CN102022090A - 氮气弹簧式钻机液压卡盘 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻机夹持设备技术领域，提供了一种氮气弹簧式液压卡盘。本发明目的是研制一种氮气弹簧式液压卡盘。其结构是由旋转组件和非旋转组件组成，包括端盖、卡盘体、卡瓦组件、卡瓦防磨片、卡瓦座、拉杆、氮气弹簧、活塞拉套、防尘圈、推力球轴承、圆螺母、轴承挡板、活塞、油缸缸体，氮气弹簧圆周均布在卡盘体与卡瓦座之间，卡瓦组件在卡瓦座内运动，卡瓦与传扭块传递转矩。本发明优点和用途：卡盘属于氮气弹簧压紧，液压松开，外径尺寸小，转动惯量小，卡盘夹持力大，夹持性能稳定，工作可靠。同时卡盘更换卡瓦方便快捷，大大提高工作效率。

Description

氮气弹簧式钻机液压卡盘

一、技术领域

本发明涉及应用于坑道钻机技术领域中的卡盘，即一种氮气弹簧式液压卡盘。

二、背景技术

卡盘是钻机重要的组成部件，安装在动力头上作为钻机夹持钻具用。卡盘的作用主要是夹持钻具，向钻具传递转矩和轴向力，完成钻孔的任务。

目前，坑道钻机常见液压卡盘主要有常开式液压卡盘和常闭式液压卡盘，其中常开式液压卡盘主要为胶筒式卡盘，常闭式卡盘主要为碟形弹簧式卡盘。胶筒式卡盘工作时靠液压夹紧，弹簧松开，因此对液压系统要求较高，其中配油套的泄漏问题和胶筒的寿命问题严重影响卡盘性能。碟形弹簧式卡盘主要由油缸缸体、活塞、碟形弹簧、卡瓦座、卡瓦、空心轴组成，工作时靠弹簧弹力夹紧，液压松开，卡盘性能取决于碟形弹簧性能。国家知识产权局网上在2009年5月20日公告了“一种常闭式液压卡盘”专利，专利号CN200820078360.3，其结构包括卡盘体、设置在卡盘体内的卡瓦、液压缸、与液压缸连接的卡盘外壳、以及设置在卡盘外壳和卡盘体内部的导管，液压缸的外壳与卡盘外壳连接，液压缸的卡盘活塞与卡盘体通过推力球轴承连接，在卡盘外壳的内腔内与卡盘体之间设置有碟形弹簧。卡瓦与卡盘体通过锥形面配合设置；卡瓦内圈设有弹簧圈。导管的端部开有放置卡瓦的开口槽，卡瓦的上面设置两个卡在导管外壁上圆环槽内的半环，半环上面为卡盘盖。整体结构采用碟簧卡紧，液压松开。

由于碟形弹簧自身特性影响，碟形弹簧式卡盘存在以下不足：

1.夹持力受碟形弹簧变形影响大，卡瓦磨损后夹持力损失大。

2.增大卡盘夹持力，必须增大碟形弹簧尺寸，导致卡盘外形尺寸大，转动惯量大。

3.卡盘中卡瓦嵌入空心轴中，更换卡瓦麻烦，影响生产效率。

三、发明内容

为了解决液压卡盘中对液压系统要求高，对弹性元件特性不能满足卡盘使用要求及安装操作麻烦的问题，本发明提供一种氮气弹簧式液压卡盘，也属于一种常闭式氮气弹簧式液压卡盘。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：（为了更好的理解技术内容，同时参看附图，零部件标号放在括号内表示）

氮气弹簧式钻机液压卡盘，由旋转组件和非旋转组件组成，其中非旋转组件中，缸体（1）反向套接在活塞（2）上，其特征在于：在旋转组件中，活塞拉套（12）套装在卡盘体（4）上，活塞（2）又套装在活塞拉套（12）上；拉杆（10）小头穿过卡瓦座（7）、卡盘体（4）连接在活塞拉套（12）上；卡瓦组件（8）紧固在卡瓦防磨片（9）上并嵌入卡瓦座（7）的斜面凹槽（7a）中，可沿着斜面凹槽（7a）移动的卡瓦组件（8）一端卡在卡盘体（4）上传扭块（4a）之间的空隙中，另一端卡在端盖（6）上传扭块（6a）之间的空隙中，端盖（6）用螺栓固定在卡盘体（4）端面上；周圈环形均匀分布的氮气弹簧（5）安装在卡瓦座（7）与卡盘体（4）相配合形成的环形分布的各个圆柱孔中。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案还包括：

所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：所述的氮气弹簧（5）为气体弹簧。

所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：所述的氮气弹簧（5）安装于卡盘体（4）与卡瓦座（7）形成的圆柱形配合面内。

所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：所述的卡瓦组件（8）与卡瓦防磨片（9）联结为一体嵌入卡瓦座（7）中的斜面凹槽（7a）上，卡瓦座（7）内设有的燕尾槽斜面就是斜面凹槽（7a）。 

所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：防尘圈（13）安装在可旋转的卡盘体（4）端部，位于卡盘体（4）和油缸缸体（1）之间。

所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：活塞拉套（12）套装在可旋转的卡盘体（4）上，活塞（2）又套装在可旋转的活塞拉套（12）上，其活塞（2）和可旋转的活塞拉套（12）两者之间通过推力球轴承（14）、轴承挡板（15）、圆螺母（16）相连。

从另外一个角度简单的说：一种氮气弹簧式液压卡盘，包括端盖、卡盘体、卡瓦组件、卡瓦防磨片、卡瓦座、拉杆、氮气弹簧、活塞拉套、防尘圈、推力球轴承、圆螺母、轴承挡板、活塞、油缸缸体,卡瓦防磨片与卡瓦组件通过螺钉紧固为一体装入卡瓦座内部斜面凹槽中，钻机动力头主轴与卡盘体联接，端盖和卡盘体上的传扭块从两端卡紧卡瓦传递转矩。拉杆将卡瓦座、卡盘体、活塞拉套联结起来，活塞拉套与活塞、油缸缸体、推力球轴承、圆螺母及轴承挡板组成液压松开部分，氮气弹簧通过螺钉紧固在卡盘体内沉孔中。 

本发明的优点和效果：

1、本发明采用氮气弹簧作为卡盘弹性元件，能提供很好的弹力特性曲线，弹力随变形变化很小，卡盘夹持力大，性能稳定，以机械部件代替液压元件，避免漏油，降低对液压系统要求。

2、氮气弹簧自身外形尺寸小，安装在卡瓦座与卡盘体相配合形成的圆柱孔中，减小卡盘外形尺寸，转动惯量小。

3、卡瓦防磨片嵌入卡瓦座内斜面凹槽中带动卡瓦组件径向移动，能有效的传递运动并且斜面机构能起增力的作用。

4、端盖和卡盘体上设计有传扭块，卡瓦组件两端分别卡在传扭块之间的空隙中，传递转矩，更换卡瓦时只需拆开端盖就可更换卡瓦，方便快捷。

5、防尘圈安装在卡盘体端部，有效防止杂质进入卡盘体与油缸缸体之间的活塞上，延长活塞使用寿命。

6、延长了液压部件的使用寿命，夹持可靠，拆卸钻具时方便、快捷，提高了现场工作效率。 

四、附图说明

图1为本氮气弹簧式液压卡盘的结构示意图；

图2为卡盘体的结构示意图；

图3为图2的A向视图；

图4为卡瓦座的结构示意图；

图5为图4的B向视图；

图6为端盖的结构示意图。

图中标号说明：1.油缸缸体，2.活塞，3.直通接头，4.卡盘体，4a.传扭块，5.氮气弹簧，6.端盖，6a.传扭块，7.卡瓦座，7a.斜面凹槽 8.卡瓦组件，9.卡瓦防磨片，10.拉杆，11.拉杆套，12.活塞拉套，13.防尘圈，14.推力球轴承，15.轴承挡板，16.圆螺母，17.键。

五、具体实施方式

      以下结合附图对本发明提供的氮气弹簧式液压卡盘作进一步描述：

 参看图1至4，在图1中，氮气弹簧5一端紧固在卡盘体4内部（参看图2），一端顶在卡瓦座7端面止口上（参看图4），氮气弹簧5处于卡盘体4和卡瓦座7形成的圆柱面内，即安装在卡瓦座与卡盘体相配合形成的环形分布各个圆柱孔中，参看图3，从外向内数第二环形圈分布九个较大的圆柱孔，该孔底的2个小孔就是用螺钉将氮气弹簧5一端紧固在卡盘体4内，这种结构型式大大减小卡盘体4外形尺寸，转动惯量小。可旋转的卡盘体4内键17与钻机齿轮箱上的主轴（空心轴）连接，钻机齿轮箱上的主轴驱动并通过卡盘体4带动整个旋转部件工作。   

 参看图1至图6，在图1中，卡瓦组件8紧固在卡瓦防磨片9上为一体，整体嵌入卡瓦座7的斜面凹槽7a中（参看图4和图5），卡瓦防磨片9在卡瓦座7的斜面凹槽7a内移动，带动卡瓦组件8移动，有效传递运动。卡瓦组件8一端卡在卡盘体4上传扭块4a之间的空隙中（参看图2至图3），另一端卡在端盖6上传扭块6a之间的空隙中（参看图6），传递转矩。端盖6用螺栓固定在卡盘体4端面上。更换卡瓦时，只需拆下端盖6就可取出卡瓦组件8，方便快捷。

参看图1至图5，在图1中，拉杆10小头穿过卡瓦座7、卡盘体4连接在活塞拉套12上，即拉杆10一端连接活塞拉套12，一端连接卡瓦座7，中间通过拉杆套11穿过卡盘体4，将活塞拉套12、卡瓦座7、卡盘体4三者连接起来为一体。拉杆10分布为环形上九个连接点（参看图2和图3），图3中从外向内数第三个环形上九个中等孔就是连接点，图4、图5中环形上九个孔也就是连接点。

在图1中，活塞拉套12套装在卡盘体4上，活塞2又套装在活塞拉套12上，其活塞2和活塞拉套12两者之间通过推力球轴承14、轴承挡板15、圆螺母16相连；同时油缸缸体1反向套接在活塞2外周上，油缸缸体1外接直通接头3。防尘圈13安装在卡盘体4端部，位于卡盘体4和油缸缸体1之间，有效防止杂质进入卡盘体4与油缸缸体1之间的活塞2上。

在使用中：参看图1，卡盘不工作时处于夹紧状态（常闭式），氮气弹簧5有一定的预压缩量。工作时，液压油由直通接头3进入油缸缸体1内，推动活塞2沿轴向向左移动，活塞2带动推力球轴承14、轴承挡板15、圆螺母16、活塞拉套12、拉杆10、卡瓦座7这一个整体向左移动，卡瓦座7压缩氮气弹簧5，卡瓦组件8沿着卡瓦座7内的斜面凹槽7a沿径向向外移动，卡盘开口量增大，卡盘松开；钻杆进入卡盘后，液压系统泄压，液压油回油，氮气弹簧5伸长，推动卡瓦座7沿轴向向右移动，卡瓦座7带动拉杆10、活塞拉套12、推力球轴承14、轴承挡板15、圆螺母16、活塞2这一个整体向右移动，卡瓦组件8沿着卡瓦座7内的斜面凹槽7a沿径向向内移动，卡盘开口量减小，卡盘夹紧。卡盘旋转时，除油缸缸体1、活塞2和直通接头3不旋转外，其余部件均旋转。

Claims (6)

1.氮气弹簧式钻机液压卡盘，由旋转组件和非旋转组件组成，其中非旋转组件中，缸体（1）反向套接在活塞（2）上，其特征在于：在旋转组件中，活塞拉套（12）套装在卡盘体（4）上，活塞（2）又套装在活塞拉套（12）上；拉杆（10）小头穿过卡瓦座（7）、卡盘体（4）连接在活塞拉套（12）上；卡瓦组件（8）紧固在卡瓦防磨片（9）上并嵌入卡瓦座（7）的斜面凹槽（7a）中，可沿着斜面凹槽（7a）移动的卡瓦组件（8）一端卡在卡盘体（4）上传扭块（4a）之间的空隙中，另一端卡在端盖（6）上传扭块（6a）之间的空隙中，端盖（6）用螺栓固定在卡盘体（4）端面上；周圈环形均匀分布的氮气弹簧（5）安装在卡瓦座（7）与卡盘体（4）相配合形成的环形分布的各个圆柱孔中。

2.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：所述的氮气弹簧（5）为气体弹簧。

3.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：所述的氮气弹簧（5）安装于卡盘体（4）与卡瓦座（7）形成的圆柱形配合面内。

4.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：所述的卡瓦组件（8）与卡瓦防磨片（9）联结为一体嵌入卡瓦座（7）中的斜面凹槽（7a）上，卡瓦座（7）内设有的燕尾槽斜面就是斜面凹槽（7a）。

5.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：防尘圈（13）安装在可旋转的卡盘体（4）端部，位于卡盘体（4）和油缸缸体（1）之间。

6.按照权利要求1所述的氮气弹簧式液压卡盘，其特征在于：活塞拉套（12）套装在可旋转的卡盘体（4）上，活塞（2）又套装在可旋转的活塞拉套（12）上，其活塞（2）和可旋转的活塞拉套（12）两者之间通过推力球轴承（14）、轴承挡板（15）、圆螺母（16）相连。

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