用于旋挖钻机的钻杆和旋挖钻机.pdf

本发明公开了一种用于旋挖钻机的钻杆和包括该钻杆的旋挖钻机，钻杆包括内杆（1）和套设在该内杆（1）上的节杆管（2），节杆管（2）的内壁上设置有多个内键（3），相邻的两个内键（3）之间形成有内键槽（5），其中，内杆（1）的外壁上和节杆管（2）的外壁上均设置有多个外键组（4），外键组（4）包括外键（4a），其中一个外键（4a）设置有加压部分（6），内键（3）与外键组（4）在节杆管（2）的周向方向上交替布置，至少一层节杆管（2）上的多个内键（3）和多个外键组（4）在节杆管（2）的周向方向上封闭。根据本发明，可以通过内键和外键组对节杆管上的薄弱区域进行加强，从而大大增加了节杆管底部的结构刚度。

权利要求书

用于旋挖钻机的钻杆和旋挖钻机
技术领域
本发明涉及旋挖钻机领域，具体地，涉及一种用于旋挖钻机的钻杆和包括该钻杆的旋挖钻机。
背景技术
随着我国旋挖钻机行业市场认知度的迅速提高，贵州、广西、重庆等硬岩层分布较多的地质施工开始逐步使用到旋挖钻机。由于这些区域特殊的地质结构，多采用大型旋挖钻机施工。在这种情况下，传统的钻杆在施工过程中逐渐暴露出结构应力集中造成下管开裂、加压台磨损严重、钻杆刚度不足和弹簧频繁失效等缺点。
图1至图5为传统用于旋挖钻机的钻杆的视图。如图1至图5所示，传统用于旋挖钻机的钻杆包括内杆1和套设在该内杆1上的多层节杆管2，其中：内杆1包括杆体，该杆体的上端设置有提引器连接头14，该杆体的下端连接有缓冲弹簧11，该缓冲弹簧11的下端连接有钻具连接头10；节杆管2包括管体和分别设置在该管体两端的驱动套和定位套，节杆管2的驱动套的内壁上设置有多个内键3，相邻的两个所述内键3之间形成有内键槽5，节杆管2的管体及驱动套外壁上设置有多个外键条13，内杆1的外壁上也设置有多个外键条13，内杆1上的外键条13以及内层节杆管2上的外键条13与外层节杆管2的内壁上设置的内键槽5配合，其中外键条13呈锯齿状，且每根外键条13均为整体式。
传统用于旋挖钻机的钻杆存在以下缺陷：1）如图4所示，由于外键条13需要焊接在节杆管2的驱动套的外壁上，所以焊缝的热影响区在位置A处分布，降低了该位置A处材料的机械性能，而且位置A处本身的结构尺寸相对薄弱，因此容易在位置A处形成应力集中区域。此外，在钻杆的使用过程中，该位置A频繁受扭，同时在旋挖钻机卸土的过程中，动力头有正反转甩土动作，造成该位置A受到的冲击最为剧烈。由于上述原因，传统钻杆在使用过程中，在位置A处频繁开裂，从而严重影响了施工进度。2）由于传统外键条13均为整体式，所以受加工工艺的限制，传统外键条13的宽度较窄，约为100mm，如图5所示，其中加压锁口的宽度尺寸L1约为60mm，传扭位置的键条宽度尺寸L2约为40mm。在钻杆的工作过程中，外键条13不但要受到动力头的扭矩，而且在加压锁口位置还要受到动力头对钻杆的轴向加压力，随着旋挖钻机入岩硬度及深度的提高，上述尺寸逐渐显现出来偏小，造成钻杆加压平台及外键磨损严重。3）在传统钻杆的加压过程中，动力头的加压力经由最外层节杆管2的加压平台层层传递，最终经过缓冲弹簧11传递到钻具连接头10，再由钻具连接头10传递给钻具进行施工。由于缓冲弹簧11没有结构保护，所以在不断的压缩和拉伸过程中，缓冲弹簧11容易因疲劳而失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够增加节杆管底部的结构刚度的用于旋挖钻机的钻杆和包括该钻杆的旋挖钻机。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于旋挖钻机的钻杆，该钻杆包括内杆和套设在该内杆上的节杆管，所述节杆管的内壁上设置有多个内键，相邻的两个所述内键之间形成有内键槽，其中，所述内杆的外壁上和所述节杆管的外壁上均设置有多个外键组，所述外键组包括外键，其中一个所述外键设置有加压部分，所述内键与所述外键组在所述节杆管的周向方向上交替布置，至少一层所述节杆管上的多个所述内键和多个所述外键组在所述节杆管的周向方向上封闭。
优选地，所述节杆管为两层以上，所述内杆上的外键组与位于所述内杆外侧且与所述内杆相邻的所述节杆管上的内键槽配合，内层所述节杆管上的外键组与位于该内层节杆管外侧且与该内层节杆管相邻的外层所述节杆管上的内键槽配合。
优选地，至少一层所述节杆管上的多个所述内键和多个所述外键组交错布置。
优选地，所述外键为多个，该多个外键在所述节杆管的周向方向上相互间隔开，相邻的两个所述外键之间连接有补强板。
优选地，所述补强板与所述加压部分固定连接。
优选地，所述加压部分包括传扭键、上锁片和下锁片，所述传扭键沿着所述节杆管的长度方向延伸，所述上锁片和下锁片在所述传扭键的长度方向上相互间隔开且与所述传扭键固定连接，所述上锁片与所述下锁片之间形成有加压锁口，而且所述加压部分与所述其中一个外键相互连接。
优选地，所述节杆管的底部连接有耐磨套。
优选地，该钻杆还包括用于与所述旋挖钻机的动力头的缓冲压盘相配合的缓冲支撑，该缓冲支撑包括橡胶圈以及分别连接在该橡胶圈的两个端面上的两个金属板。
优选地，所述内杆的杆体的下端设置有流水盘，该流水盘上设置有出水孔。
优选地，所述内杆具有钻具连接头，该钻具连接头的顶端设置有挡板，所述流水盘与所述挡板之间连接有缓冲弹簧，该缓冲弹簧的内部设置有限位套，该限位套固定在所述挡板上。
此外，本发明还提供了一种旋挖钻机，该旋挖钻机包括钻杆，其中，所述钻杆为本发明所提供的用于旋挖钻机的钻杆。
根据本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆，由于所述节杆管上的多个所述内键和多个所述外键组在所述节杆管的周向方向上封闭，所以可以通过内键和外键组对节杆管上的薄弱区域进行加强，从而大大增加了节杆管底部的结构刚度，防止节杆管底部开裂，从而保证施工进度。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是传统用于旋挖钻机的钻杆的结构示意图；
图2是传统用于旋挖钻机的钻杆的横截面视图；
图3是传统用于旋挖钻机的钻杆的内键槽的结构视图；
图4是传统用于旋挖钻机的钻杆的横截面视图的局部放大视图；
图5是传统用于旋挖钻机的钻杆的加压锁口位置的视图；
图6是本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的结构示意图；
图7是本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的横截面视图；
图8是本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的内键槽的结构视图；
图9是本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的横截面视图的局部放大视图；
图10是本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的加压部分的结构示意图；
图11是本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的加压锁口位置的视图；
图12是本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的缓冲支撑的结构示意图。
附图标记说明
1：内杆         2：节杆管
3：内键         4：外键组
4a：外键        4b：补强板
5：内键槽       6：加压部分
6a：传扭键      6b：上锁片
6c：下锁片      6d：加压锁口
7：缓冲支撑     7a：橡胶圈
7b：金属板      8：耐磨套
9：流水盘       9a：出水孔
10：钻具连接头  10a：挡板
11：缓冲弹簧    12：限位套
13：外键条      14：提引器连接头
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”是在本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的工作状态下定义的。
如图6至图9所示，本发明提供了一种用于旋挖钻机的钻杆，该钻杆包括内杆1和套设在该内杆1上的节杆管2，所述节杆管2的内壁上设置有多个内键3，相邻的两个所述内键3之间形成有内键槽5，其中，所述内杆1的外壁上和所述节杆管2的外壁上均设置有多个外键组4，所述外键组4包括外键4a，其中一个所述外键4a设置有加压部分6，所述内键3与所述外键组4在所述节杆管2的周向方向上交替布置，至少一层所述节杆管2上的多个所述内键3和多个所述外键组4在所述节杆管2的周向方向上封闭，也就是说，多个所述内键3和多个所述外键组4沿节杆管2的径向方向在该节杆管2上的投影形成封闭的线条。
根据本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆，由于所述节杆管2上的多个所述内键3和多个所述外键组4在所述节杆管2的周向方向上封闭，所以可以通过内键3和外键组4对位置A处的薄弱区域（即外键组4与内键3交界处的焊缝热影响区）进行加强，从而大大增加了节杆管底部的结构刚度，防止钻杆在使用过程中在位置A处开裂，从而保证施工进度。
节杆管2的层数根据具体需要选择。例如，节杆管2可以为一层或者两层以上。通常情况下，所述内杆1上的外键组4与位于所述内杆1外侧且与所述内杆1相邻的所述节杆管2上的内键槽5配合。在节杆管2为两层以上的情况下，内层所述节杆管2上的外键组4与位于该内层节杆管2外侧且与该内层节杆管2相邻的外层所述节杆管2上的内键槽5配合。此外，最外层的节杆管2上的外键组4用于与旋挖钻机的动力头配合。
在图6至图9所示的实施方式中，共有三层节杆管2。优选情况下，所有层的节杆管2上的内键3和外键组4在节杆管2的周向方向上封闭。但是，有时候受结构布局限制可能无法达到上述优选情况，例如，在图7所示的实施方式中，由内向外数只有第二层节杆管2和第三层节杆管2上的内键3和外键组4实现了封闭，而第一层节杆管2上的内键3和外键组4则没有实现封闭。
进一步优选地，至少一层所述节杆管2上的多个所述内键3和多个所述外键组4交错布置，即节杆管2上的内键3和外键组4存在部分重叠，从而进一步对节杆管2上的薄弱区域进行加强。
外键组4由一组外键构成，外键组4所包含的外键的数量根据具体情况确定，例如，外键组4可以包含两个外键或者三个外键，而在钻杆尺寸较小的情况下，外键组4也可以仅包含一个外键。为了提高外键组4的抗扭性能，从而提高钻杆整体刚度和工作可靠性，优选地，所述外键4a为多个，该多个外键4a在所述节杆管2的周向方向上相互间隔开，相邻的两个所述外键4a之间连接有补强板4b。补强板4b可以通过例如焊接的方式连接在相邻的两个外键4a之间。作为选择，外键组4所包含的各个外键4a之间也可以不连接补强板。
由于加压部分6所承受的轴向加压力较大，所以优选情况下，所述补强板4b与所述加压部分6固定连接，也就是说，通过补强板4b对加压部分6进行加强，从而解决了在加压平台处节杆管管体频繁开裂的问题。
加压部分6的个数可以根据具体需要选择，例如可以沿着外键组4的长度方向设置1－6个加压部分6。
加压部分6可以采取各种适当的方式形成。如图10和图11所示，优选地，所述加压部分6包括传扭键6a、上锁片6b和下锁片6c，所述传扭键6a沿着所述节杆管2的长度方向延伸，所述上锁片6b和下锁片6c在所述传扭键6a的长度方向上相互间隔开且与所述传扭键6a固定连接，所述上锁片6b与所述下锁片6c之间形成有加压锁口6d，而且所述加压部分6与所述其中一个外键4a相互连接。上锁片6b和下锁片6c例如可以通过焊接的方式与所述传扭键6a固定连接，加压部分6例如可以通过焊接的方式与所述其中一个外键4a相互连接。在上述优选实施方式中，将加压部分6与外键4a分别形成为单独的结构，然后再将该两个单独的结构相互连接成一个整体，这样可以方便外键的加工，获得理想宽度的加压锁口和传扭键，例如加压锁口的宽度尺寸L1根据管体外径的尺寸可以为80mm‑150mm，传扭键的宽度尺寸L2也可以在40mm‑100mm之间选择，从而提高了外键的抗扭性能，并且减轻了钻杆加压平台及外键的磨损。此外，上锁片6b、下锁片6c以及传扭键6a可以采用高强钢经过特殊热处理而成，以增强加压部分6的耐磨和抗疲劳性能。
此外，如图8所示，优选地，所述节杆管2的底部连接有耐磨套8。耐磨套8可以采用高强钢锻打、调制而成，从而增加了管体底部的耐磨性，提高了钻杆的使用寿命。耐磨套8可以通过例如焊接的方式与节杆管2的底部连接。
通常情况下，本发明提供的钻杆还包括用于与所述旋挖钻机的动力头的缓冲压盘相配合的缓冲支撑7，如图12所示，优选地，该缓冲支撑7包括橡胶圈7a以及分别连接在该橡胶圈7a的两个端面上的两个金属板7b。这样，通过两个金属板7b可以极大地减少钻杆解锁时动力头缓冲压盘与缓冲支撑7之间的摩擦阻力，从而降低动力头缓冲压盘与钻杆之间的阻力。橡胶圈7a与金属板7b通常采用胶连的方式连接。金属板7b可以为例如钢板。作为选择，缓冲支撑7也可以由多个碟簧串联、并联或者串并联而成；或者由整体螺旋弹簧形成；或者由多个螺旋弹簧串联、并联或者串并联而成；或者由多个橡胶弹簧串联、并联或者串并联而成。
优选地，所述内杆1的杆体的下端设置有流水盘9，该流水盘9上设置有出水孔9a。这样，在钻杆收缩的时候，由旋挖钻机主卷扬钢丝绳经由提引器和提引器连接头14带动内杆1向上运动，流水盘9逐一拖动各层节杆管2向上运动，使得节杆管2层层收缩，当旋挖钻机进行水孔作业时，节杆管2内的污水便经由流水盘9的出水孔9a排出，从而在钻杆提出时可以方便工人近距离对钻杆进行开门、更换钻头等操作。流水盘9可以通过例如焊接的方式与内杆1的杆体的下端连接。此外，出水孔9a的数量和尺寸根据具体需要选择。
通常情况下，所述内杆1具有钻具连接头10，该钻具连接头10的顶端设置有挡板10a，所述流水盘9与所述挡板10a之间连接有缓冲弹簧11。优选地，缓冲弹簧11的内部设置有限位套12，该限位套12固定在所述挡板10a上。在旋挖钻机的工作过程中，旋挖钻机的加压力通过动力头传递至每一层节杆管2的加压平台，然后传递至内杆1的流水盘9、缓冲弹簧11、限位套12和钻具连接头10，再由钻具连接头10传递给钻具进行施工。在上述加压力的传递过程中，流水盘9在缓冲弹簧11压缩许用压缩量之前就与限位套12接触，从而对缓冲弹簧11起到有效的保护，防止缓冲弹簧11因疲劳而失效。挡板10a可以通过例如焊接的方式与钻具连接头10的顶端连接。缓冲弹簧11可以通过例如焊接的方式与流水盘9和挡板10a连接。限位套12可以通过例如焊接的方式固定在挡板10a上。缓冲弹簧11用于吸收钻杆在工作过程中的震动，从而对钻杆和旋挖钻机起到保护作用。优选地，缓冲弹簧11为整体螺旋弹簧结构。作为选择，缓冲弹簧11也可以由多个碟簧串联、并联或串并联而成；或者由多个橡胶弹簧串联、并联或串并联而成；或者由多个螺旋弹簧串联、并联或串并联而成。当缓冲弹簧11由于设计需求而采用橡胶弹簧时，缓冲弹簧11由多个橡胶弹簧串联而成，每个橡胶弹簧的上下面采用钢板胶连。传统钻杆传扭时，橡胶弹簧与橡胶弹簧之间摩擦力很大，橡胶弹簧容易变形、失效。采用双面钢板结构后，钻杆传扭时，橡胶弹簧与橡胶弹簧之间的摩擦力转化为钢板与钢板之间的摩擦力，极大提高了橡胶弹簧的使用寿命。此外，钻具连接头10优选整体用高强钢钢锭经锻打、调质处理而成，并且钻具连接头10优选为箱体焊接结构。
内键3可以通过例如焊接的方式与节杆管2的内壁连接，外键组4可以通过例如焊接的方式与内杆1的外壁和节杆管2的外壁连接，内键3以及外键组4的个数根据具体需要确定。此外，内键3通常设置在节杆管2的驱动套上，外键组4通常设置在节杆管2的管体及驱动套上。
所述内杆1和节杆管2的其它部分的结构为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆可以为机锁式钻杆。另外，本发明提供的用于旋挖钻机的钻杆的部分结构也可以适用于摩擦式钻杆。
此外，本发明还提供了一种旋挖钻机，该旋挖钻机包括钻杆，其中，所述钻杆为本发明所提供的用于旋挖钻机的钻杆。
本发明具体实施方式提供的用于旋挖钻机的钻杆具备以下优势：
1）由于所述节杆管2上的多个所述内键3和多个所述外键组4在所述节杆管2的周向方向上封闭，所以可以通过内键3和外键组4对位置A处的薄弱区域进行加强，防止钻杆在使用过程中在位置A处开裂，从而保证施工进度；
2）通过将加压部分6与外键4a分别形成为单独的结构，然后再将该两个单独的结构相互连接成一个整体，可以方便外键的加工，获得理想宽度的加压锁口和传扭键，从而提高了外键的抗扭性能，并且减轻了钻杆加压平台及外键的磨损；
3）在旋挖钻机的加压力的传递过程中，流水盘9在缓冲弹簧11压缩许用压缩量之前就与限位套12接触，从而对缓冲弹簧11起到有效的保护，防止缓冲弹簧11因疲劳而失效。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。