一种岩心钻机动力头总成的制作方法

本发明属于地质钻探设备领域，尤其涉及一种岩心钻机动力头总成。

背景技术：

1、在地质钻探作业中，钻杆在对地面作业时正常采用旋转式钻进的作业方式，因此需要一个强大的动力源来驱动钻杆，动力头就是钻杆与动力源之间的传动装置，钻杆在整个钻探过程中的钻进深度可达上千米，这种级别的钻进可能会遇到各种不同质地的岩层，并且需要动力头夹持上百根相互连接的钻杆，钻进的持续时间长，燃料消耗量大，不同岩层的钻进需要不同的钻杆钻速调整，长时间的钻进对设备的冷却和稳定性都提出了很高的要求，现有的动力头动力输出模式单一，冷却效果差，部分部件设计不合理导致运行不稳定。因此现有技术急需一种适应性更强，运行更加稳定的岩心钻机动力头总成。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种岩心钻机动力头总成,以解决钻机在整个钻探过程中的钻进深度可达上千米，这种级别的钻进会遇到各种不同质地的岩层，并且需要动力头夹持上百根相互连接的钻杆，钻进的持续时间长，燃料消耗量大，因此需要动力头系统有更多的功能和更好结构来解决这些技术问题，提供一种适应性更强，运行更加稳定的岩心钻机动力头总成。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种岩心钻机动力头总成，包括：驱动件、变速箱以及动力头本体，所述变速箱具有输入轴、中间轴、输出轴和换挡组件，所述输入轴与所述驱动件传动连接，所述输入轴与所述中间轴齿轮啮合传动，所述中间轴与所述输出轴对应设置两组或多组传动比相异的齿轮组，所述换挡组件用于控制齿轮组在传动比相异的啮合档位之间进行切换，实现不同档位的中间轴和输出轴之间的锁定传动和空挡传动，所述输出轴与所述动力头本体配合传动；所述动力头本体内设置有用于对钻杆夹持的钻杆夹持组件，所述钻杆夹持组件包括卡瓦，所述卡瓦的夹紧力由弹性部件提供；所述动力头总成包含有冷却循环组件；变速箱作为动力头本体与驱动件之间的传动设备，通过调控不同传动比的齿轮组形成动力传输的通路；来控制动力头本体的钻速和扭矩以应对不同环境的工作需要，提高了工作效率。

4、进一步的，所述输入轴与所述输出轴共轴且相对转动连接，所述输入轴固定设置有塔形齿轮，所述塔形齿轮具有与输出轴转动套接的套接端、以及与驱动件传动连接的传动端；

5、所述输出轴远离所述塔形齿轮的方向依次转动套设有中速输出齿轮和低速输出齿轮，所述低速输出齿轮的齿径大于所述中速输出齿轮；

6、沿变速箱动力传输方向所述中间轴固定设置有齿径依次减小的传动中间齿轮、中速中间齿轮和低速中间齿轮，所述传动中间齿轮与所述塔形齿轮的套接端啮合，所述中速中间齿轮与所述中速输出齿轮啮合，所述低速中间齿轮与所述低速输出齿轮啮合；

7、所述塔形齿轮与中速输出齿轮之间、以及所述中速输出齿轮与所述低速输出齿轮之间夹设同步组件，所述同步组件用于将塔形齿轮或中速输出齿轮或低速输出齿轮与所述输出轴锁定。通过这样的设计，输入轴与输出轴共轴节省了变速箱所需要的空间；驱动件带动塔形齿轮转动，由于塔形齿轮与输出轴是转动套设、与传动中间齿轮啮合，此时中间轴转动；虽然中间轴整个转动且中速中间齿轮与中速输出齿轮啮合、低速中间齿轮与低速输出齿轮啮合，但是中速输出齿轮和低速输出齿轮与输出轴是转动套接的，因此输出轴此时不转动；当控制不同的同步组件将塔形齿轮或中速输出齿轮或低速输出齿轮与输出轴锁定时，驱动件的才能将转动传动到输出轴上。

8、进一步的，所述同步组件包括花键骨、同步齿圈和结合套，所述花键骨与所述输出轴键槽固定，所述花键骨外缘沿轴向均布有凸键，所述同步齿圈外缘沿轴向设置有与凸键适配的同步凸键，所述结合套內缘沿轴向均布有结合凹槽，所述结合凹槽用于同时与凸键和同步凸键配合或与凸键单独配合；

9、所述结合套可沿所述花键骨的轴向滑动，所述花键骨包括高速档花键骨和中低速档花键骨，所述高速档花键骨夹设于所述塔形齿轮与所述中速输出齿轮之间，所述中低速档花键骨夹设于所述中速输出齿轮与所述低速输出齿轮之间；

10、所述结合套包括高速档结合套和中低速档结合套，所述高速档结合套与所述高速档花键骨配合套设，所述中低速档结合套与所述中低速档花键骨配合套设；

11、所述同步齿圈包括高速档同步齿圈、中速档同步齿圈和低速档同步齿圈，所述高速档同步齿圈固定于所述塔形齿轮靠近所述高速档花键骨一侧，所述中速档同步齿圈固定于所述中速输出齿轮靠近所述中低速档花键骨一侧，所述低速档同步齿圈固定于所述低速输出齿轮靠近所述中低速档花键骨一侧。、根据权利要求所述的岩心钻机动力头总成，其特征在于，所述换挡组件包括换挡杆、固定封板、拨档轴、拨档块、拨叉轴和拨叉片；

12、拨档轴沿第一方向贯穿所述固定封板，所述固定封板与变速箱外壳固定，所述拨档轴的一端与换挡杆连接、另一端固定设置有拨档块；

13、所述拨叉轴沿第二方向设置，所述拨叉片与所述拨叉轴滑动套设，所述拨叉片的开口端将结合套夹持，所述拨叉片的安装端与所述拨档块在第二方向上形成驱动连接，所述换挡杆通过所述拨档轴控制拨档块活动，所述拨档块配置为推动所述拨叉片在所述拨叉轴上沿第二方向滑动。通过这样的设计，花键骨与输出轴锁定，结合套与花键骨锁定，将结合套的一部分套设于花键骨上、一部套设于同步齿圈上，此时塔形齿轮或中速输出齿轮或低速输出齿轮就与输出轴锁定，以此来实现对输出轴的扭矩和转速的控制。

14、进一步的，所述换挡杆端部设置有推动块，所述推动块与所述拨档轴的连接位置开设有扁平通孔，所述拨档轴插入所述扁平通孔的一端为扁平转动端，所述推动块与所述扁平转动端沿第二方向设置有销栓固定，所述换挡杆以所述销栓中心轴为轴心转动，带动拨档轴相对于固定封板滑动；

15、所述换挡杆还包括与所述推动块一体成型的弧形凸台、以及与变速箱外壳固定的支点块，所述支点块沿第二方向开设有v型定位槽，所述v型定位槽的开口方向朝向所述弧形凸台，所述弧形凸台的部分顶入所述v型定位槽内，所述v型定位槽对所述弧形凸台在第一方向上形成限位、在第二方向上形成滑动配合。通过这样的设计，换挡杆控制拨档轴、拨档轴带动拨档块、拨档块推动拨叉片、拨叉片带动结合套，当工作人员操控换挡杆，控制结合套将不同的挡位输出齿轮与输出轴锁定。

16、进一步的，所述换挡杆端部设置有推动块，所述推动块与所述拨档轴的连接位置开设有扁平通孔，所述拨档轴插入所述扁平通孔的一端为扁平转动端，所述推动块与所述扁平转动端沿第二方向设置有销栓固定，所述换挡杆以所述销栓中心轴为轴心转动，带动拨档轴相对于固定封板滑动；

17、所述换挡杆还包括与所述推动块一体成型的弧形凸台、以及与变速箱外壳固定的支点块，所述支点块沿第二方向开设有v型定位槽，所述v型定位槽的开口方向朝向所述弧形凸台，所述弧形凸台的部分顶入所述v型定位槽内，所述v型定位槽对所述弧形凸台在第一方向上形成限位、在第二方向上形成滑动配合。扁平通孔、扁平转动端的设计是为了，在不影响拨档轴沿第二方向滑动的情况下，当工作人员在第一方向推动换挡杆时，拨档轴会沿自身轴线转动，扁平通孔与扁平转动端之间使用销栓固定，是为了工作人员沿第二方向推动换挡杆时，换挡杆的弧形凸台受v型定位槽限位，换挡杆拨档轴的连接处可沿第一方向产生位移从而沿第一方向推动或抽离所述拨档轴，所述v型定位槽的设计，使得换挡杆在以v型定位槽为支点沿第一方向搬动时更加顺畅。

18、进一步的，所述拨档块呈u型，u型的所述拨档块两端延伸出两条支腿，两条所述支腿的相对面形成高速档拨档凸台和中低速档拨档凸台，所述拨叉轴穿设有限位销轴，所述限位销轴在第一方向上与所述高速档拨档凸台和中低速档拨档凸台同轴，所述限位销轴沿第一方向可滑动；

19、所述拨叉片包括高速档拨叉片和中低速档拨叉片、所述高速档拨叉片和中低速档拨叉片在第二方向上以限位销轴为界线分设于两侧；

20、在第一方向上以所述拨叉轴为界线、所述高速档拨叉片和中低速档拨叉片在相异的两侧凸起设置高速档拨叉块和中低速档拨叉块，所述限位销轴能够同时对高速档拨叉块和中低速档拨叉块在第二方向上的活动形成限制；

21、所述高速档拨档凸台与所述限位销轴之间预留有换挡间隙，所述高速档拨叉块上开设有高速档拨叉滑槽，所述限位销轴和高速档拨档凸台沿同一轴线在高速档拨叉滑槽内滑动，便于实现高速档拨档凸台与高速档拨叉滑槽单独配合、或限位销轴与高速档拨叉滑槽单独配合、或高速档拨档凸台和限位销轴与高速档拨叉滑槽同时配合；

22、所述中低速档拨档凸台与所述限位销轴之间预留有换挡间隙，所述中低速档拨叉块上开设有中低速档拨叉滑槽，所述限位销轴和中低速档拨档凸台沿同一轴线在中低速档拨叉滑槽内滑动，便于实现中低速档拨档凸台与中低速档拨叉滑槽单独配合、或限位销轴与中低速档拨叉滑槽单独配合、或中低速档拨档凸台和限位销轴与中低速档拨叉滑槽同时配合。通过这样的设计，高速档拨叉片用于控制塔形齿轮与输出轴的锁定，中低速档拨叉片用于控制中速输出齿轮或低速输出齿轮与输出轴的锁定，当需要调控变速箱的不同档位时，需要先水平方向推动拨档块，拨档块将限位销轴推动，使得限位销轴只能限制一个拨叉片的活动，在向上或向下推动拨档块，拨档凸台推动拨叉片上移或下移。

23、进一步的，所述拨叉片与所述拨叉轴套接位置固定设有波珠螺丝，所述波珠螺丝的活动端沿第二方向朝向所述拨叉轴，所述拨叉轴与所述波珠螺丝贴合处设有分级槽，所述分级槽由三段连续的环形凹槽组成，所述活动端与所述分级槽配合装配。通过这样的设计，在拨叉片受到的推动力超过波珠螺丝缩入的预设力度时，波珠螺丝缩入跳动到下一级或上一级的分级槽内，防止拨叉片过于松动受到震动容易产生位移，使得挡位不稳定。

24、进一步的，所述动力头本体包括主轴和主轴齿轮，所述主轴齿轮与主轴键槽固定，所述输出轴设置有终端输出齿轮，所述终端输出齿轮与所述主轴齿轮通过过渡齿轮传动连接，所述过渡齿轮通过键槽固定于过渡轴。过渡轴的设计是因为输出轴与动力头本体之间间隔有一定的距离，为避免动力的终端输出齿轮或主轴齿轮的齿径过大浪费动力。输出轴还能为驱动泵供能。

25、进一步的，还包括基座壳体，所述基座壳体为变速箱、动力头本体和过渡轴提供安装位置，所述变速箱的变速箱外壳与所述基座壳体固定安装，所述输入轴、中间轴和输出轴与所述变速箱外壳和/或基座壳体轴承连接，所述动力头本体包括与所述基座壳体固定安装的动力头本体外壳、和与所述基座壳体转动安装的主轴，所述动力头本体外壳包括第一承重凸台、第二承重凸台、碟簧外壳、油缸壳、卡盘罩和顶盖，所述第一承重凸台和第二承重凸台与所述基座壳体固定连接，所述第一承重凸台沿远离所述基座壳体的方向依次搭接碟簧外壳、油缸壳、卡盘罩和顶盖，所述顶盖的中心位置设置有钻杆轴套。通过这样的设计，动力头本体的主轴需要转动；而动力头本体外壳不需要转动，因此主轴需要通过轴承与基座壳体连接，而轴承无法承受过大的径向力，因此将动力头本体外壳与基座壳体固定，减轻一部分主轴上的轴承在径向上的压力。

26、进一步的，所述动力头本体设置有钻杆夹持组件，所述钻杆夹持组件包括卡瓦、锥度卡环和动力件，所述锥度卡环的内壁具有斜槽，所述卡瓦贯穿设置于主轴的侧壁，所述侧壁上开设有容纳卡瓦沿主轴径向滑动的卡瓦槽；

27、所述卡瓦槽上设置有限制卡瓦沿主轴轴向滑动的限位滑动面，所述卡瓦还具有与所述斜槽滑动配合的倾斜面，所述动力件为所述锥度卡环沿主轴的轴向滑动供力。通过这样的设计，当锥度卡环上下活动时会带动卡瓦也有活动的趋势，由于卡瓦在主轴的轴向上被限位，卡瓦只能与斜槽进行相对的滑动，而锥度卡环在上下活动时，斜槽与卡瓦配合位置的厚度会产生变化，从而将推动卡瓦沿主轴的径向活动。

28、进一步的，所述动力件包括碟簧和驱动油缸，所述碟簧套设于所述主轴外壁，所述碟簧的一端与主轴外壁固定的防水挡环抵持、另一端与锥度卡环抵持，所述碟簧沿反钻进方向推动所述锥度卡环、所述锥度卡环沿主轴径向推动所述卡瓦内滑夹紧钻杆；

29、所述驱动油缸包括活塞套和油缸壳，所述活塞套与所述锥度卡环固定连接，所述活塞套沿钻进方向推动所述锥度卡环、所述锥度卡环沿主轴径向拉动所述卡瓦外扩松开钻杆；

30、所述活塞套套设于所述锥度卡环，所述油缸壳套设于所述活塞套，所述油缸壳与所述活塞套的贴合面设置有阶梯结构、所述阶梯结构配合形成液压腔；

31、所述活塞套与锥度卡环之间通过第一锥列轴承转动连接，所述第一锥列轴承包括第一锥列外环、第一锥列滚珠和第一锥列内环，所述第一锥列外环与所述活塞套固定，所述第一锥列内环与轴承托盘固定；

32、所述活塞套通过减负弹簧与油缸壳连接，所述轴承托盘与所述锥度卡环固定连接，所述第一锥列轴承为分体式轴承；

33、所述活塞套的顶部固定设置有弹簧压座，所述弹簧压座具有多个沿钻进方向设置的弹簧安装栓，所述弹簧安装栓的端部插入所述油缸壳顶部，所述油缸壳顶部开设有多个容纳弹簧安装栓上下滑动的缓冲孔，所述弹簧安装栓与缓冲孔之间压缩安装有减负弹簧。通过这样的设计，通常情况下，卡瓦通过碟簧的弹性预紧力对钻杆进行夹持，当需要更换钻杆时，驱动油缸往液压腔内注入油液推动活塞套下移，活塞套带动锥度卡环下移，卡瓦随着锥度卡环的下移逐渐远离所述主轴的中心轴松开钻杆。

34、进一步的，所述锥度卡环的斜槽设置有多个，所述斜槽的槽底具有拓宽卡瓦滑道，所述拓宽卡瓦滑道内滑动设置卡瓦滑道板，所述卡瓦滑道板与卡瓦的倾斜面配合固定，所述卡瓦远离所述倾斜面的一侧设置有合金卡瓦安装槽，所述合金卡瓦安装槽沿背离所述卡瓦的方向逐步收窄，所述合金卡瓦安装焊接设置合金卡瓦，所述合金卡瓦为梯形块，所述合金卡瓦的夹持面设有尖齿结构，所述合金卡瓦安装槽在所述合金卡瓦的两端设置有防脱螺丝。通过这样的设计，卡瓦在夹紧钻杆时，尖齿结构能够顶入钻杆的外壁，增加卡瓦对钻杆的夹持力。合金卡瓦的梯形结构在其插入合金卡瓦安装槽内时，合金卡瓦的梯形块结构能够防止其从合金卡瓦安装槽的槽口处脱离，而合金卡瓦安装槽的俩端部又设置有防脱螺丝，当合金卡瓦在长期使用后焊接不在牢固时，避免合金卡瓦掉落进入动力头本体内部，导致动力头本体损坏。

35、进一步的，所述主轴与所述基座壳体上端配合安装处套设有圆柱滚子轴承和第二锥列轴承，所述主轴与所述基座壳体下端面配合安装处套设有第三锥列轴承和滚珠轴承；

36、所述圆柱滚子轴承和所述第二锥列轴承将基座壳体与主轴齿轮转动连接，所述圆柱滚子轴承包括圆柱滚子外环和圆柱滚子内环，所述第二锥列轴承包括第二锥列外环、第二锥列滚珠和第二锥列内环，所述圆柱滚子外环与基座壳体固定连接、所述圆柱滚子内环与所述轴体固定连接，所述第二锥列外环与所述圆柱滚子内环抵接、所述第二锥列内环与所述主轴齿轮固定，所述圆柱滚子内环与所述第二锥列外环之间夹设有垫环；

37、所述第三锥列轴承包括第三锥列外环、第三锥列滚珠和第三锥列内环，所述滚珠轴承包括滚珠外环和滚珠内环，所述主轴靠近所述主轴齿轮底部的位置外扩形成承重凸块，所述第三锥列轴承和所述滚珠轴承沿钻进方向依次套设于所述承重凸块与第二承重凸台之间，所述第三锥列轴承和所述滚珠轴承之间夹设有弹簧套，第二承重凸台靠近所述滚珠外环的部分凸起形成抵持块a，所述弹簧套靠近所述滚珠外环的底部凸起形成抵持块b，所述弹簧套靠近所述第三锥列外环的一侧设置弹簧装配槽，所述弹簧装配槽内压缩设置有多个推力弹簧。通过这样的设计，锥列轴承为分体式轴承且第三锥列轴承为整个主轴的承重轴承，第三锥列轴承如果因长期使用受到磨损，第三锥列外环与第三锥列内环会产生间隙影响使用，弹簧套内的推力弹簧能够将第三锥列外环上顶，使得第三锥列轴承能够平稳的转动。

38、进一步的，还包括循环喷淋润滑组件，所述循环喷淋润滑组件包括沿润滑液循环方向依次设置的油液收集罐、驱动泵、冷却件、 润滑入口和润滑出口，所述油液收集罐连通于基座壳体在高度方向上的最低处。通过这样的设计，润滑油从润滑入口处喷向变速箱、动力头本体和基座壳体内转动的轴承和齿轮上，既能够降低轴承和齿轮转动处的摩擦力，又能够通过润滑油降低轴承和齿轮的温度。

39、进一步的，所述驱动泵与过渡轴传动连接，所述过渡轴配置为所述驱动泵的动力源，所述油液收集罐内设置有油液容腔。通过这样的设计，过渡轴为驱动泵提供动能，既能够保证循环喷淋润滑组件与变速箱和动力头本体同时工作，有无需为驱动泵单独供能，减少能源消耗。所述油液容腔内设置有过滤网，所述油液收集罐的底部设有出油口。通过这样的设计，过滤网对从基座壳体内部流落的润滑油进行以此粗滤，防止有杂志进入循环喷淋润滑组件的管路中造成堵塞，出油口设计在油液收集罐的底部，能够最大程度的抽出油液收集罐内收集储存的润滑油。所述油液收集罐与所述驱动泵之间设有过滤器。所述冷却件为分流冷却板，所述分流冷却板具有总进管和总出管，所述总进管和总出管之间连通若干分管，所述分流冷却板还设置有冷却风扇，所述冷却风扇的出风位置与所述分管相配合。通过这样的设计，分管将大股的润滑油分为若干小股，风扇在对润滑油降温时更加高效。所述冷却件与所述润滑入口之间设置有分流器，所述分流器具有与所述冷却件管道连通的进流口、以及与所述润滑入口相管道连通的分流出口。所述润滑入口在基座壳体、变速箱外壳和动力头本体外壳上设置有多个。通过这样的设计，对变速箱和动力头本体的转动位置进行润滑和降温。

40、本发明的有益效果为：变速箱作为动力头本体与驱动件之间的传动设备，通过调控不同传动比的齿轮组形成动力传输的通路；来控制动力头本体的钻速和扭矩以应对不同环境的工作需要，提高了工作效率。