HK1189045B - 用於驱动钻杆的驱动设备和方法 - Google Patents

Description

用于驱动钻杆的驱动设备和方法

技术领域

本发明涉及用于驱动钻杆的驱动设备，该钻杆具有外杆和内杆。并且本发明还涉及用于驱动钻杆的方法。

背景技术

驱动设备包括第一旋转驱动单元，通过该第一旋转驱动单元能够经由外驱动轴以旋转方式驱动所述外杆；第二旋转驱动单元，通过该第二旋转驱动单元能够经由内驱动轴与所述外杆独立地以旋转方式驱动所述内杆；以及用于产生振动的振动单元，其具有能够以振动方式被驱动的振动元件。

在所述方法中，设置为借助第一旋转驱动单元经由外驱动轴以旋转方式驱动外杆，借助第二旋转驱动单元经由内驱动轴与外杆独立地以旋转方式驱动内杆，以及借助振动单元产生振动。

驱动设备特别提供用于所谓的双头钻削，其中外杆和接纳在其中的内杆由两个独立的旋转驱动单元驱动。

为了驱动外杆，驱动设备包括能够与外杆联接的外驱动轴。为了驱动内杆，驱动设备包括能够与内杆联接的内驱动轴。

外杆具体可以是使包围钻孔的地面稳定的钻管而作为壳体。内杆在外壳体内部延伸，并且可以具有用于去除地面材料的地面工作工具和/或用于输送地面材料的输送器条板。

为了提高钻削进展，已知除了旋转驱动器以外，还设置有振动驱动器，通过该振动驱动器能够将振动或振荡传递到外杆或内杆。

在DE 20 2010 014 478 U1中，描述了一种用于钻杆的驱动设备，其具有用于将振荡传递到钻杆的振动单元。

发明内容

本发明是基于提供允许特别高效地生产钻孔的用于驱动钻杆的驱动设备及方法的目的的。

根据本发明，所述目的由用于驱动钻杆的驱动设备和用于驱动钻杆的方法来解决。

在驱动设备的情况下，根据本发明设置为，为了将振动传递到外驱动轴，振动元件经由第一传递单元连接到外驱动轴，并且为了将振动传递到内驱动轴，振动元件经由第二传递单元连接到内驱动轴。

根据本发明的方法的特征在于，由振动单元产生的振动经由第一传递单元传递到外驱动轴并且经由第二传递单元传递到内驱动轴。

本发明的基本思想在于这样的事实，在具有用于外杆和内杆的独立旋转钻削驱动器的驱动设备的情况下，设置了公共振动单元，其产生传递到外杆和内杆两者的振动或振荡。因此，根据本发明，同一个振动或振荡一方面传递到外杆并且另一方面传递到内杆。

作为本发明的结果，不需要设置第二振动单元。因此，驱动设备变得紧凑同时需要少量的动力。并且，与冲击钻削相比，振动钻削更安静并且更容易克服侧向摩擦。

振动单元包括沿着钻杆的纵向方向上下运动的振动元件或振动体，即它振荡或振动。借助传递振动元件的振荡或振动的传递单元，振动体操作性地连接到两个杆或者两个驱动轴。

驱动设备的驱动轴可以优选地以不同速度和/或沿着不同方向来驱动。第一旋转驱动单元专门驱动外杆并且第二旋转驱动单元专门驱动内杆。

最好地，振动单元包括非旋转振动元件，其轴向振荡经由传递单元传递到旋转的驱动轴。为了将振动元件的振荡传递到外杆和内杆，根据本发明优选的是第一传递单元至少具有第一枢转轴承，外驱动轴经由第一枢转轴承相对于振动元件以能够旋转的方式被支承，第二传递单元至少具有第二枢转轴承，内驱动轴经由第二枢转轴承相对于振动元件以能够旋转的方式被支承。设计为枢转轴承的传递单元使振动元件能够以非旋转方式设置在驱动设备的壳体中。为了传递振动，枢转轴承优选地设计为确保传递轴向力的轴向轴承。

根据本发明优选的是，外驱动轴和/或内驱动轴经由啮合元件特别是啮合齿系统以能够轴向移位的方式支承在以旋转方式对驱动轴进行驱动的驱动元件上。外驱动轴和/或内驱动轴具有例如与驱动元件的齿系统啮合的外齿系统。驱动元件具体可以设计为具有内齿系统的中空轴。借助啮合齿系统，外驱动轴和/或内驱动轴相对于驱动元件以能够轴向移位的方式被支承。结果，啮合齿系统确保了一方面扭矩传递到驱动轴，并且另一方面驱动轴沿着轴向方向相对于驱动元件脱离，以便驱动轴的振动不传递到驱动元件或旋转驱动单元。

实现了一种特别紧凑和稳定的驱动设备，因为旋转驱动单元和振动单元中的至少一个设置在公共接纳部或支承件上，以及因为振动单元以能够轴向移动的方式支承在公共接纳部或支承件上。旋转驱动单元优选地包括可靠地连接到接纳部的框架或壳体。在振动单元更具体地振动元件与接纳部例如弹性元件之间，可以设置例如橡胶轴承。由于振动单元与接纳部脱离，从而大大地避免了振动经由接纳部传递到旋转驱动单元。

能够获得振动单元与两个驱动轴的有利联接，因为振动单元设置在第一旋转驱动单元与第二旋转驱动单元之间。

并且，优选的是第一传递单元设置在振动元件的第一轴向侧上，并且第二传递单元设置在振动元件的第二轴向侧上。这样实现了振动单元的均匀加载和到驱动轴的良好振动传递。

最好地，内驱动轴穿过振动元件。这样允许第二传递单元和/或第二旋转驱动单元设置在振动单元的背离钻杆的一侧上。

为了将轴向力传递到内驱动轴和/或外驱动轴，优选的是振动元件包括例如圆柱体形状的轴承座，第一传递单元和/或第二传递单元设置在该轴承座的外圆周上。因而，内驱动轴和外驱动轴分别优选地具有轴承座，在该轴承座的内圆周上设置对应的传递单元。

为了调节内杆和外杆之间的轴向相对位置，和/或为了改变振动特性，优选的是设置了致动器，通过该致动器能够相对于内驱动轴轴向地调节外驱动轴。致动器优选地设置在其中一个传递单元与振动体之间。通过致动器，能够相对于振动体调节传递单元的位置。这样相对于振动体轴向地移动或调节各个驱动轴。

能够实现外驱动轴和内驱动轴之间的相对位置的精确和高效设定，因为致动器具有定位缸和/或齿条。具体地，定位缸可以液压地和/或电气地被致动。还可以绕着驱动轴沿着圆周方向分布若干个致动器。

能够提供紧凑的驱动设备，因为第一传递单元和/或第二传递单元设计为传递振动和扭矩两者。特别优选的是振动元件的振动能够经由第一旋转驱动单元和/或第二转驱动单元传递到外驱动轴或内驱动轴。例如可以设置为，振动元件的振动经由公共接纳部传递到旋转驱动单元，并且从旋转驱动单元经由用作传递单元的旋转驱动元件传递到相关的驱动轴。作为传递单元，驱动元件因此将扭矩和振动两者传递到驱动轴。

附图说明

在下文中，将借助示意性附图进一步描述本发明，其中示出：

图1为根据本发明的驱动设备的第一实施例；以及

图2为根据本发明的驱动设备的第二实施例。

具体实施方式

在所有附图中用相同的参考标记表示相同的部件或互相对应的部件。

图1表示用于驱动本文未示出的钻杆的驱动设备10，钻杆包括外杆和接纳在其中的内杆。

驱动设备10具有用于外杆的第一旋转驱动单元20和用于内杆的第二旋转驱动单元30。第一旋转驱动单元20包括外驱动轴22，外驱动轴22能够以旋转固定方式与外杆联接。为此目的，以通常已知的方式设置有联接装置。外驱动轴22经由驱动元件24由驱动马达28驱动。驱动元件24设计为具有内齿系统25的中空轴。外驱动轴22接纳在中空轴中并且包括设计为外齿系统的啮合齿系统23，啮合齿系统23与驱动元件24的内齿系统25啮合，以便能够将扭矩传递到外驱动轴22。啮合齿系统23确保外驱动轴22相对于驱动元件24的轴向移位。

驱动元件24借助一个或若干个枢转轴承29支承在第一旋转驱动单元20的壳体21中。在驱动马达28与驱动元件24之间设置有驱动小齿轮26，驱动小齿轮26与驱动元件24的外齿系统啮合。

对应地，借助第二旋转驱动单元30以旋转方式驱动内驱动轴32，内驱动轴32能够以旋转固定方式与内杆联接。经由驱动小齿轮36，驱动马达38驱动设计为中空轴的驱动元件34。驱动元件34借助一个或若干个枢转轴承39支承在第二旋转驱动单元30的壳体31中，并且包括齿系统35，经由齿系统35能够将扭矩传递到内驱动轴32。内驱动轴32具有与齿系统35啮合的啮合齿系统33。啮合齿系统33和齿系统35使得内驱动轴32能够相对于驱动元件34轴向移位。

在第一旋转驱动单元20和第二旋转驱动单元30之间沿着轴向方向设置有振动单元40。振动单元40包括能够沿着相反方向驱动的至少两个旋转质量块41，旋转质量块41使振动元件42开始进行沿着钻削或纵向轴线12的轴向振荡运动。旋转质量块41每个具有带偏心重量44的轴43。使带偏心重量44的轴43进行同步旋转运动，以便径向地作用到纵向轴线12的不平衡质量的部分能够相互补偿，并且产生振动元件42的轴向的向上和向下运动。

为了将由振动单元40产生的振动传递到外驱动轴22，而在振动单元40和外驱动轴22之间设置枢转轴承52作为第一传递单元50。内驱动轴32经由设计为枢转轴承62的第二传递单元60连接到振动元件42。枢转轴承52、62设计用于传递轴向力。因此，振动单元40以轴向固定方式连接到两个驱动轴22、32，以便两个驱动轴22、32由振动元件42而同时开始振荡。

第一枢转轴承52位于振动元件42的面向钻杆的第一轴向侧上，而第二枢转轴承62位于振动元件42的背离钻杆的第二轴向侧上。外驱动轴22具有轴承凸缘54，在端部具有由圆柱形内侧面形成的轴承座56。内驱动轴32穿过振动元件42的圆柱形通道开口，并且在其啮合齿系统33与振动元件42之间包括具有用于枢转轴承62的轴承座66的轴承凸缘64。

枢转轴承52、62沿着驱动轴22、32的纵向方向设置在啮合齿系统23、33之间，并且每个安装在振动元件42的轴承座46上。轴承座46由圆柱形外侧面形成。

旋转驱动单元20、30以及振动单元40经由公共接纳部70互相连接，公共接纳部70也可以称为框架、支承件或外壳。振动单元40经由弹性元件72支承在接纳部70上。

图2表示驱动设备10的替代实施例。与根据图1的实施例不同，外驱动轴22和内驱动轴32能够相对于彼此轴向地调节。为此在内驱动轴32与振动元件42之间设置具有致动器48的调节单元。在这种情况下，用于传递单元60的轴承座46设置在能够相对于振动元件42移动的轴承环47上。借助致动器48，能够相对于以振动方式被驱动的振动元件42轴向地调节轴承环47或传递单元60。这样，内驱动轴32能够相对于振动元件42沿着轴向方向移动。通过示例设计为定位缸的致动器48能够设定第二传递单元60相对于振动元件42的预定距离。相似地，还可以经由致动器48调节振动元件42上的外驱动轴22。

在图1和图2所示的驱动设备10的实施例中，振动元件42的上下运动与两个旋转驱动单元20、30独立地传递到外驱动轴22和内驱动轴32。然而，在本发明的进一步实施例中还可以设置为，整个驱动设备10与旋转驱动单元20、30以及振动单元40联合地振荡，以及将振动运动分别经由旋转驱动单元20、30传递到外驱动轴22和内驱动轴32。这尤其可以实现，因为驱动元件24、34不仅将扭矩传递到外驱动轴22或内驱动轴32，而且还传递振动运动。

Claims (12)

1.一种用于驱动钻杆的驱动设备，所述钻杆具有外杆和内杆，所述驱动设备提供用于双头钻削，其中所述外杆和所述内杆由两个独立的旋转驱动单元驱动，具有：

- 第一旋转驱动单元，通过该第一旋转驱动单元能够经由外驱动轴以旋转方式在双头钻削时驱动所述外杆；

- 第二旋转驱动单元，通过该第二旋转驱动单元能够经由内驱动轴与所述外杆独立地以旋转方式在双头钻削时驱动所述内杆；以及

- 用于产生振动的振动单元，其具有能够以振动方式被驱动的振动元件，

其中

- 为了将振动传递到所述外驱动轴，所述振动元件经由第一传递单元连接到所述外驱动轴，并且

- 为了将振动传递到所述内驱动轴，所述振动元件经由第二传递单元连接到所述内驱动轴。

2.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

所述第一传递单元至少具有第一枢转轴承，所述外驱动轴经由所述第一枢转轴承相对于所述振动元件以能够旋转的方式被支承，并且所述第二传递单元至少具有第二枢转轴承，所述内驱动轴经由所述第二枢转轴承相对于所述振动元件以能够旋转的方式被支承。

3.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

所述外驱动轴和/或所述内驱动轴经由啮合齿系统以能够轴向移位的方式支承在驱动元件上，该驱动元件借助一个或若干个枢转轴承支承在所述第一旋转驱动单元和/或所述第二旋转驱动单元的壳体中。

4.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

所述旋转驱动单元和所述振动单元的至少一个设置在公共接纳部上，并且

所述振动单元以能够轴向移动的方式支承在所述公共接纳部上。

5.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

所述振动单元设置在所述第一旋转驱动单元与所述第二旋转驱动单元之间。

6.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

所述第一传递单元设置在所述振动元件的第一轴向侧上，并且

所述第二传递单元设置在所述振动元件的第二轴向侧上。

7.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

所述内驱动轴穿过所述振动元件。

8.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

所述振动元件包括轴承座，所述第一传递单元和/或所述第二传递单元设置在所述轴承座的外圆周上。

9.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

设置有致动器，通过该致动器能够相对于所述内驱动轴轴向地调节所述外驱动轴。

10.根据权利要求9所述的驱动设备，

其中

所述致动器具有定位缸和/或齿条。

11.根据权利要求1所述的驱动设备，

其中

所述第一传递单元和/或所述第二传递单元设计为传递振动和扭矩两者。

12.一种用于借助根据权利要求1所述的驱动设备驱动具有外杆和内杆的钻杆的方法，所述驱动设备提供用于双头钻削，其中所述外杆和所述内杆由两个独立的旋转驱动单元驱动，其中

- 通过第一旋转驱动单元经由外驱动轴以旋转方式在双头钻削时驱动所述外杆，

- 通过第二旋转驱动单元经由内驱动轴与所述外杆独立地以旋转方式在双头钻削时驱动所述内杆，并且

- 通过振动单元产生振动，

其中

由所述振动单元产生的振动经由第一传递单元传递到所述外驱动轴，并且经由第二传递单元传递到所述内驱动轴。