一种可变速的冲击回转动力头的制作方法

1.本发明涉及地质钻探装备技术领域，具体地涉及一种可变速的冲击回转动力头。

背景技术：

2.动力头冲击回转钻进是常用的钻探工艺，具有效率高、地层适应性强的特点，动力头是钻探机械实现冲击回转钻进工艺的核心部件。目前大多数冲击回转动力头转速范围小，回转扭矩小，制约冲击回转钻探工艺在工程领域推广应用。为解决这一问题，有必要设计一种可多级变速的液压驱动冲击回转动力头。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种可多级变速的液压驱动冲击回转动力头，具有转速范围宽，输出扭矩大，能够适用于冲击钻进、回转钻进、冲击+回转钻进和大直径绳索取心钻探等多种钻探工艺。
4.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种可变速的冲击回转动力头，包括下惰齿轮、换挡双联齿轮、上惰齿轮、箱体、上齿轮轴、驱动马达、冲击油缸、内冲击杆、中空回转芯轴、机械换挡油缸和下齿轮；所述箱体内贯穿有中空回转芯轴，中空回转芯轴内设置有内冲击杆，所述冲击油缸安装于箱体顶部，冲击油缸内部的冲击活塞能够直接击打所述内冲击杆，内冲击杆击打钻具顶部砧头可以实现冲击钻进作业。所述中空回转芯轴上下两侧分别安装有上齿轮轴和下齿轮，上齿轮轴和下齿轮分别与安装于中空回转芯轴上的上惰齿轮和下惰齿轮啮合，实现齿轮啮合传动。所述驱动马达安装于箱体上，用于驱动上齿轮轴和下齿轮。所述换挡双联齿轮套装于中空回转芯轴的外花键上，位于上惰齿轮和下惰齿轮之间，并能够与上惰齿轮或下惰齿轮相啮合，换挡双联齿轮通过机械换挡油缸驱动，使其能够沿中空回转芯轴的外花键上下移动。
5.进一步的，所述换挡双联齿轮通过换挡拨盘带动上下移动，换挡双联齿轮可相对于换挡拨盘转动，换挡拨盘与所述机械换挡油缸的活塞杆连接。
6.进一步的，所述驱动马达设置不小于两组。
7.进一步的，所有所述驱动马达均与三位四通液压换挡阀连接，所述三位四通液压换挡阀能够实现所有驱动马达之间串联或并联状态连接。
8.进一步的，所述驱动马达安装于箱体的顶部或底部。
9.进一步的，所述可变速的冲击回转动力头的使用方法，包括：当机械换挡油缸的活塞杆向上移动时，带动换挡双联齿轮沿着中空回转芯轴的外花键向上移动，直至换挡双联齿轮的上部外齿与上惰齿轮的内齿啮合，此时输出动力由驱动马达驱动上齿轮轴，并传递至上惰齿轮，再通过换挡双联齿轮的内花键传递到中空回转芯轴，实现了低速大扭矩输出。
10.当机械换挡油缸的活塞杆向下移动时，带动换挡双联齿轮沿着中空回转芯轴的外花键向下移动，直至换挡双联齿轮的下部外齿与下惰齿轮的内齿啮合，此时输出动力由驱
动马达驱动下齿轮，再传递到下惰齿轮，再通过换挡双联齿轮的内花键传递到中空回转芯轴，实现了高速大扭矩输出。
11.进一步的，在换挡双联齿轮的任一高低速机械档位位置，通过三位四通液压换挡阀实现所有驱动马达串联或并联状态连接，从而实现液压模式下的高低速档位切换。通过此方法可以得到多种不同转速扭矩的动力输出，为冲击回转钻探工艺实施提供了更大范围的转速和扭矩。
12.本发明的技术效果：与现有技术相比，本发明的一种可变速的冲击回转动力头，将机械换挡与液压换挡相结合，实现多种模式的高低速档位切换，解决了传统冲击回转钻探工艺传动机构不能变速的问题，具有更大范围的转速和扭矩，可广泛用于冲击、回转、冲击+回转钻探以及大直径绳索取心等多种钻探工艺。
附图说明
13.图1为本发明可变速的冲击回转动力头结构原理示意图。
14.图中，1、下惰齿轮；2、换挡双联齿轮；3、上惰齿轮；4、箱体；5、上齿轮轴；6、驱动马达；7、冲击油缸；8、内冲击杆；9、中空回转芯轴；10、机械换挡油缸；11、下齿轮；12、液压换挡阀；13、换挡拨盘。
具体实施方式
15.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
16.实施例：如图1所示，本实施例涉及的一种可变速的冲击回转动力头，包括下惰齿轮1、换挡双联齿轮2、上惰齿轮3、箱体4、上齿轮轴5、驱动马达6、冲击油缸7、内冲击杆8、中空回转芯轴9、机械换挡油缸10、下齿轮11、液压换挡阀12、换挡拨盘13。
17.所述箱体4内贯穿有中空回转芯轴9，中空回转芯轴9内设置有内冲击杆8，所述冲击油缸7安装于箱体4的顶部中间位置，冲击油缸7内部的冲击活塞能够直接击打所述内冲击杆8，内冲击杆8击打钻具顶部砧头可以实现冲击钻进作业。
18.所述中空回转芯轴9上下两侧分别安装有上齿轮轴5和下齿轮11，上齿轮轴5和下齿轮11分别与安装于中空回转芯轴9上的上惰齿轮3和下惰齿轮1啮合，实现齿轮啮合传动。
19.本实施例所述驱动马达6设置两组，均安装于箱体4顶部。所述驱动马达6依次与驱动上齿轮轴5和下齿轮11连接，两组驱动马达6均与三位四通液压换挡阀12连接，所述三位四通液压换挡阀12能够实现两组驱动马达6串联或并联状态连接，从而实现液压模式下的高低速档位切换。
20.所述换挡双联齿轮2套装于中空回转芯轴9的外花键上，位于上惰齿轮3和下惰齿轮1之间，并能够分别与上惰齿轮3或下惰齿轮1相啮合，换挡双联齿轮2通过换挡拨盘13带动上下移动，换挡拨盘13与所述机械换挡油缸10的活塞杆连接，在机械换挡油缸10的驱动下，换挡双联齿轮2能够沿中空回转芯轴9的外花键上下移动。具体的，所述换挡双联齿轮2通过轴承与换挡拨盘13连接，可相对于换挡拨盘13转动。
21.当机械换挡油缸10的活塞杆向上移动时，换挡拨盘13带动换挡双联齿轮2沿着中空回转芯轴9的外花键向上移动，直至换挡双联齿轮2的上部外齿与上惰齿轮3的内齿啮合，此时输出动力由驱动马达6驱动上齿轮轴5，并传递至上惰齿轮3，再通过换挡双联齿轮2的内花键传递到中空回转芯轴9，实现了低速大扭矩输出。
22.当机械换挡油缸10的活塞杆向下移动时，换挡拨盘13带动换挡双联齿轮2沿着中空回转芯轴9的外花键向下移动，直至换挡双联齿轮2的下部外齿与下惰齿轮1的内齿啮合，此时输出动力由驱动马达6驱动下齿轮11，再传递到下惰齿轮1，再通过换挡双联齿轮2的内花键传递到中空回转芯轴9，实现了高速大扭矩输出。
23.另一方面，本实施例在换挡双联齿轮2的任一高低速机械档位位置，通过三位四通液压换挡阀12，可以实现两个驱动马达6串联或并联状态连接，从而实现液压模式下的高低速档位切换。通过此方法可以得到四种不同转速扭矩的动力输出，为冲击回转钻探工艺实施提供了更大范围的转速和扭矩，为进一步优化钻探工艺提供了一种新型传动装置，可用于冲击、回转、冲击+回转钻探以及大直径绳索取心等多种钻探工艺。
24.上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

技术特征：

1.一种可变速的冲击回转动力头，其特征在于：包括下惰齿轮、换挡双联齿轮、上惰齿轮、箱体、上齿轮轴、驱动马达、冲击油缸、内冲击杆、中空回转芯轴、机械换挡油缸和下齿轮；所述箱体内贯穿有中空回转芯轴，中空回转芯轴内设置有内冲击杆，所述冲击油缸安装于箱体顶部，冲击油缸内部的冲击活塞能够直接击打所述内冲击杆；所述中空回转芯轴上下两侧分别安装有上齿轮轴和下齿轮，上齿轮轴和下齿轮分别与安装于中空回转芯轴上的上惰齿轮和下惰齿轮啮合；所述驱动马达安装于箱体上，用于驱动上齿轮轴和下齿轮；所述换挡双联齿轮套装于中空回转芯轴的外花键上，位于上惰齿轮和下惰齿轮之间，并能够与上惰齿轮或下惰齿轮相啮合，换挡双联齿轮通过机械换挡油缸驱动，使其能够沿中空回转芯轴的外花键上下移动。2.根据权利要求1所述的可变速的冲击回转动力头，其特征在于：所述换挡双联齿轮通过换挡拨盘带动上下移动，换挡拨盘与所述机械换挡油缸的活塞杆连接。3.根据权利要求1所述的可变速的冲击回转动力头，其特征在于：所述驱动马达设置不小于两组。4.根据权利要求3所述的可变速的冲击回转动力头，其特征在于：所有驱动马达均与三位四通液压换挡阀连接，所述三位四通液压换挡阀能够实现所有驱动马达之间串联或并联状态连接。5.根据权利要求1所述的可变速的冲击回转动力头，其特征在于：所述驱动马达安装于箱体的顶部或底部。6.根据权利要求1-5任一项所述的可变速的冲击回转动力头，其特征在于：所述可变速的冲击回转动力头的使用方法，包括：当机械换挡油缸的活塞杆向上移动时，带动换挡双联齿轮沿着中空回转芯轴的外花键向上移动，直至换挡双联齿轮的上部外齿与上惰齿轮的内齿啮合，此时输出动力由驱动马达驱动上齿轮轴，并传递至上惰齿轮，再通过换挡双联齿轮的内花键传递到中空回转芯轴，实现低速大扭矩输出；当机械换挡油缸的活塞杆向下移动时，带动换挡双联齿轮沿着中空回转芯轴的外花键向下移动，直至换挡双联齿轮的下部外齿与下惰齿轮的内齿啮合，此时输出动力由驱动马达驱动下齿轮，再传递到下惰齿轮，再通过换挡双联齿轮的内花键传递到中空回转芯轴，实现高速大扭矩输出。7.根据权利要求6所述的可变速的冲击回转动力头，其特征在于：在换挡双联齿轮的任一高低速机械档位位置，通过三位四通液压换挡阀实现所有驱动马达串联或并联状态连接，从而实现液压模式下的高低速档位切换。

技术总结

本发明涉及地质钻探技术领域，具体地涉及一种可变速的冲击回转动力头，包括下惰齿轮、换挡双联齿轮、上惰齿轮、箱体、驱动马达、冲击油缸、机械换挡油缸；箱体内贯穿有中空回转芯轴，中空回转芯轴内设有内冲击杆，冲击油缸安装于箱体顶部；中空回转芯轴上下两侧分别安装有上齿轮轴和下齿轮，上齿轮轴和下齿轮分别与安装于中空回转芯轴上的上惰齿轮和下惰齿轮啮合；驱动马达安装于箱体上，用于驱动上齿轮轴和下齿轮；换挡双联齿轮套装于中空回转芯轴的外花键上，位于上惰齿轮和下惰齿轮之间，通过机械换挡油缸驱动，使其能够沿中空回转芯轴的外花键上下移动。本发明解决了传统冲击回转钻探工艺传动机构不能变速的问题。钻探工艺传动机构不能变速的问题。钻探工艺传动机构不能变速的问题。