一種天井鉆機用換擋式動力頭的制作方法
【專利摘要】一種天井鉆機用換擋式動力頭，包括液壓馬達、兩擋行星式減速機、液壓換擋機構、水流或泥漿通道管系統及浮動套，其特征在于：所述液壓馬達輸出動力經液壓換擋機構調速后傳給兩擋行星式減速機，兩擋行星式減速機將動力傳給浮動套，浮動套將動力傳給與其相連接的鉆桿，實現鉆桿旋轉，所述水流或泥漿通道管系統對鉆具進行潤滑冷卻和排出切削巖屑。該設計結構緊湊、空間尺寸較小、鉆進能力強大，可以提高天井鉆機的技術性能水平。
【專利說明】
一種天井鉆機用換擋式動力頭
技術領域
[0001]本實用新型涉及鉆進施工機械領域，尤其涉及一種天井鉆機驅動鉆桿鉆進的動力頭驅動系統。
【背景技術】
[0002]天井鉆機適用于礦山、隧道、水利水電等領域開挖通風井、溜礦井、罐籠運輸井等成井直徑加大的工程，工作時有上下兩個工作平面且要求成井直徑較大的工況，天井鉆機主機被固定在上工作空間內。成井工序為:先用較小的鉆具從上工作面向下鉆較小的導向孔至下工作面，然后用較大的鉆具從下工作面向上回拉擴鉆出較大的井孔至上工作面后即完成了成井施工。根據天井鉆機的施工環境空間要求和施工工序特點，希望天井鉆機既要具有較小的外形尺寸以減小環境空間要求的施工量，同時要求驅動鉆桿鉆進的動力頭驅動系統應具有低速大扭矩和高速小扭矩的功能，以適應不同的鉆進工藝進而提高工作效率。而驅動鉆桿鉆進的動力頭系統的結構形式對鉆機外形尺寸的影響極為明顯，為此本發明將提供一種結構緊湊、空間尺寸較小、鉆進能力強大的動力驅動系統，以提高天井鉆機的技術性能水平。
[0003]目前，公知的天井鉆機動力頭結構形式有:
[0004]1.多馬達加定傳動比減速機結構形式，通過改變驅動馬達的數量，實現輸出扭矩和輸出轉速的變化；
[0005]2.兩擋變排量馬達加定傳動比減速機的結構形式，通過改變馬達的排量，實現輸出扭矩和輸出轉速的變化。
[0006]3.浮動套在動力頭外部的下端安裝。
[0007]現有技術的缺點
[0008]1.針對第一種多馬達加定傳動比減速機結構形式，通過改變驅動馬達的數量，實現輸出扭矩和輸出轉速的變化，其傳動比小，體積重量較大，且變速機構設置在低速重載軸上，重載齒輪承受巨大徑向作用力導致使用壽命迅速下降。
[0009]2.針對第二種兩擋變排量馬達加定傳動比的結構形式，除第一種結構形式的缺點夕卜，由于天井鉆機擴孔時必須提高液壓馬達輸出大扭矩并降低轉速，但在導孔過程中又不需要太大的扭矩，為了提高導孔效率又要求較高的轉速，因傳動比限制，不能實現大功率回轉傳動，難以選到相匹配的液壓馬達。
[0010]3.外置式浮動套使主機高度較大。這種結構的減速機占用了整機較大的空間比例，造成所需運輸和施工空間增大。
【發明內容】
[0011]針對現有技術的不足，本發明創造的目的是提供一種結構緊湊、空間尺寸較小、鉆進能力強大的動力驅動系統，以提高天井鉆機的技術性能水平。
[0012]為實現上述目的，本發明創造是通過以下技術手段來實現的:
[0013]—種天井鉆機用換擋式動力頭，包括液壓馬達、兩擋行星式減速機、液壓換擋機構、水流或泥漿通道管系統及浮動套，其特征在于:所述液壓馬達輸出動力經液壓換擋機構調速后傳給兩擋行星式減速機，兩擋行星式減速機將動力傳給浮動套，浮動套將動力傳給與其相連接的鉆桿，實現鉆桿旋轉，所述水流或泥漿通道管系統對鉆具進行潤滑冷卻和排出切削巖肩。
[0014]優選地:
[0015]所述液壓換擋機構的換擋花鍵軸上下端設有外花鍵，其上端外花鍵與液壓馬達輸出軸的內花鍵相連，其下端外花鍵與兩擋行星式減速機的太陽輪的內花鍵或者與上下兩端設有內花鍵的兩擋行星式減速機的行星架的上端內花鍵接合，所述行星架的下端內花鍵與浮動套相連，所述液壓換擋機構的換擋桿的下端通過螺栓與換擋花鍵軸相連。
[0016]所述浮動套的上端設有外花鍵，下端設有內圓錐螺紋，內圓錐螺紋用來連接鉆桿，外花鍵與行星架下端的內花鍵連接。
[0017]所述水流或泥漿通道管系統位于動力頭中心部位。
[0018]本發明創造的有益效果是:1.該設計采用低速大扭矩馬達加兩擋行星齒輪傳動結構及內置式浮動套，結構緊湊、體積小、重量輕、傳動比范圍寬、施工能力需求適應性強，降低了主機工作高度，減小了運輸通道空間要求和施工硐室的體積。
[0019]2.液壓換擋控制方式，控制方便、操作輕便可靠。
[0020]3.機械鎖緊，液壓釋放的擋位鎖緊機構，結構緊湊、工作可靠。
【附圖說明】
[0021 ]圖1本實用新型結構不意圖；圖2液壓換擋機構不意圖。
[0022]附圖標記含義如下:1_下殼體、2-浮動套、3-下推力調心軸承、4-中心管、5-行星架、6-行星減速機構、7-太陽輪、8-花鍵套、9-換擋花鍵軸、10-上殼體、11-上推力調心軸承、12-液壓馬達、13-換擋桿、14-推動板、15-彎頭、16-換擋油缸筒、17-空心活塞桿、18-推力軸承、19-鎖緊油缸缸筒、20-擋圈、21-限位彈性擋圈、22-解鎖活塞、23-內楔形套、24-外楔形套、25-碟簧組、26-調整墊、27-碟簧組壓蓋、28-密封盤根盒。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合說明書附圖，對本發明創造作進一步的說明。
[0024]如附圖1、2所示，本發明主要包括低速大扭矩液壓馬達、兩擋行星式減速機、液壓換擋機構、水流或泥漿通道管系統及浮動套等部分。動力由低速大扭矩液壓馬達輸出傳給兩擋行星式減速機，然后再傳給浮動套，最后由浮動套將動力傳給與其相連接的鉆桿，實現鉆桿旋轉，并進一步帶動裝于鉆桿下部的鉆具旋轉進行巖層的切削。
[0025]所述的兩擋行星式減速機主要包括:太陽輪7、行星架5、四個沿圓周均布的行星輪和內齒圈組成的行星減速機構6、減速機上殼體10、下殼體I及上推力調心滾子軸承11、下推力調心軸承3等部分。其中太陽輪7具有內花鍵，可與換擋花鍵軸9相接合;行星架5的上下兩端均有內花鍵，其上端內花鍵可與液壓換擋機構的換擋花鍵軸9相接合、下端內花鍵與浮動套2相連，行星架5通過上推力調心滾子軸承11、下推力調心滾子軸承3支撐于減速機殼體上;齒圈通過螺栓與減速機殼體相連。當換擋花鍵軸9與太陽輪7內花鍵接合時，其動力經太陽輪7傳給行星輪，由于內齒圈是固定不動的，所以行星輪既自轉又公轉，帶動行星架5公轉，進而帶動與行星架5下端內花鍵相連的浮動套2旋轉，實現降速增扭，以滿足擴孔鉆進切削時的低速大扭矩要求；當換擋花鍵軸9與行星架5上端內花鍵接合時，其動力直接由行星架5傳給浮動套2，實現提速降扭，進行導向孔鉆進，以提高工作效率。
[0026]所述的液壓換擋機構主要包括:換擋花鍵軸9、換擋桿13、推力軸承18、限位彈性擋圈21、推動板14、擋圈20、空心活塞桿17、換擋油缸筒16、鎖緊油缸筒19、解鎖活塞22、內楔形套23、外楔形套24、碟簧組25、調整墊26、碟簧組壓蓋27等部分。由鎖緊油缸筒19、解鎖活塞22、內楔形套23、外楔形套24、碟簧組25、調整墊26、碟簧組壓蓋27等組成擋位鎖緊機構。夕卜楔形套24在碟簧組25彈性力的作用下，使內楔形套23收縮變形進而抱住空心活塞桿17以阻止其軸向移動，通過機械彈簧實現鎖緊功能；當通過進油口 P3 口給解鎖活塞22施加油壓時，作用在解鎖活塞22上的油壓克服碟簧組25的作用力，使外楔形套24上移，使內楔形套23失去壓力而恢復變形，使空心活塞桿17能自由軸向移動，通過液壓實現解鎖功能。由換擋花鍵軸9、換擋桿13、推力軸承18、換擋桿13、限位彈性擋圈21、推動板14、擋圈20、空心活塞桿17、換擋油缸筒16等組成換擋控制機構，換擋花鍵軸9的上下端均有外花鍵，其上端外花鍵與液壓馬達輸出軸的內花鍵相連，其下端外花鍵在換擋機構的控制下，可與太陽輪7的內花鍵或行星架5的內花鍵接合，液壓馬達輸出的動力通過換擋花鍵軸9傳給行星減速機;換擋桿13的下端通過螺栓與換擋花鍵軸9相連，換擋桿13的上端通過臺階和彈性擋圈支撐在推力軸承18上，推力軸承18的上下支承面分別由空心活塞桿17的內腔支座孔和推動板、擋圈20進行軸向定位，由此可確保換擋花鍵軸9、換擋桿13、推力軸承18、換擋桿13、限位彈性擋圈21、推動板14、擋圈20和空心活塞桿17—同上下移動。當要進行高速擋切換時，應先通過進油口P3向鎖緊油缸筒19通壓力油，進行解鎖操作，然后向換擋油缸筒16的進油口 P2 口通壓力油，使空心活塞桿17依次驅動推力軸承18、換擋桿13、限位彈性擋圈20、換擋花鍵軸9向上移動至行星架的內花鍵接合為止，接著再釋放鎖緊油缸筒19中的壓力油，實現擋位鎖緊，至此完成高速擋切換操作。進行低速擋切換的操作原理與高速擋切換時相同，只不過在進行換擋操作時，其換擋油缸筒16壓力油的進油口應換成Pl 口。
[0027]所述的水流或泥漿通道管系統位于動力頭中心部位，主要包括:彎頭15、中心管4、密封盤根盒28等部分。彎頭15通過螺栓與密封盤根盒28相連，密封盤根28盒通過螺栓連接在碟簧組壓蓋27上，中心管4下部的花鍵和臺階與固定在行星架5上座圈相連，成為中心管4的軸向和徑向支承點，中心管4深入到浮動套2內部；中心管4的上端與密封盤根盒28配合，密封水流或泥漿以防其進入減速機腔內，同時也是中心管4的又一輔助徑向支承點。來自泥漿栗輸出的壓力水或泥漿依次通過彎頭15、中心管4、浮動套2流入鉆桿和鉆具，對鉆具進行潤滑冷卻和排出切削巖肩。
[0028]所述的浮動套2為動力頭扭矩輸出端，浮動套2的上端具有外花鍵，下端具有內圓錐螺紋，其內圓錐螺紋用來連接鉆桿，外花鍵端與減速機行星架5下端的內花鍵連接，該連接不僅具有傳遞扭矩的功能，還具有浮動套2和行星架5之間可相對軸向自由滑動和適度徑向擺動的功能，以減少連接鉆桿時因鉆桿與浮動套之間相互位置精度不易控制而產生的沖擊，進而延長系統各部件的壽命。
[0029]以上顯示和描述了本發明創造的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本設計不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本設計的原理，在不脫離本設計精神和范圍的前提下，本發明創造還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本設計范圍內。本發明創造要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種天井鉆機用換擋式動力頭，包括液壓馬達、兩擋行星式減速機、液壓換擋機構、水流或泥漿通道管系統及浮動套，其特征在于:所述液壓馬達輸出動力經液壓換擋機構調速后傳給兩擋行星式減速機，兩擋行星式減速機將動力傳給浮動套，浮動套將動力傳給與其相連接的鉆桿，實現鉆桿旋轉，所述水流或泥漿通道管系統對鉆具進行潤滑冷卻和排出切削巖肩。2.如權利要求1所述的一種天井鉆機用換擋式動力頭，其特征在于:所述液壓換擋機構的換擋花鍵軸上下端設有外花鍵，其上端外花鍵與液壓馬達輸出軸的內花鍵相連，其下端外花鍵與兩擋行星式減速機的太陽輪的內花鍵或者與上下兩端設有內花鍵的兩擋行星式減速機的行星架的上端內花鍵接合，所述行星架的下端內花鍵與浮動套相連，所述液壓換擋機構的換擋桿的下端通過螺栓與換擋花鍵軸相連。3.如權利要求2所述的一種天井鉆機用換擋式動力頭，其特征在于:所述浮動套的上端設有外花鍵，下端設有內圓錐螺紋，內圓錐螺紋用來連接鉆桿，外花鍵與行星架下端的內花鍵連接。4.如權利要求1所述的一種天井鉆機用換擋式動力頭，其特征在于:所述水流或泥漿通道管系統位于動力頭中心部位。
【文檔編號】E21B21/00GK205532266SQ201620204588
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】武浩浩, 張書杰
【申請人】徐工集團工程機械有限公司