一种立轴式钻机不停机倒杆装置
阅读：4发布：2021-03-26
专利汇可以提供一种立轴式钻机不停机倒杆装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种立轴式钻机不停机倒杆装置，属于地质找矿钻探设备技术领域。所述立轴式钻机不停机倒杆装置包括卡盘、回转器和液压驱动系统；所述回转器通过 分动箱 与立轴式钻机的机械传动部分连接，回转器的壳体固定在分动箱壳体上；所述液压驱动系统中设有给进油缸，所述给进油缸固定在回转器的壳体上；所述卡盘包括上卡盘和下卡盘，所述上卡盘布置在回转器上方，与给进油缸的伸缩臂固定连接，所述下卡盘布置在回转器的下方，与回转器固定装配，在上卡盘及下卡盘中均设置三爪式卡瓦组件。本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置实现了无主动 钻杆 、不停机倒杆及不让车加接钻杆的工作过程，达到了综合效果比现有地质 岩心 钻机钻进都要好的目的。，下面是一种立轴式钻机不停机倒杆装置专利的具体信息内容。
1.一种立轴式钻机不停机倒杆装置，它包括卡盘、回转器（2）和液压驱动系统；所述回转器（2）通过分动箱（5）与立轴式钻机的机械传动部分（6）连接，回转器（2）的壳体固定在分动箱（5）的壳体上；所述液压驱动系统中设有给进油缸（4），所述给进油缸（4）固定在回转器（2）的壳体上；其特征在于，所述卡盘包括上卡盘（1）和下卡盘（3）；所述上卡盘（1）布置在回转器（2）上方，与给进油缸（4）的伸缩臂固定连接，所述下卡盘（3）布置在回转器（2）的下方，与回转器（2）固定装配；在上卡盘（1）及下卡盘（3）中均设置三爪式卡瓦组件（8）。
2.根据权利要求1所述的立轴式钻机不停机倒杆装置，其特征在于，所述三爪式卡瓦组件（8）包括卡圈（8-3）和卡瓦（8-1）；所述卡圈（8-3）由液压驱动系统控制上下运动，在卡圈（8-3）内壁上设置均布三组楔形滑槽（8-3-1），所述卡瓦（8-1）由三个卡瓦单体组成，三个卡瓦单体分别安装在对应的楔形滑槽（8-3-1）中。
3.根据权利要求2所述的立轴式钻机不停机倒杆装置，其特征在于，所述卡瓦（8-1）设有与钻杆（9）配合的卡接工作面（8-1-1），所述卡接工作面（8-1-1）为圆弧面结构。
4.根据权利要求3所述的立轴式钻机不停机倒杆装置，其特征在于，在所述卡瓦（8-1）的卡接工作面（8-1-1）上设置沿轴向和周向均匀分布的卡齿（8-1-2）。
5.根据权利要求4所述的立轴式钻机不停机倒杆装置，其特征在于，在所述卡瓦（8-1）外侧壁上设置压板（8-2），通过压板（8-2）与卡圈（8-3）的楔形滑槽（8-3-1）配合驱动卡瓦（8-1）径向移动，完成钻杆（9）的卡紧或松开动作。
6.根据权利要求1-5任一项所述的立轴式钻机不停机倒杆装置，其特征在于，在所述液压驱动系统中设有并联在液压主油路中的给进油缸驱动液压回路和卡盘驱动液压回路；
所述给进油缸驱动液压回路用于控制给进油缸4伸缩臂的伸缩动作；所述卡盘驱动液压回路用于控制上卡盘（1）及下卡盘（3）卡紧或松开钻杆（9）的动作。
一种立轴式钻机不停机倒杆装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及地质找矿钻探设备技术领域，特别是一种立轴式钻机不停机倒杆装置。
背景技术
[0002] 地质勘探过程中经常采用地质取心（样）技术来确定地下矿产资源，目前普遍使用两种类型的取心钻机进行取心钻探施工，一种是机械传动、液压控制的立轴式钻机；另一种是液压控制、液压驱动的全液压动力头钻机。
[0003] 机械驱动液压控制的立轴式钻机在钻进施工过程中需要配备六方或四方形状的主动钻杆，在加接钻杆时必须提出主动钻杆和提离孔底钻具，钻机还须后退移开孔口；另外机械传动的立轴给进行程短，钻进过程中需经常停机倒杆；因此机械驱动液压控制的立轴式钻机工作过程中的辅助时间长、效率低，还易造成破碎地层孔底坍塌、人为的岩心堵塞等孔内事故。
[0004] 现有全液压动力头钻机虽然具有给进行程长、效率高的优点，但制造、维修及使用成本高，工作过程中提下钻辅助时间长；并且液压驱动能耗较高，与具有相同钻深能力机械驱动的立轴钻机比较，液压驱动钻机的动力消耗是机械传动立轴钻机的2~2.4倍。
[0005] 通过以上分析可见，研究开发一种将现有的机械传动立轴地质取心钻机的低成本与全液压驱动动力头钻机的长行程结合起来、实现优势互补、便于维修和应用的高效低耗地质取心（样）钻进系统，对于目前积极推广实施的节能、减排、降耗战略方针具有非常重要的现实意义。实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是针对现有技术之弊端，提供一种工作效率高，节能减排效果好，制造、维修及使用成本低的立轴式钻机不停机倒杆装置。
[0007] 本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的：
[0008] 一种立轴式钻机不停机倒杆装置，包括卡盘、回转器和液压驱动系统；所述回转器通过分动箱与立轴式钻机的机械传动部分连接，回转器的壳体固定在分动箱壳体上；所述液压驱动系统中设有给进油缸，所述给进油缸固定在回转器的壳体上；所述卡盘包括上卡盘和下卡盘，所述上卡盘布置在回转器上方，与给进油缸的伸缩臂固定连接，所述下卡盘布置在回转器的下方，与回转器固定装配，在上卡盘及下卡盘中均设置三爪式卡瓦组件。
[0009] 上述立轴式钻机不停机倒杆装置，所述三爪式卡瓦组件包括卡圈和卡瓦；所述卡圈由液压驱动系统控制上下运动，在卡圈内壁上均布三组楔形滑槽，所述卡瓦由三个卡瓦单体组成，三个卡瓦单体分别安装在对应的楔形滑槽中。
[0010] 上述立轴式钻机不停机倒杆装置，所述卡瓦设有与钻杆配合的卡接工作面，所述卡接工作面为圆弧面结构。
[0011] 上述立轴式钻机不停机倒杆装置，在所述卡瓦的卡接工作面上设置沿轴向和周向均匀分布的卡齿。
[0013] 上述立轴式钻机不停机倒杆装置，在所述液压驱动系统中设有并联在液压主油路中的给进油缸驱动液压回路和卡盘驱动液压回路；所述给进油缸驱动液压回路用于控制给进油缸伸缩臂的伸缩动作；所述卡盘驱动液压回路用于控制上卡盘及下卡盘卡紧或松开钻杆的动作。
[0014] 本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置，采用机械立轴传动方式，由钻机的动力机通过机械传动部分、分动箱带动回转器运转；本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置去除了传统的四方或六方形状的主动钻杆，将现有立轴钻机的四方或六方卡瓦改进为三爪式圆弧面结构卡瓦，采用液压动力头钻机的液压给进和加接杆的控制方式。本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置通过上述结构实现了无主动钻杆、不停机倒杆及不让车加接钻杆的工作过程，达到了综合效果比现有地质岩心钻机钻进都要好的目的。
[0015] 经过试用实践证明，本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置与现有机械传动、液压控制的立轴钻机及全液压动力头钻机比较，具有钻进施工效率高、制造成本低、辅助时间少等优点，避免了传统立轴钻机提出孔内主动钻杆后加接钻杆所带来的一系列弊端。本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置工作效率比立轴钻机提高30~50%，比现有液压传动钻机提高10~20%；而成本比进口全液压动力头钻机的低12~15倍，比现有国产全液压动力头钻机的制造成本降低5倍；燃油消耗比全液压动力头钻机低76%~140%，理论推算，采用本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置完成1000米钻孔作业，与全液压驱动的钻机比较，可减少4~5吨的燃油消耗，节省成本2万多元。附图说明
[0016] 图1是立轴式钻机不停机倒杆装置与钻机装配关系示意图；
[0017] 图2是立轴式钻机不停机倒杆装置结构示意图；
[0018] 图3是图2中A-A剖面结构示意图；
[0019] 图4是三爪式卡瓦组件的主剖视图；
[0020] 图5是图4中B-B剖面结构示意图；
[0021] 图6是卡瓦单体剖面结构示意图；
[0022] 图7是卡圈剖面结构示意图；
[0023] 图8、图9是卡瓦松开钻杆的工作过程示意图（以下卡盘工作过程为例）；
[0024] 图10、图11、图12是本实用新型不停机倒杆过程示意图；
[0025] 图13是卡圈液压驱动系统原理图。
[0026] 图中各标号清单为：
[0027] 1、上卡盘，2、回转器，3、下卡盘，4、给进油缸，5、分动箱，6、机械传动部分，7、动力机，8、三爪式卡瓦组件，8-1、卡瓦，8-1-1、卡接工作面，8-1-2、卡齿，8-2、压板，8-3、卡圈，8-3-1、楔形滑槽，9、钻杆，10、油箱；
[0028] S1、第一换向阀，S2、第二换向阀，S3、第三换向阀，S4、第四换向阀，S5、第五换向阀，S6、第六换向阀，DT1、第一电磁铁，DT2、第二电磁铁，S7、第七换向阀，DT3、第三电磁铁，DT4、第四电磁铁；
[0029] G1、第一油路，G2、第二油路，G3、第三油路，G4、第四油路，G5、第五油路，G6、第六油路，G7、第七油路，G8、第八油路，G9、第九油路，G10、第十油路，K1、第一控制油路，K2、第二控制油路。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0031] 参看图1、图2、图3，本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置包括卡盘、回转器2和液压驱动系统；所述回转器2通过分动箱5与立轴式钻机的机械传动部分6连接，回转器2的壳体固定在分动箱5的壳体上；所述液压驱动系统中设有给进油缸4，所述给进油缸4固定在回转器2的壳体上；所述卡盘包括上卡盘1和下卡盘3；所述上卡盘1布置在回转器2上方，与给进油缸4的伸缩臂固定连接，钻机通过给进油缸4推动上卡盘1向上移动倒杆和向下移动给进；所述下卡盘3布置在回转器2的下方，与回转器2固定装配，随回转器作旋转运动；在上卡盘1及下卡盘3中均设置三爪式卡瓦组件8。
[0032] 参看图4、图5、图6、图7，在本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置中，所述三爪式卡瓦组件8包括卡圈8-3和卡瓦8-1；所述卡圈8-3由液压驱动系统控制上下运动，在卡圈8-3内壁上均布三组楔形滑槽8-3-1，所述卡瓦8-1由三个卡瓦单体组成，三个卡瓦单体分别安装在对应的楔形滑槽8-3-1中；在每一个卡瓦单体上均设有与钻杆9配合的卡接工作面8-1-1，所述卡接工作面8-1-1为圆弧面结构，在卡接工作面8-1-1上设置沿轴向和周向均匀分布的卡齿8-1-2；所述卡瓦8-1外侧壁上设置压板8-2，本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置通过压板8-2与卡圈8-3的楔形滑槽8-3-1配合驱动卡瓦8-1径向移动，实现钻杆9的卡紧或松开。
[0033] 参看图8、图9，在此以下卡盘3为例对卡瓦8-1的工作过程进行描述，当液压系统驱动卡圈8-3向下移动时，卡圈8-3的楔形滑槽8-3-1随之竖直向下移动，由于卡瓦8-1固定在回转器2上，其上下位置保持不变，因此在楔形滑槽8-3-1驱动下，卡瓦8-1沿径向向外移动，使卡瓦8-1的卡接工作面与钻杆9外圆柱面分离，卡瓦8-1将钻杆9松开；相反地，当液压系统驱动卡圈8-3向上移动时，卡圈8-3的楔形滑槽8-3-1随之竖直向上移动，在楔形滑槽8-3-1驱动下，卡瓦8-1沿径向向内移动，使卡瓦8-1的卡接工作面与钻杆9外圆柱面接触，卡瓦8-1将钻杆9卡紧。
[0034] 参看图10、图11、图12，本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置以钻机的动力机7作为主动力源，通过机械传动部分6、分动箱5带动回转器2运转，以液压驱动系统作为给进动力源和卡盘动作动力源，通过给进油缸4驱动钻杆9钻进，通过卡盘动作实现钻杆的卡紧与放松；当给进油缸4驱动上卡盘1钻进到下止点位置时，给进油缸4自动停止下行，此时由下卡盘3卡紧并带动钻杆9与上卡盘1同步回转（如图10所示）；然后上卡盘1通过自动或手动控制松开钻杆9，由下卡盘3卡紧并带动钻杆9继续回转；上卡盘1由给进油缸4驱动上行至上止点位置，上卡盘1通过液压触控阀的控制自动卡紧钻杆9并与下卡盘3同步回转（如图11所示）；然后，下卡盘3松开钻杆，由上卡盘1带动钻杆9继续回转并开始向下给进（如图12所示），完成一次倒杆工作过程。钻进施工中上卡盘1与下卡盘3重复交替卡紧钻杆，直至钻进完成一根钻杆长度后停机进行加接新钻杆作业。
[0035] 本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置在完成一根钻杆钻进作业后，加接新钻杆的过程也与传统方法不同，由于去除了四方或六方形状的主动钻杆，所以无需提出已经进入孔内的钻杆，而是采用在钻机立轴上卡盘1上端加接的方式，即卸开立轴式钻机上配置的水龙头，将新加接的钻杆连接到水龙头下端，通过钻机的卷扬机提起水龙头和钻杆，并与钻机卡盘内部的钻杆连接起来，然后重复上述过程继续钻进。
[0036] 参看图13，在本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置中，所述液压驱动系统中设有并联在液压主油路中的给进油缸驱动液压回路和卡盘驱动液压回路；所述给进油缸驱动液压回路用于控制给进油缸4伸缩臂的伸缩动作；所述卡盘驱动液压回路用于控制上卡盘1及下卡盘3卡紧或松开钻杆9的动作，在卡盘驱动液压回路中设有联通上卡盘1的第一控制油路K1和联通下卡盘3的第二控制油路K2；在给进油缸驱动液压回路和卡盘驱动液压回路中设置一组换向阀，所述换向阀组包括第一换向阀S1、第二换向阀S2、第三换向阀S3、第四换向阀S4、第五换向阀S5、第六换向阀S6和第七换向阀S7，所述第一换向阀S1为手动四位六通换向阀，其中两个接口分别通过第一油路G1、第二油路G2并联在给进油缸驱动液压回路中，所述第二换向阀S2为手动三位四通换向阀，其中两个接口分别通过第三油路G3、第四油路G4并联在卡盘驱动液压回路中，所述第三换向阀S3为手动三位六通换向阀，其中一个接口通过第五油路G5与第六换向阀S6接口连接，所述第四换向阀S4、第五换向阀S5均为二位二通换向阀，连接在卡盘驱动液压回路中；所述第六换向阀S6为三位四通电磁阀，在第六换向阀S6两端设有第一电磁铁DT1和第二电磁铁DT2，第六换向阀S6的两个接口通过第七油路G7、第八油路G8并联在给进油缸驱动液压回路中，所述第七换向阀S7为三位四通电磁阀，在第七换向阀S7两端设有第三电磁铁DT3和第四电磁铁DT4，第七换向阀S7的两个接口通过第九油路G9、第十油路G10连接在卡盘驱动液压回路中。
[0037] 参看图13，本实用新型所述的立轴式钻机不停机倒杆装置可通过液压系统控制卡盘的动作来辅助完成加装新钻杆、手动液压控制钻进和自动液压控制钻进作业过程：
[0038] 一、当卡盘内需加装新钻杆时，其具体操作步骤为：a、扳动第五换向阀S5的手柄至上位，扳动第二换向阀S2的手柄至上位，液压油经第三油路G3通过第四换向阀S4进入下卡盘3中，由于此时下卡盘3的回油油路关闭，下卡盘3处于打开状态，第三油路G3中压力增大；b、液压油进入上卡盘1中，上卡盘1处于打开状态；c、在上卡盘1和下卡盘3均处于打开状态后，将新钻杆从上卡盘1中插入；d、插入新钻杆后，第五换向阀S5、第二换向阀S2恢复图13所示状态。
[0039] 二、采用手动液压控制钻进方式时，其具体操作步骤为：a、扳动第一换向阀S1至下位，第二油路G2进油，第一油路G1回油，给进油缸4的伸缩臂回缩，上卡盘1向下移动，钻机正常钻进；b、上卡盘1移动到下止点位置时，扳动第一换向阀S1至中位，扳动第二换向阀S2的手柄至上位，第三油路G3进油，液压油经第四换向阀S4进入下卡盘3中，下卡盘3处于夹紧状态，第三油路G3中压力增大；c、液压油由第三油路G3进入上卡盘1中，上卡盘1松开，此时液压油压力达到8MPa，第二控制油路K2推动第四换向阀S4至左位，保持下卡盘3中的油压；d、扳动第二换向阀S2至中位，扳动第一换向阀S1至上位，第一油路G1进油，第二油路G2回油，给进油缸4的伸缩臂伸出，上卡盘1向上移动；e、当上卡盘1运动至上止点位置时，扳动第一换向阀S1至中位；f、扳动第二换向阀S2至下位，第四油路G4进油，第三油路G3回油，第一控制油路K1进油，上卡盘1的液压油流回油箱10中，上卡盘1夹紧，第四油路G4中油液进入下卡盘3中，下卡盘3处于松开状态；g、扳动第二换向阀S2至中位，扳动第一换向阀S1至下位，第二油路G2进油，第一油路G1回油，给进油缸4的伸缩臂回缩，上卡盘1向下移动，钻机正常钻进。
[0040] 三、采用自动液压控制钻进方式时，其具体操作步骤为：a、扳动第三换向阀S3至上位，第五油路G5进油，钻机PLC控制系统发出指令，第一电磁铁DT1得电，第六换向阀S6切换至下位，第八油路G8进油，第七油路G7回油，给进油缸4的伸缩臂回缩，上卡盘1向下移动，钻进正常钻进；b、当上卡盘1移动到下止点位置时，PLC控制系统控制第一电磁铁DT1失电，第六换向阀S6至中位，第三电磁铁DT3得电，第七换向阀S7至上位，第九油路G9进油，液压油通过第四换向阀S4进入下卡盘3中，驱动下卡盘3夹紧钻杆后，第九油路G9中油压增大；c、液压油由第九油路G9进入上卡盘1中，驱动上卡盘1松开钻杆（由于上卡盘1设有传统的氮气弹簧夹紧机构，为克服氮气弹簧夹紧力，控制上卡盘1松开的液压油压力需达到8MPa），第二控制油路K2中油液推动第四换向阀S4至左位，保持下卡盘3中油压的稳定；d、在保持第七换向阀S7上位8秒钟后，钻机PLC控制系统发出指令，第三电磁铁DT3失电，第七换向阀S7至中位，第二电磁铁DT2得电，第六换向阀S6至上位，第七油路G7进油，给进油缸4的伸缩臂伸出，上卡盘1向上移动至上止点，PLC控制系统控制第二电磁铁DT2失电，第六换向阀S6至中位；e、PLC控制系统控制第四电磁铁DT4得电，第七换向阀S7至下位，第十油路G10进油，第九油路G9回油，第一控制油路K1进油，上卡盘1中的液压油回油箱10中，上卡盘1处于夹紧状态，第十油路G10中液压油进入下卡盘3，驱动下卡盘3松开；f、保持第七换向阀S7下位8秒钟后，PLC控制系统控制第四电磁铁DT4失电，第七换向阀S7至中位，PLC控制系统控制第一电磁铁DT1得电，第八油路G8进油，第七油路G7回油，给进油缸4的伸缩臂回缩，上卡盘1向下移动，钻机正常钻进。
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