[发明专利]旋挖钻机及其旋挖钻杆

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种旋挖钻机及其旋挖钻杆。 

背景技术

目前，市场上各国旋挖钻机所用钻杆都是采用矩形（带环弧面或不带圆弧面）键条，将一底边双面倒角。将倒角的键条焊接到钢管外表面，并在管子内侧距离端部一米内，焊接相应的内键条或内键圆弧板，具体结构如图1和图2所示。其中，旋挖钻杆包括第一级管1、第二级管2、第三级管3和芯杆4；钻杆的内键都位于下管处，与管子端头平齐，长度为1米左右，标记5、6和7分别指代第一级管1的内键、第二级管2的内键和第三级管3的内键；标记8、9、10和11分别指代第一级管1的外键、第二级管2的外键、第三级管3的外键和芯杆的外键；以机锁杆为例，钻杆还包括加压台12或外键补板。 

这样旋挖钻杆结构无论是传递扭矩还是传递下压力，都是先传递给钢管，再通过钢管传递给键条或加压台等过程。传递流程为：动力头→外键条（或外键补板）→钢管→内键条→钢管→外键条……，依次循环传递。机锁杆的具体传递下压力和扭矩的过程如下： 

1、动力头将力传递给第一级管1的外键补板12，同时将扭矩传递给第一级管1的外键8； 

2、第一级管1的外键补板12和外键8将下压力和扭矩传给第一级管1，第一级管1又将下压力和扭矩传递给第一级管1的内键5； 

3、第一级管1的内键5将力下压传递给第二级管2的外键补板，将扭矩传递给第二级管2的外键9（只有一米左右的接触长度）； 

4、第二级管2的外键补板和第二级管2的外键将下压力和扭矩传递给第二 级管2，第二级管2又将下压力和扭矩传递给第二级管2的内键6； 

5.第二级管2的内键6将下压力传递给第三级管3的外键补板，将扭矩传递给第三级管3的外键10（只有一米左右的接触长度）； 

6、第三级管3的外键补板和第三级管3的外键将下压力和扭矩传递给第三级管3，第三级管3又将下压力和扭矩传递给第三级管3的内键7； 

7、第三级管3的内键7将下压力传递给芯杆4外键补板，将扭矩传递给芯杆4的外键11（只有一米左右的接触长度）；

8、芯杆4的外键补板和外键将下压力和扭矩传递给芯杆4，芯杆4通过方头将下压力和扭矩传递给钻具，实现钻孔的功能。 

摩阻杆的具体传递下压力和扭矩的过程如下： 

1、动力头将扭矩传递给第一级管1的外键； 

2、第一级管1的外键将扭矩传递给第一级管1，第一级管1又将扭矩传递给第一级管1的内键； 

3、第一级管1的内键将扭矩传递给第二级管2的外键； 

4、第二级管2的外键将扭矩传递给第二级管2，第二级管2又将扭矩传递给第二级管2的内键； 

5、第二级管2的内键将扭矩传递给第三级管3的外键； 

6、第三级管3的外键将扭矩传递给第三级管3，第三级管3又将扭矩传递给第三级管3的内键； 

7、第三级管3的内键将扭矩传递给芯杆4的外键； 

8、芯杆4的外键将扭矩传递给芯杆4，芯杆4再将扭矩传递给钻具，实现钻孔的功能。 

现有的这种结构的缺点主要有以下几个方面： 

1、这种结构钻杆是将一定尺寸和形状的键条焊接在管子的外表面或内表面，不可避免的是采用T型焊接，而T型焊接结构的应力集中和焊缝重叠，焊缝处受力状况复杂，力学性能较差，在工作过程中经常引起焊缝开裂和热影响区开裂； 

2、传力和扭矩的效率低，旋挖钻机动力头传递的下压力和扭矩都要经过钢管和T型焊缝传递到钻具，由于钢管和T型焊缝的弹性变形较大使得有效下压力和扭矩降低； 

3、传递扭矩过程中，只有1米左右某级管的内键接触到下一级管的外键，且只有钢管端部传递压力，传递压力和扭矩不均匀，容易造成管的扭曲和弯曲变形，导致管体开了或焊缝开裂，这种结构钻杆的传递扭矩能力受到很大的限制； 

4、扭矩和压力都要经过T型焊缝传递，而T型焊缝本身传递力的能力低，焊缝抗冲击能力差，很容易造成焊缝开裂； 

综上，由于现有的旋挖钻杆结构具有短距离传递扭矩，T型焊缝传递力和扭矩，应力集中和焊缝及脆性区重合等缺点，使得目前的钻杆结构在应用过程中经常出现：管体纵向/横向开裂，T型焊缝开裂等；这种钻杆传扭和传压的能力都受到很大的限制，即增加了制造成本和技术难度，又使得该结构钻杆在大压力和大扭矩条件下很难有发展空间。 

发明内容