CN101812966B - 工程钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程钻机，包括动力头、主动钻杆、给进油缸、龙门架和将主动钻杆相对机架竖直固定的卡盘，主动钻杆竖直通过动力头主轴，龙门架包括左立柱和右立柱，动力头的两侧分别卡在左立柱和右立柱上并与对应侧的立柱单自由度滑动配合；给进油缸为两个，分别固定设置在左立柱和右立柱的底部，进给油缸的活塞杆竖直向上与动力头固定，卡盘设置在动力头的下方，主动钻杆卡在卡盘内。本发明的动力头支撑架采用龙门立柱结构，动力头的两侧分别卡在龙门架的左立柱和右立柱上，通过给进油缸实现动力头上下移动，行程可在1米左右，竖直移动精度高，卡盘设置在动力头的下方，操作人员可直接操作，无需攀爬钻机，既安全，又方便、高效。

Description

工程钻机

技术领域

本发明涉及一种建筑施工设备，尤其涉及一种工程钻机。 

背景技术

工程钻机是用于高层建筑、港口、码头、水坝、电力、桥梁等工程的大口径灌注桩施工的钻机。 

现有技术中，工程钻机包括机架座、钻杆电机、离合器、减速器、卷扬电机、卷扬机、立轴、卡盘、支撑柱和主动钻杆。动力由齿轮轴传输给立轴，然后通过卡盘传递给竖直穿过立轴中心的主动钻杆，而立轴、卡盘两侧分别固定安装在两竖直向上的进给油缸的活塞杆上，由于立轴在传递进给油缸给进力时需上下移动，立轴下部又与齿轮轴连接，卡盘只能位于立轴的上方；钻杆电机通过一组离合器和减速器驱动立轴并带动主动钻杆转动；卷扬电机通过另一组离合器和减速器驱动卷扬机。 

上述结构的工程钻机主要存在下述不足：一、立轴、卡盘作为动力的输出部件并未直接固定安装在支撑柱上，而是固定在两个进给油缸的活塞杆上，为保证设备大口径灌注桩施工的稳定性，且用于大扭矩传递的立轴过长加工难度大，因此立轴的移动行程短，只在0.5～0.6米之间，灌注桩一次装卸主动钻杆钻进距离短；二、主动钻杆在轴向上仅仅依靠两个油缸的活塞杆定位，稳定性较差，钻孔精度不高，且易出现卡钻等事故；三、卡盘设置在立轴的上方，每次夹持主动钻杆时，操作人员都必须攀爬到卷扬机的上方进行卡盘夹持操作，既不安全，又费时间；四、主动钻杆转动由一组钻杆电机、离合器和减速器驱动，而卷扬机由另一组卷扬电机、离合器和减速器驱动，因此，装置相对较多，占用空间大，成本高；五、所有的装置固定安装在机架座上，相互之间无相对滑动，一 次性作业范围小。 

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种可实现动力头竖直滑动，主动钻杆行程距离大，钻孔稳定性好，操作更方便、安全的工程钻机，而且该工程钻机占用空间小，成本低，同时可实现步履行走，作业范围广。 

本发明提供的工程钻机，包括机架座以及设置在机架座上的电机、离合器、变速器、换向器、六方转动轴、动力头、主动钻杆、给进油缸、龙门架和将主动钻杆相对进给油缸的活塞杆竖直固定的卡盘，所述主动钻杆竖直穿过动力头，所述电机通过离合器和变速器将动力传递给六方转动轴，六方转动轴通过齿啮合驱动主动钻杆；所述龙门架包括左立柱和右立柱，所述动力头的两侧分别卡在左立柱和右立柱上并与对应侧的立柱上下单自由度滑动配合；所述给进油缸为两个，分别固定设置在左立柱和右立柱的底部，进给油缸的活塞杆竖直向上与动力头固定，所述卡盘设置在动力头的下方，主动钻杆夹持于卡盘内。 

进一步，还包括换向器和链轮箱，所述换向器包括动力输入轴、轴齿轮、输出轴、换向器主轴、第一小圆弧锥齿轮、大圆弧锥齿轮、第二小圆弧锥齿轮和减速齿轮，所述动力输入轴与减速器的动力输出轴连接，所述第一小圆弧锥齿轮安装在动力输入轴上，所述大圆弧锥齿轮安装在轴齿轮上，所述第二小圆弧锥齿轮安装在输出轴上，所述第一小圆弧锥齿轮和大圆弧锥齿轮齿啮合，所述大圆弧锥齿轮和第二小圆弧锥齿轮齿啮合，所述输出轴通过第一离合器与链轮箱的链轮连接，轴齿轮依次通过减速齿轮和第二离合器与换向器主轴连接，所述换向器主轴与六方转动轴固定连接； 

进一步，所述第一离合器包括滑移齿轮以及驱动滑移齿轮与减速齿轮啮合或脱离的操纵机构，所述滑移齿轮套在主轴上并与主轴径向固定轴向可滑动配合；所述第二离合器包括链轮箱啮合齿轮以及驱动链轮箱啮合齿轮与链轮箱的链轮啮合或脱离的拔叉操纵机构，所述驱动链轮箱啮合齿轮套在换向器的输出轴上并与输出轴径向固定轴向可滑动配合； 

进一步，还包括底座，所述换向器、卷扬机和龙门架均安装在机架座上，所述机架座压在底座上并与底座在前后方向单自由度滑动配合，所述底座的左右两侧分别设置移动油缸，所述移动油缸的缸座与底座固定连接，移动油缸的活塞杆与机架座固定连接；所述机架座上至少固定设置三个用于支撑起整个机架座和底座的升降液压钢，所述底座上与升降液压钢的对应位置沿前后方向设置条形通孔，所述升降液压缸的活塞杆竖直向下并与条形通孔竖直对应。 

与现有技术相比，本发明具有如下优点： 

1、动力头的支撑架采用龙门立柱结构，动力头的两侧分别卡在龙门架的左立柱和右立柱上并与其单自由度滑动配合，给进油缸分别固定设置在左立柱和右立柱的底部，可实现动力头上下移动，同时动力头行程大，行程可在1米左右。 

2、动力头的两侧被左立柱和右立柱约束，并有两弯梁增强其强度，主动钻杆可传递的扭矩大大提高，钻孔稳定性增强，减少孔内事故的发生。 

3、卡盘设置在动力头的下方，操作人员可直接操作夹持或松开主动钻杆，而无需爬到钻机的卷扬机上，既安全，又方便。 

4、主动钻杆转动和卷扬机由同一套电机、离合器、减速器和换向器驱动，因此，所用的装置相对较少，操作方便、占用空间小、成本低。 

5、通过换向器换向、分动将动力传至动力头或链轮箱，操作操纵机构和拔叉操纵机构，可实现动力头与卷扬机的联合驱动或分别驱动，控制方便、快捷。 

6、工程钻机的机架座与底座可相对滑动，并通过升降液压钢和移动油缸实现整个机架座和底座步履行走，让钻机移动范围大，起下钻方便，钻机施工中校正孔位方便，作业范围广。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图； 

图2为本发明中龙门架的结构示意图； 

图3为换向器的剖面视图； 

图4为图3中沿A-A方向的剖面视图； 

图5为动力头的剖面视图； 

图6为动力头的俯视图； 

图7为链轮箱的主视图； 

图8为图7中沿B-B方向的剖面视图； 

图9为机架座和底座的结构示意图。 

附图中，1-动力头  2-卡盘  3-给进油  4-龙门架  5-左立柱6-右立柱  7-电机  8-换向器  9-卷扬机  10-动力输入轴  11-轴齿轮12-输出轴  13-换向器主轴  14-第一小圆弧锥齿轮  15-大圆弧锥齿轮16-第二小圆弧锥齿轮  17-六方转动轴  18-链轮  19-滑动齿轮  20-操纵机构  21-链轮箱啮合齿轮  22-拔叉操纵机构  23-机架座  24-底座  25-移动油缸  26-升降液压缸  27-主动钻杆  28-离合器  29-减速器  30-链轮箱  31-万向节  32-上弯梁  33-下弯梁  34-换向器箱体  35-减速齿轮  36-上压盖  37-下压盖  38-动力头主轴  39-大齿轮  40-六方轴套齿轮  41-滑动支架 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。 

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中龙门架的结构示意图，如图所示：工程钻机包括底座24、机架座23、电机7、离合器28、减速器29、换向器8、链轮箱30、卷扬机9、龙门架4、动力头1、主动钻杆27、给进油缸3、六方转动轴17和将主动钻杆27相对进给油缸3的活塞杆竖直固定的卡盘2。所述机架座23压在底座24的左右两侧上，并可底座24的左右两侧单自由度滑动配合。所述电机7、离合器28、减速器29、换向器8、卷扬机9和龙门架4固定安装在机架座23上，电机7的动力输出轴通过离合器28与减速器29的动力输入轴连接，减速器29的动力输出轴通过万向节31与换向器8的动力输入轴连接，换向器8的动力输出轴通过第一离合器与链轮箱30的链轮18连接， 换向器8上的六方转动轴17对动力头1上安装的主动钻杆27施加轴向扭矩。所述龙门架4竖直安装在机架座23的前端，龙门架4主要由左立柱5、右立柱6以及连接左立柱5与右立柱6的上弯梁32和下弯梁33组成，所述动力头1的两侧分别卡在左立柱5和右立柱6上并与对应侧的立柱上下单自由度滑动配合。所述给进油缸3为两个，分别固定安装在左立柱5和右立柱6的底部，进给油缸3的活塞杆竖直向上顶在动力头1上，启动进给油缸3时，进给油缸3的活塞杆伸出或缩回，活塞杆便会带动其上的动力头1沿左立柱5和右立柱6向下或向上滑动。所述主动钻杆竖直穿过动力头1的中部，卡盘2设置在动力头1的下方，主动钻杆卡在卡盘2内。 

本实施例中，前端指机架座23靠近龙门架4的一端，后端指机架座23靠近电机7的一端，左右两侧指机架座23压在底座24的两侧。 

图3为换向器的剖面视图，图4为图3中沿A-A方向的剖面视图，如图所示：换向器8包括换向器箱体34、动力输入轴10、轴齿轮11、输出轴12、换向器主轴13、第一小圆弧锥齿轮14、大圆弧锥齿轮15、第二小圆弧锥齿轮16和减速齿轮35。所述动力输入轴10、轴齿轮11、输出轴12、换向器主轴13、第一小圆弧锥齿轮14、大圆弧锥齿轮15、第二小圆弧锥齿轮16、减速齿轮35均安装在换向器箱体34内，轴齿轮11和换向器主轴13的两端分别通过轴承横向安装设置在换向器箱体34的箱壁上，第一小圆弧锥齿轮14安装在动力输入轴10上，大圆弧锥齿轮15安装在轴齿轮11上，第二小圆弧锥齿轮16安装在输出轴12上，减速齿轮35通过轴承安装在换向器主轴13上，第一小圆弧锥齿轮14和大圆弧锥齿轮15齿啮合，大圆弧锥齿轮15和第二小圆弧锥齿轮16齿啮合，轴齿轮11与减速齿轮35相啮合，输出轴12通过第一离合器与链轮箱30的链轮18连接，减速齿轮35通过第二离合器将动力传递给换向器主轴13，所述换向器主轴13与六方转动轴17固定连接，六方转动轴17对主动钻杆27施加径向扭矩。 

本实施例中，第一离合器包括滑移齿轮19以及驱动滑移齿轮19与减速齿轮啮合或脱离的操纵机构20，所述滑移齿轮19通过花键套在换向器主轴13上 并与换向器主轴13径向固定轴向可滑动配合，滑移齿轮19向下滑动，滑移齿轮19的外齿与减速齿轮35的内齿啮合，可将减速齿轮35上的动力传递给换向器主轴13；滑移齿轮19向上滑动，滑移齿轮19的外齿脱离减速齿轮35的内齿，换向器主轴13无法得到减速齿轮35的传递动力。第二离合器包括链轮箱啮合齿轮21以及驱动链轮箱啮合齿轮21与链轮箱30的链轮18啮合或脱离的拔叉操纵机构22(如图7和图8所示)，所述驱动链轮箱啮合齿轮21通过花键套在换向器8的输出轴12上并与输出轴12径向固定轴向可滑动配合，链轮箱啮合齿轮21向外滑动时，链轮箱啮合齿轮21的外齿与链轮箱30的链轮18内齿啮合，链轮箱啮合齿轮21将动力传递给链轮箱30的链轮18；链轮箱啮合齿轮21向内滑动时，链轮箱啮合齿轮21的外齿脱离链轮箱30的链轮18，链轮箱30的链轮18无法得到链轮箱啮合齿轮21传递的动力。 

图5为动力头的剖面视图，图6为动力头的俯视图，如图所示：动力头1包括上压盖36、下压盖37、动力头主轴38、大齿轮39和六方轴套齿轮40。所述动力头主轴38和六方轴套齿轮40通过轴承竖直安装在上压盖36和下压盖37之间，动力头主轴38和六方轴套齿轮40的轴线平行，大齿轮39通过平键固定套在动力头主轴38上，六方轴套齿轮40与大齿轮39齿啮合。六方转动轴17穿入六方轴套齿轮40的六方孔内，并与六方轴套齿轮40轴向可滑动配合，同时对六方轴套齿轮40径向施加扭矩。卡盘2安装在动力头主轴38的底端，主动钻杆27穿入动力头主轴孔内后，通过卡盘2将主动钻杆27与动力头主轴38固定连接。在上压盖36和下压盖37的左右设置两侧安装有滑动支架41，滑动支架41的外侧端部卡在左立柱5和右立柱6上并与左立柱5和右立柱6滑动配合。 

图9为机架座和底座的结构示意图，如图所示：机架座23压在底座24上并与底座24在前后方向上单自由度滑动配合，在底座24的左右两侧分别设置移动油缸25，所述移动油缸25的缸座与底座24固定连接，移动油缸25的活塞杆与机架座23固定连接。在机架座23上至少固定设置三个用于支撑起整个机架座23和底座24的升降液压钢26(本实施例中，在机架座23的四个角处 分别安装升降液压钢26)，升降液压钢26的缸座固定安装在机架座23上，底座24与升降液压钢26的对应位置沿前后方向设置条形通孔，升降液压缸26的活塞杆竖直向下并与条形通孔竖直对应。升降液压缸26的活塞杆伸出并穿过底座24上的条形通，支撑在地面上，整个底座24和机架座23以及机架座23上的各种装置被支起，移动油缸25动作，移动油缸25的活塞杆伸出，推动底座24相对机架座23滑动，滑动后再启动升降液压缸26，升降液压缸26的活塞杆缩回，底座24压在地面上，最后启动移动油缸25，移动油缸25的活塞杆缩回，再推动机架座23滑动，从而实现整个机架座和底座步履行走。 

使用该工程钻机时，通过操纵机构20拔动滑动齿轮19向下，滑动齿轮19的外齿与减速齿轮35的内齿啮合，电机7转动，通过离合器28、减速器29和万向节31将动力传递到换向器8的输入轴上，输入轴的第一小圆弧锥齿轮带动轴齿轮11转动，轴齿轮11转动再带动减速齿轮35转动，减速齿轮35通过滑动齿轮19将动力传递给换向器主轴13，换向器主轴13同时将动力传递给六方转动轴17，六方转动轴17带动六方轴套齿轮40转动，六方轴套齿轮40再带动大齿轮39转动，大齿轮带动主轴38转动，主轴38再带动主动钻杆27转动，从而实现灌注桩施工。 

若通过拔叉操纵机构22拔动链轮箱啮合齿轮21，链轮箱啮合齿轮21的外齿***链轮18的内齿内并与内齿啮合，传递到大圆弧锥齿轮15上的动力通过第二小圆弧锥齿轮16和换向器8的动力输出轴以及链轮箱啮合齿轮21将动力传递到链轮箱30上，通过链轮传动驱动卷扬机9动作，实现钻具提升或下降。 

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (3)

1.一种工程钻机，包括机架座(23)以及设置在机架座(23)上的电机(7)、离合器(28)、减速器(29)、六方转动轴(17)、动力头(1)、主动钻杆(27)、进给油缸(3)和将主动钻杆(27)相对进给油缸(3)的活塞杆竖直固定的卡盘(2)，所述主动钻杆(27)竖直穿过动力头(1)，所述电机(7)依次通过离合器(28)和减速器(29)将动力传递给六方转动轴(17)，六方转动轴(17)通过齿啮合驱动主动钻杆(27)，其特征在于：还包括龙门架(4)，所述龙门架(4)包括左立柱(5)和右立柱(6)，所述动力头(1)的两侧分别卡在左立柱(5)和右立柱(6)上并与对应侧的立柱上下单自由度滑动配合；所述进给油缸(3)为两个，分别固定设置在左立柱(5)和右立柱(6)的底部，进给油缸(3)的活塞杆竖直向上顶在动力头(1)上，所述卡盘(2)设置在动力头(1)的下方，主动钻杆(27)卡在卡盘(2)内；还包括换向器(8)和链轮箱(30)，所述换向器(8)包括动力输入轴(10)、轴齿轮(11)、输出轴(12)、换向器主轴(13)、第一小圆弧锥齿轮(14)、大圆弧锥齿轮(15)、第二小圆弧锥齿轮(16)和减速齿轮(35)，所述动力输入轴(10)与减速器(29)的动力输出轴连接，所述第一小圆弧锥齿轮(14)安装在动力输入轴(10)上，所述大圆弧锥齿轮(15)安装在轴齿轮(11)上，所述第二小圆弧锥齿轮(16)安装在输出轴(12)上，所述第一小圆弧锥齿轮(14)和大圆弧锥齿轮(15)齿啮合，所述大圆弧锥齿轮(15)和第二小圆弧锥齿轮(16)齿啮合，所述输出轴(12)通过第一离合器与链轮箱(30)的链轮(18)连接，轴齿轮(11)依次通过减速齿轮(35)和第二离合器与换向器主轴(13)连接，所述换向器主轴(13)与六方转动轴(17)固定连接。

2.根据权利要求1所述的工程钻机，其特征在于：所述第一离合器包括滑移齿轮(19)以及驱动滑移齿轮(19)与减速齿轮(35)啮合或脱离的操纵机构(20)，所述滑移齿轮(19)套在主轴(13)上并与主轴(13)径向固定轴向可滑动配合；所述第二离合器包括链轮箱啮合齿轮(21)以及驱动链轮箱啮合齿轮(21)与链轮箱(30)的链轮(18)啮合或脱离的拔叉操纵机构(22)，所述驱动链轮箱啮合齿轮(21)套在换向器(8)的输出轴(12)上并与输出轴(12)径向固定轴向可滑动配合。

3.根据权利要求1或2所述的工程钻机，其特征在于：还包括底座(24)，所述换向器(8)、卷扬机(9)和龙门架(4)均安装在机架座(23)上，所述机架座(23)压在底座(24)上并与底座(24)在前后方向单自由度滑动配合，所述底座(24)的左右两侧分别设置移动油缸(25)，所述移动油缸(25)的缸座与底座(24)固定连接，移动油缸(25)的活塞杆与机架座(23)固定连接；所述机架座(23)上至少固定设置三个用于支撑起整个机架座(23)和底座(24)的升降液压缸(26)，所述底座(24)上与升降液压缸(26)的对应位置沿前后方向设置条形通孔，所述升降液压缸(26)的活塞杆竖直向下并与条形通孔竖直对应。

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