一种钻机动力输出分时驱动方法技术领域
本发明具体涉及一种钻机动力输出分时驱动方法。
背景技术
目前在定向穿越施工中经常遇到复杂地层结构，比如硬岩、碎石、
卵石、沙土等混合地层，在这种地质结构条件下进行导向孔穿越目前
最有效的方法就是双壁钻杆驱动岩石钻具，具体方法是将牙轮钻头安
装在内钻杆传动轴上。施工过程中，当内外钻杆同时旋转并推进时，
钻孔轨迹呈直线状态；当内钻杆旋转外钻杆不旋转只推进时，钻孔轨
迹按照转向弯头方向弯曲，这样就可以按照设定轨迹钻凿导向了。但
是要实现双壁钻杆驱动必须在钻机上进行改动，原来的方法是，钻机
动力头增加一组内钻杆驱动马达，如图1所示，有两组液压马达01
分别驱动内钻杆02和外钻杆03。
在钻机动力头后部加装液压马达，首先要改变液压系统，在发动
机输出端增加一组油泵，将原来的双联泵改为三联泵，再增加一套电
磁或液控换向阀以及一些液压附件；其二改变原动力头主轴结构，实
现通过空心主轴04驱动内钻杆02，该方案需要增加一套液压马达，及
相应的液压泵、换向阀、空心轴等部件，设备改造投入较大，成本较
高，操控起来也不很方便，最关键的原因是内钻杆驱动马达安装空间
有限，只能单马达驱动，不能传动大扭矩，同时与外钻杆驱动马达转
速很难实现同步。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种钻机动力输出分时驱动方
法，包括：液压马达通过动力输出装置将扭矩传递至动力输出轴，动
力输出轴输出的旋转扭矩在液压换挡机构作用下分别驱动内钻杆和
外钻杆同步旋转或内钻杆单独旋转。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，包括：在所述液压换
挡机构作用下，将动力输出轴输出的单一旋转扭矩转变为驱动内钻杆
和外钻杆同步旋转或内钻杆单独旋转的分时驱动旋转扭矩。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，包括：
动力头输出轴通过丝扣与驱动芯轴连接，驱动芯轴中间连接有内
钻杆接头，内钻杆接头通过六方结构将驱动芯轴的扭矩传递给内钻
杆，
外钻杆接头套在所述内钻杆接头外并可旋转移动连接至双壁钻
杆外钻杆，液压油缸套在外钻杆外，通过多个滚动轴承和多个轴承节
配合作用，液压油缸只有短行程轴向运动，不做旋转运动；
驱动芯轴前端有端面齿，在液压油缸作用下与外钻杆接头后端的
端面齿实现啮合或分离；
上述驱动芯轴端面齿与外钻杆接头端面齿啮合时，驱动芯轴的旋
转扭矩就通过端面齿传递给外钻杆接头，同时内钻杆在内钻杆接头作
用下同步旋转，这样就实现了内钻杆和外钻杆的同步旋转；及
上述驱动芯轴端面齿与外钻杆接头端面齿分离时，驱动芯轴的旋
转扭矩只能通过内钻杆接头传递给内钻杆，实现内钻杆单独旋转。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，包括：控制第一油嘴
向液压油缸的一端的第一油腔进油，推动液压油缸使驱动芯轴端面齿
与外钻杆接头端面齿啮合；及控制第二油嘴向液压油缸的一端的第二
油腔进油，推动液压油缸使驱动芯轴端面齿与外钻杆接头端面齿分
离。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，包括：液压马达直接
带动液压马达的动力轴承旋转，然后，液压马达的动力轴承通过啮合
的齿轮键与齿轮键槽将旋转扭矩传递至固定在一起动力传动轴和动
力输出轴。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，包括：驱动芯轴端面
齿与外钻杆接头端面齿啮合或分离时，双壁钻杆内钻杆、外钻杆和外
钻杆接头通过相配合的螺纹在内钻杆接头上同步旋转移动。
有益效果
本发明公开了一种钻机动力输出分时驱动装置，采用液压换挡机
构在动力头前端加装换液压挡机构就可以实现内外钻杆的分时驱动，
为钻机改造节省大量成本；另外内钻杆输出扭矩原则上可与外钻杆驱
动扭矩等同，这样就大大提高了施工效率；同时该结构操作简单，故
障低。
附图说明
图1是本一种三联泵钻机动力输出驱动装置的结构示意图；
图2是本发明公开的一种钻机动力输出分时驱动装置的驱动芯
轴端面齿与外钻杆接头端面齿分离时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作
为对本发明的限定。
图2是本发明公开的一种钻机动力输出分时驱动装置的驱动芯
轴端面齿与外钻杆接头端面齿分离时的结构示意图，如图2所示，本
发明公开了一种钻机动力输出分时驱动装置，包括：液压马达01、
动力输出装置05和液压换挡机构06，液压马达01安装至动力输出
装置05的液压马达的动力轴承07，液压换挡机构06包括驱动芯轴
08、驱动芯轴外轴09、液压油缸10和外钻杆接头11，动力输出装置
05的动力输出轴12、驱动芯轴08和内钻杆接头13的一端依次连接，
内钻杆接头13的另一端可旋转移动插接至双壁钻杆14内钻杆02的
一端，外钻杆接头11可旋转移动套接在内钻杆接头13外并连接至双
壁钻杆14外钻杆03，驱动芯轴外轴09固定在驱动芯轴08外，驱动
芯轴外轴09的一端连接有连接板15，连接板15通过固定螺栓16固
定至动力输出轴12外侧的安装座17上，液压油缸10的一端连接至
驱动芯轴外轴09并与驱动芯轴外轴09形成密闭的油腔，液压油缸
10的另一端套在外钻杆03外，液压油缸10和外钻杆03之间设有多
个滚动轴承18，及液压油缸10和外钻杆03在每个滚动轴承18的前
后位置设有多个轴承节19，驱动芯轴08和外钻杆接头11彼此相对
的端面上设有相互啮合的端面齿20。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动装置，其中，动力输出装置
05包括：安装座17、液压马达的动力轴承07、动力传动轴21和动
力输出轴12，动力输出轴12穿过并固定在动力传动轴21内，动力
输出轴12和动力传动轴21一起水平放置安装在安装座17上，动力
传动轴21外侧设有齿轮键槽22，液压马达的动力轴承07位于动力
传动轴21上方，液压马达的动力轴承07与动力传动轴21相接的位
置上设有与齿轮键槽22相配合的齿轮键23，齿轮键23与齿轮键槽
22啮合在一起。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动装置，其中，液压马达01
为两个，分别安装在液压马达的动力轴承07的两端。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动装置，其中，内钻杆接头
13为六方套。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动装置，其中，内钻杆接头13
的另一端和双壁钻杆内钻杆02的一端之间设有相互配合的螺纹，及
外钻杆接头11和内钻杆接头13之间设有相互配合的螺纹。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动装置，其中，油腔包括相邻
的第一油腔(图中未示出)和第二油腔24，第一油腔和第二油腔24
之间设有并排的第一油嘴25和第二油嘴26，第一油嘴25和第二油
嘴26均为环形油嘴。
本发明公开的一种钻机动力输出分时驱动方法，包括：液压马达
01通过动力输出装置05将扭矩传递至动力输出轴12，动力输出轴
12输出的旋转扭矩在液压换挡机构06作用下分别驱动内钻杆02和
外钻杆03同步旋转或内钻杆02单独旋转。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，进一步包括：在液压
换挡机构06作用下，将动力输出轴12输出的单一旋转扭矩转变为驱
动内钻杆02和外钻杆03同步旋转或内钻杆02单独旋转的分时驱动
旋转扭矩。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，进一步包括：
动力头输出轴12通过丝扣与驱动芯轴08连接，驱动芯轴08中
间连接有内钻杆接头13，内钻杆接头13通过六方结构将驱动芯轴08
的扭矩传递给内钻杆02，
外钻杆接头11套在内钻杆接头13外并可旋转移动连接至双壁钻
杆14外钻杆03，液压油缸10套在外钻杆03外，通过多个滚动轴承
18和多个轴承节19配合作用，液压油缸10只有短行程轴向运动，
不做旋转运动；
驱动芯轴08前端有端面齿20，在液压油缸10作用下与外钻杆
接头11后端的端面齿20实现啮合或分离；
上述驱动芯轴08端面齿20与外钻杆接头11端面齿20啮合时，
驱动芯轴08的旋转扭矩就通过端面齿20传递给外钻杆接头11，同
时内钻杆02在内钻杆接头13作用下同步旋转，这样就实现了内钻杆
02和外钻杆03的同步旋转；及
上述驱动芯轴08端面齿20与外钻杆接头11端面齿20分离时，
驱动芯轴08的旋转扭矩只能通过内钻杆接头13传递给内钻杆02，
实现内钻杆02单独旋转。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，进一步包括：控制第
一油嘴25向液压油缸10的一端的第一油腔进油，推动液压油缸10
使驱动芯轴08端面齿20与外钻杆接头11端面齿20啮合；及控制第
二油嘴26向液压油缸10的一端的第二油腔24进油，推动液压油缸
10使驱动芯轴08端面齿20与外钻杆接头11端面齿20分离。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，进一步包括：液压马
达01直接带动液压马达的动力轴承07旋转，然后，所述液压马达的
动力轴承07通过啮合的齿轮键23与齿轮键槽22将旋转扭矩传递至
固定在一起动力传动轴21和动力输出轴12。
根据上述一种钻机动力输出分时驱动方法，进一步包括：驱动芯
轴08端面齿20与外钻杆接头11端面齿20啮合或分离时，所述双壁
钻杆14内钻杆02、外钻杆03和外钻杆接头11通过相配合的螺纹在
内钻杆接头13上同步旋转移动。
以上所述，仅是本发明较佳的实施方式，并非对本发明的技术方
案做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例做
任何简单修改，形式变化和修饰，均落入本发明的保护范围。