CN104832080B - 一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，包括机架、钻杆、水辫、导轨、推进液压缸、液压夹持器和钻机动力头，液压夹持器包括夹持器底座、支撑座、夹持液压缸和夹持器卡瓦；水辫包括水辫壳体、水辫轴、水辫空心轴、两个耐磨环、隔离环、前端盖、后端盖和耐磨密封圈，钻机动力头包括减速箱体、连接架、齿轮轴、空心阶梯轴、液压马达、弹簧安装座、弹簧限位座、端面挡圈、齿轮、碟型弹簧组、动力头卡瓦和夹紧液压缸。本发明结构紧凑，实现方便且成本低，降低了能耗，提高了动力传递效率，对钻杆的夹紧力稳定可靠，能够延长耐磨密封圈和水辫轴的使用寿命，减少了更换麻烦，保证了施工进度和安全生产，降低了钻机的振动，避免了钻杆被折断。
Description
技术领域
本发明属于钻机技术领域，具体涉及一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机。
背景技术
随着我国煤炭的进一步开采，煤层薄、赋存深等特点日益明显，加之我国煤炭资源分布地域差异性，导致瓦斯抽排问题日益突出。瓦斯抽放钻机主要用于煤矿井下钻瓦斯抽排放孔、防突卸压孔、煤层注水孔等井下用孔。目前，应用于中小截面瓦斯抽放坑道的全液压钻机主要由泵站、主机、立柱框架和操纵台等四大部分组成，其中主机包括动力头、托板装置、机架、水辫、液压夹持器等。作业时，泵站、操纵台和立柱框架放置在地面上，机架固定在立柱框架上，动力头通过托板限位在机架上，托板和机架一起构成动力头的支撑导向机构，动力头的输出轴与液压卡瓦及水辫相连将动力传递到钻杆上，钻杆之间通过螺纹来连接，机架的前端安装液压夹持器，对钻杆进行夹持和导向，钻机通过纵向移动完成钻进作业。这种钻机还存在以下缺陷和不足：
1、钻机的主机整体结构复杂，不便于安装；可靠性低，维修工作量大，影响工作效率；体积大，重量大，不便于携带和搬运；对钻机进行解体和组装时费时费力，严重影响工作效率；
2、钻机动力头部分限位机构结构过于复杂，通过托板将动力头限位在机架的导轨上，同时在托板与导轨之间又设有中间座、铜板等零件，不但增加了整机的重量，而且影响了钻孔的定位精度，降低了钻机的钻进效率；导轨结构为向右开口的U形槽钢，其对称布置在机架上，该结构的缺点是在使用过程中易发生弹性变形，使导向精度变差，增加了钻机的振动，甚至会引发钻杆的折断，造成事故，影响了工作效率；
3、钻机是通过推进油缸和动力头协同工作完成钻进任务的，推进油缸活塞杆固定在托板上，液压推力通过托板作用于钻杆,该结构导致液压推力与钻孔阻力之间距离过大，由此产生很大作用力偶作用于托板上，导致托板发生弹性弯曲变形，进而影响动力头的导向精度，甚至会将钻杆折断；钻机的动力传输机构结构复杂，动力输入轴通过键连接在卡瓦空心轴上，卡瓦空心轴通过卡瓦将动力传递到卡瓦空心轴内的钻杆上，动力传递效率低，整机长度较长；
4、卡瓦的全液压夹紧机构结构复杂、密封性要求高，实际工作中，密封圈在钻进过程的强振动作用下容易导致失效，从而对钻杆的夹紧力变小；而且，夹紧卡瓦没有润滑且外露，钻机在仰角作业时，泥浆、煤粉等杂质会卡在卡瓦的移动槽内，导致钻杆的夹紧、松开难以实现，影响工作效率；
5、卡瓦为完全封闭式结构，在卡瓦内部，动力头输出轴通过刚性的螺纹连接将动力从动力头传递到钻杆，在钻进过程中，由于操作不当或地质变化会产生多大的扭矩导致螺纹连接胶合，使得钻杆不易拆卸，甚至使输出轴在螺纹连接处扭断，卡在卡瓦内部难以取除；
6、由于水辫轴高速的转动和径向的振动，经常导致壳体与水辫轴之间的密封圈磨损或压溃，密封圈使用寿命短，需要频繁更换，如果更换不及时，会导致漏水，且容易造成对水辫轴的损坏，而水辫轴损坏后，更换麻烦、成本高，更换密封圈和水辫轴影响施工进度，且给用户的安全生产带来了影响。
7、液压夹持器由三块钢板呈等边三角形布置并焊接在一起构成，为了保证钻进的精度，三块钢板必须严格的互成60°，但是在实际的焊接过程中很难保证；而且，由于整个支架为焊接结构，长时间振动和液压反作用力会导致焊接处开裂；另外，受焊接支架的影响，固连于支架上的盖板导向孔位置放生变化；在以上因素作用下，造成夹持器的卡瓦中心与钻机动力头中心不一致，添加的钻杆与夹持器夹紧的钻杆中心不一致，导致对中困难，钻杆之间的螺纹连接破坏，钻机的振动增大，甚至会使钻杆折断。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其结构紧凑，设计新颖合理，实现方便且成本低，降低了能耗，提高了动力传递效率，对钻杆的夹紧力稳定可靠，能够延长耐磨密封圈和水辫轴的使用寿命，减少了更换麻烦，保证了施工进度和安全生产，降低了钻机的振动，避免了钻杆被折断，夹持钻杆的可靠性高，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：包括机架、钻杆和水辫，以及固定连接在机架顶部的导轨、推进液压缸和液压夹持器，所述导轨上滑动连接有钻机动力头；所述钻杆穿过液压夹持器与水辫后通过连接到钻机动力头上的水辫与钻机动力头连接；
所述液压夹持器包括与机架固定连接的夹持器底座和固定连接在夹持器底座顶部的支撑座，所述支撑座为一体式结构，所述支撑座的几何中心位置处开有供钻杆穿过的中心孔，所述支撑座的顶面、左侧面和右侧面上各开有一个与所述中心孔相连通的夹持液压缸安装槽，三个所述夹持液压缸安装槽呈等边三角形布设，每个所述夹持液压缸安装槽的中间位置处均固定连接有夹持液压缸，每个所述夹持液压缸的活塞杆均朝向夹持液压缸安装槽的几何中心布设，每个所述夹持液压缸的活塞杆上均固定连接有位于夹持液压缸安装槽内且用于夹持钻杆的夹持器卡瓦，三个夹持器卡瓦均匀布设在钻杆的周围，所述支撑座位于所述中心孔下部的位置处开有杂质排出通槽；
所述水辫包括水辫壳体和设置在水辫壳体内部的水辫轴，所述水辫轴的一端螺纹连接有伸出水辫壳体外部的水辫空心轴，所述水辫空心轴的轴向中心位置处和水辫轴的轴向中心位置处均设置有供钻杆穿过的钻杆孔，所述水辫空心轴上均匀开有多个用于容纳动力头卡瓦的动力头卡瓦安装槽；所述水辫轴与水辫壳体之间设置有间隔设置的两个耐磨环，两个耐磨环之间设置有与水辫轴过盈配合的隔离环，所述水辫壳体的前端固定连接有前端盖，所述水辫壳体的后端固定连接有后端盖，所述前端盖与水辫轴之间以及后端盖与水辫轴之间均设置有耐磨密封圈，所述水辫空心轴内设置有用于顶进钻杆尾部的凸台，所述凸台上设置有凸台进水通道，所述水辫空心轴上设置有与多个所述卡瓦安装槽相错开且与凸台进水通道相连通的空心轴水道，所述水辫轴上设置有与空心轴水道相连通的水辫轴进水通道，所述水辫壳体上正对水辫轴进水通道的位置处连接有进水接头，所述隔离环上设置有用于连通水辫轴进水通道与进水接头的隔离环水流通道；
所述钻机动力头包括与导轨滑动连接的减速箱体和设置在减速箱体底部且与推进液压缸的活塞杆固定连接的连接架，以及安装在减速箱体内部的齿轮轴和供水辫空心轴穿入的空心阶梯轴，所述减速箱体上安装有输出轴与齿轮轴固定连接的液压马达，所述空心阶梯轴上套装有弹簧安装座、弹簧限位座、端面挡圈和与齿轮轴相啮合的齿轮，所述弹簧限位座和端面挡圈分别位于齿轮的两侧且均与齿轮固定连接，所述弹簧安装座上套装有一直压处于压缩状态的碟型弹簧组，所述碟型弹簧组的两端分别紧靠在弹簧限位座上和弹簧安装座端部的凸起上，所述端面挡圈在碟型弹簧组的弹力作用下紧靠在空心阶梯轴的轴肩上，所述空心阶梯轴内设置有用于限制穿入空心阶梯轴内的水辫空心轴的径向位置的环形凸台，所述齿轮的内腔中沿周向均匀布设有多个动力头卡瓦限位槽，每个所述动力头卡瓦限位槽上均安装有用于夹紧水辫空心轴和钻杆的动力头卡瓦，所述减速箱体上安装有活塞杆朝向齿轮设置且用于推动齿轮以使动力头卡瓦夹紧水辫空心轴和钻杆的夹紧液压缸。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述机架由三个并排设置的均具有矩形空腔结构的立方体形焊接箱构成，所述导轨与机架之间设置有减震板，所述导轨、减震板和机架通过螺栓和螺母固定连接；所述夹持器底座与机架之间设置有支撑块，所述夹持器底座、支撑块和机架通过螺栓和螺母固定连接，所述夹持器底座上设置有用于安装螺栓的安装螺纹孔；所述连接架与推进液压缸的活塞杆通过销钉固定连接，所述连接架上设置有用于安装销钉的销孔，所述推进液压缸的活塞杆上套有可伸缩防护罩，所述机架上固定连接有支座，所述推进液压缸的缸体通过销钉与支座固定连接；所述导轨的数量为两根且两根导轨间隔设置，两根所述导轨相对的一侧侧面上均设置有V形槽，所述减速箱体的底部位于两根导轨之间且减速箱体的底部两侧设置有滑动连接到所述V形槽中的V形凸起。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述夹持器底座顶部与支撑座底部之间设置有楔形块，所述楔形块的一侧伸出夹持器底座外部且通过螺母连接有调节螺栓，所述夹持器底座的侧面设置有用于螺纹连接调节螺栓的连接螺纹孔。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述支撑座通过螺栓固定连接在夹持器底座顶部，所述夹持液压缸通过螺钉固定连接在夹持液压缸安装槽的中间位置处。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述夹持器卡瓦包括长方体形状的夹持器卡瓦体以及设置在夹持器卡瓦体上的夹持器卡瓦安装槽和钻杆夹持部，所述钻杆夹持部朝向钻杆的一面为弧形面，所述弧形面的半径等于钻杆的半径；所述夹持器卡瓦通过安装到夹持器卡瓦安装槽内的螺钉与所述夹持液压缸的活塞杆固定连接。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述水辫空心轴和水辫轴通过锁紧螺母紧固，所述水辫轴的前端端部连接有用于限制前端盖沿轴向运动的卡簧，所述前端盖通过螺栓与水辫壳体的前端固定连接，所述后端盖通过螺栓与水辫壳体的后端固定连接。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述隔离环的外圈为空心圈，所述隔离环的内圈为实心圈；所述隔离环水流通道包括由隔离环的外圈形成的与进水接头相连通的环形水流通道和设置在隔离环的内圈上且用于连通环形水流通道与水辫轴进水通道的通水孔。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述动力头卡瓦限位槽的内底面为斜面，所述齿轮上开有通到动力头卡瓦限位槽的内底面上且用于为动力头卡瓦添加润滑油的油道；所述动力头卡瓦限位槽的数量为四个，相应所述动力头卡瓦的数量和动力头卡瓦安装槽的数量均为四个。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述动力头卡瓦由动力头卡瓦体、衬块和螺钉组成，所述动力头卡瓦体外轮廓的形状为楔形，所述动力头卡瓦体上部横断面的形状为燕尾形，所述衬块通过螺钉固定连接在动力头卡瓦体的底面上；所述衬块底面的形状为圆弧形，所述衬块的底面上设置有网纹。
上述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述减速箱体内部安装有用于安装支撑齿轮轴的两个齿轮轴轴承和用于安装支撑空心阶梯轴的两个空心阶梯轴轴承；所述液压马达的输出轴通过平键与齿轮轴固定连接，所述弹簧限位座与空心阶梯轴之间以及端面挡圈与空心阶梯轴之间均设置有密封圈；所述弹簧限位座和端面挡圈均通过螺栓与齿轮固定连接，所述夹紧液压缸的数量为两个。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的结构紧凑，体积小，重量轻，设计新颖合理，实现方便且成本低。
2、本发明液压夹持器的支撑座采用一体式结构，与现有技术中采用三块钢板呈等边三角形布置并焊接在一起构成的液压夹持器相比，改善了由于焊接结构导致的对中困难问题和开裂失效的问题，延长了该液压夹持器的使用寿命，降低了钻机的振动，避免了钻杆被折断。
3、本发明中的液压夹持器通过在支撑座几何中心位置处开中心孔，对钻杆起到了支撑和导向作用。
4、本发明中的液压夹持器通过设置杂质排出通槽，能够使水、煤渣等杂质沿杂质排出通槽排走，以免卡在中心孔内。
5、本发明中的液压夹持器通过旋转调节螺栓，通过楔形块与支撑座之间的斜面作用，就能够调节该液压夹持器的中心高度，能够很好地适应使用过程中钻杆中心的变化。
6、本发明中的液压夹持器使用时，三个卡瓦在圆周方向以相同大小的力作用在钻杆上，使钻杆的几何中心与钻机动力头的几何中心重合，钻杆夹持部的弧形面结构对钻杆产生很大的摩擦力，夹持更可靠。
7、本发明中的液压夹持器三个卡瓦分别独立地用性能可靠的夹持液压缸作为动力源，保证了夹紧力的恒定，从而确保了使用过程中作用在钻杆上的力始终达到需要值。
8、本发明水辫中的两个耐磨环起滑动轴承的作用，能够避免钻机工作时前端盖和后端盖径向冲击对耐磨密封圈产生破坏，能够延长耐磨密封圈的使用寿命。
9、本发明通过设置卡簧，能够限制前端盖沿轴向的移动和跳动，有助于延长耐磨密封圈和两个耐磨环的使用寿命。
10、本发明水辫中隔离环的结构能够保证水辫轴进水通道与进水接头的可靠接通。
11、本发明解决了径向振动对耐磨密封圈的损害，不会由于水辫轴高速的转动和径向的振动，而经常造成耐磨密封圈磨损或压溃的现象发生，无需频繁更换耐磨密封圈和水辫轴，减少了更换麻烦，降低了更换成本，保证了施工进度，保证了安全生产。
12、本发明钻机动力头中的动力头卡瓦设置在动力头卡瓦限位槽内，且齿轮上开有通到动力头卡瓦限位槽的内底面上且用于为卡瓦添加润滑油的油道，改善了现有技术中动力头卡瓦暴露在外易卡死的现象，有助于提高钻机的工作效率；且通过设置油道，能够及时地为动力头卡瓦添加润滑油，使动力头卡瓦一直处于润滑状态，能够减小松开钻杆所需作用力，在一定程度上延缓了碟型弹簧组的疲劳失效期，间接延长了碟型弹簧组的使用寿命。
13、本发明的钻机动力头通过在空心阶梯轴内设置环形凸台，限制了水辫空心轴的径向位置，避免了水辫空心轴与其锁紧螺母之间的摩擦损坏水辫空心轴。
14、本发明与现有技术中只采用液压动力夹紧和松开钻杆的技术方案相比，通过碟型弹簧组存储的能量夹紧水辫的空心轴和钻杆，节省了夹紧水辫空心轴和钻杆所需的能耗，而且不会出现对钻杆的夹紧力变小的现象。
15、本发明钻机动力头中的动力头卡瓦能够直接将动力从齿轮传递到钻杆上，动力头输出轴无需再通过刚性的螺纹连接将动力从动力头传递到钻杆，简化了现有技术中钻机的动力传输机构，提高了动力传递效率，而且由于动力头卡瓦设置在动力头卡瓦限位槽内来夹紧或松开钻杆，因此钻杆的拆卸方便，不会出现动力头输出轴在螺纹连接处扭断卡在动力头卡瓦内难以取出的现象，同时，能够使得整机结构更加紧凑，缩短了整机长度。
16、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明结构紧凑，设计新颖合理，实现方便且成本低，降低了能耗，提高了动力传递效率，对钻杆的夹紧力稳定可靠，能够延长耐磨密封圈和水辫轴的使用寿命，减少了更换麻烦，保证了施工进度和安全生产，降低了钻机的振动，避免了钻杆被折断，夹持钻杆的可靠性高，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图1的A-A剖视图。
图4为本发明液压夹持器的主视图。
图5为图4的B-B剖视图。
图6为本发明夹持器底座与支撑座的连接关系示意图。
图7为本发明水辫的结构示意图。
图8为本发明钻机动力头的结构示意图。
图9为图8的C-C剖视图。
图10为图8的左视图。
图11为本发明齿轮的结构示意图。
图12为图11的右视图。
图13为本发明夹持器卡瓦的主视图。
图14为图13的D-D剖视图。
图15为图13的E向视图。
图16为本发明隔离环的结构示意图。
图17为本发明动力头卡瓦的主视图。
图18为图17的F-F剖视图。
图19为图17的G向视图。
附图标记说明:
1—钻机动力头； 2—水辫； 3—钻杆；
4—液压夹持器； 5—推进液压缸； 6—机架；
7—减震板； 8—导轨； 9—夹紧液压缸；
10—齿轮； 10-1—油道； 11—动力头卡瓦；
11-1—动力头卡瓦体； 11-2—衬块； 11-3—第三螺钉；
12—弹簧限位座； 13—碟型弹簧组； 14—弹簧安装座；
15—空心阶梯轴； 15-1—环形凸台； 16—动力头卡瓦限位槽；
17—第一螺母； 18—夹持液压缸； 19—支撑座；
20—支撑块； 21—夹持器底座； 22—夹持器卡瓦；
22-1—夹持器卡瓦体； 22-2—夹持器卡瓦安装槽； 22-3—钻杆夹持部；
23—销孔； 24—第二螺钉； 25—水辫空心轴；
25-1—空心轴水道； 26—水辫轴； 27—锁紧螺母；
28—耐磨密封圈； 29—耐磨环； 30—前端盖；
31—后端盖； 32—隔离环； 32-1—环形水流通道；
32-2—通水孔； 33—进水接头； 34—水辫壳体；
34-1—水辫轴进水通道； 35—凸台； 35-1—凸台进水通道；
36—液压马达； 37—减速箱体； 38—齿轮轴；
39—端面挡圈； 40—可伸缩防护罩； 41—楔形块；
42—第三螺母； 43—调节螺栓； 44—第二螺母；
45—第一销钉； 46—连接架； 47—第二销钉；
48—支座； 49—夹持液压缸安装槽； 50—杂质排出通槽；
51—第三螺栓； 52—第二螺栓； 53—第一螺栓；
54—第一螺钉； 55—卡簧； 56—第四螺栓；
57—第五螺栓； 58—齿轮轴轴承； 59—空心阶梯轴轴承；
60—密封圈； 61—安装螺纹孔。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明包括机架6、钻杆3和水辫2，以及固定连接在机架6顶部的导轨8、推进液压缸5和液压夹持器4，所述导轨8上滑动连接有钻机动力头1；所述钻杆3穿过液压夹持器4与水辫2后通过连接到钻机动力头1上的水辫2与钻机动力头1连接；
如图4、图5和图6所示，所述液压夹持器4包括与机架6固定连接的夹持器底座21和固定连接在夹持器底座21顶部的支撑座19，所述支撑座19为一体式结构，所述支撑座19的几何中心位置处开有供钻杆3穿过的中心孔，所述支撑座19的顶面、左侧面和右侧面上各开有一个与所述中心孔相连通的夹持液压缸安装槽49，三个所述夹持液压缸安装槽49呈等边三角形布设，每个所述夹持液压缸安装槽49的中间位置处均固定连接有夹持液压缸18，每个所述夹持液压缸18的活塞杆均朝向夹持液压缸安装槽49的几何中心布设，每个所述夹持液压缸18的活塞杆上均固定连接有位于夹持液压缸安装槽49内且用于夹持钻杆3的夹持器卡瓦22，三个夹持器卡瓦22均匀布设在钻杆3的周围，所述支撑座19位于所述中心孔下部的位置处开有杂质排出通槽50；由于支撑座19采用一体式结构，因此与现有技术中采用三块钢板呈等边三角形布置并焊接在一起构成的液压夹持器相比，改善了由于焊接结构导致的对中困难问题和开裂失效的问题，延长了该液压夹持器的使用寿命，降低了钻机的振动，避免了钻杆3被折断。通过在支撑座19几何中心位置处开中心孔，对钻杆3起到了支撑和导向作用。通过设置杂质排出通槽50，能够使水、煤渣等杂质沿杂质排出通槽50排走，以免卡在所述中心孔内。
如图7所示，所述水辫2包括水辫壳体34和设置在水辫壳体34内部的水辫轴26，所述水辫轴26的一端螺纹连接有伸出水辫壳体34外部的水辫空心轴25，所述水辫空心轴25的轴向中心位置处和水辫轴26的轴向中心位置处均设置有供钻杆3穿过的钻杆孔，所述水辫空心轴25上均匀开有多个用于容纳动力头卡瓦11的动力头卡瓦安装槽；所述水辫轴26与水辫壳体34之间设置有间隔设置的两个耐磨环29，两个耐磨环29之间设置有与水辫轴26过盈配合的隔离环32，所述水辫壳体34的前端固定连接有前端盖30，所述水辫壳体34的后端固定连接有后端盖31，所述前端盖30与水辫轴26之间以及后端盖31与水辫轴26之间均设置有耐磨密封圈28，所述水辫空心轴25内设置有用于顶进钻杆3尾部的凸台35，所述凸台35上设置有凸台进水通道35-1，所述水辫空心轴25上设置有与多个所述卡瓦安装槽相错开且与凸台进水通道35-1相连通的空心轴水道25-1，所述水辫轴26上设置有与空心轴水道25-1相连通的水辫轴进水通道34-1，所述水辫壳体34上正对水辫轴进水通道34-1的位置处连接有进水接头33，所述隔离环32上设置有用于连通水辫轴进水通道34-1与进水接头33的隔离环水流通道；其中，两个耐磨环29起滑动轴承的作用，能够避免钻机工作时前端盖30和后端盖31径向冲击对耐磨密封圈28产生破坏，能够延长耐磨密封圈28的使用寿命。
如图8、图9、图10和图11所示，所述钻机动力头1包括与导轨8滑动连接的减速箱体37和设置在减速箱体37底部且与推进液压缸5的活塞杆固定连接的连接架46，以及安装在减速箱体37内部的齿轮轴38和供水辫空心轴25穿入的空心阶梯轴15，所述减速箱体37上安装有输出轴与齿轮轴38固定连接的液压马达36，所述空心阶梯轴15上套装有弹簧安装座14、弹簧限位座12、端面挡圈39和与齿轮轴38相啮合的齿轮10，所述弹簧限位座12和端面挡圈39分别位于齿轮10的两侧且均与齿轮10固定连接，所述弹簧安装座14上套装有一直压处于压缩状态的碟型弹簧组13，所述碟型弹簧组13的两端分别紧靠在弹簧限位座12上和弹簧安装座14端部的凸起上，所述端面挡圈39在碟型弹簧组13的弹力作用下紧靠在空心阶梯轴15的轴肩上，所述空心阶梯轴15内设置有用于限制穿入空心阶梯轴15内的水辫空心轴25的径向位置的环形凸台15-1，所述齿轮10的内腔中沿周向均匀布设有多个动力头卡瓦限位槽16，每个所述动力头卡瓦限位槽16上均安装有用于夹紧水辫空心轴25和钻杆3的动力头卡瓦11，所述减速箱体37上安装有活塞杆朝向齿轮10设置且用于推动齿轮10以使动力头卡瓦11夹紧水辫空心轴25和钻杆3的夹紧液压缸9。其中，弹簧安装座14、弹簧限位座12和端面挡圈39为齿轮10的定位组件，通过设置环形凸台15-1，限制了水辫空心轴25的径向位置，避免了水辫空心轴25与其锁紧螺母27之间的摩擦损坏水辫空心轴25。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，所述机架6由三个并排设置的均具有矩形空腔结构的立方体形焊接箱构成，该机架6结构稳定，不会因为冲击振动而发生弹性变形，使得导向精度得到了进一步的提高；所述导轨8与机架6之间设置有减震板7，所述导轨8、减震板7和机架6通过第一螺栓53和第一螺母17固定连接；通过在导轨8与机架6之间设置减震板7，降低了振动，减轻了磨损，为导向的精确性提供了可能；所述夹持器底座21与机架6之间设置有支撑块20，所述夹持器底座21、支撑块20和机架6通过第二螺栓52和第二螺母44固定连接，所述夹持器底座21上设置有用于安装第二螺栓52的安装螺纹孔61；所述连接架46与推进液压缸5的活塞杆通过第一销钉45固定连接，所述连接架46上设置有用于安装第一销钉45的销孔23，所述推进液压缸5的活塞杆上套有可伸缩防护罩40，所述机架6上固定连接有支座48，所述推进液压缸5的缸体通过第二销钉47与支座48固定连接；所述导轨8的数量为两根且两根导轨8间隔设置，两根所述导轨8相对的一侧侧面上均设置有V形槽，所述减速箱体37的底部位于两根导轨8之间且减速箱体37的底部两侧设置有滑动连接到所述V形槽中的V形凸起。减速箱体37的底部两侧的V形凸起与导轨8上的V形槽构成几何封闭，将钻机动力头1滑动连接在了导轨8上，且直接完成了对钻机动力头1的限位，不需要其它辅助限位机构，简化了结构，减轻了重量，提高了导向精度。
如图4、图5和图6所示，本实施例中，所述夹持器底座21顶部与支撑座19底部之间设置有楔形块41，所述楔形块41的一侧伸出夹持器底座21外部且通过第三螺母42连接有调节螺栓43，所述夹持器底座21的侧面设置有用于螺纹连接调节螺栓43的连接螺纹孔。所述支撑座19通过第三螺栓51固定连接在夹持器底座21顶部，所述夹持液压缸18通过第一螺钉54固定连接在夹持液压缸安装槽49的中间位置处。在支撑座19连接松懈或者由于振动导致支撑座19与夹持器底座21之间的间隙增大，导致钻杆3对中不好时，旋转调节螺栓43，通过楔形块41与支撑座19之间的斜面作用，就能够调节该液压夹持器的中心高度，以适应使用过程中钻杆3中心的变化。
如图13、图14和图15所示，本实施例中，所述夹持器卡瓦22包括长方体形状的夹持器卡瓦体22-1以及设置在夹持器卡瓦体22-1上的夹持器卡瓦安装槽22-2和钻杆夹持部22-3，所述钻杆夹持部22-3朝向钻杆3的一面为弧形面，所述弧形面的半径等于钻杆3的半径；所述夹持器卡瓦22通过安装到夹持器卡瓦安装槽22-2内的第二螺钉24与所述夹持液压缸18的活塞杆固定连接。
如图7所示，本实施例中，所述水辫空心轴25和水辫轴26通过锁紧螺母27紧固，所述水辫轴26的前端端部连接有用于限制前端盖30沿轴向运动的卡簧55，所述前端盖30通过第四螺栓56与水辫壳体34的前端固定连接，所述后端盖31通过第五螺栓57与水辫壳体34的后端固定连接。通过设置卡簧55能够限制前端盖30沿轴向的移动和跳动，有助于延长耐磨密封圈28和两个耐磨环29的使用寿命。
如图16所示，本实施例中，所述隔离环32的外圈为空心圈，所述隔离环32的内圈为实心圈；所述隔离环水流通道包括由隔离环32的外圈形成的与进水接头33相连通的环形水流通道32-1和设置在隔离环32的内圈上且用于连通环形水流通道32-1与水辫轴进水通道34-1的通水孔32-2。该隔离环32的结构能够保证水辫轴进水通道34-1与进水接头33的可靠接通。
如图17、图18和图19所示，本实施例中，所述动力头卡瓦限位槽16的内底面为斜面，所述齿轮10上开有通到动力头卡瓦限位槽16的内底面上且用于为动力头卡瓦11添加润滑油的油道10-1；所述动力头卡瓦限位槽16的数量为四个，相应所述动力头卡瓦11的数量和动力头卡瓦安装槽的数量均为四个。所述动力头卡瓦11由动力头卡瓦体11-1、衬块11-2和第三螺钉11-3组成，所述动力头卡瓦体11-1外轮廓的形状为楔形，所述动力头卡瓦体11-1上部横断面的形状为燕尾形，所述衬块11-2通过第三螺钉11-3固定连接在动力头卡瓦体11-1的底面上；所述衬块11-2底面的形状为圆弧形，所述衬块11-2的底面上设置有网纹，用于增大衬块11-2与钻杆3的摩擦。将衬块11-2通过螺钉11-3固定连接在卡瓦体11-1的底面上，在衬块11-2表面磨损后，易于更换衬块11-2。
如图8、图9和图10所示，本实施例中，所述减速箱体37内部安装有用于安装支撑齿轮轴38的两个齿轮轴轴承58和用于安装支撑空心阶梯轴15的两个空心阶梯轴轴承59；所述液压马达36的输出轴通过平键与齿轮轴38固定连接，所述弹簧限位座12与空心阶梯轴15之间以及端面挡圈39与空心阶梯轴15之间均设置有密封圈60；所述弹簧限位座12和端面挡圈39均通过第六螺栓与齿轮10固定连接，所述夹紧液压缸9的数量为两个。具体实施时，减速箱体37为焊接结构，在强振动、高扭矩的工况下，焊接结构保证了减速箱体37的强度和刚度；考虑到减速箱体37的结构需求，在加工工艺上降低了复杂性，并且使箱体外形更为美观；而且综合考虑了钻机的工作空间和钻机的轻型需求，焊接结构使减速箱体37结构紧凑、节约材料，实现成本低，生产效率高。
下面以钻杆钻进过程和钻杆拆卸过程两个过程描述本发明的工作过程：
(1)钻杆钻进过程：首先，夹持液压缸18活塞杆回缩带动夹持器卡瓦22松开，钻机动力头1在推进液压缸5的作用下处于离液压夹持器4最远的位置；将钻杆3经支撑座19的中心孔放入液压夹持器4，夹持液压缸18活塞杆带动夹持器卡瓦22伸出，液压夹持器4在夹持器卡瓦22的作用下夹紧钻杆3，然后，将钻头旋入钻杆3的头部；给夹紧液压缸9供油，夹紧液压缸9的活塞杆向外伸出，推动齿轮10沿空心阶梯轴15的轴向朝向碟型弹簧组13移动，并进一步压缩碟型弹簧组13，此时，在动力头卡瓦限位槽16与动力头卡瓦11之间的斜面作用下，动力头卡瓦11松开；推进液压缸5活塞杆回缩，钻机动力头1在推进液压缸5的作用下朝向液压夹持器4前进，当第一根钻杆的尾部顶在水辫空心轴25内设置的凸台35上时，停止给夹紧液压缸9供油，一直处于压缩状态的碟型弹簧组13产生的弹力会一直作用在齿轮10上，使齿轮10有沿空心阶梯轴15的轴向朝向夹紧液压缸9运动的趋势，此时，在动力头卡瓦限位槽16与动力头卡瓦11之间的斜面作用下，动力头卡瓦11夹紧钻杆3，根钻杆3装入完毕。然后，夹持液压缸18活塞杆回缩带动夹持器卡瓦22松开钻杆3，液压马达36正转，推进液压缸5活塞杆继续回缩，带动钻杆3进行钻进。钻杆3钻进行程完成后，推进液压缸5活塞杆停止回缩，液压马达36停止正转，夹持液压缸18活塞杆带动夹持器卡瓦22伸出，液压夹持器4在夹持器卡瓦22的作用下夹紧钻杆3；再次给夹紧液压缸9供油，夹紧液压缸9的活塞杆向外伸出，推动齿轮10沿空心阶梯轴15的轴向朝向碟型弹簧组13移动，并进一步压缩碟型弹簧组13，此时，在动力头卡瓦限位槽16与动力头卡瓦11之间的斜面作用下，动力头卡瓦11松开钻杆3；推进液压缸5活塞杆伸出，钻机动力头1在推进液压缸5的作用下远离液压夹持器4运动，回到初始位置后，推进液压缸5停止工作。以后钻杆3的装入和钻进重复以上过程，最终完成一定的打孔深度。
(2)钻杆拆卸过程：钻进最后一根钻杆3，完成预定打孔深度以后，液压马达36反转，推进液压缸5活塞杆伸出，钻机动力头1后退到预定位置，保证液压夹持器4能够直接夹到孔外第一根钻杆3的尾部；夹持液压缸18活塞杆带动夹持器卡瓦22伸出，液压夹持器4在夹持器卡瓦22的作用下夹紧孔外第一根钻杆3，推进液压缸5处于浮动状态，给夹紧液压缸9供油，夹紧液压缸9的活塞杆向外伸出，推动齿轮10沿空心阶梯轴15的轴向朝向碟型弹簧组13移动，并进一步压缩碟型弹簧组13，此时，在动力头卡瓦限位槽16与动力头卡瓦11之间的斜面作用下，动力头卡瓦11松开，液压马达36反转使水辫空心轴25内设置的凸台35与孔外第一根钻杆3的尾部脱离；夹持液压缸18活塞杆回缩带动夹持器卡瓦22松开孔外第一根钻杆3，停止给夹紧液压缸9供油，一直处于压缩状态的碟型弹簧组13产生的弹力会一直作用在齿轮10上，使齿轮10有沿空心阶梯轴15的轴向朝向夹紧液压缸9运动的趋势，此时，在动力头卡瓦限位槽16与动力头卡瓦11之间的斜面作用下，动力头卡瓦11夹紧孔外第一根钻杆3，推进液压缸5活塞杆伸出，液压马达36反转，钻机动力头1后退到保证动力头卡瓦11能够直接夹持到孔外第二根钻杆3头部的位置；夹持液压缸18活塞杆带动夹持器卡瓦22伸出，液压夹持器4在夹持器卡瓦22的作用下夹紧孔外第二根钻杆3，推进液压缸5处于浮动状态，液压马达36反转，使孔外第一根钻杆3和孔外第二根钻杆3分离；推进液压缸5活塞杆伸出，钻机动力头1后退一定距离，给夹紧液压缸9供油，夹紧液压缸9的活塞杆向外伸出，推动齿轮10沿空心阶梯轴15的轴向朝向碟型弹簧组13移动，并进一步压缩碟型弹簧组13，此时，在动力头卡瓦限位槽16与动力头卡瓦11之间的斜面作用下，动力头卡瓦11松开，取下孔外第一根钻杆3。以后钻杆3的拔出和取下重复以上过程，最终将钻杆3一根一根的从孔中拉出并卸下。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：包括机架(6)、钻杆(3)和水辫(2)，以及固定连接在机架(6)顶部的导轨(8)、推进液压缸(5)和液压夹持器(4)，所述导轨(8)上滑动连接有钻机动力头(1)；所述钻杆(3)穿过液压夹持器(4)与水辫(2)后通过连接到钻机动力头(1)上的水辫(2)与钻机动力头(1)连接；
所述液压夹持器(4)包括与机架(6)固定连接的夹持器底座(21)和固定连接在夹持器底座(21)顶部的支撑座(19)，所述支撑座(19)为一体式结构，所述支撑座(19)的几何中心位置处开有供钻杆(3)穿过的中心孔，所述支撑座(19)的顶面、左侧面和右侧面上各开有一个与所述中心孔相连通的夹持液压缸安装槽(49)，三个所述夹持液压缸安装槽(49)呈等边三角形布设，每个所述夹持液压缸安装槽(49)的中间位置处均固定连接有夹持液压缸(18)，每个所述夹持液压缸(18)的活塞杆均朝向夹持液压缸安装槽(49)的几何中心布设，每个所述夹持液压缸(18)的活塞杆上均固定连接有位于夹持液压缸安装槽(49)内且用于夹持钻杆(3)的夹持器卡瓦(22)，三个夹持器卡瓦(22)均匀布设在钻杆(3)的周围，所述支撑座(19)位于所述中心孔下部的位置处开有杂质排出通槽(50)；
所述水辫(2)包括水辫壳体(34)和设置在水辫壳体(34)内部的水辫轴(26)，所述水辫轴(26)的一端螺纹连接有伸出水辫壳体(34)外部的水辫空心轴(25)，所述水辫空心轴(25)的轴向中心位置处和水辫轴(26)的轴向中心位置处均设置有供钻杆(3)穿过的钻杆孔，所述水辫空心轴(25)上均匀开有多个用于容纳动力头卡瓦(11)的动力头卡瓦安装槽；所述水辫轴(26)与水辫壳体(34)之间设置有间隔设置的两个耐磨环(29)，两个耐磨环(29)之间设置有与水辫轴(26)过盈配合的隔离环(32)，所述水辫壳体(34)的前端固定连接有前端盖(30)，所述水辫壳体(34)的后端固定连接有后端盖(31)，所述前端盖(30)与水辫轴(26)之间以及后端盖(31)与水辫轴(26)之间均设置有耐磨密封圈(28)，所述水辫空心轴(25)内设置有用于顶进钻杆(3)尾部的凸台(35)，所述凸台(35)上设置有凸台进水通道(35-1)，所述水辫空心轴(25)上设置有与多个所述卡瓦安装槽相错开且与凸台进水通道(35-1)相连通的空心轴水道(25-1)，所述水辫轴(26)上设置有与空心轴水道(25-1)相连通的水辫轴进水通道(34-1)，所述水辫壳体(34)上正对水辫轴进水通道(34-1)的位置处连接有进水接头(33)，所述隔离环(32)上设置有用于连通水辫轴进水通道(34-1)与进水接头(33)的隔离环水流通道；
所述钻机动力头(1)包括与导轨(8)滑动连接的减速箱体(37)和设置在减速箱体(37)底部且与推进液压缸(5)的活塞杆固定连接的连接架(46)，以及安装在减速箱体(37)内部的齿轮轴(38)和供水辫空心轴(25)穿入的空心阶梯轴(15)，所述减速箱体(37)上安装有输出轴与齿轮轴(38)固定连接的液压马达(36)，所述空心阶梯轴(15)上套装有弹簧安装座(14)、弹簧限位座(12)、端面挡圈(39)和与齿轮轴(38)相啮合的齿轮(10)，所述弹簧限位座(12)和端面挡圈(39)分别位于齿轮(10)的两侧且均与齿轮(10)固定连接，所述弹簧安装座(14)上套装有一直压处于压缩状态的碟型弹簧组(13)，所述碟型弹簧组(13)的两端分别紧靠在弹簧限位座(12)上和弹簧安装座(14)端部的凸起上，所述端面挡圈(39)在碟型弹簧组(13)的弹力作用下紧靠在空心阶梯轴(15)的轴肩上，所述空心阶梯轴(15)内设置有用于限制穿入空心阶梯轴(15)内的水辫空心轴(25)的径向位置的环形凸台(15-1)，所述齿轮(10)的内腔中沿周向均匀布设有多个动力头卡瓦限位槽(16)，每个所述动力头卡瓦限位槽(16)上均安装有用于夹紧水辫空心轴(25)和钻杆(3)的动力头卡瓦(11)，所述减速箱体(37)上安装有活塞杆朝向齿轮(10)设置且用于推动齿轮(10)以使动力头卡瓦(11)夹紧水辫空心轴(25)和钻杆(3)的夹紧液压缸(9)；
所述夹持器底座(21)顶部与支撑座(19)底部之间设置有楔形块(41)，所述楔形块(41)的一侧伸出夹持器底座(21)外部且通过螺母连接有调节螺栓(43)，所述夹持器底座(21)的侧面设置有用于螺纹连接调节螺栓(43)的连接螺纹孔；
所述夹持器卡瓦(22)包括长方体形状的夹持器卡瓦体(22-1)以及设置在夹持器卡瓦体(22-1)上的夹持器卡瓦安装槽(22-2)和钻杆夹持部(22-3)，所述钻杆夹持部(22-3)朝向钻杆(3)的一面为弧形面，所述弧形面的半径等于钻杆(3)的半径；所述夹持器卡瓦(22)通过安装到夹持器卡瓦安装槽(22-2)内的螺钉与所述夹持液压缸(18)的活塞杆固定连接。
2.按照权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述机架(6)由三个并排设置的均具有矩形空腔结构的立方体形焊接箱构成，所述导轨(8)与机架(6)之间设置有减震板(7)，所述导轨(8)、减震板(7)和机架(6)通过螺栓和螺母固定连接；所述夹持器底座(21)与机架(6)之间设置有支撑块(20)，所述夹持器底座(21)、支撑块(20)和机架(6)通过螺栓和螺母固定连接，所述夹持器底座(21)上设置有用于安装螺栓的安装螺纹孔(61)；所述连接架(46)与推进液压缸(5)的活塞杆通过销钉固定连接，所述连接架(46)上设置有用于安装销钉的销孔(23)，所述推进液压缸(5)的活塞杆上套有可伸缩防护罩(40)，所述机架(6)上固定连接有支座(48)，所述推进液压缸(5)的缸体通过销钉与支座(48)固定连接；所述导轨(8)的数量为两根且两根导轨(8)间隔设置，两根所述导轨(8)相对的一侧侧面上均设置有V形槽，所述减速箱体(37)的底部位于两根导轨(8)之间且减速箱体(37)的底部两侧设置有滑动连接到所述V形槽中的V形凸起。
3.按照权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述支撑座(19)通过螺栓固定连接在夹持器底座(21)顶部，所述夹持液压缸(18)通过螺钉固定连接在夹持液压缸安装槽(49)的中间位置处。
4.按照权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述水辫空心轴(25)和水辫轴(26)通过锁紧螺母(27)紧固，所述水辫轴(26)的前端端部连接有用于限制前端盖(30)沿轴向运动的卡簧(55)，所述前端盖(30)通过螺栓与水辫壳体(34)的前端固定连接，所述后端盖(31)通过螺栓与水辫壳体(34)的后端固定连接。
5.按照权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述隔离环(32)的外圈为空心圈，所述隔离环(32)的内圈为实心圈；所述隔离环水流通道包括由隔离环(32)的外圈形成的与进水接头(33)相连通的环形水流通道(32-1)和设置在隔离环(32)的内圈上且用于连通环形水流通道(32-1)与水辫轴进水通道(34-1)的通水孔(32-2)。
6.按照权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述动力头卡瓦限位槽(16)的内底面为斜面，所述齿轮(10)上开有通到动力头卡瓦限位槽(16)的内底面上且用于为动力头卡瓦(11)添加润滑油的油道(10-1)；所述动力头卡瓦限位槽(16)的数量为四个，相应所述动力头卡瓦(11)的数量和动力头卡瓦安装槽的数量均为四个。
7.按照权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述动力头卡瓦(11)由动力头卡瓦体(11-1)、衬块(11-2)和螺钉组成，所述动力头卡瓦体(11-1)外轮廓的形状为楔形，所述动力头卡瓦体(11-1)上部横断面的形状为燕尾形，所述衬块(11-2)通过螺钉固定连接在动力头卡瓦体(11-1)的底面上；所述衬块(11-2)底面的形状为圆弧形，所述衬块(11-2)的底面上设置有网纹。
8.按照权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔用轻型全液压钻机，其特征在于：所述减速箱体(37)内部安装有用于安装支撑齿轮轴(38)的两个齿轮轴轴承(58)和用于安装支撑空心阶梯轴(15)的两个空心阶梯轴轴承(59)；所述液压马达(36)的输出轴通过平键与齿轮轴(38)固定连接，所述弹簧限位座(12)与空心阶梯轴(15)之间以及端面挡圈(39)与空心阶梯轴(15)之间均设置有密封圈(60)；所述弹簧限位座(12)和端面挡圈(39)均通过螺栓与齿轮(10)固定连接，所述夹紧液压缸(9)的数量为两个。
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