一种嵌入式正反转钻杆的制作方法

1.本发明属于矿用钻具技术领域，涉及一种嵌入式正反转钻杆。


背景技术：

2.目前，在煤矿或其它矿业井下钻孔作业中所使用的钻杆普遍为圆锥螺纹连接，单向传递扭矩载荷。而钻孔施工过程中，正常钻进时常需要正反转冲击切削解决钻进缓慢的问题，以及出现塌孔抱钻现象时需要频繁正反转进行缓冲松动解抱，而普通单向转动的圆锥螺钻杆反转会出现钻杆脱扣，无法实现正反转切削。近年来，相继出现了一些正反转钻杆，但多数正反转钻杆在上下钻杆时存在传递反扭矩小，使用过程中经常出现卡锁机构卡顿、变形等问题，稳定性差，同时无法满足自动钻机自动装卸钻杆的要求。无法向自动钻机提供可靠性高的正反转钻杆。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于解决现有正反转钻杆在打钻时存在传递反转扭矩小，且卡锁机构在使用过程中容易卡顿变形等导致稳定性差和可靠性不高的问题，提出一种可实现全机器自动装卸的嵌入式正反转钻杆。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种嵌入式正反转钻杆，包括若干个串接的钻杆单元，所述钻杆单元包括管体、连接于管体两端的公接头和用于与公接头螺纹连接的母接头，所述管体内轴向滑动设有卡锁机构，所述卡锁机构上连接有用于使卡锁机构向所述母接头侧滑动复位的弹性件；钻杆单元串接时，后钻杆单元的公接头与中间钻杆单元的卡锁机构接触，推动中间钻杆单元的卡锁机构向前钻杆单元方向滑动，并部分伸至前钻杆单元的母接头内，使中间钻杆单元的公接头与前钻杆单元的母接头周向锁定。
6.进一步，所述公接头上设有限位槽，所述母接头上设有内花键；所述卡锁机构包括嵌入芯轴、顶杆，所述顶杆与母接头滑动连接；所述嵌入芯轴的一端设有与所述内花键相匹配的外花键，另一端与顶杆连接；所述嵌入芯轴上还设有中间键，所述中间键位于所述限位槽内。嵌入芯轴通过中间键与限位槽配合，实现与公接头周向卡锁，再通过花键配合与母接头进行周向卡锁，从而实现正反转扭矩的传递。
7.进一步，所述母接头上还固定设有支撑环；所述支撑环套设于所述嵌入芯轴上，并与嵌入芯轴滑动配合；所述嵌入芯轴上还设有限位台阶面，所述嵌入芯轴复位时，限位台阶面与支撑环接触，对嵌入芯轴进行移动限位。嵌入芯轴在弹性件作用下复位移动，限位台阶面与支撑环接触，从而限制了嵌入芯轴的轴向位移，使嵌入芯轴轴向初始位置保持不变。
8.进一步，所述限位槽的宽度大于中间键的宽度。
9.进一步，所述限位槽的一侧设有复位键，所述嵌入芯轴复位时，中间键的一侧与复位键接触，使嵌入芯轴复位至远离复位键的一侧。
10.进一步，所述复位键与嵌入芯轴接触的一端与所述中间键远离所述公接头的一端
均设有导向面。
11.嵌入芯轴复位时通过导向面进行位置导向，使嵌入芯轴的周向初始位置保持不变。
12.进一步，所述限位槽的一侧设有复位键槽，所述复位键固定设于所述复位键槽内。
13.进一步，所述外花键远离所述公接头的一端与所述内花键远离所述嵌入芯轴的一端也均设有导向面。通过设置导向面，在外花键插入内花键时，对外花键进行导向，当外花键与内花键未完全正对时，通过导向面的导向作用，使嵌入芯轴在限位槽内作一定角度旋转，使其外花键与内花键对正。
14.进一步，所述弹性件为弹簧，套设于所述嵌入芯轴上，其一端与所述嵌入芯轴连接，另一端与所述公接头连接。
15.本发明的有益效果在于：
16.1)本发明通过在螺纹连接钻杆内部设置串联式的卡锁机构，钻杆串接时，通过后钻杆的公接头与中间钻杆连接时的轴向位移，推动中间钻杆的卡锁机构插入前钻杆的母接头中，使花键和螺纹同时传递扭矩，使钻杆承载的反扭矩接近钻杆承载的正扭矩的大小，提高了正反钻杆的可靠性，降低钻杆使用时的故障。
17.2)本发明中钻杆只需通过公接头与母接头连接，卡锁机构锁定与复位均为自动完成，无需人工辅助，减低工人的劳动强度，为实现全程无人化钻孔施工提供技术支撑。
18.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
19.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
20.图1为本发明中钻杆单元示意图；
21.图2为图1的左视图；
22.图3为本发明中公接头的结构示意图；
23.图4为图3的左视图；
24.图5为本发明中母接头的结构示意图；
25.图6为图5右视图；
26.图7为本发明中嵌入芯轴结构示意图；
27.图8为图7左视图；
28.图9为本发明中复位键结构示意图；
29.图10为图9俯视图；
30.图11为本发明中钻杆示意图；
31.图12为图10中e
‑
e剖视图；
32.图13为图12中f
‑
f剖视图。
33.附图标记：1
‑
母接头；2
‑
顶杆；3
‑
支撑环；4
‑
挡圈；5
‑
管体；6
‑
嵌入芯轴；7
‑
公接头；
8
‑
弹簧；9
‑
复位键；11
‑
内锥螺纹；12
‑
台肩；13
‑
挡圈槽；14
‑
内花键；61
‑
外花键；62
‑
中间键；63
‑
限位台阶面；71
‑
外锥螺纹；72
‑
限位槽；73
‑
复位键槽。
具体实施方式
34.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
36.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
37.请参阅图1～图13，为一种嵌入式正反转钻杆，包括若干个串接的钻杆单元，钻杆单元如图1～8所示，包括管体5、固定安装在管体5两端的公接头7和用于与公接头7螺纹连接的母接头1，管体5内轴向滑动安装有卡锁机构，卡锁机构上套装有用于使卡锁机构向母接头1侧滑动复位的弹簧8；其中，公接头7上设置有限位槽72，母接头1上设置有内花键14；卡锁机构包括嵌入芯轴6、顶杆2，顶杆2与母接头1滑动配合；嵌入芯轴6的一端设置有与内花键14相匹配的外花键61，另一端与顶杆2连接；嵌入芯轴6上还设置有中间键62，中间键62位于限位槽72内。支撑环3套装在嵌入芯轴6上，并与嵌入芯轴6滑动配合；嵌入芯轴6上还设置有限位台阶面63，嵌入芯轴6复位时，限位台阶面63与支撑环3接触，对嵌入芯轴6进行移动限位。
38.本实施例中，母接头1如图5、6所示，母接头1的左端内壁设置有内锥螺纹11，母接头1的中间内壁为内花键14，内花键14的左端设置有导向面，导向面为斜面过渡至尖角，所有键齿斜面方向相同，母接头1的右端内壁加工有台肩12和挡圈槽13；挡圈4安装在挡圈槽13中，支撑环3固定安装在挡圈4与台肩12之间。
39.本实施例中，公接头7如图3、4所示，公接头7的左端内壁加工有周向均布的4个限位槽72，限位槽72的宽度大于中间键62的宽度，中间键62完全进入限位槽72后，当钻杆单元外花键61与内花键14没有完全正对时，外花键61与内花键14在导向面的作用下，嵌入芯轴6在管体5内小角度转动，使外花键61插入内花键14中。限位槽72的左端部加工有复位键槽73，复位键9钎焊在复位键槽73内，公接头7的中间设置有安装弹簧8的内腔，公接头7的右端设置有外锥螺纹71。
40.本实施例中，嵌入芯轴6如图7、8所示，限位台阶面63设置在嵌入芯轴6左端，其与支撑环3配合，对嵌入芯轴6的复位位置进行控制，4个中间键62设置在嵌入芯轴6的中间段上，中间键62的左端加工有斜面过渡至尖角的导向面，复位键9与中间键62接触的一侧加工有圆弧形的导向面，嵌入芯轴6复位时，中间键62的一侧与中间键62接触，使嵌入芯轴6复位至远离复位键9的一侧。
41.钻杆使用流程：如图11～13所示，钻杆单元z1、z2、z3
……
zn串连在一起，其中钻杆单元z2的公接头7旋入钻杆单元z3时，钻杆单元z2顶压安装在钻杆单元z3的母接头1内的2根顶柱2，此时顶柱2挤压嵌入芯轴6端部，使嵌入芯轴6压缩弹簧8在管体5内腔里向前滑移，直至钻杆单元z3的外花键61插入钻杆单元z4的内花键14，形成花键配合卡住钻杆单元z3和钻杆单元z4之间的相对转动；再接入钻杆单元z1时，钻杆单元z1的公接头7旋入钻杆单元z2的母接头1时，钻杆单元z1的公接头7通过顶柱2向钻杆单元z2内的嵌入芯轴6传递挤压力，使嵌入芯轴6向前滑移，钻杆单元z2的外花键61卡入钻杆单元z3的内花键14，从而实现钻杆单元z2和钻杆单元z3的转动卡接，阻止两钻杆单元之间的相对转动。已接入的钻杆单元利用同样原理实现n
‑
1根钻杆单元之间的卡接串连，实现钻杆单元间正反扭矩传递而不脱扣。
42.卸钻杆时，卸掉钻杆单元z1，钻杆单元z2的嵌入芯轴6在弹簧8的作用下复位，钻杆单元z2的外花键61与钻杆单元z2的内花键14分离，实现解卡，此时，钻杆单元z2与钻杆单元z3之间的连接螺纹处于可旋转拆卸状态，通过旋转卸掉钻杆z2。重复操作，卸掉后续n
‑
1根钻杆单元。
43.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。