CN116607894A - 一种全周夹持液压动力头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全周夹持液压动力头，属于液压动力头技术领域，包括顺次连接的马达、减速器和内置式液压卡盘，内置式液压卡盘包括与减速器连接的卡盘轴，卡盘轴上套设有与其转动连接的卡盘壳体和端盖以形成腔体结构，卡盘轴对应腔体结构的位置设有多组沿其周向分布的卡瓦，同组卡瓦沿圆周分布，异组卡瓦沿圆周交替分布，以形成全周夹持，卡瓦与开设在卡盘轴上的卡瓦腔滑动连接；卡瓦远离卡盘轴轴心的一侧与套设在卡盘轴上的卡瓦套形成斜面滑动连接，卡瓦套两端周向设有通过中间轴承与其转动连接的活塞以驱动卡瓦套轴向移动。本发明利用轴向多列卡瓦组相互交叉，实现了全周夹持，且夹持力大，实现了三棱钻杆、螺旋钻杆的可靠夹持。

Description

一种全周夹持液压动力头

技术领域

本发明属于液压动力头技术领域，涉及一种全周夹持液压动力头。

背景技术

目前的矿用液压动力头箱体主要采用整体式结构，箱体结构复杂，卡盘一种是采用弹簧液压卡盘，碟簧推力夹紧，液压打开，存在夹紧力低，卡瓦更换复杂的问题；利用液压夹紧结构时，存在弹簧打不开的风险，同时夹持管体时只能等分夹持圆周，不能满足全周接触夹持，无法满足对三棱钻杆、螺栓钻杆夹紧；另一种就是胶套式或活塞式液压卡盘，需要旋转液压供油，配油套要求高，存在泄漏等问题，活塞式卡盘也无法满足三棱钻杆和螺旋钻进的夹持；同时整体式箱体结构复杂，成本高，加工设备要求大型化，轴向装配和齿轮装配方向互为垂直，不便于装配自动化。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种全周夹持液压动力头，以实现全周夹持。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种全周夹持液压动力头，包括顺次连接的马达、减速器和内置式液压卡盘，内置式液压卡盘包括与减速器连接的卡盘轴，卡盘轴套设有与其转动连接的卡盘壳体和端盖以形成腔体结构，卡盘轴对应腔体结构的位置设有多组沿其周向分布的卡瓦，同组卡瓦沿圆周分布，异组卡瓦沿圆周交替分布，以形成全周夹持，卡瓦与开设在卡盘轴上的卡瓦腔滑动连接；卡瓦远离卡盘轴轴心的一侧具有呈倾斜设置的卡瓦支撑斜面和卡瓦T形键，卡盘轴上套设有卡瓦套，卡瓦套内侧具有与卡瓦支撑斜面滑动连接的的卡瓦槽和与卡瓦T形键滑动连接的T型槽，卡瓦套两端周向设有通过中间轴承与其转动连接的活塞以驱动卡瓦套轴向移动。

可选地，卡瓦支撑斜面的倾斜角度满足自锁功能。

可选地，卡盘轴具有中心孔，卡瓦纵向断面能够包容在卡盘轴的中心孔内。

可选地，卡瓦远离减速器的一端面开设有卡瓦螺纹孔，卡瓦螺纹孔能够与螺杆连接以通过螺杆将卡瓦从卡盘轴的中心孔内取出。

可选地，卡瓦远离减速器的一端为大端。

可选地，卡瓦套为一体结构或分体结构，当为分体结构时，卡瓦套包括多个子卡瓦套，一个子卡瓦套对应一组卡瓦，相邻子卡瓦套之间固定连接或不连接。

可选地，卡盘轴为减速器的低速轴。

可选地，内置式液压卡盘靠近减速器的一端为后端，另一端为前端，端盖位于卡盘壳体远离减速器的一侧，卡盘壳体和位于后端的活塞围成封闭的后端液压油腔A，卡盘壳体、端盖与位于前端的活塞围成封闭的前端液压油腔B。

可选地，卡盘壳体靠近减速器的一端通过第一轴承与卡盘轴转动连接，端盖通过第二轴承与卡盘轴转动连接。

本发明的有益效果在于：

1.本发明利用轴向多列卡瓦组相互交叉，实现了全周夹持，且夹持力大，实现了三棱钻杆、螺旋钻杆的可靠夹持，同时内置式液压卡盘采用双向活塞实现卡瓦的径向移动，完成内置式液压卡盘的夹紧与打开，无旋转供油，减少了液压油泄漏，且由于不需要配油套，因此由卡盘壳体和端盖组成的箱体结构简单，加工效率高，降低了成本。另外，内置式液压卡盘实现了轴向装配，装配方向与减速器齿轮装配方向重合，满足了加工设备小型化和装配自动化的要求。

2.本发明的卡瓦支撑斜面的倾斜角度满足自锁功能，当工件夹紧后，位于卡瓦套与前后活塞之间的中间轴承不承载液压推力，从而提高了中间轴承的使用寿命，降低了液压动力头的维修频率。

3.本发明的卡瓦纵向断面能够包容在卡盘轴的中心孔内，卡瓦在双向活塞的作用下能够全部自动进入卡盘轴中心孔，使得卡瓦可从卡盘轴端部取出，便于卡瓦的快速装卸。

4.卡瓦远离减速器的一端面开设有能够与螺杆连接的卡瓦螺纹孔，因此可通过螺杆将卡瓦从卡盘轴的中心孔内取出，实现了卡瓦的快速装拆更换，维护方便快捷。

5.本发明的动力头结构紧凑，外形尺寸小，较传统小50％左右；由于动力头轴向尺寸缩短，加接钻杆加长，因此相同钻孔深度的情况下，钻杆数量降低，加接次数降低，钻孔稳定性提高，因此本发明可实现短行程、多推进、长钻杆的钻进，降低了钻杆加接次数，提高了钻进稳定性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为可分离式动力头的结构示意图；

图2为内置式液压卡盘的结构示意图

图3为卡瓦套的结构示意图；

图4为卡盘轴的结构示意图；

图5为卡瓦的结构示意图一；

图6为卡瓦的结构示意图二。

附图标记：减速器1、马达2、内置式液压卡盘3、卡盘壳体31、第一轴承32、活塞33、卡瓦套34、卡盘轴35、卡瓦36、端盖37、低速齿轮38、轴承台阶341、内孔342、卡瓦槽343、T型槽344、轴承位351、卡瓦套配合位352、卡瓦腔353、齿轮键槽354、卡瓦螺纹孔361、卡瓦支撑斜面362、卡瓦T型键363、倒角364、齿面365。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参阅图1～图6，一种全周夹持液压动力头，包括顺次连接的马达2、减速器1和内置式液压卡盘3，内置式液压卡盘3包括与减速器1连接的卡盘轴35，卡盘轴35上套设有与其转动连接的卡盘壳体31和端盖37以形成腔体结构，卡盘轴35对应腔体结构的位置设有多组沿其周向分布的卡瓦36，同组卡瓦沿圆周分布，异组卡瓦沿圆周交替分布，以形成全周夹持，卡瓦36与开设在卡盘轴35上的卡瓦腔353滑动连接；卡瓦36远离卡盘轴35轴心的一侧具有呈倾斜设置的卡瓦支撑斜面362和卡瓦T形键363，卡盘轴35上套设有卡瓦套34，卡瓦套34内侧具有与卡瓦支撑斜面362滑动连接的的卡瓦槽343和与卡瓦T形键363滑动连接的T型槽344，卡瓦套34两端周向设有通过中间轴承与其转动连接的活塞33以驱动卡瓦套34轴向移动。

本发明利用轴向多列卡瓦组相互交叉，实现了全周夹持，满足了三棱钻杆、螺旋钻杆的夹持，同时内置式液压卡盘3采用双向活塞实现卡瓦36的径向移动，完成内置式液压卡盘3的夹紧与打开，无旋转供油，减少了液压油泄漏，且由于不需要配油套，因此由卡盘壳体31和端盖37组成的箱体结构简单，加工效率高，降低了成本。另外，内置式液压卡盘3实现了轴向装配，装配方向与减速器齿轮装配方向重合，便于实现装配的自动化，装配简单。

为了提高中间轴承的使用寿命，本发明的卡瓦支撑斜面362的倾斜角度满足自锁功能，当工件夹紧后，卡瓦36与卡瓦套34自锁，因此位于卡瓦套34与前后活塞33之间的中间轴承不承载液压推力，从而提高了中间轴承的使用寿命，降低了液压动力头的维修频率。

为了方便卡瓦36的拆装更换，本发明的卡瓦36的纵向断面能够包容在卡盘轴35的中心孔内，以使卡瓦36能够从卡盘轴35的前端取出。本发明的卡瓦36在双向活塞的作用下可全部自动进入卡盘轴中心孔，实现卡瓦36的快速装卸。

为了便于从卡盘轴中心孔内取出卡瓦36，卡瓦36远离减速器1的一端面开设有卡瓦螺纹孔361，卡瓦螺纹孔361能够与螺杆连接以通过螺杆将卡瓦36从卡盘轴35的中心孔内取出。卡瓦36远离减速器1的一端宜为大端。

卡瓦套34可为一体结构或分体结构，当为分体结构时，卡瓦套34包括多个子卡瓦套，一个子卡瓦套对应一组卡瓦，相邻子卡瓦套之间固定连接或不连接。

内置式液压卡盘3的主轴(卡盘轴35)可与减速器1的低速轴共用，即卡盘轴35可为减速器1的低速轴，内置式液压卡盘3通过设置在其上的低速齿轮38与减速器1连接。此种布置方式，可使动力头的结构更为紧凑。

本发明中内置式液压卡盘3靠近减速器1的一端为后端，另一端为前端，端盖37位于卡盘壳体31远离减速器1的一侧，卡盘壳体31和位于后端的活塞33围成封闭的后端液压油腔A，卡盘壳体31、端盖37与位于前端的活塞33围成封闭的前端液压油腔B；卡盘壳体31靠近减速器1的一端通过第一轴承32与卡盘轴35转动连接，端盖37通过第二轴承与卡盘轴35转动连接。

本发明的可分离式液压动力头采用减速器1与内置式液压卡盘3结合，装配方向与轴线重合；内置式液压卡盘3采用双向活塞实现卡瓦36移动，完成内置式液压卡盘3的夹紧与打开，卡盘轴35带动卡瓦36在卡盘壳体31内旋转并夹持工件，利用轴向多列卡瓦组相互交叉，实现全周夹持，利用内侧具有与卡瓦支撑斜面362滑动连接的的卡瓦槽343和与卡瓦T形键363滑动连接的T型槽344的卡瓦腔353，满足了卡瓦36全部通过卡盘轴中心孔，不仅实现了卡瓦36快速装卸，还能在卡瓦套34上有效的移动。

实施例

一种全周夹持液压动力头：见图1，主要由减速器1、马达2以及内置式液压卡盘3组成，马达2为液压马达2。减速器1，用于完成液压马达转速的调整，满足钻进动力的需求。液压马达2，提供旋转动力源。内置式液压卡盘3，实现钻具的夹持，并传递动力以及支撑动力头，安装于钻进装备上，并通过低速齿轮38与减速器1连接。

内置式液压卡盘：见图2，主要由卡盘壳体31、第一轴承32、第二轴承、中间轴承、前后活塞33、卡瓦套34、卡盘轴35、卡瓦36以及端盖37组成。卡瓦套34，为分体结构，包括前后两个子卡瓦套。卡盘壳体31、前后活塞33以及端盖37形成封闭的前后液压油腔，当后端液压油腔A进油时，前后活塞33向前(向右)移动，当前端液压油腔B进油时，前后活塞33向后(向左)移动；第一轴承32和第二轴承用于支撑卡盘轴35，以使卡盘轴35可以在卡盘壳体31内自由转动，当卡盘轴35外接动力源时，可随动力源轴一起转动；前后活塞33与卡瓦套34之间的轴承是满足卡瓦套34与前后活塞33之间的相对转动，卡瓦套34与卡瓦36之间采用斜面滑动结构，其斜面满足自锁功能，当工件夹紧后，卡瓦36与卡瓦套34自锁，卡瓦套34与前后活塞33间的中间轴承不承载液压推力，提高轴承寿命；卡盘轴35设有多组沿其周向分布的卡瓦36，同组卡瓦沿圆周分布，满足工件的夹紧，异组卡瓦沿圆周交替分布，以形成圆周全齿夹紧；卡瓦36与开设在卡盘轴35上的卡瓦腔353滑动连接，且卡瓦纵向断面可包容在卡盘轴的中心孔内，卡瓦36可在卡盘轴35内轴向移动；低速齿轮38与减速器配合，传递载荷和运动。

具体地：

卡盘壳体31：见图2，支撑卡盘轴35，与活塞33以及端盖37形成液压腔体，从而提供液压动力源；

卡瓦套34，见图2、图3：

(1)轴承台阶341：与轴承配合，承载端面推力；

(2)内孔342：与卡盘轴35配合，可在卡盘轴35上前后移动，满足卡瓦36径向移动的要求；

(3)卡瓦槽343：是卡瓦36的滑动槽与承载槽，槽的斜面与卡瓦斜面配合，完成卡瓦的径向移动，斜面间满足自锁功能，两侧面与卡瓦侧面配合；

(4)T型槽344：与卡瓦T型键363配合，当卡瓦套34后移时，带动卡瓦36径向移动，实现卡瓦36的打开。

卡盘轴35：见图4，设有低速齿轮键槽354、前后轴承位351、卡瓦套配合位352以及多个卡瓦腔353，卡盘轴35采用空心轴或卡瓦腔段为空心，且满足卡瓦36自由通过，以从其前端取出；卡瓦腔353与卡瓦36配合，卡瓦36可自由移动；低速齿轮键槽354，与低速齿轮38配合，传递载荷和运动。

卡瓦36，见图5、图6：

(1)卡瓦螺纹孔361，当需要更换卡瓦36时，与螺杆配合，调整卡瓦36的方位，便于安装卡瓦36；

(2)卡瓦支撑斜面362，与卡瓦套34配合，完成卡瓦36的移动；

(3)卡瓦T型键363，完成卡瓦36的后移；

(4)倒角364，便于卡瓦36的安装时的导向；

(5)齿面365，与工件接触，完成工件的夹紧。

工作原理以及操作方法

原始状态：将内置式液压卡盘3安装到钻进装备上，主轴与减速器低速轴共用。

(1)工件夹紧与松开：将工件放置于卡盘轴35内，卡盘后端液压油腔A进油，前后活塞33向右移动，卡瓦36向卡盘轴轴心移动，实现工件夹紧；卡盘前端液压油腔B进油，前后活塞33向左移动，带动卡瓦36远离卡盘轴轴心，实现工件松开；

(2)卡瓦更换：取下端盖37，后端液压油腔A进油，前后活塞33向右移动，卡瓦36脱离卡瓦套34，用螺杆旋入卡瓦螺纹孔361中，并取下卡瓦36；同样，用螺杆连接卡瓦36，将卡瓦36放置在卡盘轴35的卡瓦腔353内，前端液压油腔B进油，前后活塞33向左移动，将卡瓦36推移至卡瓦套34内，并安装端盖37，卡瓦36更换完毕。

(3)动力头装配：依次对减速器1以及内置式液压卡盘3进行装配，然后对两者进行组装连接，最后安装马达2。本动力头所有零部件均可采用轴向装配，便于实现装配自动化；分体结构后，每一部分的壳体结构比传统的小50％左右，降低了加工设备要求。

本发明不需要旋转供油，且夹紧力大，卡瓦更换方便，还能实现全周夹持，实现了三棱钻杆或螺旋钻杆的可靠夹持，同时满足了加工设备小型化、装配模块化和自动化的要求。另外，本发明没有配油套结构，动力头结构尺寸小，能够满足井下空间要求，且可实现短行程，多推进，长钻杆的钻进，降低了钻杆加接次数，提高了钻进稳定性。

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 (9)

1.一种全周夹持液压动力头，其特征在于：包括顺次连接的马达(1)、减速器(2)和内置式液压卡盘(3)，内置式液压卡盘(3)包括与减速器(2)连接的卡盘轴(35)，卡盘轴(35)套设有与其转动连接的卡盘壳体(31)和端盖(37)以形成腔体结构，卡盘轴(35)对应腔体结构的位置设有多组沿其周向分布的卡瓦(36)，同组卡瓦沿圆周分布，异组卡瓦沿圆周交替分布，以形成全周夹持，卡瓦(36)与开设在卡盘轴(35)上的卡瓦腔(353)滑动连接；卡瓦(36)远离卡盘轴轴心的一侧具有呈倾斜设置的卡瓦支撑斜面(362)和卡瓦T形键(363)，卡盘轴(35)上套设有卡瓦套(34)，卡瓦套(34)内侧具有与卡瓦支撑斜面(362)滑动连接的的卡瓦槽(343)和与卡瓦T形键(363)滑动连接的T型槽(344)，卡瓦套两端周向设有通过中间轴承与其转动连接的活塞(33)以驱动卡瓦套(34)轴向移动。

2.根据权利要求1所述的一种全周夹持液压动力头，其特征在于：卡瓦支撑斜面(362)的倾斜角度满足自锁功能。

3.根据权利要求1所述的一种全周夹持液压动力头，其特征在于：卡盘轴(35)具有中心孔，卡瓦纵向断面能够包容在卡盘轴(35)的中心孔内。

4.根据权利要求3所述的一种全周夹持液压动力头，其特征在于：卡瓦(36)远离减速器(2)的一端面开设有卡瓦螺纹孔(361)，卡瓦螺纹孔(361)能够与螺杆连接以通过螺杆将卡瓦(36)从卡盘轴(35)的中心孔内取出。

5.根据权利要求1所述的一种全周夹持液压动力头，其特征在于：卡瓦(36)远离减速器(2)的一端为大端。

6.根据权利要求1所述的一种全周夹持液压动力头，其特征在于：卡瓦套(34)为一体结构或分体结构，当为分体结构时，卡瓦套(34)包括多个子卡瓦套，一个子卡瓦套对应一组卡瓦，相邻子卡瓦套之间固定连接或不连接。

7.根据权利要求1所述的一种全周夹持液压动力头，其特征在于：卡盘轴(35)为减速器(2)的低速轴。

8.根据权利要求1所述的一种全周夹持液压动力头，其特征在于：内置式液压卡盘(3)靠近减速器(2)的一端为后端，另一端为前端，端盖(37)位于卡盘壳体(31)远离减速器的一侧，卡盘壳体(31)和位于后端的活塞(33)围成封闭的后端液压油腔A，卡盘壳体(31)、端盖(37)与位于前端的活塞(33)围成封闭的前端液压油腔B。

9.根据权利要求8所述的一种全周夹持液压动力头，其特征在于：卡盘壳体(31)靠近减速器(2)的一端通过第一轴承与卡盘轴(35)转动连接，端盖(37)通过第二轴承与卡盘轴(35)转动连接。