专利名称：一种减振装置及包括该减振装置的潜孔钻机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减振技术，特别涉及一种减振装置，还涉及到一种包括该减振装 置的潜孔钻机。
背景技术：
潜孔钻机广泛应用于矿石开采、工程施工等领域。潜孔钻机具有回转驱动机构和 冲击机构，并利用潜入孔底的冲击器和钻头对预定地层进行冲击破碎，形成预定的孔。一般来说，潜孔钻机工作装置主要包括钻架、动力头、钻杆、冲击器和钻头。钻杆上 端与动力头相连，下端连接冲击器，冲击器下端安装有钻头。动力头安装在钻架上，用于驱 动钻杆旋转，钻杆再带动钻头旋转。冲击器内的活塞能够在钻杆的延伸方向上进行往复运 动，对钻头施加预定冲击力，使钻头产生向下的冲击力，迫使钻头进入地层。冲击器一般为 气压式冲击器，地面上的气泵通过钻杆向冲击器提供高压气体，高压气体驱动冲击器工作。在冲击器对钻头施加预定冲击力时，同样通过钻杆向动力头传递冲击力，使钻杆、 动力头及钻架产生冲击性振动。潜孔钻机的钻孔能力越强，通过钻杆向动力头传递冲击力 越大，产生的冲击性振动越强烈。这种冲击性振动不仅影响动力头的驱动效率，还会导致动 力头及钻架的疲劳损伤，危害潜孔钻机的使用安全，降低潜孔钻机的使用寿命。为减小冲击性振动对动力头、钻架造成的损害，当前，通常在钻杆与动力头之间设 置减振装置，以缓冲这种冲击性振动。现有技术已经公开了多种减振装置。中国专利文献CN101608532A公开的减振装置包括上接盘和下接盘，在上接盘和 下接盘之间设置一组弹性机构和减振垫，并通过螺栓将上接盘、弹性机构和减振垫连接起 来。该减振装置主要利用弹性机构的压缩变形吸收振动能量，缓冲通过钻杆向上传递的冲 击力，减小冲击性振动，进而减少冲击性振动对动力头及钻架的不利影响。中国专利文献CN1111066A公开的减振装置中，利用弹性机构的拉伸状变形吸收 振动能量，缓冲冲击力，减少钻杆向动力头传递的冲击性振动。上述现有技术虽然能够在一定程度上缓冲钻杆向动力头传递的冲击性振动，但实 际减振效果却受到很大的限制。由于潜孔钻机的冲击器的冲击频率在10-50HZ范围内，通 过钻杆向上传递的冲击性振动变化较大，冲击较为强烈；很难保证橡胶或其他弹性机构产 生适当的变形量，进而使得减振装置的减振效果受到很大的限制；另外，橡胶或其他弹性机 构受力后弹性变形量非常有限，这也限制减振装置的缓冲距离，使其减振效果受到很大限 制。同时，钻杆与动力头之间不仅仅传递纵向作用力，还传递旋转驱动力；这就使得减 振装置受力状况比较复杂，复杂的受力状况非常容易导致橡胶或其他弹性机构在剪切力、 压缩力和拉力作用下疲劳失效，进而使减振装置的可靠性降低。
发明内容
因此，本发明的第一个目的在于，提供一种减振装置，以提高减振效果，同时提高其可靠性。
在提供减振装置的基础上，本发明的第二个目的在于，还提供了一种带有该减振 装置的潜孔钻机。为了实现上述第一个目的，本发明提供的减振装置包括第一接头和第二接头，所 述第一接头和第二接头分别具有中心通孔，与现有技术的区别在于，所述第二接头包括活 塞体，所述活塞体与第一接头可纵向滑动地配合，在所述活塞体朝向第一接头的一端与第 一接头之间形成第一腔，所述第一腔与第一接头的中心通孔相通。优选的，在所述第二接头与第一接头之间还形成第二腔，所述第二腔位于所述活
塞体的另一端。优选的，所述第一腔和/或第二腔中设置有橡胶垫。优选的，所述第一接头和第二接头中的一个上具有至少一个键，另一个上具有与 所述键相配合的键槽，所述键与键槽中至少一者沿纵向延伸。可选的，所述第二接头还包括第二接头体，所述活塞体与第二接头体固定；所述键 为沿纵向延伸的长形键，并与所述第二接头体固定。优选的，所述长形键径向向外伸出，所述长形键与所述键槽之间具有通气间隙，所 述第一腔通过所述通气间隙与第一接头的中心通孔相通。优选的，所述第二接头体的多个长形键形成花键，所述第一接头上的多个键槽形 成花键槽。优选的，还包括定位弹簧，所述定位弹簧两端分别支撑在所述第一接头与第二接 头上。优选的，所述定位弹簧为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧、第一接头中心通孔及第二接头 中心通孔的中心线重合。为了实现上述第二个目的、本发明提供的潜孔钻机包括动力头、减振装置和钻杆， 所述减振装置为上述任一种减振装置；所述第一接头与动力头相连，第二接头与钻杆相连， 或者，所述第一接头与钻杆相连，第二接头与动力头相连。本发明提供的减振装置中，第二接头与第一接头之间形成一个活塞机构，并在活 塞体朝向第一接头的一端与第一接头之间形成第一腔，并使该第一腔与第一接头的中心通 孔相通。这样，在进行钻孔作业时，气泵在通过第一接头和第二接头的中心通孔向钻杆下端 的冲击器输送高压气体时，高压气体同时进入第一腔中，位于活塞体朝向第一接头的一端 与第一接头之间的第一腔的压力增加，使第二接头相对于第一接头滑动，并保持一个预定 的极限位置；在钻杆下端的冲击器工作时，冲击器通过钻杆向第二接头传递冲击力，产生冲 击性振动；第二接头在冲击性振动作用下从预定的极限位置相对于第一接头在纵向上往复 滑动，压缩第一腔内高压气体，使高压气体体积产生变化，吸收振动能量，实现缓冲、减振的 目的。与现有技术中的弹簧或其他弹性部件相比，第二接头可以滑移距离较大，且第一腔内 高压气体的压力变化幅度比较小，进而使第一腔内高压气体的压力变化小于现有技术中弹 性部件弹性力的变化；进而，通过第一腔向第一接头传递的作用力变化也就比较小，进而可 以更好地限制第二接头向第一接头传递冲击力的峰值，减小冲击性振动，使减振装置具有 更优的减振效果。同时，第一腔的高压气不会由于受力复杂而失效，进而可以提高减振装置 的可靠性。
在进一步的技术方案中，在活塞体的另一端还设置有第二腔，在活塞体压缩第一 腔的高压气体时，可以在第二腔内形成负压，进一步地吸收冲击性振动的动能，提高减振效^ ο
在进一步的技术方案中，在第一腔中设置橡胶垫，这样可以在第二接头相对于第 一接头的位移过大时，使活塞体压缩橡胶垫，避免第一接头与活塞体端面的刚性接触，提高 减振装置的可靠性和安全性。同样，在第二腔内设置橡胶垫也可以避免活塞体的另一端与 第一接头之间产生刚性接触，提高减振装置的安全性。在进一步的技术方案中，为了保证旋转扭矩的传递，在第一接头和第二接头之间 还设置有相配合的键和键槽，并使键与键槽至少一者沿纵向延伸，以保证第一接头在纵向 滑动时，使键与键槽保持配合，保持第一接头与第二接头的同步旋转。在进一步的技术方案中，所述的键与活塞体分别与第二接头体固定，这样可以方 便减振装置的制造，降低制造成本。在进一步的技术方案中，所述长形键位于第一接头内，径向外伸，且所述长形键与 所述键槽之间具有通气间隙，所述第一腔通过所述通气间隙与第一接头的中心通孔相通。 该技术方案能够利用键与键槽的配合实现第一腔与第一接头的中心通孔之间的连通，这样 可以省去专门的通气结构的加工，降低减振装置的制造成本。在进一步的技术方案中，在第一接头与第二接头之间设置定位弹簧；这样在潜孔 钻机停止工作时，定位弹簧能够使第一接头和第二接头保持分离状态，避免由于第一接头 和第二接头的相对位置不确定而造成第二接头随意窜动。另外，由于定位弹簧能够为第二 接头提供一定的自由移动空间，从而可以为减振装置的安装提供便利，方便潜孔钻机的安 装与调试。在提供上述减振装置的基础上，提供的包括上述减振装置的潜孔钻机也具有相应 的技术效果。
图1是本发明实施例提供的减振装置中，第一接头的结构示意图；图2是本发明实施例提供的减振装置中，第二接头的结构示意图；图3是本发明实施例提供的减振装置的整体结构示意图；图4是本发明实施例提供的减振装置的立体结构示意图；图5是本发明实施例提供的减振装置的爆炸图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应 对本发明的保护范围有任何的限制作用。实施例提供的减振装置包括第一接头100和第二接头200。以下对第一接头100 和第二接头200的结构进行分别描述。请参考图1，该图是本发明实施例提供的减振装置中，第一接头的结构示意图。第 一接头100包括第一接头体110和套筒120，第一接头体110和套筒120通过紧固件固定在 一起；第一接头体110内具有中心通孔111。在靠近第一接头体110下端部分，设置有内花键槽112，中心通孔111的中心线与内花键槽112的中心线重合。套筒120下端具有向内伸 出的限位板121，限位板121形成一开口。请参考图2，该图是本发明实施例提供的减振装置中，第二接头的结构示意图。第 二接头200包括第二接头体210和活塞体220，活塞体220固定在接头体210上，第二接头 体210内设置有中心通孔211，在靠近第二接头体210上端的部分，设置有外花键212。请参考图3、图4和图5，图3是本发明实施例提供的减振装置的整体结构示意图， 图4是本发明实施例提供的减振装置的立体结构示意图，图5是本发明实施例提供的减振 装置的爆炸图。活塞体220外周与套筒120的内壁面可纵向滑动地配合，使活塞体220能够相对 于套筒120在0-0方向上滑动，活塞体220上端朝向第一接头100，下端朝向相反的方向。 在活塞体220的上端与第一接头100之间形成第一腔221 ；同时，外花键212与第一接头体 110的内花键槽112相配合，该配合的结构能够使第一接头100和第二接头200保持同步旋 转，并具有更强的扭矩传递能力，提高减振装置扭矩传递的可靠性。本例中，外花键212与 内花键槽112之间具有配合间隙，该配合间隙包括键顶与键槽底壁之间的间隙及键侧面与 键槽侧壁之间的间隙，该配合间隙形成通气间隙；第一腔221通过该通气间隙与第一接头 100的中心通孔相通；当然，还可以在外花键212每个键与相应键槽之间设置预定的通气间 隙。
第一接头体110外周与限位板121形成的开口相配合，限位板121能够限制第二 接头200相对于第一接头100向下移动的距离，将第二接头200限定在预定的极限位置，使 减振装置能够保持对动力头和钻杆的连接。为了使减振装置外形轮廓与钻杆相适应，如图4所示，本例中，第一接头100和第 二接头200均为回转体，且回转体的回转轴线与中心通孔211和中心通孔111的中心线重 合。该结构使得减振装置具有更高的集成度，并与钻杆相适应，减小与其他部件干涉的可能 性，为该减振装置的安装、调试和运行提供了方便。以下以第一接头100与潜孔钻机的动力头相连，第二接头200与潜孔钻机的钻杆 相连为例，对该减振装置的工作原理如下在进行钻孔作业时，潜孔钻机气泵通过第一接头100的中心通孔111和第二接头 200的中心通孔211向钻杆的冲击器输送高压气体；同时，高压气体通过上述通气间隙进入 第一腔221中，使第二接头200相对于第一接头100向下移动，限位板121限制第二接头 200下移的距离，使第二接头200位于预定的极限位置。钻杆的冲击器工作时，通过钻杆向 第二接头200传递冲击性力，第二接头200相对于第一接头100在纵向上移动，压缩第一腔 221内高压气体，第一腔221内高压气体的容积进行变化，吸收振动能量，实现缓冲、减振的 目的。与现有技术中的弹簧或其他弹性部件相比，利用高压气体作为缓冲介质，在活塞 体220压缩第一腔211中高压气体时，第二接头200相对于第一接头100产生的位移可以 比较大，具有更大的缓冲距离，且第一腔211的高压气体压力变化幅度比较小，这样，第一 腔211的高压气体在体积变化时能够吸收更多的能量，可以大大减小第一腔211向第一接 头100传递的冲击作用力，进而可以更好地限制第一接头100向第二接头200传递冲击力 的峰值，减小冲击性振动，使减振装置具有更优的减振效果。
外花键212与内花键槽112的配合可以保证第一接头100相对于第二接头200在 纵向上滑动时，保持键与键槽的配合，使第一接头100与第二接头200的同步旋转，将动力 头的驱动转矩传递给钻杆。
另外，利用高压气体作为缓冲介质的减振装置还具有以下优点第一、高压气体具有可压缩、密度小、流动性好、阻尼小等特性，这就能够保持减振 装置缓冲振动的柔性，增强缓冲能力。第二、利用高压气体作为缓冲介质，高压气体能够在受到冲击压缩后迅速反弹，对 钻杆施加作用力，将能量返还给钻杆；这样可以充分利用冲击器产生动力，提高能量的利用 率，提高钻孔作业效率。第三、高压气体没有疲劳极限和使用寿命的限制，不会由于受力复杂而失效，这样 就可以提高减振装置的可靠性。第四、利用高压气体缓冲第二接头200对第一接头100的冲击力，不仅能够简化减 振装置的结构，降低生产成本，还由于能够充分利用潜孔钻机已有高压气体，进而可以大幅 度地降低潜孔钻机的使用成本。如图3所示，本例中，套筒120和活塞体220的下端之间还可以形成第二腔222。 在活塞体220压缩第一腔221的高压气体的同时，可以在第二腔222内形成负压，负压能够 进一步地吸收动能，缓冲冲击性振动，提高减振装置的减振效果。当然，也可以使活塞体220 下端的腔体与大气相通，以降低第二接头体210与限位板121之间的配合精度，降低减振装 置的制作成本。为了避免活塞体220的上端面与第一接头体110的下端面之间产生刚性接触，在 第一腔221中还设置橡胶垫401。这样在第二接头200相对于第一接头100位移过大时，活 塞体220上端面就会压缩橡胶垫401，避免第一接头体110与活塞体200刚性接触，提高减 振装置的可靠性和安全性。同样，本例中，还在第二腔222内设置橡胶垫402，以避免活塞体 220的另一端面与第一接头100的套筒120之间产生刚性接触，提高减振装置的安全性。根据上述描述，本领域技术人员可以理解，为了在工作时，使第一腔221内充满高 压气体，还可以在第一接头体110或第二接头体210内设置适当的高压通道，使第一腔221 通过该高压通道与第一接头110的中心通孔相通；当然，也可以通过设置专门管路或管道 等其他方式使第一腔221与第一接头100的中心通孔111相通，以实现本发明的目的。本领域技术人员可以理解，保持第一接头100与第二接头200同步旋转不限于通 过相互配合的外花键和内花键槽实现，也可以通过相互配合的内花键和外花键槽实现。另 夕卜，还可以在第一接头100和第二接头200中的一个上设置至少一个键，另一个上设置与该 键相配合的键槽，也能够实现二步同步旋转、转矩传递的目的；此时，为适应第二接头200 相对于第一接头100在纵向滑动，还可以使键与键槽中至少一者沿纵向延伸，以在第二接 头200相对于第一接头100在纵向滑动时，保持键与键槽的配合；可以理解，在键与键槽的 配合间隙不能满足通气需要时，需要在键与相应键槽之间设置预定的通气间隙，以使第一 腔221通过该通气间隙与第一接头100的中心通孔相通。键与键槽不限于上述位置，也可以设置在活塞体220外周与套筒120之间，还可以 设置在第二接头体210与套筒120之间。第一接头100不限于包括第一接头体110和套筒 120的结构，也可以根据实际需要设置为其他结构。另外，也可以利用其他扭矩传递机构传递扭矩，如纵向伸出凸部与纵向凹入的凹部配合的接合盘，等等；只要能够在允许第一接头 100和第二接头200具有纵向位移的情况下，保持二者的同步旋转，就可以实现本发明的目 的；在减振装置应用在其他不需要传递扭矩的设备上或者不传递扭矩的场合时，还可以将 传递扭矩的结构省略。如图3所示，本例中提供的减振装置还包括定位弹簧300，定位弹簧300两端分别 支撑在第一接头体110与第二接头体210上。该结构的益处在于在潜孔钻机停止工作，第 一腔221内没有高压气体时，定位弹簧300能够使第一接头100和第二接头200保持分离状 态，使活塞体220下端与橡胶垫402相接触，避免第二接头200相对于第一接头100随意窜 动。同时，由于定位弹簧300能够使第一接头100与第二接头200之间产生一定的纵向位 移，这样可以使第二接头200与第一接头100之间的位置具有一定自由移动空间，进而可以 为减振装置的安装提供便利，并方便潜孔钻机的安装与调试。同时，定位弹簧300也具有缓 冲冲击性振动，提高减振效果的功能。定位弹簧300可以有多种设置方式，优选的技术方案 是在第一接头100和第二接头200的中心通孔的中心线重合，定位弹簧300为螺旋弹簧， 使螺旋弹簧的中心线与第一接头100中心通孔111的中心线重合；这样可以减少第一接头 100和第二接头200在纵向上偏斜度。本例中，通过套筒120下端的限位板121实现对第二接头200的限位，本领域技术 人员可以理解，也可以通过其他方式实现对第二接头200的限位，比如说也可以设置多条 向下伸出的筋条，并使筋条下端具有适当的凸起或吊钩等结构，也可以实现对第二接头200 的限位，以确定第二接头200的极限位置。在提供上述减振装置的基础上，还提供了一种潜孔钻机，该潜孔钻机包括动力头、 减振装置和钻杆，所述减振装置安装在动力头与钻杆之间，该减振装置为上述任一种减振 装置，由于上述减振装置具有上述技术效果，具有该减振装置的潜孔钻机也具有相应的技 术效果，其中，第一接头100可以与动力头相连，也可以与钻杆相连，与此相对应，第二接头 200可以与钻杆相连，也可以与动力头相连。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，比如说可以在活塞 体220与套筒120配合处设置更多密封圈，以保证第一腔221的密封性；安装时，在第一腔 221内注入少量润滑油；加装注油杯，等等；这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种减振装置，包括第一接头和第二接头，所述第一接头和第二接头分别具有中心通孔，其特征在于，所述第二接头包括活塞体，所述活塞体与第一接头可纵向滑动地配合，在所述活塞体朝向第一接头的一端与第一接头之间形成第一腔，所述第一腔与第一接头的中心通孔相通。
2.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，在所述第二接头与第一接头之间还 形成第二腔，所述第二腔位于所述活塞体的另一端。
3.根据权利要求2所述的减振装置，其特征在于，所述第一腔和/或第二腔中设置有橡 胶垫。
4.根据权利要求1-3任一项所述的减振装置，其特征在于，所述第一接头和第二接头 中的一个上具有至少一个键，另一个上具有与所述键相配合的键槽，所述键与键槽中至少 一者沿纵向延伸。
5.根据权利要求4所述的减振装置，其特征在于，所述第二接头还包括第二接头体，所 述活塞体与第二接头体固定；所述键为沿纵向延伸的长形键，并与所述第二接头体固定。
6.根据权利要求5所述的减振装置，其特征在于，所述长形键径向向外伸出，所述长形 键与所述键槽之间具有通气间隙，所述第一腔通过所述通气间隙与第一接头的中心通孔相通。
7.根据权利要求6所述的减振装置，其特征在于，所述第二接头体的多个长形键形成 花键，所述第一接头上的多个键槽形成花键槽。
8.根据权利要求1-3任一项所述的减振装置，其特征在于，还包括定位弹簧，所述定位 弹簧两端分别支撑在所述第一接头与第二接头上。
9.根据权利要求8所述的减振装置，其特征在于，所述定位弹簧为螺旋弹簧，所述螺旋 弹簧、第一接头中心通孔及第二接头中心通孔的中心线重合。
10.一种潜孔钻机，包括动力头、减振装置和钻杆，其特征在于，所述减振装置为权利要 求1-9任一项所述的减振装置；所述第一接头与动力头相连，第二接头与钻杆相连，或者， 所述第一接头与钻杆相连，第二接头与动力头相连。
全文摘要
本发明公开一种减振装置及包括该减振装置的潜孔钻机。公开的减振装置包括第一接头和第二接头，所述第一接头和第二接头分别具有中心通孔，其特征在于，所述第二接头包括活塞体，所述活塞体与第一接头可纵向滑动地配合，在所述活塞体朝向第一接头的一端与第一接头之间形成第一腔，所述第一腔与第一接头的中心通孔相通。利用该减振装置时，第二接头压缩第一腔内高压气体，使第一腔的容积产生变化，第一腔内的高压气体吸收振动能量，实现缓冲、减振的目的；由于高压气体的压力变化比较小，通过第一腔向第一接头传递的作用力变化也就比较小，进而可以更好地限制第二接头向第一接头传递冲击力的峰值，减小冲击性振动，使减振装置具有更优的减振效果。
文档编号E21B17/07GK101864907SQ201010182699
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者冯祥文, 赵长春 申请人:北京市三一重机有限公司