钻探驱动系统的制作方法

本发明涉及煤矿钻机领域，具体涉及钻探驱动系统。

背景技术：

1、动力头用于向钻杆传递装拆所需的旋转和推进动力。现有的大多自动钻机则采用主动钻杆连接动力头与钻杆，自动化定向钻机的出现则集成了卡盘和主动钻杆两种钻杆连接方式的需求：正常自动钻进时，使用主动钻杆从动力头前端装卸普通钻杆；使用打捞钻具时，拆下主动钻杆，使用卡盘从动力头后端装卸打捞钻杆，其中正常钻进使用的普通钻杆和打捞钻杆外径一般不相同，往往需要经常拆卸主动钻杆。

2、已有技术在拆装的快捷性上存在着不足，当需要拆卸主动钻杆、切换至卡盘夹持工况时，首先要从后端拆掉水辫，再从前端拆掉固定主动钻杆的端盖，最后将主动钻杆和连接轴的组合从卡盘前端拔出，才能使用卡盘夹持钻杆施工。由于卡盘前端到夹持器的空间十分有限，且一般位于钻机中部，使得拔出主动钻杆和连接轴较为不便，容易影响施工效率。若考虑从后端先将连接轴单独拆下，由于其位于动力头主轴内部，不便于使用管钳等较大的手动工具，拆卸较为费时，还可能需要拆卸更多的周边零件。类似地，从卡盘夹持工况切换回主动钻杆连接工况时，安装也较为费时，另外主动钻杆属于易损件，在钻机使用中消耗量较大，其使用寿命的长短直接影响钻进整体效率和钻机维护成本，是钻机用户十分关注的一个关键零件，因此需提供一种便于拆卸主动钻杆以及主动钻杆使用寿命较长的钻探驱动系统。

技术实现思路

1、本发明意在提供钻探驱动系统，以提供一种便于拆卸主动钻杆以及主动钻杆使用寿命较长的钻探驱动系统。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：钻探驱动系统，包括主轴、刹车组件、变速箱、卡盘以及主动力源，主动力源的输出轴与变速箱啮合带动主轴转动，变速箱包括齿轮轴和多级传动齿轮，刹车组件内部设有与齿轮轴连接的传动轴，刹车组件能对传动轴进行旋转制动，主轴端部安装有主动钻杆，主轴内开有能供主动钻杆穿过的容纳孔，主动钻杆端部还可拆卸连接有双向接头，卡盘设置在主轴端部，还设有控制卡盘是否限位主动钻杆的卡盘压力控制系统。

3、本方案的有益效果为：

4、刹车组件内部设有与齿轮轴连接的传动轴，刹车组件能对传动轴进行旋转制动，配合钻机的定向钻进以及钻杆接卸扣工况，当需要对主动钻杆进行检修更换时，由于主轴内开有能供主动钻杆穿过的容纳孔，工作人员可以直接将主动钻杆一起在容纳孔中滑动从主轴后方取出，进而提高主动钻杆拆卸的速度，同时主轴后端的空间相对宽裕，如果按照传统从主轴前方取出主动钻杆，一方面要进行法兰盘的拆卸和紧固，另一方面前部的空间较为局限，安装和拆卸主动钻杆都较为不便，上述设置能够方便工作人员将主动钻杆进行组装后重新装入主轴中，进而提高主动钻杆的安装速度，通过设置刹车组件能够对主动钻杆的启停进行及时的调节。

5、本技术方案中主动钻杆端部还可拆卸连接有双向接头，当双向接头一侧螺纹磨损至一定程度时，可以将双向接头取下调转安装方向，将双向接头一端与主动钻杆通过胶水固定连接，使得该主动钻杆的使用寿命也相当于之前整体式主动钻杆的2倍，且无需更换杆体，能够节约大量的安装时间和使用成本，且能够在一些不便于进行主动钻杆维修更换的地方施工时，能够起到应急的作用。

6、优选的，作为一种改进，卡盘压力控制系统，包括减压阀、电磁换向阀、液控换向阀、主泵和副泵；电磁换向阀为带有a口、b口、p口、t口的三位四通电磁换向阀，液控换向阀带有p口、t口、a口、液控口，卡盘带有控制油口，液控换向阀的a口与卡盘的控制油口相连，主泵与液控换向阀的p口连接；副泵的油路分为两股，一股连接至液控换向阀的p口，一股经减压阀连接至所述电磁换向阀的p口；减压阀的泄油口和电磁换向阀的t口相连并泄油；电磁换向阀的a口出油分为两股，一股与液控换向阀的p口相连，一股与液控换向阀的液控口；电磁换向阀的b口与所述液控换向阀的t口相连。

7、有益效果为：液控换向阀是两位三通液控换向阀，通过控制油路能自动切换油液的油流方向，通过电磁换向阀和液控换向阀的协调控制，实现对卡盘压力的精确调节，适应不同工作状态的需求，在正常钻进和打捞操作中，能够快速切换油液的油流方向，确保卡盘在最短时间内调整到所需状态，提高工作效率。

8、优选的，作为一种改进，主泵经第一单向阀流向液控换向阀的p口。

9、有益效果为：单向阀能控制油液单向流动，确保油路的顺利运行。

10、优选的，作为一种改进，副泵的油路经第二单向阀连接至液控换向阀的p口。

11、优选的，作为一种改进，电磁换向阀的a口经第三单向阀连接至液控换向阀的p口相连。

12、优选的，作为一种改进，减压阀为定值减压阀。

13、有益效果为：可将油压压力调节至设定压力，可形成低压回路或控制油路。

14、优选的，作为一种改进，电磁换向阀带有y1位和y2位。

15、优选的，作为一种改进，处于工况一下，y1和y2位失电，来自主泵的压力油到达所述液控换向阀的p口截止，来自副泵的压力油流经所述减压阀到达所述电磁换向阀的p口截止。

16、有益效果为：当电磁换向阀的左位y1和右位y2都处于失电状态时，电磁换向阀处于中位，液控换向阀在弹簧力作用下工作在右位，当主泵的压力油经过单向阀到达液控换向阀的p口，油液截止。同时来自副泵的压力油的一股压力油流经单向阀到达液控换向阀的p口，油液截止；来自副泵的压力油的另一股压力油流经减压阀到达电磁换向阀的p口截止。卡盘内的压力油经过液控换向阀的右位和电磁换向阀的中位回油，卡盘处于松开状态，同时液控换向阀的控制油液经过电磁换向阀的中位泄油。

17、优选的，作为一种改进，处于工况二下，y2得电，来自主泵的压力油到达液控换向阀的p口截止；来自副泵的压力油一股到达所述液控换向阀的p口截止，另一股经减压阀流经电磁换向阀，经液控阀到达卡盘的控制口。

18、有益效果为：当电磁换向阀右位y2得电时，电磁换向阀处于右位工作状态，液控换向阀在弹簧力作用下处于右位工作状态，来自主泵的压力油流经单向阀ⅰ到达液控换向阀的p口截止，液控换向阀的控制油经过电磁换向阀的右位泄油。来自副泵的压力油的一股油液经过单向阀液控换向阀的p口，油液截止；另一股油液经过减压阀降至设定压力，随后压力油流经电磁换向阀的右位，再经过液控换向阀的右位到达卡盘，此时卡盘处于低压夹紧状态。

19、优选的，作为一种改进，处于工况三下，y1得电，来自主泵的压力油经液控换向阀流入卡盘的控制口，来自副泵的压力油一股经电磁换向阀到达液控换向阀的控制口，以切换液控换向阀的工作状态，另一股经液控换向阀流入卡盘的控制口，来自主泵及副泵的液压油合流。

20、有益效果为：卡盘处于高压夹紧状态，当电磁换向阀处于左位y1得电，电磁换向阀处于左位工作状态，液控换向阀在控制油作用下，处于左位工作状态。来自主泵的压力油流经单向阀＝最终经过液控换向阀的左位流入卡盘，来自副泵的压力油分成两股油路，一股油路经过减压阀降压后，流经电磁换向阀的左位到达液控换向阀的控制口，使得液控换向阀换向并处于左位工作状态；另一股油路经过单向阀最后经过液控换向阀的左位流入卡盘，在该状态下，主、副泵合流形成高压油源，使卡盘处于高压夹紧状态。

21、优选的，作为一种改进，刹车组件包括刹车盖、夹紧活塞以及松开活塞，刹车盖上内设有滑轴，传动轴一端伸入夹紧活塞中心，传动轴的周向分布有多个卡瓦，夹紧活塞套设在卡瓦上并可沿轴向移动，卡瓦远离传动轴的表面为斜面，夹紧活塞与卡瓦相对的表面为与卡瓦的斜面相配合的坡面，夹紧活塞能滑动通过卡瓦夹紧传动轴，松开活塞滑动套设在滑轴上且能推动夹紧活塞解除夹紧。

22、有益效果为：夹紧活塞与卡瓦相对的表面为与卡瓦的斜面相配合的坡面，夹紧活塞能滑动使其内部的坡面与卡瓦的斜面接触，通过卡瓦径向移动对传动轴进行夹紧，进而限制传动轴的转动。通过夹紧活塞的轴向滑动和卡瓦的径向移动，实现对传动轴的快速夹紧与松开，斜面与坡面的配合提供了稳定的夹紧力，确保传动轴在工作过程中不会出现滑动，确保对传动轴夹紧的可靠性，以及可以适应不同直径的传动轴，哪怕传动轴表面产生磨损也可在通过延长夹紧活塞的滑动距离实现稳定的夹紧，具有较强的通用性，能够应用于多种类型的钻机动力头。

23、优选的，作为一种改进，刹车盖上开有进油口一和进油口二，松开活塞远离夹紧活塞一侧与刹车盖之间形成第一油腔，进油口一能向第一油腔提供液压油，夹紧活塞远离松开活塞一侧设有第二油腔，进油口二能像第二油腔提供液压油。

24、有益效果为：压力油从进油口二进入第二油腔，推动夹紧活塞向靠近卡瓦的方向移动，使其内部的坡面与卡瓦的斜面接触，因此推动卡瓦向内移动，并限制卡瓦的径向位移，从而夹紧传动轴，实现传动轴制动；压力油从进油口一进入第一油腔，推动松开活塞移动，其端面推动夹紧活塞向远离卡瓦的方向移动，解除对卡瓦的径向位移限制，也就解除了对传动轴的转动限制。通过液压系统实现对刹车组件的自动控制，提高了操作的自动化水平和效率，液压能够提供稳定且可调的压力，确保夹紧和松开过程的精确性，以及液压具有高稳定性和可靠性，确保了刹车组件在各种工况下都能稳定工作，减少了故障率和维护成本。

25、优选的，作为一种改进，还包括向主动钻杆提供压力流体的水辫部，水辫部包括连接轴、芯轴和进水组件，芯轴和连接轴均为中空轴，芯轴与连接轴固定连接并连通，连接轴的另一端与主动钻杆连接，芯轴与进水组件连通并转动连接，设有轴承座对芯轴进行支撑，轴承座内设有套设在芯轴外周的芯轴支撑轴承。

26、有益效果为：通过设置连接轴和水辫部，芯轴与连接轴固定连接并连通，连接轴的另一端与主动钻杆连接，将水辫部中流入的钻进介质传递给主动钻杆，并将主动钻杆和水辫部连接起来。本技术方案中芯轴与主动钻杆连接且工作过程中与主动钻杆一同转动，芯轴支撑轴承能够确保芯轴转动的顺滑，减少了转动过程的摩擦和磨损，延长了设备的使用寿命。通过连接轴和芯轴的中空设计，压力流体能够顺畅地从进水组件传输到主动钻杆，确保了钻进介质能够稳定持续地供应，提升了钻进效率。

27、优选的，作为一种改进，主动钻杆一端为公接头，另一端为母接头，公接头与双向接头可拆卸连接，主动钻杆外周设有止转部，止转部外周截面为多边形，主轴端部设有端盖部，端盖部包括前端盖，前端盖固定在卡盘上，前端盖上开有的限位开孔，前端盖通过限位开孔对止转部的转动进行限位。

28、有益效果为：当主轴带动端盖部停止转动，前端盖的限位开孔同步停止转动，限位开孔对止转部的转动进行限位，进而使得主动钻杆能够停止转动，上述方式实现了对主动钻杆的转动进行限制，但是没有限制主动钻杆的轴向滑动，使得主动钻杆在工作过程中能够轴向浮动一定距离，能够有效缓解钻杆在螺纹连接和拆卸过程中产生的轴向冲击，从而保护主动钻杆和其他连接部件，延长设备使用寿命；当主动钻杆产生轴向浮动时，可以减少对水辫部的冲击力，减少水辫部的磨损，还能提升其整体的耐用性和可靠性。

29、优选的，作为一种改进，母接头与止转块之间设有限位段，限位段位于卡盘之间，卡盘夹紧到极限位置时与限位段的外周之间仍有间隙。

30、有益效果为：卡盘运动到极限位置时与限位段的外周之间还有间隙，使得限位段能够沿着卡盘轴向滑动，使得主动钻杆能够轴向浮动一定距离，使得卡盘的夹紧力不会直接作用与主动钻杆上，避免了主动钻杆直接承受卡盘强大的夹紧力，避免了主动钻杆的受力形变在往复转动过程中金属疲劳形变，从而减少了疲劳损伤，增加了主动钻杆的使用寿命；由于主动钻杆的轴向浮动设计，水辫部在工作过程中承受的冲击力减少，这使得水辫部受力更加均匀。

31、优选的，作为一种改进，限位段的长度大于卡盘的宽度。

32、有益效果为：限位段的长度大于卡盘夹持的宽度使得主动钻杆在卡盘中具有一定的浮动距离，以缓解主动钻杆与钻杆进行接扣或卸扣时产生的轴向冲击，从而起到保护主动钻杆的作用。

33、优选的，作为一种改进，芯轴端部开有进水孔，进水组件包括壳体，壳体内设有与进水孔连通的供水腔，供水腔与进水孔连通，连接轴靠近主动钻杆一段设有用于与主动钻杆后端的螺纹连接的外螺纹；连接轴靠近水辫部一端设有用于与芯轴的螺纹连接的内螺纹。

34、优选的，作为一种改进，水辫部通过连接套固定在变速箱上，连接套包括连接法兰，连接法兰上开有用于螺栓穿过的腰形孔，连接套中心也开有与止转部配合的六方内孔。

35、优选的，作为一种改进，连接套朝向主动钻杆的端面与连接轴的端面间留有间隙。

36、本技术方案的有益效果为：在现有专利(公开号：cn116905958a)公开的一种定向钻机动力头中，当需要更换主动钻杆时，工作人员需要先将前端盖拆卸下来，再对主动钻杆进行解锁，由于连接轴一端与主动钻杆螺纹连接，另一端与水辫的芯轴螺纹连接，当工作人员转动主动钻杆进行解锁时，不能准确的将主动钻杆与连接轴进行解锁，有可能是将连接轴与水辫的芯轴进行解锁，由于卡盘前端到夹持器的空间十分有限，在狭窄的操作空间中，即使是单独取出主动钻杆，都会给工作人员的操作带来难度，若是连接轴与水辫的芯轴进行解锁，工作人员想从前端将主动钻杆与连接轴一同取出就变得十分困难，同时，若是需要切换至卡盘夹持打捞钻杆进行工作时，工作人员需要从变速箱后端拆除水辫，将水辫和连接轴从变速箱后端取出，再拆卸掉端盖将主动钻杆取出，在此过程中，也不能确保连接轴一定是与主动钻杆解锁，若是连接轴与水辫的芯轴进行解锁，工作人员还需要将主动钻杆和连接轴从变速箱前端一同取出，才能将打捞钻杆装入卡盘中，切换至卡盘夹持进行工作，所以现有技术不论是对主动钻杆进行更换还是切换卡盘夹持打捞钻杆进行工作，都是非常的困难，严重影响了施工效率。

37、在本方案中，当需要对主动钻杆进行更换时，由于变速箱后端的操作空间宽广，工作人员仅需要先松开卡盘，再将水辫部、连接轴以及主动钻杆连接的整体从变速箱后端取出，从而快速的将损坏的主动钻杆进行替换，再从变速箱后端将新的主动钻杆、连接轴以及水辫连接的整体装入变速箱中，并使主动钻杆依次穿过主轴、卡盘以及前端盖，进而快速的完成了对主动钻杆的更换，降低了更换过程中的不可控因素，增加了施工效率，当需要切换至打捞钻杆工作时，工作人员重复上述的拆卸过程，安装时仅需要将打捞钻杆从变速箱后端装入主轴，并依次穿过卡盘和前端盖，最后再通过卡盘夹持打捞钻杆进行转动，同时，本技术方案的主动钻杆有一部分位于卡盘和主轴中，使得主轴通过卡盘带动主动钻杆进行转动时，主动钻杆转动更加稳定，能更加精确的与钻杆进行对接。