机的技术性能水平。
【专利说明】
一种天井钻机用换挡式动力头
技术领域
[0001]本实用新型涉及钻进施工机械领域，尤其涉及一种天井钻机驱动钻杆钻进的动力头驱动系统。
【背景技术】
[0002]天井钻机适用于矿山、隧道、水利水电等领域开挖通风井、溜矿井、罐笼运输井等成井直径加大的工程，工作时有上下两个工作平面且要求成井直径较大的工况，天井钻机主机被固定在上工作空间内。成井工序为:先用较小的钻具从上工作面向下钻较小的导向孔至下工作面，然后用较大的钻具从下工作面向上回拉扩钻出较大的井孔至上工作面后即完成了成井施工。根据天井钻机的施工环境空间要求和施工工序特点，希望天井钻机既要具有较小的外形尺寸以减小环境空间要求的施工量，同时要求驱动钻杆钻进的动力头驱动系统应具有低速大扭矩和高速小扭矩的功能，以适应不同的钻进工艺进而提高工作效率。而驱动钻杆钻进的动力头系统的结构形式对钻机外形尺寸的影响极为明显，为此本发明将提供一种结构紧凑、空间尺寸较小、钻进能力强大的动力驱动系统，以提高天井钻机的技术性能水平。
[0003]目前，公知的天井钻机动力头结构形式有:
[0004]1.多马达加定传动比减速机结构形式，通过改变驱动马达的数量，实现输出扭矩和输出转速的变化；
[0005]2.两挡变排量马达加定传动比减速机的结构形式，通过改变马达的排量，实现输出扭矩和输出转速的变化。
[0006]3.浮动套在动力头外部的下端安装。
[0007]现有技术的缺点
[0008]1.针对第一种多马达加定传动比减速机结构形式，通过改变驱动马达的数量，实现输出扭矩和输出转速的变化，其传动比小，体积重量较大，且变速机构设置在低速重载轴上，重载齿轮承受巨大径向作用力导致使用寿命迅速下降。
[0009]2.针对第二种两挡变排量马达加定传动比的结构形式，除第一种结构形式的缺点夕卜，由于天井钻机扩孔时必须提高液压马达输出大扭矩并降低转速，但在导孔过程中又不需要太大的扭矩，为了提高导孔效率又要求较高的转速，因传动比限制，不能实现大功率回转传动，难以选到相匹配的液压马达。
[0010]3.外置式浮动套使主机高度较大。这种结构的减速机占用了整机较大的空间比例，造成所需运输和施工空间增大。
【发明内容】
[0011]针对现有技术的不足，本发明创造的目的是提供一种结构紧凑、空间尺寸较小、钻进能力强大的动力驱动系统，以提高天井钻机的技术性能水平。
[0012]为实现上述目的，本发明创造是通过以下技术手段来实现的:
[0013]—种天井钻机用换挡式动力头，包括液压马达、两挡行星式减速机、液压换挡机构、水流或泥浆通道管系统及浮动套，其特征在于:所述液压马达输出动力经液压换挡机构调速后传给两挡行星式减速机，两挡行星式减速机将动力传给浮动套，浮动套将动力传给与其相连接的钻杆，实现钻杆旋转，所述水流或泥浆通道管系统对钻具进行润滑冷却和排出切削岩肩。
[0014]优选地:
[0015]所述液压换挡机构的换挡花键轴上下端设有外花键，其上端外花键与液压马达输出轴的内花键相连，其下端外花键与两挡行星式减速机的太阳轮的内花键或者与上下两端设有内花键的两挡行星式减速机的行星架的上端内花键接合，所述行星架的下端内花键与浮动套相连，所述液压换挡机构的换挡杆的下端通过螺栓与换挡花键轴相连。
[0016]所述浮动套的上端设有外花键，下端设有内圆锥螺纹，内圆锥螺纹用来连接钻杆，外花键与行星架下端的内花键连接。
[0017]所述水流或泥浆通道管系统位于动力头中心部位。
[0018]本发明创造的有益效果是:1.该设计采用低速大扭矩马达加两挡行星齿轮传动结构及内置式浮动套，结构紧凑、体积小、重量轻、传动比范围宽、施工能力需求适应性强，降低了主机工作高度，减小了运输通道空间要求和施工硐室的体积。
[0019]2.液压换挡控制方式，控制方便、操作轻便可靠。
[0020]3.机械锁紧，液压释放的挡位锁紧机构，结构紧凑、工作可靠。
【附图说明】
[0021 ]图1本实用新型结构不意图；图2液压换挡机构不意图。
[0022]附图标记含义如下:1_下壳体、2-浮动套、3-下推力调心轴承、4-中心管、5-行星架、6-行星减速机构、7-太阳轮、8-花键套、9-换挡花键轴、10-上壳体、11-上推力调心轴承、12-液压马达、13-换挡杆、14-推动板、15-弯头、16-换挡油缸筒、17-空心活塞杆、18-推力轴承、19-锁紧油缸缸筒、20-挡圈、21-限位弹性挡圈、22-解锁活塞、23-内楔形套、24-外楔形套、25-碟簧组、26-调整垫、27-碟簧组压盖、28-密封盘根盒。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合说明书附图，对本发明创造作进一步的说明。
[0024]如附图1、2所示，本发明主要包括低速大扭矩液压马达、两挡行星式减速机、液压换挡机构、水流或泥浆通道管系统及浮动套等部分。动力由低速大扭矩液压马达输出传给两挡行星式减速机，然后再传给浮动套，最后由浮动套将动力传给与其相连接的钻杆，实现钻杆旋转，并进一步带动装于钻杆下部的钻具旋转进行岩层的切削。
[0025]所述的两挡行星式减速机主要包括:太阳轮7、行星架5、四个沿圆周均布的行星轮和内齿圈组成的行星减速机构6、减速机上壳体10、下壳体I及上推力调心滚子轴承11、下推力调心轴承3等部分。其中太阳轮7具有内花键，可与换挡花键轴9相接合;行星架5的上下两端均有内花键，其上端内花键可与液压换挡机构的换挡花键轴9相接合、下端内花键与浮动套2相连，行星架5通过上推力调心滚子轴承11、下推力调心滚子轴承3支撑于减速机壳体上;齿圈通过螺栓与减速机壳体相连。当换挡花键轴9与太阳轮7内花键接合时，其动力经太阳轮7传给行星轮，由于内齿圈是固定不动的，所以行星轮既自转又公转，带动行星架5公转，进而带动与行星架5下端内花键相连的浮动套2旋转，实现降速增扭，以满足扩孔钻进切削时的低速大扭矩要求；当换挡花键轴9与行星架5上端内花键接合时，其动力直接由行星架5传给浮动套2，实现提速降扭，进行导向孔钻进，以提高工作效率。
[0026]所述的液压换挡机构主要包括:换挡花键轴9、换挡杆13、推力轴承18、限位弹性挡圈21、推动板14、挡圈20、空心活塞杆17、换挡油缸筒16、锁紧油缸筒19、解锁活塞22、内楔形套23、外楔形套24、碟簧组25、调整垫26、碟簧组压盖27等部分。由锁紧油缸筒19、解锁活塞22、内楔形套23、外楔形套24、碟簧组25、调整垫26、碟簧组压盖27等组成挡位锁紧机构。夕卜楔形套24在碟簧组25弹性力的作用下，使内楔形套23收缩变形进而抱住空心活塞杆17以阻止其轴向移动，通过机械弹簧实现锁紧功能；当通过进油口 P3 口给解锁活塞22施加油压时，作用在解锁活塞22上的油压克服碟簧组25的作用力，使外楔形套24上移，使内楔形套23失去压力而恢复变形，使空心活塞杆17能自由轴向移动，通过液压实现解锁功能。由换挡花键轴9、换挡杆13、推力轴承18、换挡杆13、限位弹性挡圈21、推动板14、挡圈20、空心活塞杆17、换挡油缸筒16等组成换挡控制机构，换挡花键轴9的上下端均有外花键，其上端外花键与液压马达输出轴的内花键相连，其下端外花键在换挡机构的控制下，可与太阳轮7的内花键或行星架5的内花键接合，液压马达输出的动力通过换挡花键轴9传给行星减速机;换挡杆13的下端通过螺栓与换挡花键轴9相连，换挡杆13的上端通过台阶和弹性挡圈支撑在推力轴承18上，推力轴承18的上下支承面分别由空心活塞杆17的内腔支座孔和推动板、挡圈20进行轴向定位，由此可确保换挡花键轴9、换挡杆13、推力轴承18、换挡杆13、限位弹性挡圈21、推动板14、挡圈20和空心活塞杆17—同上下移动。当要进行高速挡切换时，应先通过进油口P3向锁紧油缸筒19通压力油，进行解锁操作，然后向换挡油缸筒16的进油口 P2 口通压力油，使空心活塞杆17依次驱动推力轴承18、换挡杆13、限位弹性挡圈20、换挡花键轴9向上移动至行星架的内花键接合为止，接着再释放锁紧油缸筒19中的压力油，实现挡位锁紧，至此完成高速挡切换操作。进行低速挡切换的操作原理与高速挡切换时相同，只不过在进行换挡操作时，其换挡油缸筒16压力油的进油口应换成Pl 口。
[0027]所述的水流或泥浆通道管系统位于动力头中心部位，主要包括:弯头15、中心管4、密封盘根盒28等部分。弯头15通过螺栓与密封盘根盒28相连，密封盘根28盒通过螺栓连接在碟簧组压盖27上，中心管4下部的花键和台阶与固定在行星架5上座圈相连，成为中心管4的轴向和径向支承点，中心管4深入到浮动套2内部；中心管4的上端与密封盘根盒28配合，密封水流或泥浆以防其进入减速机腔内，同时也是中心管4的又一辅助径向支承点。来自泥浆栗输出的压力水或泥浆依次通过弯头15、中心管4、浮动套2流入钻杆和钻具，对钻具进行润滑冷却和排出切削岩肩。
[0028]所述的浮动套2为动力头扭矩输出端，浮动套2的上端具有外花键，下端具有内圆锥螺纹，其内圆锥螺纹用来连接钻杆，外花键端与减速机行星架5下端的内花键连接，该连接不仅具有传递扭矩的功能，还具有浮动套2和行星架5之间可相对轴向自由滑动和适度径向摆动的功能，以减少连接钻杆时因钻杆与浮动套之间相互位置精度不易控制而产生的冲击，进而延长系统各部件的寿命。
[0029]以上显示和描述了本发明创造的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本设计不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本设计的原理，在不脱离本设计精神和范围的前提下，本发明创造还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本设计范围内。本发明创造要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种天井钻机用换挡式动力头，包括液压马达、两挡行星式减速机、液压换挡机构、水流或泥浆通道管系统及浮动套，其特征在于:所述液压马达输出动力经液压换挡机构调速后传给两挡行星式减速机，两挡行星式减速机将动力传给浮动套，浮动套将动力传给与其相连接的钻杆，实现钻杆旋转，所述水流或泥浆通道管系统对钻具进行润滑冷却和排出切削岩肩。2.如权利要求1所述的一种天井钻机用换挡式动力头，其特征在于:所述液压换挡机构的换挡花键轴上下端设有外花键，其上端外花键与液压马达输出轴的内花键相连，其下端外花键与两挡行星式减速机的太阳轮的内花键或者与上下两端设有内花键的两挡行星式减速机的行星架的上端内花键接合，所述行星架的下端内花键与浮动套相连，所述液压换挡机构的换挡杆的下端通过螺栓与换挡花键轴相连。3.如权利要求2所述的一种天井钻机用换挡式动力头，其特征在于:所述浮动套的上端设有外花键，下端设有内圆锥螺纹，内圆锥螺纹用来连接钻杆，外花键与行星架下端的内花键连接。4.如权利要求1所述的一种天井钻机用换挡式动力头，其特征在于:所述水流或泥浆通道管系统位于动力头中心部位。
【文档编号】E21B21/00GK205532266SQ201620204588
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】武浩浩, 张书杰
【申请人】徐工集团工程机械有限公司