权利要求

1.一种立轴岩心钻机用动力头，其特征在于：包括动力箱，动力箱内转动设有平行的输入轴和输出轴，输入轴的一端通过行星减速器传动连接液压马达;动力箱内，输入轴上同步转动设有低速主动齿轮和高速主动齿轮，输出轴上设有低速从动齿轮和高速从动齿轮，低速从动齿轮与输出轴转动连接，低速从动齿轮具有外齿和内齿，低速从动齿轮的外齿与低速主动齿轮啮合，高速从动齿轮与输出轴同步转动连接并可沿轴向滑动，高速从动齿轮滑动至与低速从动齿轮的内齿配合时输出轴以低转速输出，高速从动齿轮滑动至与高速主动齿轮啮合时输出轴以高转速输出;所述动力头还包括用于驱动高速从动齿轮滑动的变速机构。

2.根据权利要求1所述一种立轴岩心钻机用动力头，其特征在于：高速从动齿轮的轴向中部开设有一圈操纵槽，变速驱动机构包括驱动源和拨叉，驱动源的输出端与拨叉头传动连接，拨叉位于动力箱内且拨叉脚与操纵槽连接，驱动源通过拨叉驱动高速从动齿轮轴向滑动。

3.根据权利要求2所述一种立轴岩心钻机用动力头，其特征在于：拨叉头上轴孔的轴向与拨叉脚的宽度方向对应，拨叉头通过轴孔同步转动连接有驱动轴，驱动轴转动连接在动力箱内，驱动轴与输入轴垂直且位于输入轴和输出轴之间，驱动源通过驱动轴与拨叉头传动连接并用于驱动拨叉摆动;拨叉脚的端部内侧通过转轴转动连接有驱动块，所述转轴的轴向与拨叉脚的宽度方向对应，驱动块位于所述操纵槽内以使高速从动齿轮随拨叉摆动而滑动。

4.根据权利要求3所述一种立轴岩心钻机用动力头，其特征在于：驱动轴上同步转动连接有摆臂，摆臂在驱动轴的径向上朝与拨叉相背的方向延伸，驱动源为沿输入轴轴向设置的液压缸，液压缸的伸缩杆上沿径向贯穿设有配合孔，摆臂的自由端位于配合孔内，在伸缩杆的轴向上，配合孔的尺寸大于摆臂自由端的尺寸，以使液压缸可通过摆臂带动驱动轴转动进而使拨叉摆动。

5.根据权利要求4所述一种立轴岩心钻机用动力头，其特征在于：行星减速器的壳体分别连接动力箱和液压马达，液压缸位于动力箱外并连接在与液压马达相对的一侧。

6.根据权利要求1所述一种立轴岩心钻机用动力头，其特征在于：所述行星减速器为一级行星减速器，液压马达的输出轴与所述行星减速器的太阳轮同步转动连接，输入轴与所述行星减速器的行星架同步转动连接。

7.根据权利要求1所述一种立轴岩心钻机用动力头，其特征在于：输出轴为接头式输出轴。

8.根据权利要求1所述一种立轴岩心钻机用动力头，其特征在于：输出轴为卡盘式输出轴。

说明书

技术领域

[0001]本实用新型属于旋转式钻进装置的技术领域，具体涉及一种立轴岩心钻机用动力头。

背景技术

[0002]立轴岩心钻机是岩心钻探设备的一种，其主要用于矿产勘探、工程地质勘查、水文地质调查、油气田勘探和水井钻凿等。立轴岩心钻机通过动力头来连接和驱动钻杆，动力头主要包括液压马达、减速箱、空心主轴和钻杆装卸结构，液压马达通过减速箱驱动空心主轴以提高扭矩，空心主轴通过钻杆装卸结构连接并带动钻杆转动。

[0003]为使钻杆顺利对土壤和岩层进行旋转切削以实现钻进，钻杆需要达到一定扭矩和转速，转速一般需要达到一千转左右;传统动力头大多是由三根转轴形成二级减速，如中国专利CN201753583U公开的中空卡盘式动力头，这种动力头通过二级减速将液压马达输出的高转速转换为所需转速并达到相应扭矩，虽可以满足常规使用需求，但本身的体积和重量较大，移动和使用较为麻烦，另外，由于动力头内多根转轴的转速远高于一千转，导致发热量较高，需要使用液态润滑油并配挂润滑循环系统进行润滑和散热，且仅通过液压马达调速，调速范围较小，工况适应能力较弱;也有如中国专利CN106223838A公开的大扭矩双马达双变速回转动力头，和中国专利CN103132905A公开的一种工程钻机液压动力头，这种动力头是通过切换液压马达实现更大范围的调速，以适应多种工况，但双液压马达对应的传动箱结构较为复杂，同样存在移动不便和发热量较高的问题。

[0004]因此，需要设计一种结构紧凑、适应性强的立轴岩心钻机用动力头，以降低钻进施工难度、提高施工速度。

发明内容

[0005]针对现有技术的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种立轴岩心钻机用动力头，解决现有动力头体积较大、发热量较高的技术问题，取得降低钻进施工难度、提高施工速度的效果。

[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

[0007]一种立轴岩心钻机用动力头，包括动力箱，动力箱内转动设有平行的输入轴和输出轴，输入轴的一端通过行星减速器传动连接液压马达;动力箱内，输入轴上同步转动设有低速主动齿轮和高速主动齿轮，输出轴上设有低速从动齿轮和高速从动齿轮，低速从动齿轮与输出轴转动连接，低速从动齿轮具有外齿和内齿，低速从动齿轮的外齿与低速主动齿轮啮合，高速从动齿轮与输出轴同步转动连接并可沿轴向滑动，高速从动齿轮滑动至与低速从动齿轮的内齿配合时输出低转速，高速从动齿轮滑动至与高速主动齿轮啮合时输出高转速;所述动力头还包括用于驱动高速从动齿轮滑动的变速机构。

[0008]进一步地，高速从动齿轮的轴向中部开设有一圈操纵槽，变速驱动机构包括驱动源和拨叉，驱动源的输出端与拨叉头传动连接，拨叉位于动力箱内且拨叉脚与操纵槽连接，驱动源通过拨叉驱动高速从动齿轮轴向滑动。

[0009]进一步地，拨叉头上轴孔的轴向与拨叉脚的宽度方向对应，拨叉头通过轴孔同步转动连接有驱动轴，驱动轴转动连接在动力箱内，驱动轴与输入轴垂直且位于输入轴和输出轴之间，驱动源通过驱动轴与拨叉头传动连接并用于驱动拨叉摆动;拨叉脚的端部内侧通过转轴转动连接有驱动块，所述转轴的轴向与拨叉脚的宽度方向对应，驱动块位于所述操纵槽内以使高速从动齿轮随拨叉摆动而滑动。

[0010]进一步地，驱动轴上同步转动连接有摆臂，摆臂在驱动轴的径向上朝与拨叉相背的方向延伸，驱动源为沿输入轴轴向设置的液压缸，液压缸的伸缩杆上沿径向贯穿设有配合孔，摆臂的自由端位于配合孔内，在伸缩杆的轴向上，配合孔的尺寸大于摆臂自由端的尺寸，以使液压缸可通过摆臂带动驱动轴转动进而使拨叉摆动。

[0011]进一步地，行星减速器的壳体分别连接动力箱和液压马达，液压缸位于动力箱外并连接在与液压马达相对的一侧。

[0012]进一步地，所述行星减速器为一级行星减速器，液压马达的输出轴与所述行星减速器的太阳轮同步转动连接，输入轴与所述行星减速器的行星架同步转动连接。

[0013]进一步地，输出轴为接头式输出轴。

[0014]进一步地，输出轴为卡盘式输出轴。

[0015]相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

[0016]本实用新型所述立轴岩心钻机用动力头，采用行星减速器和动力箱结合来实现液压马达到钻杆的动力传递，行星减速器不仅传动效率高、发热量较低，且传动比较大，可将动力箱的输入降低至一千转以下，配合动力箱通过两轴变速，可以满足正常钻进所需的较高钻速输出和事故工况所需的低转速、高扭矩输出，动力箱内输入轴和输出轴的钻速相较于现有动力头较低，不仅发热量较小，可采用脂润滑，且结构紧凑、体积较小;因此，本实用新型可有效解决现有动力头体积较大、发热量较高的问题，有利于降低钻进施工难度、提高施工速度。

附图说明

[0017]图1为实施例1所述立轴岩心钻机用动力头的立体图;

[0018]图2为实施例1所述立轴岩心钻机用动力头的主视图;

[0019]图3为图2隐去动力箱和滑动连接座的示意图;

[0020]图4为图3进一步部分构件的示意图;

[0021]图5为图4中部分构件移动得到的爆炸示意图;

[0022]图6为实施例2所述立轴岩心钻机用动力头的立体图;

[0023]其中，动力箱1，输入轴2，输出轴3，行星减速器4，液压马达5，钻杆接头6，低速主动齿轮7，高速主动齿轮8，低速从动齿轮9，高速从动齿轮10，滑动连接座11，套筒12，操纵槽13，驱动源14，拨叉15，驱动轴16，转轴17，驱动块18，摆臂19，液压缸20，配合孔21，太阳轮22，行星轮23，行星架24，内齿圈25，钻杆卡盘26。

具体实施方式

[0024]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0025]实施例1：请参见图1、图2和图3，一种立轴岩心钻机用动力头，包括动力箱1，动力箱1内转动设有平行的输入轴2和输出轴3，输入轴2的一端伸出动力箱1并通过行星减速器4传动连接液压马达5，液压马达5通过行星减速器4带动输入轴2转动，输出轴3的一端伸出动力箱1以用于连接钻杆;动力箱1内，输入轴2上同步转动设有低速主动齿轮7和高速主动齿轮8，输出轴3上设有低速从动齿轮9和高速从动齿轮10，低速从动齿轮9与输出轴3转动连接，低速从动齿轮9具有外齿和内齿，低速从动齿轮9的外齿与低速主动齿轮7啮合，高速从动齿轮10与输出轴3同步转动连接并可沿轴向滑动，高速从动齿轮10可滑动至与低速从动齿轮9的内齿配合、也可滑动至与高速主动齿轮8啮合;所述动力头还包括用于驱动高速从动齿轮10滑动的变速机构。

[0026]本实施例中，行星减速器4的壳体分别连接动力箱1和液压马达5，输出轴3采用接头式输出轴，如图1所示，输出轴3一端伸出动力箱1外通过钻杆接头6来连接钻杆，动力箱1一侧设有滑动连接座11，以用于与立轴岩心钻机的给进机构配合实现升降;如图3所示，低速主动齿轮7的直径小于低速从动齿轮9，高速主动齿轮8的直径大于高速从动齿轮10，高速从动齿轮10的直径与低速从动齿轮9内齿处的直径相适配，低速从动齿轮9为具有外齿和内齿的齿圈，高速从动齿轮10不仅可滑动至与高速主动齿轮8啮合实现高速传动，还可滑动至低速从动齿轮9内齿处并与其啮合，使低速从动齿轮9与输出轴3同步转动连接，从而实现低速传动。

[0027]本实用新型所述立轴岩心钻机用动力头，采用行星减速器4来降低液压马达5输入动力箱1的转速，行星减速器4的传动比较大，可将液压马达5几千转的输出降低到一千转以下传递至输入轴2，然后配合动力箱1完成变速;正常工作时，可通过变速机构驱动高速从动齿轮10滑动至与高速主动齿轮8啮合实现高速传动，使动力箱1通过输出轴3向钻杆输出一千转左右的转速，以满足正常钻进所需，当出现如卡钻、脱块等孔内事故时，可通过变速机构驱动高速从动齿轮10滑动至与低速从动齿轮9的内齿啮合实现低速传动，使动力箱1通过输出轴3向钻杆输出几百转的转速，从而增发扭矩，以便处理孔内事故。

[0028]本实用新型所述立轴岩心钻机用动力头，由于行星减速器4的传动结构分布较为均匀、其行星轮23作用于中心轮和臂轴承的反作用力可以相互平衡，因此，传动效率更高，发热量相较于普通减速器更低，另外，行星减速器4的输出轴3与输入轴2共线，不仅能够承受更大的负载，且结构更加紧凑，体积相较于普通减速器更小;两轴的动力箱1主要起变速作用，不仅体积较小，且输入轴2和输出轴3的转速均较低，发热量较小;所述立轴岩心钻机用动力头采用行星减速器4和动力箱1结合来实现液压马达5到钻杆的动力传递，不仅整体结构较为紧凑、体积小，且发热量较小，可采用脂润滑，可有效解决现有动力头体积较大、发热量较高的问题，有利于降低钻进施工难度、提高施工速度。

[0029]请参见图4和图5，图4在图3隐去动力箱1和滑动连接座11的基础上，进一步隐去了液压马达5、钻杆接头6和轴承等构件，以便更清晰地展示动力箱1内的传动结构;输入轴2分别与低速主动齿轮7和高速主动齿轮8通过花键同步转动连接，输入轴2上低速主动齿轮7和高速主动齿轮8之间设有套筒12以用于保持两者间距;高速从动齿轮10的轴向中部开设有一圈操纵槽13，变速驱动机构包括驱动源14和拨叉15，驱动源14的输出端与拨叉头传动连接，拨叉15位于动力箱1内且拨叉脚与操纵槽13连接，驱动源14通过拨叉15驱动高速从动齿轮10轴向滑动;实施时，驱动源14可以采用气缸、液压缸和电推杆等直线驱动机构，用于驱动拨叉15沿输出轴3的周向移动，拨叉15的拨叉脚卡在操纵槽13内，从而推动高速从动齿轮10在输出轴3上轴向滑动。

[0030]本实施例中，则是设计拨叉头上轴孔的轴向与拨叉脚的宽度方向对应，拨叉头通过轴孔同步转动连接有驱动轴16，驱动轴16转动连接在动力箱1内，驱动轴16与输入轴2垂直且位于输入轴2和输出轴3之间，驱动源14通过驱动轴16与拨叉头传动连接并用于驱动拨叉15摆动;拨叉脚的端部内侧通过转轴17转动连接有驱动块18，所述转轴17的轴向与拨叉脚的宽度方向对应，驱动块18位于所述操纵槽13内以使高速从动齿轮10随拨叉15摆动而滑动;这样，通过拨叉脚摆动使驱动块18轴向移动，相较于常规拨叉15整体轴向移动，所需的轴向空间更小，使得本方案不仅可将拨叉头和驱动轴16设置输出轴3靠近输入轴2的一侧，且将拨叉头和驱动轴16设置在了低速主动齿轮7与高速主动齿轮8之间，使得动力箱1的结构更加紧凑，有利于减小动力箱1的体积;对应地，实施时，驱动源14可以采用旋转驱动机构，如电机，横向设置在动力箱1外与驱动轴16同步转动连接，但这会导致动力头的横向尺寸增加。

[0031]为此，本实施例中，设计驱动轴16上同步转动连接有摆臂19，摆臂19在驱动轴16的径向上朝与拨叉15相背的方向延伸，驱动源14为沿输入轴2轴向设置的液压缸20，液压缸20的伸缩杆上沿径向贯穿设有配合孔21，摆臂19的自由端位于配合孔21内，在伸缩杆的轴向上，配合孔21的尺寸大于摆臂19自由端的尺寸，以使液压缸20可通过摆臂19带动驱动轴16转动进而使拨叉15摆动;这样，驱动源14设置在动力箱1竖向一侧，具体设置在动力箱1外并连接在与液压马达5相对的一侧，使驱动源14在动力箱1外钻杆接头6的竖向尺寸范围内，不会导致动力头的尺寸增加，有利于控制动力头的整体体积，降低运输和使用难度。

[0032]请参见图4和图5，本实施例中，采用的行星减速器4为一级行星减速器4，行星减速器4的壳体与动力箱1固定连接，液压马达5的输出轴3与所述行星减速器4的太阳轮22同步转动连接，太阳轮22与行星架24上的行星轮23啮合，行星轮23与内齿圈25啮合，输入轴2与所述行星减速器4的行星架24同步转动连接;这样，一级行星减速器4的传动比一般在3-10之间，完全可以满足动力头对液压马达5的减速需求，且竖向尺寸较小，有利于控制动力头的整体体积;具体应用时，可采用三千到四千转的液压马达5，配合传动比为3-4之间的一级行星减速器4，从而使输入轴2达到七百到一千转的转速，再通过液压马达5自身变速和动力箱1变速增大输出轴3的转速范围，以满足使用所需。

[0033]实施例2：请参见图6，与实施例1的不同之处在于，输出轴3采用卡盘式输出轴，输出轴3一端伸出动力箱1外通过钻杆卡盘26来连接钻杆。

[0034]最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型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，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

说明书附图(6)