本技術(shù)屬于地質(zhì)鉆探設備領(lǐng)域,尤其涉及一種巖心鉆機動力頭總成。
背景技術(shù):
1、在地質(zhì)鉆探作業(yè)中,鉆桿在對地面作業(yè)時正常采用旋轉(zhuǎn)式鉆進的作業(yè)方式,因此需要一個強大的動力源來驅(qū)動鉆桿,動力頭就是鉆桿與動力源之間的傳動裝置,鉆桿在整個鉆探過程中的鉆進深度可達上千米,這種級別的鉆進可能會遇到各種不同質(zhì)地的巖層,并且需要動力頭夾持上百根相互連接的鉆桿,鉆進的持續(xù)時間長,燃料消耗量大,不同巖層的鉆進需要不同的鉆桿鉆速調(diào)整,長時間的鉆進對設備的冷卻和穩(wěn)定性都提出了很高的要求,現(xiàn)有的動力頭動力輸出模式單一,冷卻效果差,部分部件設計不合理導致運行不穩(wěn)定。因此現(xiàn)有技術(shù)急需一種適應性更強,運行更加穩(wěn)定的巖心鉆機動力頭總成。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本實用新型目的在于提供一種巖心鉆機動力頭總成,以解決鉆機在整個鉆探過程中的鉆進深度可達上千米,這種級別的鉆進會遇到各種不同質(zhì)地的巖層,并且需要動力頭夾持上百根相互連接的鉆桿,鉆進的持續(xù)時間長,燃料消耗量大,因此需要動力頭系統(tǒng)有更多的功能和更好結(jié)構(gòu)來解決這些技術(shù)問題,提供一種適應性更強,運行更加穩(wěn)定的巖心鉆機動力頭總成。
2、為實現(xiàn)上述目的,本實用新型的具體技術(shù)方案如下:
3、一種巖心鉆機動力頭總成,包括:驅(qū)動件、變速箱以及動力頭本體,所述變速箱具有輸入軸、中間軸、輸出軸和換擋組件,所述輸入軸與所述驅(qū)動件傳動連接,所述輸入軸與所述中間軸齒輪嚙合傳動,所述中間軸與所述輸出軸對應設置兩組或多組傳動比相異的齒輪組,所述換擋組件用于控制齒輪組在傳動比相異的嚙合檔位之間進行切換,實現(xiàn)不同檔位的中間軸和輸出軸之間的鎖定傳動和空擋傳動,所述輸出軸與所述動力頭本體配合傳動;所述動力頭本體內(nèi)設置有用于對鉆桿夾持的鉆桿夾持組件,所述鉆桿夾持組件包括卡瓦,所述卡瓦的夾緊力由彈性部件提供;所述動力頭總成包含有冷卻循環(huán)組件;變速箱作為動力頭本體與驅(qū)動件之間的傳動設備,通過調(diào)控不同傳動比的齒輪組形成動力傳輸?shù)耐?;來控制動力頭本體的鉆速和扭矩以應對不同環(huán)境的工作需要,提高了工作效率。
4、進一步的,所述輸入軸與所述輸出軸共軸且相對轉(zhuǎn)動連接,所述輸入軸固定設置有塔形齒輪,所述塔形齒輪具有與輸出軸轉(zhuǎn)動套接的套接端、以及與驅(qū)動件傳動連接的傳動端;
5、所述輸出軸遠離所述塔形齒輪的方向依次轉(zhuǎn)動套設有中速輸出齒輪和低速輸出齒輪,所述低速輸出齒輪的齒徑大于所述中速輸出齒輪;
6、沿變速箱動力傳輸方向所述中間軸固定設置有齒徑依次減小的傳動中間齒輪、中速中間齒輪和低速中間齒輪,所述傳動中間齒輪與所述塔形齒輪的套接端嚙合,所述中速中間齒輪與所述中速輸出齒輪嚙合,所述低速中間齒輪與所述低速輸出齒輪嚙合;
7、所述塔形齒輪與中速輸出齒輪之間、以及所述中速輸出齒輪與所述低速輸出齒輪之間夾設同步組件,所述同步組件用于將塔形齒輪或中速輸出齒輪或低速輸出齒輪與所述輸出軸鎖定。通過這樣的設計,輸入軸與輸出軸共軸節(jié)省了變速箱所需要的空間;驅(qū)動件帶動塔形齒輪轉(zhuǎn)動,由于塔形齒輪與輸出軸是轉(zhuǎn)動套設、與傳動中間齒輪嚙合,此時中間軸轉(zhuǎn)動;雖然中間軸整個轉(zhuǎn)動且中速中間齒輪與中速輸出齒輪嚙合、低速中間齒輪與低速輸出齒輪嚙合,但是中速輸出齒輪和低速輸出齒輪與輸出軸是轉(zhuǎn)動套接的,因此輸出軸此時不轉(zhuǎn)動;當控制不同的同步組件將塔形齒輪或中速輸出齒輪或低速輸出齒輪與輸出軸鎖定時,驅(qū)動件的才能將轉(zhuǎn)動傳動到輸出軸上。
8、進一步的,所述同步組件包括花鍵骨、同步齒圈和結(jié)合套,所述花鍵骨與所述輸出軸鍵槽固定,所述花鍵骨外緣沿軸向均布有凸鍵,所述同步齒圈外緣沿軸向設置有與凸鍵適配的同步凸鍵,所述結(jié)合套內(nèi)緣沿軸向均布有結(jié)合凹槽,所述結(jié)合凹槽用于同時與凸鍵和同步凸鍵配合或與凸鍵單獨配合;
9、所述結(jié)合套可沿所述花鍵骨的軸向滑動,所述花鍵骨包括高速檔花鍵骨和中低速檔花鍵骨,所述高速檔花鍵骨夾設于所述塔形齒輪與所述中速輸出齒輪之間,所述中低速檔花鍵骨夾設于所述中速輸出齒輪與所述低速輸出齒輪之間;
10、所述結(jié)合套包括高速檔結(jié)合套和中低速檔結(jié)合套,所述高速檔結(jié)合套與所述高速檔花鍵骨配合套設,所述中低速檔結(jié)合套與所述中低速檔花鍵骨配合套設;
11、所述同步齒圈包括高速檔同步齒圈、中速檔同步齒圈和低速檔同步齒圈,所述高速檔同步齒圈固定于所述塔形齒輪靠近所述高速檔花鍵骨一側(cè),所述中速檔同步齒圈固定于所述中速輸出齒輪靠近所述中低速檔花鍵骨一側(cè),所述低速檔同步齒圈固定于所述低速輸出齒輪靠近所述中低速檔花鍵骨一側(cè)。所述換擋組件包括換擋桿、固定封板、撥檔軸、撥檔塊、撥叉軸和撥叉片;
12、撥檔軸沿第一方向貫穿所述固定封板,所述固定封板與變速箱外殼固定,所述撥檔軸的一端與換擋桿連接、另一端固定設置有撥檔塊;
13、所述撥叉軸沿第二方向設置,所述撥叉片與所述撥叉軸滑動套設,所述撥叉片的開口端將結(jié)合套夾持,所述撥叉片的安裝端與所述撥檔塊在第二方向上形成驅(qū)動連接,所述換擋桿通過所述撥檔軸控制撥檔塊活動,所述撥檔塊配置為推動所述撥叉片在所述撥叉軸上沿第二方向滑動。通過這樣的設計,花鍵骨與輸出軸鎖定,結(jié)合套與花鍵骨鎖定,將結(jié)合套的一部分套設于花鍵骨上、一部套設于同步齒圈上,此時塔形齒輪或中速輸出齒輪或低速輸出齒輪就與輸出軸鎖定,以此來實現(xiàn)對輸出軸的扭矩和轉(zhuǎn)速的控制。
14、進一步的,所述換擋桿端部設置有推動塊,所述推動塊與所述撥檔軸的連接位置開設有扁平通孔,所述撥檔軸插入所述扁平通孔的一端為扁平轉(zhuǎn)動端,所述推動塊與所述扁平轉(zhuǎn)動端沿第二方向設置有銷栓固定,所述換擋桿以所述銷栓中心軸為軸心轉(zhuǎn)動,帶動撥檔軸相對于固定封板滑動;
15、所述換擋桿還包括與所述推動塊一體成型的弧形凸臺、以及與變速箱外殼固定的支點塊,所述支點塊沿第二方向開設有v型定位槽,所述v型定位槽的開口方向朝向所述弧形凸臺,所述弧形凸臺的部分頂入所述v型定位槽內(nèi),所述v型定位槽對所述弧形凸臺在第一方向上形成限位、在第二方向上形成滑動配合。通過這樣的設計,換擋桿控制撥檔軸、撥檔軸帶動撥檔塊、撥檔塊推動撥叉片、撥叉片帶動結(jié)合套,當工作人員操控換擋桿,控制結(jié)合套將不同的擋位輸出齒輪與輸出軸鎖定。
16、進一步的,所述換擋桿端部設置有推動塊,所述推動塊與所述撥檔軸的連接位置開設有扁平通孔,所述撥檔軸插入所述扁平通孔的一端為扁平轉(zhuǎn)動端,所述推動塊與所述扁平轉(zhuǎn)動端沿第二方向設置有銷栓固定,所述換擋桿以所述銷栓中心軸為軸心轉(zhuǎn)動,帶動撥檔軸相對于固定封板滑動;
17、所述換擋桿還包括與所述推動塊一體成型的弧形凸臺、以及與變速箱外殼固定的支點塊,所述支點塊沿第二方向開設有v型定位槽,所述v型定位槽的開口方向朝向所述弧形凸臺,所述弧形凸臺的部分頂入所述v型定位槽內(nèi),所述v型定位槽對所述弧形凸臺在第一方向上形成限位、在第二方向上形成滑動配合。扁平通孔、扁平轉(zhuǎn)動端的設計是為了,在不影響撥檔軸沿第二方向滑動的情況下,當工作人員在第一方向推動換擋桿時,撥檔軸會沿自身軸線轉(zhuǎn)動,扁平通孔與扁平轉(zhuǎn)動端之間使用銷栓固定,是為了工作人員沿第二方向推動換擋桿時,換擋桿的弧形凸臺受v型定位槽限位,換擋桿撥檔軸的連接處可沿第一方向產(chǎn)生位移從而沿第一方向推動或抽離所述撥檔軸,所述v型定位槽的設計,使得換擋桿在以v型定位槽為支點沿第一方向搬動時更加順暢。
18、進一步的,所述撥檔塊呈u型,u型的所述撥檔塊兩端延伸出兩條支腿,兩條所述支腿的相對面形成高速檔撥檔凸臺和中低速檔撥檔凸臺,所述撥叉軸穿設有限位銷軸,所述限位銷軸在第一方向上與所述高速檔撥檔凸臺和中低速檔撥檔凸臺同軸,所述限位銷軸沿第一方向可滑動;
19、所述撥叉片包括高速檔撥叉片和中低速檔撥叉片、所述高速檔撥叉片和中低速檔撥叉片在第二方向上以限位銷軸為界線分設于兩側(cè);
20、在第一方向上以所述撥叉軸為界線、所述高速檔撥叉片和中低速檔撥叉片在相異的兩側(cè)凸起設置高速檔撥叉塊和中低速檔撥叉塊,所述限位銷軸能夠同時對高速檔撥叉塊和中低速檔撥叉塊在第二方向上的活動形成限制;
21、所述高速檔撥檔凸臺與所述限位銷軸之間預留有換擋間隙,所述高速檔撥叉塊上開設有高速檔撥叉滑槽,所述限位銷軸和高速檔撥檔凸臺沿同一軸線在高速檔撥叉滑槽內(nèi)滑動,便于實現(xiàn)高速檔撥檔凸臺與高速檔撥叉滑槽單獨配合、或限位銷軸與高速檔撥叉滑槽單獨配合、或高速檔撥檔凸臺和限位銷軸與高速檔撥叉滑槽同時配合;
22、所述中低速檔撥檔凸臺與所述限位銷軸之間預留有換擋間隙,所述中低速檔撥叉塊上開設有中低速檔撥叉滑槽,所述限位銷軸和中低速檔撥檔凸臺沿同一軸線在中低速檔撥叉滑槽內(nèi)滑動,便于實現(xiàn)中低速檔撥檔凸臺與中低速檔撥叉滑槽單獨配合、或限位銷軸與中低速檔撥叉滑槽單獨配合、或中低速檔撥檔凸臺和限位銷軸與中低速檔撥叉滑槽同時配合。通過這樣的設計,高速檔撥叉片用于控制塔形齒輪與輸出軸的鎖定,中低速檔撥叉片用于控制中速輸出齒輪或低速輸出齒輪與輸出軸的鎖定,當需要調(diào)控變速箱的不同檔位時,需要先水平方向推動撥檔塊,撥檔塊將限位銷軸推動,使得限位銷軸只能限制一個撥叉片的活動,在向上或向下推動撥檔塊,撥檔凸臺推動撥叉片上移或下移。
23、進一步的,所述撥叉片與所述撥叉軸套接位置固定設有波珠螺絲,所述波珠螺絲的活動端沿第二方向朝向所述撥叉軸,所述撥叉軸與所述波珠螺絲貼合處設有分級槽,所述分級槽由三段連續(xù)的環(huán)形凹槽組成,所述活動端與所述分級槽配合裝配。通過這樣的設計,在撥叉片受到的推動力超過波珠螺絲縮入的預設力度時,波珠螺絲縮入跳動到下一級或上一級的分級槽內(nèi),防止撥叉片過于松動受到震動容易產(chǎn)生位移,使得擋位不穩(wěn)定。
24、進一步的,所述動力頭本體包括主軸和主軸齒輪,所述主軸齒輪與主軸鍵槽固定,所述輸出軸設置有終端輸出齒輪,所述終端輸出齒輪與所述主軸齒輪通過過渡齒輪傳動連接,所述過渡齒輪通過鍵槽固定于過渡軸。過渡軸的設計是因為輸出軸與動力頭本體之間間隔有一定的距離,為避免動力的終端輸出齒輪或主軸齒輪的齒徑過大浪費動力。輸出軸還能為驅(qū)動泵供能。
25、進一步的,還包括基座殼體,所述基座殼體為變速箱、動力頭本體和過渡軸提供安裝位置,所述變速箱的變速箱外殼與所述基座殼體固定安裝,所述輸入軸、中間軸和輸出軸與所述變速箱外殼和/或基座殼體軸承連接,所述動力頭本體包括與所述基座殼體固定安裝的動力頭本體外殼、和與所述基座殼體轉(zhuǎn)動安裝的主軸,所述動力頭本體外殼包括第一承重凸臺、第二承重凸臺、碟簧外殼、油缸殼、卡盤罩和頂蓋,所述第一承重凸臺和第二承重凸臺與所述基座殼體固定連接,所述第一承重凸臺沿遠離所述基座殼體的方向依次搭接碟簧外殼、油缸殼、卡盤罩和頂蓋,所述頂蓋的中心位置設置有鉆桿軸套。通過這樣的設計,動力頭本體的主軸需要轉(zhuǎn)動;而動力頭本體外殼不需要轉(zhuǎn)動,因此主軸需要通過軸承與基座殼體連接,而軸承無法承受過大的徑向力,因此將動力頭本體外殼與基座殼體固定,減輕一部分主軸上的軸承在徑向上的壓力。
26、進一步的,所述動力頭本體設置有鉆桿夾持組件,所述鉆桿夾持組件包括卡瓦、錐度卡環(huán)和動力件,所述錐度卡環(huán)的內(nèi)壁具有斜槽,所述卡瓦貫穿設置于主軸的側(cè)壁,所述側(cè)壁上開設有容納卡瓦沿主軸徑向滑動的卡瓦槽;
27、所述卡瓦槽上設置有限制卡瓦沿主軸軸向滑動的限位滑動面,所述卡瓦還具有與所述斜槽滑動配合的傾斜面,所述動力件為所述錐度卡環(huán)沿主軸的軸向滑動供力。通過這樣的設計,當錐度卡環(huán)上下活動時會帶動卡瓦也有活動的趨勢,由于卡瓦在主軸的軸向上被限位,卡瓦只能與斜槽進行相對的滑動,而錐度卡環(huán)在上下活動時,斜槽與卡瓦配合位置的厚度會產(chǎn)生變化,從而將推動卡瓦沿主軸的徑向活動。
28、進一步的,所述動力件包括碟簧和驅(qū)動油缸,所述碟簧套設于所述主軸外壁,所述碟簧的一端與主軸外壁固定的防水擋環(huán)抵持、另一端與錐度卡環(huán)抵持,所述碟簧沿反鉆進方向推動所述錐度卡環(huán)、所述錐度卡環(huán)沿主軸徑向推動所述卡瓦內(nèi)滑夾緊鉆桿;
29、所述驅(qū)動油缸包括活塞套和油缸殼,所述活塞套與所述錐度卡環(huán)固定連接,所述活塞套沿鉆進方向推動所述錐度卡環(huán)、所述錐度卡環(huán)沿主軸徑向拉動所述卡瓦外擴松開鉆桿;
30、所述活塞套套設于所述錐度卡環(huán),所述油缸殼套設于所述活塞套,所述油缸殼與所述活塞套的貼合面設置有階梯結(jié)構(gòu)、所述階梯結(jié)構(gòu)配合形成液壓腔;
31、所述活塞套與錐度卡環(huán)之間通過第一錐列軸承轉(zhuǎn)動連接,所述第一錐列軸承包括第一錐列外環(huán)、第一錐列滾珠和第一錐列內(nèi)環(huán),所述第一錐列外環(huán)與所述活塞套固定,所述第一錐列內(nèi)環(huán)與軸承托盤固定;
32、所述活塞套通過減負彈簧與油缸殼連接,所述軸承托盤與所述錐度卡環(huán)固定連接,所述第一錐列軸承為分體式軸承;
33、所述活塞套的頂部固定設置有彈簧壓座,所述彈簧壓座具有多個沿鉆進方向設置的彈簧安裝栓,所述彈簧安裝栓的端部插入所述油缸殼頂部,所述油缸殼頂部開設有多個容納彈簧安裝栓上下滑動的緩沖孔,所述彈簧安裝栓與緩沖孔之間壓縮安裝有減負彈簧。通過這樣的設計,通常情況下,卡瓦通過碟簧的彈性預緊力對鉆桿進行夾持,當需要更換鉆桿時,驅(qū)動油缸往液壓腔內(nèi)注入油液推動活塞套下移,活塞套帶動錐度卡環(huán)下移,卡瓦隨著錐度卡環(huán)的下移逐漸遠離所述主軸的中心軸松開鉆桿。
34、進一步的,所述錐度卡環(huán)的斜槽設置有多個,所述斜槽的槽底具有拓寬卡瓦滑道,所述拓寬卡瓦滑道內(nèi)滑動設置卡瓦滑道板,所述卡瓦滑道板與卡瓦的傾斜面配合固定,所述卡瓦遠離所述傾斜面的一側(cè)設置有合金卡瓦安裝槽,所述合金卡瓦安裝槽沿背離所述卡瓦的方向逐步收窄,所述合金卡瓦安裝焊接設置合金卡瓦,所述合金卡瓦為梯形塊,所述合金卡瓦的夾持面設有尖齒結(jié)構(gòu),所述合金卡瓦安裝槽在所述合金卡瓦的兩端設置有防脫螺絲。通過這樣的設計,卡瓦在夾緊鉆桿時,尖齒結(jié)構(gòu)能夠頂入鉆桿的外壁,增加卡瓦對鉆桿的夾持力。合金卡瓦的梯形結(jié)構(gòu)在其插入合金卡瓦安裝槽內(nèi)時,合金卡瓦的梯形塊結(jié)構(gòu)能夠防止其從合金卡瓦安裝槽的槽口處脫離,而合金卡瓦安裝槽的倆端部又設置有防脫螺絲,當合金卡瓦在長期使用后焊接不在牢固時,避免合金卡瓦掉落進入動力頭本體內(nèi)部,導致動力頭本體損壞。
35、進一步的,所述主軸與所述基座殼體上端配合安裝處套設有圓柱滾子軸承和第二錐列軸承,所述主軸與所述基座殼體下端面配合安裝處套設有第三錐列軸承和滾珠軸承;
36、所述圓柱滾子軸承和所述第二錐列軸承將基座殼體與主軸齒輪轉(zhuǎn)動連接,所述圓柱滾子軸承包括圓柱滾子外環(huán)和圓柱滾子內(nèi)環(huán),所述第二錐列軸承包括第二錐列外環(huán)、第二錐列滾珠和第二錐列內(nèi)環(huán),所述圓柱滾子外環(huán)與基座殼體固定連接、所述圓柱滾子內(nèi)環(huán)與所述軸體固定連接,所述第二錐列外環(huán)與所述圓柱滾子內(nèi)環(huán)抵接、所述第二錐列內(nèi)環(huán)與所述主軸齒輪固定,所述圓柱滾子內(nèi)環(huán)與所述第二錐列外環(huán)之間夾設有墊環(huán);
37、所述第三錐列軸承包括第三錐列外環(huán)、第三錐列滾珠和第三錐列內(nèi)環(huán),所述滾珠軸承包括滾珠外環(huán)和滾珠內(nèi)環(huán),所述主軸靠近所述主軸齒輪底部的位置外擴形成承重凸塊,所述第三錐列軸承和所述滾珠軸承沿鉆進方向依次套設于所述承重凸塊與第二承重凸臺之間,所述第三錐列軸承和所述滾珠軸承之間夾設有彈簧套,第二承重凸臺靠近所述滾珠外環(huán)的部分凸起形成抵持塊a,所述彈簧套靠近所述滾珠外環(huán)的底部凸起形成抵持塊b,所述彈簧套靠近所述第三錐列外環(huán)的一側(cè)設置彈簧裝配槽,所述彈簧裝配槽內(nèi)壓縮設置有多個推力彈簧。通過這樣的設計,錐列軸承為分體式軸承且第三錐列軸承為整個主軸的承重軸承,第三錐列軸承如果因長期使用受到磨損,第三錐列外環(huán)與第三錐列內(nèi)環(huán)會產(chǎn)生間隙影響使用,彈簧套內(nèi)的推力彈簧能夠?qū)⒌谌F列外環(huán)上頂,使得第三錐列軸承能夠平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動。
38、進一步的,還包括循環(huán)噴淋潤滑組件,所述循環(huán)噴淋潤滑組件包括沿潤滑液循環(huán)方向依次設置的油液收集罐、驅(qū)動泵、冷卻件、?潤滑入口和潤滑出口,所述油液收集罐連通于基座殼體在高度方向上的最低處。通過這樣的設計,潤滑油從潤滑入口處噴向變速箱、動力頭本體和基座殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動的軸承和齒輪上,既能夠降低軸承和齒輪轉(zhuǎn)動處的摩擦力,又能夠通過潤滑油降低軸承和齒輪的溫度。
39、進一步的,所述驅(qū)動泵與過渡軸傳動連接,所述過渡軸配置為所述驅(qū)動泵的動力源,所述油液收集罐內(nèi)設置有油液容腔。通過這樣的設計,過渡軸為驅(qū)動泵提供動能,既能夠保證循環(huán)噴淋潤滑組件與變速箱和動力頭本體同時工作,有無需為驅(qū)動泵單獨供能,減少能源消耗。所述油液容腔內(nèi)設置有過濾網(wǎng),所述油液收集罐的底部設有出油口。通過這樣的設計,過濾網(wǎng)對從基座殼體內(nèi)部流落的潤滑油進行以此粗濾,防止有雜志進入循環(huán)噴淋潤滑組件的管路中造成堵塞,出油口設計在油液收集罐的底部,能夠最大程度的抽出油液收集罐內(nèi)收集儲存的潤滑油。所述油液收集罐與所述驅(qū)動泵之間設有過濾器。所述冷卻件為分流冷卻板,所述分流冷卻板具有總進管和總出管,所述總進管和總出管之間連通若干分管,所述分流冷卻板還設置有冷卻風扇,所述冷卻風扇的出風位置與所述分管相配合。通過這樣的設計,分管將大股的潤滑油分為若干小股,風扇在對潤滑油降溫時更加高效。所述冷卻件與所述潤滑入口之間設置有分流器,所述分流器具有與所述冷卻件管道連通的進流口、以及與所述潤滑入口相管道連通的分流出口。所述潤滑入口在基座殼體、變速箱外殼和動力頭本體外殼上設置有多個。通過這樣的設計,對變速箱和動力頭本體的轉(zhuǎn)動位置進行潤滑和降溫。
40、本實用新型的有益效果為:變速箱作為動力頭本體與驅(qū)動件之間的傳動設備,通過調(diào)控不同傳動比的齒輪組形成動力傳輸?shù)耐?;來控制動力頭本體的鉆速和扭矩以應對不同環(huán)境的工作需要,提高了工作效率。