一种双向钻杆及其装夹机构的制作方法

1.本发明涉及矿用钻具领域，具体涉及一种双向钻杆及其装夹机构。


背景技术：

2.目前，在煤矿生产领域所采用的钻探装备中，钻杆多采用单向圆锥螺纹连接，通过液压马达带动，实现单向扭矩的传递。而当抱钻或卡钻情况发生时，由于现有的单向圆锥螺纹结构不能承担反向的扭矩，所以不能通过反转钻杆实现以上问题的解决。而且，近年来所提出的双向钻杆结构通常存在反向传递扭矩小、装卸困难等问题，难以实现可靠的双向回转，且新型结构往往对现有钻机结构改动量大，改进成本高。


技术实现要素：

3.针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种双向钻杆及其装夹机构，其能够解决钻杆双向传递扭矩困难、不稳定、装卸困难的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.本发明提供一种双向钻杆及其装夹机构，所述双向钻杆包括若干节螺纹连接在一起的钻杆主体；钻杆主体内设钻杆芯杆，所述钻杆主体前端设有外螺纹端头，所述钻杆主体的后端设有与外螺纹端头适配的内螺纹孔；
6.所述钻杆芯杆包括芯杆主体、可拆卸固定在芯杆主体前端的前楔块以及固定在芯杆主体后端的后楔块，所述前楔块与后楔块为横截面相同的正多棱柱结构；
7.所述钻杆主体内设有与其同轴线设置的用于放置芯杆主体的通孔；
8.所述钻杆主体前端设有供前楔块滑动嵌入并与其适配的第一沉孔，所述第一沉孔与通孔之间形成的台阶为钻杆芯杆提供前侧轴向定位；
9.所述钻杆主体后端设有供后楔块滑动嵌入并与其适配的第二沉孔，所述第二沉孔连通内螺纹孔；
10.所述第二沉孔内设有压缩弹簧，所述压缩弹簧嵌套在芯杆主体上并且其尾端抵在后楔块上，所述压缩弹簧前端抵在第二沉孔与通孔之间的台阶上为钻杆芯杆提供后侧轴向定位；
11.优选地，所述装夹机构包括钻进回转头、卸钻回装头以及液压卡盘；
12.所述钻进回转头、卸钻回装头的后端均能够与钻杆主体前端的外螺纹端端头螺纹连接，所述钻进回转头、卸钻回装头的前端均能够与钻杆主体后端的内螺纹孔螺纹连接；
13.所述钻进回转头前端还设有能够伸入第二沉孔内的导向柱；所述液压卡盘为三角液压卡盘，用于夹紧钻杆主体为其反转提供力矩。
14.优选地，所述钻杆主体为圆柱形回转体结构，所述芯杆主体为圆柱体。
15.优选地，所述前楔块与芯杆主体的前端螺纹连接。
16.优选地，所述前楔块、后楔块均为正四棱柱结构，所述第一沉孔、第二沉孔的形状均为内倒角的方形孔。
17.优选地，所述第一沉孔的长度与前楔块的长度相同。
18.优选地，所述压缩弹簧自然状态的长度大于钻杆主体后端内螺纹孔的长度。
19.优选地，所述第二沉孔的长度大于压缩弹簧自然状态的长度。
20.本发明的有益效果在于：
21.1)本发明的钻杆两端分别设有前楔块和后楔块，前楔块和后楔块均采用四棱柱式结构，与钻杆主体尾端的方形孔相适配，能够实现钻进过程中双向扭矩的传递；
22.2)本发明通过压缩弹簧的复位实现了钻杆由双向钻杆与传统单向钻杆间的转换，仅需更改装夹机构，钻杆装卸仍可沿用传统依靠双虎钳的装卸杆机构实现，改装难度降低。
23.3)本发明通过钻杆结构及装夹机构的改进实现了钻具的功能优化，为现有钻机的改进提供了可行的改造方案。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例提供的钻杆主体与芯杆主体的连接关系示意图；
26.图2为本发明实施例提供的钻杆主体的结构示意图；
27.图3为图2中a向示意图；
28.图4为图2中b向示意图；
29.图5为本发明实施例提供的前楔块的结构示意图；
30.图6为本发明实施例提供的钻进回转头的结构示意图；
31.图7为本发明实施例提供的卸钻回装头的结构示意图；
32.图8为本发明实施例提供的液压卡盘的结构示意图。
33.附图标记说明：
34.2、芯杆主体；22、前楔块；23、后楔块；3、钻杆主体；31、外螺纹端头；32、内螺纹孔；33、第一沉孔；34、第二沉孔；35、通孔；4、压缩弹簧；5、导向柱。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.如图1-8所示，本发明提供一种双向钻杆及其装夹机构，所述双向钻杆包括若干节螺纹连接在一起的钻杆主体3，钻杆主体3内设钻杆芯杆，所述钻杆主体3前端设有外螺纹端头31，所述钻杆主体3的后端设有与外螺纹端头31适配的内螺纹孔32；利用外螺纹端头31和内螺纹孔32；
37.所述钻杆芯杆包括芯杆主体2、可拆卸固定在芯杆主体2前端的前楔块22以及固定在芯杆主体2后端的后楔块23，所述前楔块22与后楔块23为横截面相同的正四棱柱结构；
38.所述钻杆主体3内设有与其同轴线设置的用于放置芯杆主体2的通孔35；
39.所述钻杆主体3前端设有供前楔块22滑动嵌入并与其适配的第一沉孔33，所述第一沉孔33与通孔35之间形成的台阶为钻杆芯杆提供前侧轴向定位；
40.所述钻杆主体3后端设有供后楔块23滑动嵌入并与其适配的第二沉孔34，所述第二沉孔34连通内螺纹孔32；所述第一沉孔33、第二沉孔34的形状均为内倒角的方形孔；
41.所述第二沉孔34内设有压缩弹簧4，所述压缩弹簧4嵌套在芯杆主体2上并且其尾端抵在后楔块23上，所述压缩弹簧4前端抵在第二沉孔34与通孔35之间的台阶上为钻杆芯杆提供后侧轴向定位；
42.所述装夹机构包括钻进回转头、卸钻回装头以及液压卡盘；
43.所述钻进回转头、卸钻回装头的后端均能够与钻杆主体3前端的外螺纹端端头31螺纹连接，所述钻进回转头、卸钻回装头的前端均能够与钻杆主体3后端的内螺纹孔32螺纹连接；
44.卸钻回装头连接内螺纹孔32的部分略短于钻进回转头连接内螺纹孔32的部分；
45.所述钻进回转头前端还设有能够伸入第二沉孔34内的导向柱5，
46.所述液压卡盘为三角液压卡盘，用于夹紧最后一节的钻杆主体3并为其反转提供力矩。
47.所述钻杆主体3为圆柱形回转体结构，所述芯杆主体2为圆柱体。
48.优选地，所述前楔块22与芯杆主体2的前端螺纹连接。
49.所述第一沉孔33的长度与前楔块22的长度相同。
50.所述压缩弹簧4自然状态的长度大于钻杆主体3后端内螺纹孔32的长度。
51.所述第二沉孔34的长度大于压缩弹簧4自然状态的长度。
52.导向柱5能够将前楔块22推入上一节钻杆主体3后端的第二沉孔34内，实现双向扭矩的传递；
53.卸钻回装头在卸钻杆过程中发挥作用，同样通过液压卡盘实现钻杆后端外圈夹紧，由于压缩弹簧4的作用，钻杆芯杆复位，前后钻杆主体3的连接方式恢复为单向螺纹连接；
54.安装时，将前楔块22和芯杆主体2拆下，芯杆主体2上套上压缩弹簧4，然后将芯杆主体2从钻杆柱体3后端插入通孔35内，最后将前楔块21装入钻杆主体2前端的第一沉孔33内并与芯杆主体2前端螺纹连接，压缩弹簧4弹性形变对后楔块23产生向后的支撑力，由于钻杆主体3前端第一沉孔33台阶限位，使得钻杆芯杆轴线确定；
55.所述双向钻杆及其装夹机构在安装时，后一级钻杆主体3在与当前钻杆主体3实现螺纹连接的过程中，后一级钻杆主体3内钻杆芯杆的被向前推出一定距离，该距离不足以使后一级钻杆主体3的前楔块22进入上一级钻杆主体3后端的第二沉孔34，此部分位移便于通过刚性接触，使钻杆芯杆实现短距离位移，避免由于振动等影响造成的节点卡死，且可以将长距离位移分解为多级小位移，避免引起冲击；
56.当钻进回转头与末级钻杆主体3实现螺纹连接的过程中，钻进回转头所具有的的导向柱5将末级钻杆主体3内的后楔块23压入第二沉孔34内，导致前楔块22进一步伸出并进入上一级钻杆主体3后端的第二沉孔34内，依次并逐级向前一级传递。此时，各级钻杆主体3的前楔块22与其前一级钻杆主体3后端的第二沉孔34在转动过程中实现接触。在钻杆主体3
正转时，正向扭矩主要通过螺纹传递，钻杆芯杆辅助传递扭矩；钻杆主体3反转时，钻杆芯杆承担反向扭矩的传递，同时避免螺纹松脱。
57.当钻机卸钻时，将钻进回转头更换为卸钻回转头，由于卸钻回装头不具备导向柱5，各级钻杆芯杆在压缩弹簧4的作用下复位，各级钻杆芯杆前端的前楔块22与前一级钻杆主体3后端第二沉孔34脱离，各级钻杆主体3之间的连接恢复为传统的单向螺纹连接，因此，可以采用传统前后虎钳进行钻杆的拆卸.
58.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种双向钻杆及其装夹机构，包括双向钻杆和装夹机构，其特征在于，所述双向钻杆包括若干节螺纹连接在一起的钻杆主体(3)；所述钻杆主体(3)内设有钻杆芯杆；所述钻杆主体(3)前端设有外螺纹端头(31)，所述钻杆主体(3)的后端设有与外螺纹端头(31)适配的内螺纹孔(32)；所述钻杆芯杆包括芯杆主体(2)、可拆卸固定在芯杆主体(2)前端的前楔块(22)以及固定在芯杆主体(2)后端的后楔块(23)，所述前楔块(22)与后楔块(23)为横截面相同的正多棱柱结构；所述钻杆主体(3)内设有与其同轴线设置的用于放置芯杆主体(2)的通孔(35)；所述钻杆主体(3)前端设有供前楔块(22)滑动嵌入并与其适配的第一沉孔(33)，所述第一沉孔(33)与通孔(35)之间形成的台阶为钻杆芯杆提供前侧轴向定位；所述钻杆主体(3)后端设有供后楔块(23)滑动嵌入并与其适配的第二沉孔(34)，所述第二沉孔(34)连通内螺纹孔(32)；所述第二沉孔(34)内设有压缩弹簧(4)，所述压缩弹簧(4)嵌套在芯杆主体(2)上并且其尾端抵在后楔块(23)上，所述压缩弹簧(4)前端抵在第二沉孔(34)与通孔(35)之间的台阶上为钻杆芯杆提供后侧轴向定位。2.如权利要求1所述的一种双向钻杆及其装夹机构，其特征在于，所述装夹机构包括钻进回转头、卸钻回装头以及液压卡盘；所述钻进回转头、卸钻回装头的后端均能够与钻杆主体(3)前端的外螺纹端端头(31)螺纹连接，所述钻进回转头、卸钻回装头的前端均能够与钻杆主体(3)后端的内螺纹孔(32)螺纹连接；所述钻进回转头前端还设有能够伸入第二沉孔(34)内的导向柱(5)；所述液压卡盘为三角液压卡盘，用于夹紧钻杆主体(3)为其反转提供力矩。3.如权利要求1所述的一种双向钻杆及其装夹机构，其特征在于，所述钻杆主体(3)为圆柱形回转体结构，所述芯杆主体(2)为圆柱体。4.如权利要求1所述的一种双向钻杆及其装夹机构，其特征在于，所述前楔块(22)与芯杆主体(2)的前端螺纹连接。5.如权利要求1所述的一种双向钻杆及其装夹机构，其特征在于，所述前楔块(22)、后楔块(23)均为正四棱柱结构，所述第一沉孔(33)、第二沉孔(34)的形状均为内倒角的方形孔。6.如权利要求1所述的一种双向钻杆及其装夹机构，其特征在于，所述第一沉孔(33)的长度与前楔块(22)的长度相同。7.如权利要求1所述的一种双向钻杆及其装夹机构，其特征在于，所述压缩弹簧(4)自然状态的长度大于钻杆主体(3)后端内螺纹孔(32)的长度。8.如权利要求1所述的一种双向钻杆及其装夹机构，其特征在于，所述第二沉孔(34)的长度大于压缩弹簧(4)自然状态的长度。

技术总结
本发明公开了一种双向钻杆及其装夹机构，双向钻杆包括若干节连接在一起的钻杆主体，钻杆主体内设钻杆芯杆，钻杆芯杆前端的前楔块与相邻钻杆主体后端的方形孔适配，可以实现钻杆的双向转矩传递；装夹机构包括钻进回转头、卸钻回转头以及液压卡盘，通过钻进回转头前端导向柱将钻杆芯杆前端的前楔块推入上节钻杆主体后端的方形孔；卸钻回转头用于实现钻杆芯杆的复位，双向钻杆恢复单向螺纹安装形式，可以依靠传统双虎钳结构实现钻杆的拆卸；本装置实现了钻杆的双向扭矩传递，同时依托现有装备及结构，改造难度小，成本低，为钻机的智能化发展提供了有效的结构方案。提供了有效的结构方案。提供了有效的结构方案。


技术研发人员：魏东 王忠宾 司垒 闫海峰 谭超 戴剑博 顾进恒 辛德忠
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/3/8