[發明專利]用于鉆柱的頂部驅動器

有效

• 申請號: 201480017274.X
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN105102751B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 阿爾布雷克特·海因里希斯;阿希姆·費爾德曼;塞巴斯蒂安·雷爾;托馬斯·多爾斯
• 申請（專利權）人: 玫海偉爾特(德國)股份有限公司
• 主分類號: E21B3/02
• 分類號: E21B3/02
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司11258
• 代理人: 魯異

本發明涉及一種用于鉆柱的頂部驅動器，該頂部驅動器包括具有齒輪殼體的齒輪單元，該頂部驅動器包括在所述齒輪單元內圍繞旋轉軸線可旋轉地安裝的主軸，其中鉆柱能夠耦接到主軸，其中，齒輪單元包括軸向主軸承，軸向主軸承具有下部主軸承部件和上部主軸承部件，所述上部主軸承部件相對于下部主軸承部件繞旋轉軸線可旋轉，其中，主軸直接或間接地接觸上部主軸承部件并且下部主軸承部件直接或間接地接觸齒輪殼體，并且其中齒輪單元包括軸向輔助軸承，軸向輔助軸承具有下部輔助軸承部件和上部輔助軸承部件，所述上部輔助軸承部件相對于下部輔助軸承部件圍繞旋轉軸線可旋轉，其中下部輔助軸承部件直接或間接地接觸主軸，并且上部輔助軸承部件直接或間接地接觸齒輪殼體。

這種頂部驅動器器尤其用于旋轉驅動并且用于降低和升高鉆柱。為了該目的，鉆柱通常通過螺紋連接以旋轉固定的方式與主軸耦接。在操作期間，借助導向滑塊在桅桿(mast)中引導頂部驅動器。在操作期間，經由導向滑塊將反作用力矩引入到桅桿中。

滑輪配置通常用來降低和升高頂部驅動器并且因此降低和升高鉆柱，其中滑輪配置保持在桅桿的上端部并且例如通過安裝架與頂部驅動器相連接。

為了實現主軸的旋轉致動，齒輪單元與至少一個電動或液壓驅動的旋轉馬達相連接。

由于鉆柱與主軸固定連接，所以對頂部驅動器的齒輪單元的齒輪殼體中主軸的軸承提出了較高的要求。特別地，必須為主軸設置軸向軸承，該軸向軸承適合將存在于具有工作頭的鉆柱中的質量引入到殼體中。此外，軸向軸承也必須永久地承受在鉆孔操作期間發生的動力載荷。

在已知構造的頂部驅動器中，主軸的軸向軸承包括軸向主軸承。軸向主軸承形成為圓錐滾子軸承。軸向主軸承的下部主軸承部件抵靠殼體，主軸通過徑向凸緣支撐在軸向主軸承的上部主軸承部件上。

為了實現軸向軸承的長使用壽命，應避免軸承滾子與上部軸承部件和下部軸承部件之間的間隙。為了該目的，在已知的頂部驅動器中設置有彈簧單元，所述彈簧單元將上部輔助軸承部件壓靠在滾動元件上。

然而，已經表明盡管具有以這種方式作用的預加載，軸向主軸承可能受到意想不到的高磨損(特別是在壓力下鉆孔時)。彈簧組件因此被擠壓在一起。軸承間隙存在于下部軸承中。因此，不能確保主軸承的滾子均勻地滾動。

因此，本發明的目的在于開發一種通用頂部驅動器，該通用頂部驅動器減少軸向軸承上的磨損并且具有較長的使用壽命。

該目的通過以下描述的頂部驅動器和用于操作頂部驅動器的方法得以實現。

在根據本發明的頂部驅動器中，在上部輔助軸承部件與齒輪殼體之間和/或在下部輔助軸承部件與主軸之間和/或在下部主軸承部件與齒輪殼體之間和/或在上部主軸承部件與主軸之間設置主動壓力生成裝置。在上部輔助軸承部件和齒輪殼體之間的主動壓力生成裝置的布置是優選的。

“主動壓力生成裝置”是指壓力生成裝置，通過該壓力生成裝置，可以施加可變的并且因此對于不同的操作條件可調節的壓力。由于根據本發明的頂部驅動器的開發，因此能夠調節預加載，在此情況下軸向主軸承和輔助軸承被操作到不同的操作條件。預加載例如可以根據轉速或者作用在主軸上的拉伸力或壓縮力設置，使得軸向主軸承和輔助軸承至少在幾乎最優(壓力)條件下操作。此外，可以在不使用墊片等的情況下平衡公差。此外，由于可以通過壓力生成裝置的未加壓設定在齒輪殼體內產生開口空間，所以簡化了軸向主軸承的維護和安裝。主動壓力生成裝置可以設置來代替彈簧組件。因此，改造現有的頂部驅動器是可行的。

在優選的實施例中，主動壓力生成裝置包括能夠由液壓或氣壓加壓的活塞。優選設置由液壓加壓的活塞，這是由于這能夠持久地用來驅動頂部驅動器的馬達和/或使用頂部驅動器的鉆孔裝置的其它部件。

在第一實施例中，活塞可以是作用在上部輔助軸承部件上的環形活塞。為了活塞的致動，通入到其中安裝活塞的環形空間中的單通道就足夠了。

在第二優選實施例中，設置作用在上部輔助軸承部件上的多個圓柱形活塞。雖然該第二實施例由于多個構件和通向用于各個活塞的各缸體所需要的多個通道而成本更高，然而有利的是，上部輔助軸承部件和/或殼體的從完全平行位置到另一個位置的任何傾斜能夠被自動補償，而在環形活塞中這可能會導致上部輔助軸承部件和/或殼體在環形空間中傾斜。

在根據本發明的頂部驅動器的第三實施例中，主動壓力生成裝置包括至少一個壓電元件。產生預加載的軸向主軸承然后可通過施加到壓電元件上的電壓水平的變化，被調節到包括頂部驅動器的鉆孔裝置所在的各個操作條件。如果頂部驅動器具有電動的驅動馬達，則壓力生成裝置的該實施例是特別優選的。