一种换挡式轻便岩心钻机动力头

1.本发明涉及地质勘探设备技术领域，特别是涉及一种换挡式轻便岩心钻机动力头。


背景技术：

2.钻探是获取地下岩心等实物资料的直接手段。随着钻探方法由钻探方法由冲击钻进发展为回转钻进。岩心钻机也由绳索冲击设备发展为回转器式的回转钻探设备。
3.我国许多山区、丘陵等地形复杂的难进入地区,常规的钻探设备比较笨重,又不便于拆卸；同时还有施工场地狭窄问题、生产成本高等问题。轻便岩心钻机具有模块化、轻量化、小型化、液压驱动化等特征；可解决难进入地区的钻探施难题。
4.动力头作为回转钻探设备的核心部件；提供了钻进所需的转速、扭矩；传递钻进时所需的钻压和提下钻时所需的提升力。动力头的承载能力、稳定性将直接影响钻机的工作性能。常规回转钻探设备的动力头采用马达+换挡式减速箱的方式；根据不同的钻进工况；调整减速箱的档位；实现高低速的调整。换挡机构需要安装在专门的箱体内；形状复杂；占用空间；现场操作不便。
5.公开号为cn101392629a的专利中公开了一种轻便式全液压岩心钻机，基本型式为液压驱动及控制、长行程油缸给进的动力头式多功能轻便式全液压岩心钻机，它包括：电控柜、三台液压油泵(20)、液压操纵阀(23)、液压油箱及冷却器(22)、液压马达(1)、动力头(2)、水接头(3)、立柱(5)、导架(4)、支腿、两个升降油缸(16)、天车(7)、液压夹持器(18)及液压绳索取芯绞车(27)等组成部分；整机采取平面布局，模块化设计，拆装简便，部件重量轻便于搬迁，特别适宜山区或矿山坑道钻进。
6.轻便岩心钻机采用多个马达(多为3个)+减速箱的方式；在施工过程中；通过更换高低速马达的方式实现转速调整。由于野外钻探环境简陋；缺少配套的吊装设置；更换马达需要人力完成；需要的劳动强度较大；易出现意外人身伤害。同时频繁更换马达；容易损伤马达与减速箱间的连接机构；影响动力头的运行稳定性。


技术实现要素：

7.为解决以上技术问题，本发明提供一种换挡式轻便岩心钻机动力头，将换挡机构安装在减速箱内部；换档时只需要提压换挡杆；在保证转速调节的同时；兼顾了轻便性、美观性。省去了人工更换马达。该动力头具有结构简单；操作简便；工作安全、稳定、可靠；劳动强度小；辅助时间短等特点。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
9.本发明提供一种换挡式轻便岩心钻机动力头，包括箱体、箱盖、输入轴、换挡齿轮、拨叉、输出轴、多个挡位齿轮和换挡驱动机构；所述箱体一侧设置有所述箱盖；所述箱体内平行设置有所述输入轴和所述输出轴；所述换挡齿轮设置于所述输入轴上，所述多个挡位齿轮设置于所述输出轴上；所述换挡齿轮的周向设置有换挡槽，所述换挡驱动机构设置于
所述箱体上，所述拨叉一端与所述换挡驱动机构相连接，所述拨叉另一端伸入所述换挡槽内；所述换挡齿轮包括多个同轴设置并固定连接的主动齿轮，所述多个挡位齿轮分别与一所述主动齿轮相匹配。
10.可选的，所述换挡驱动机构包括把手轴、换挡轴、把手座和长轴套；所述长轴套设置于所述箱体内，所述换挡轴设置于所述长轴套内，所述把手轴的中部与所述换挡轴的顶端转动连接，所述把手座设置于所述箱体外部，所述把手轴的另一端与所述把手座转动连接；所述把手轴与所述拨叉一端相连接。
11.可选的，所述换挡轴包括轴和拨块，所述轴设置于所述长轴套内，所述长轴套侧壁上设置有贯通槽，所述拨块的一端与所述轴相连接，所述拨块的另一端通过第四螺栓与所述拨叉的一端相连接。
12.可选的，所述换挡驱动机构还包括定位组件，所述定位组件包括球座、钢球、弹簧、螺柱和螺母；所述球座设置于所述长轴套一侧，所述把手轴上设置有多个凹槽，所述凹槽的位置与所述换挡齿轮上不同档位的齿轮相匹配；所述钢球设置于所述球座朝向所述把手轴的一端，所述球座另一端设置有所述螺母，所述螺柱与所述螺母通过螺纹配合，且所述螺柱的一端伸入所述球座内，所述螺柱的一端与所述钢球之间设置有所述弹簧。
13.可选的，所述长轴套一端与所述箱体之间通过销钉连接，所述长轴套另一端位于所述箱体的外壁上设置有第二端盖。
14.可选的，所述换挡轴的顶部设置有旋转节，所述旋转节与所述换挡轴的顶部通过第一销子转动连接；所述把手轴贯穿所述旋转节。
15.可选的，所述把手轴的一端设置有把手头，所述把手轴的另一端设置有旋转头，所述旋转头与所述把手座通过第二销子转动连接。
16.可选的，所述输入轴的下部设置有输入轴轴肩，所述输入轴轴肩下方设置有第一轴承，所述第一轴承下方位于所述箱体的外壁上设置有第一端盖，所述第一端盖通过第三螺栓与所述箱体相连接；所述输入轴的上部与所述箱体之间设置有第二轴承，所述输入轴上位于所述第二轴承上方和下方分别设置有第一挡圈和第二挡圈。
17.可选的，所述输出轴的下部设置有输出轴轴肩，所述输出轴轴肩下方依次设置有推力球轴承、第二轴承座、深沟球轴承和下端盖；所述下端盖通过第二螺栓与所述箱体相连接；所述输出轴轴肩上方依次设置有所述多个挡位齿轮、推力球轴承、第一轴承座、深沟球轴承和上端盖；所述上端盖通过第一螺栓与所述箱体相连接。
18.可选的，所述箱体与所述箱盖通过第五螺栓连接。
19.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
20.(1)换挡机构安装在齿轮箱内；不需要专门的箱体；占用体积小；方便运输与安装；
21.(2)换挡机构采用杠杆结构；省力易操作；方便换挡；
22.(3)在弹簧力的作用下，钢珠在换挡轴上的凹槽处实现定位，保证了不出现脱挡或乱挡；
23.(4)换挡动力头解决轻便钻机在钻探施工中频繁更换动力头的问题；极大地降低了劳动强度；避免出现意外人身伤害。减少对马达与减速箱间的连接件的影响；延长使用寿命；节约辅助时间。
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为本发明换挡式轻便岩心钻机动力头的结构示意图；
26.图2为本发明换挡式轻便岩心钻机动力头的a-a剖视结构示意图。
27.附图标记说明：1、第一螺栓；2、上端盖；3、第一深沟球轴承；4、第一轴承座；5、第一推力球轴承；6、ⅱ挡齿轮；7、ⅲ挡齿轮；8、箱体；9、套筒；10、ⅰ挡齿轮；11、第二推力球轴承；12、第二轴承座；13、第二深沟球轴承；14、下端盖；15、第二螺栓；16、输出轴；17、第一端盖；18、第一轴承；19、第三螺栓；20、输入轴；21、销钉；22、第四螺栓；23、换挡轴；23-1、拨块；23-2、轴；24、拨叉；25、长轴套；26、换挡齿轮；27、第二端盖；28、把手头；29、把手轴；30、第一销子；31、旋转节；32、把手座；33、旋转头；34、第二销子；35、第一挡圈；36、第二轴承；37、第二挡圈；38、箱盖；39、球座；40、钢球；41、弹簧；42、螺柱；43、螺母；44、第五螺栓。
具体实施方式
28.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。
29.如图1和2所示，本实施例提供一种换挡式轻便岩心钻机动力头，包括箱体8、箱盖38、输入轴20、换挡齿轮26、拨叉24、输出轴16、多个挡位齿轮和换挡驱动机构；箱体8一侧设置有箱盖38；箱体8内平行设置有输入轴20和输出轴16；换挡齿轮26设置于输入轴20上，多个挡位齿轮设置于输出轴16上；换挡齿轮26的周向设置有换挡槽，换挡驱动机构设置于箱体8上，拨叉24一端与换挡驱动机构相连接，拨叉24另一端伸入换挡槽内；换挡齿轮26包括多个同轴23-2设置并固定连接的主动齿轮，多个挡位齿轮分别与一主动齿轮相匹配。
30.通过换挡驱动机构驱动拨叉24，从而改变换挡齿轮26在输入轴20上的位置，使换挡齿轮26上的齿轮与不同的挡位齿轮相啮合，实现输出轴16的变速。
31.于本具体实施例中，输出轴16上设置有ⅱ挡齿轮6、ⅲ挡齿轮7和ⅰ挡齿轮10，ⅱ挡齿轮6、ⅲ挡齿轮7和ⅰ挡齿轮10与输出轴16之间通过花键连接，ⅲ挡齿轮7和ⅰ挡齿轮10之间设置有套筒9。换挡齿轮26包括一体设置的三个齿轮，换挡齿轮26与输入轴20通过花键连接，换挡齿轮26中的三个齿轮分别与ⅱ挡齿轮6、ⅲ挡齿轮7和ⅰ挡齿轮10能够啮合，通过换挡驱动机构驱动拨叉24使换挡齿轮26移动到特定位置时，使换挡齿轮26中的某一个齿轮与ⅱ挡齿轮6、ⅲ挡齿轮7或ⅰ挡齿轮10啮合，从而实现输出轴16的变速。
32.换挡驱动机构包括把手轴29、换挡轴23、把手座32和长轴套25；长轴套25设置于箱体8内，换挡轴23设置于长轴套25内，把手轴29的中部与换挡轴23的顶端转动连接，把手座32设置于箱体8外部，把手轴29的另一端与把手座32转动连接；把手轴29与拨叉24一端相连接。
33.换挡轴23包括轴23-2和拨块23-1，轴23-2设置于长轴套25内，长轴套25侧壁上设
置有贯通槽，拨块23-1的一端与轴23-2相连接，拨块23-1的另一端通过第四螺栓22与拨叉24的一端相连接。
34.换挡驱动机构还包括定位组件，定位组件包括球座39、钢球40、弹簧41、螺柱42和螺母43；球座39设置于长轴套25一侧，把手轴29上设置有三个凹槽，凹槽的位置与换挡齿轮26上不同档位的齿轮相匹配；钢球40设置于球座39朝向把手轴29的一端，球座39另一端设置有螺母43，螺柱42与螺母43通过螺纹配合，且螺柱42的一端伸入球座39内，螺柱42的一端与钢球40之间设置有弹簧41。通过按压或上提把手轴29使换挡轴23向下或向上移动，使换挡齿轮26中的某一个齿轮与ⅱ挡齿轮6、ⅲ挡齿轮7或ⅰ挡齿轮10啮合，同时，钢珠在弹簧41的压力下，进入一个凹槽内，利用弹簧41的弹力，使钢珠能够压紧在凹槽内，从而实现对换挡轴23的定位，防止出现脱挡或乱挡的情况。需要再次换挡时；换挡轴23的移动使钢珠脱离凹槽；换挡轴23移动到新的挡位位置时；钢珠压在对应凹槽上。
35.长轴套25一端与箱体8之间通过销钉21连接，长轴套25另一端位于箱体8的外壁上设置有第二端盖27。
36.换挡轴23的顶部设置有旋转节31，旋转节31与换挡轴23的顶部通过第一销子30转动连接；把手轴29贯穿旋转节31。
37.把手轴29的一端设置有把手头28，把手轴29的另一端设置有旋转头33，旋转头33与把手座32通过第二销子34转动连接。
38.输入轴20的下部设置有输入轴轴肩，输入轴轴肩下方设置有第一轴承18，第一轴承18下方位于箱体8的外壁上设置有第一端盖17，第一端盖17通过第三螺栓19与箱体8相连接；输入轴20的上部与箱体8之间设置有第二轴承36，输入轴20上位于第二轴承36上方和下方分别设置有第一挡圈35和第二挡圈37。
39.输出轴16的下部设置有输出轴轴肩，输出轴轴肩下方依次设置有第二推力球轴承11、第二轴承座12、第二深沟球轴承13和下端盖14；下端盖14通过第二螺栓15与箱体8相连接；输出轴轴肩上方依次设置有多个挡位齿轮、第一推力球轴承5、第一轴承座4、第一深沟球轴承3和上端盖2；上端盖2通过第一螺栓1与箱体8相连接。
40.箱体8与箱盖38通过第五螺栓44连接。
41.在换档时，首先动力头停止工作；根据预期挡位上提或下压把手轴29；旋转节31在把手轴29上滑动的同时；带动换挡轴23在长轴套25内孔滑动。
42.与换挡轴23连接的动拨叉24带动换挡齿轮26在输入轴20的花键上滑动。换挡轴23在滑动的同时；钢珠在弹簧41的弹力下压在换挡轴23上。换挡轴23上开有三个凹槽；分别对应换挡齿轮26移动到与输入轴20上的齿轮啮合时换挡轴23的的位置；对应挡位的凹槽正好移动到钢珠处；在弹簧41的弹力的作用下；保证不出现脱挡或乱挡。
43.需要再次换挡时；换挡轴23的移动使钢珠脱离凹槽；换挡轴23移动到新的挡位位置时；钢珠压在对应凹槽上。
44.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及
的权利要求。
45.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，包括箱体、箱盖、输入轴、换挡齿轮、拨叉、输出轴、多个挡位齿轮和换挡驱动机构；所述箱体一侧设置有所述箱盖；所述箱体内平行设置有所述输入轴和所述输出轴；所述换挡齿轮设置于所述输入轴上，所述多个挡位齿轮设置于所述输出轴上；所述换挡齿轮的周向设置有换挡槽，所述换挡驱动机构设置于所述箱体上，所述拨叉一端与所述换挡驱动机构相连接，所述拨叉另一端伸入所述换挡槽内；所述换挡齿轮包括多个同轴设置并固定连接的主动齿轮，所述多个挡位齿轮分别与一所述主动齿轮相匹配。2.根据权利要求1所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述换挡驱动机构包括把手轴、换挡轴、把手座和长轴套；所述长轴套设置于所述箱体内，所述换挡轴设置于所述长轴套内，所述把手轴的中部与所述换挡轴的顶端转动连接，所述把手座设置于所述箱体外部，所述把手轴的另一端与所述把手座转动连接；所述把手轴与所述拨叉一端相连接。3.根据权利要求2所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述换挡轴包括轴和拨块，所述轴设置于所述长轴套内，所述长轴套侧壁上设置有贯通槽，所述拨块的一端与所述轴相连接，所述拨块的另一端通过第四螺栓与所述拨叉的一端相连接。4.根据权利要求2所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述换挡驱动机构还包括定位组件，所述定位组件包括球座、钢球、弹簧、螺柱和螺母；所述球座设置于所述长轴套一侧，所述把手轴上设置有多个凹槽，所述凹槽的位置与所述换挡齿轮上不同档位的齿轮相匹配；所述钢球设置于所述球座朝向所述把手轴的一端，所述球座另一端设置有所述螺母，所述螺柱与所述螺母通过螺纹配合，且所述螺柱的一端伸入所述球座内，所述螺柱的一端与所述钢球之间设置有所述弹簧。5.根据权利要求2所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述长轴套一端与所述箱体之间通过销钉连接，所述长轴套另一端位于所述箱体的外壁上设置有第二端盖。6.根据权利要求2所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述换挡轴的顶部设置有旋转节，所述旋转节与所述换挡轴的顶部通过第一销子转动连接；所述把手轴贯穿所述旋转节。7.根据权利要求2所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述把手轴的一端设置有把手头，所述把手轴的另一端设置有旋转头，所述旋转头与所述把手座通过第二销子转动连接。8.根据权利要求1所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述输入轴的下部设置有输入轴轴肩，所述输入轴轴肩下方设置有第一轴承，所述第一轴承下方位于所述箱体的外壁上设置有第一端盖，所述第一端盖通过第三螺栓与所述箱体相连接；所述输入轴的上部与所述箱体之间设置有第二轴承，所述输入轴上位于所述第二轴承上方和下方分别设置有第一挡圈和第二挡圈。9.根据权利要求1所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述输出轴的下部设置有输出轴轴肩，所述输出轴轴肩下方依次设置有推力球轴承、第二轴承座、深沟球轴承和下端盖；所述下端盖通过第二螺栓与所述箱体相连接；所述输出轴轴肩上方依次设置有所述多个挡位齿轮、推力球轴承、第一轴承座、深沟球轴承和上端盖；所述上端盖通过第一螺栓与所述箱体相连接。
10.根据权利要求1所述的换挡式轻便岩心钻机动力头，其特征在于，所述箱体与所述箱盖通过第五螺栓连接。

技术总结
本发明公开一种换挡式轻便岩心钻机动力头，涉及地质勘探设备技术领域，包括箱体、箱盖、输入轴、换挡齿轮、拨叉、输出轴、多个挡位齿轮和换挡驱动机构；箱体内设置有输入轴和输出轴；换挡齿轮设置于输入轴上，多个挡位齿轮设置于输出轴上；换挡齿轮的周向设置有换挡槽，换挡驱动机构设置于箱体上，拨叉一端与换挡驱动机构相连接，拨叉另一端伸入换挡槽内。换挡机构安装在齿轮箱内；不需要专门的箱体；占用体积小；方便运输与安装；换挡机构采用杠杆结构；省力易操作；方便换挡；解决轻便钻机在钻探施工中频繁更换动力头的问题；降低了劳动强度；避免出现意外人身伤害。减少对马达与减速箱间的连接件的影响；延长使用寿命；节约辅助时间。时间。时间。


技术研发人员：高鹏举 王庆晓 李文秀 伍晓龙 杜垚森 汤小仁 董向宇 王晓赛 赵远
受保护的技术使用者：中国地质科学院勘探技术研究所
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/15