CN101970792B - 用于钻杆的抓钩装置 - Google Patents

Abstract

一种用于具有一直径的钻杆的抓钩装置(10)，其可包括设置在刚性横向件(16)上的第一和第二抓握件(30)，所述横向件可从水平面倾斜达40度并且优选可连续转动，其中第一和第二抓握件中的每一个都具有第一和第二爪(36)以及具有凹入的接触表面(40)的支架(32)，每个爪具有凹入的抓握表面(42)，其中当抓握件处于关闭位置时，支架的表面和第一及第二爪的抓握表面与钻杆接触。

Description

用于钻杆的抓钩装置

技术领域

本发明涉及一种用于抓握和操纵钻杆的抓钩，所述钻杆用于定向钻探设备，其可以连接至履带挖土机(trackhoe)，反向铲挖土机(backhoe)，挖掘机或重型建筑设备的其它部件。背景技术

燃气、水、电和数据的公用事业管线通常埋在地下。安装这些管线越来越常用的方法是利用水平定向钻技术进行钻孔。该技术使得孔能下穿现有的结构(例如公路或下水道)和现有的地理特征(例如河流)，而不会对其造成妨碍。

通常的水平定向钻探设备包括框架，其上安装有驱动机构，该驱动机构可以沿框架滑动运动并且它适于转动钻柱。使驱动机构滑动同时转动钻柱能够使钻柱进入到地下以形成孔。钻柱包括钻头和一系列钻杆。随着孔越来越深，钻柱需要伸长以使钻头进一步深入地下。这通过随着钻孔机进入到地下，连续地将钻杆连接至钻柱来实现。所述钻孔通常以相对于地面呈一斜角开始。当到达希望的深度时，钻头被定向沿基本水平的方向推进孔。接近孔的端部，钻头通常被定向以一角度朝上，直到钻柱破出表面。当已完成钻孔时，该操作反向进行并且钻杆被连续地从钻柱拆除，以便随着钻柱的缩回而使钻柱变短。

在通常的操作中，钻杆为32英尺长，具有6 5/8(6又5/8)英寸的直径，并且重量为约1325磅。钻杆由卡车拖至钻探场地，并且每个钻杆单独地从卡车平板被举起以将其手动连接至钻柱。该操作通常由挖掘机执行。由缆索或尼龙绳连接至挖掘机的铲斗的手动卡钳固定围绕钻杆。为了平衡卡钳中的钻杆，操作者使用挖掘机将钻杆举起至钻探设备。在挖掘机操作者将钻杆移入指定位置时，两个或多个工人稳固并引导钻杆。在钻探设备处，工人手动地倾斜并转动钻杆就位。在通常的操作中，钻杆可以保持水平或可以倾斜约12度。钻杆通常倾斜不大于35度。一旦钻杆由工人和挖掘机操作者按需要设置就位，钻杆被手动地固定至钻柱。这是麻烦和危险的操作，因为它需要三个或更多个工人(例如，一个工人操作挖掘机，并且至少两个工人在场)。因此，需要一种设备，它能够提高安全性并方便使用，同时减少人力。发明内容

本发明的一个实施例涉及一种用于挖掘机或重型机械的其它适当部件的抓钩装置。所述抓钩装置包括支架，用于连接至挖掘机的铲斗装置；旋转组件，允许抓钩装置的主体沿任一方向转动；和主体，在枢轴转动点可枢转地连接至旋转组件，并且具有液压臂，所述液压臂允许主体成一高达35度的角度。主体包括一对抓握件，所述一对抓握件在刚性的横向件上间隔开。每个抓握件包括第一和第二爪。抓握件可以包括具有弯曲接触表面的支架，并且每个爪可包括弯曲的抓握表面，从而在抓握钻杆时爪的抓握表面和接触表面与钻杆接触。抓钩装置可用于方便和有效地移动钻杆和对钻杆设置一角度使其就位，以便于通过挖掘机操作者的完全控制连接至钻柱，而不需要其他工人的辅助和操纵。

上述针对一些示例性实施例的概述不旨在描述本发明的每个公开实施例或每个实施方式。附图说明

通过下文结合附图进行详细说明的各实施例可以更完全地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的抓钩装置的示意性平面图；

图2是图1所示抓钩装置的示意性侧面图；

图3是图1所示抓钩装置的示意性分解平面图；和

图4是抓钩装置的主体部分16的示意性正交视图。

尽管本发明可以修改成各种改进形式和替换形式，本发明的细节通过附图示例的方式示出并且将被详细描述。不过，应当理解，这并不旨在将本发明的范围限制在所述的具体实施例。相反，这旨在包含落入本发明的精神和范围之内的所有修改、等同变化和替换。具体实施方式

对于下文定义的术语，应当适用这些定义，除非在权利要求书或说明书的别处给出了不同的定义。

无论是否明确表示，本文所有的数值被认定由术语“大约”修饰。术语“大约”一般是指本领域技术人员认为等同于所述值的数值的范围(即，具有相同的功能或结果)。在很多情况，术语“大约”可表示包括四舍五入至最接近有效数的数值。

由端点表述的数值范围包括该范围内的所有数值(例如，1-5包括1，1.5，2，2.75，3，3.80，4，和5)。

尽管本发明公开了关于各种部件、特征和/或规格的某些适当的尺寸范围和/或值，但本领域的技术人员通过本发明会理解，理想的尺寸、范围和/或值可以偏离本文所表述的那些尺寸、范围和/或值。

本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式“一”，“一个”，“所述(the)”包括复数个，除非上下文中另行指出。本说明书和所附权利要求书中所使用的术语“或(or)”一般理解为包括“和/或”，除非上下文中清楚地另行指明。

下文的详细说明应当结合附图加以阅读理解，其中，不同附图中的类似元件标记相同。详细说明和不必然按比例绘制的附图示出了示例实施例，并不旨在限定本发明的范围。所示的示例实施例只是示例性的。任何示例实施例的选定特征都可以被结合入其它的实施例中，除非具有清楚地相反表述。

本发明的抓钩装置10以示意图的方式在图1的平面图中，图2的侧视图中，以及图3的分解平面图中示出。抓钩装置包括支架装置12，旋转组件14和主体16。

术语“水平的”，“垂直的”，“横向的(侧向的)”和类似术语在本文中对于图1所示的抓钩装置使用。因此，“水平的”和“横向的”是图1的左右方向，而“垂直的”是图1的上下方向。例如，主体16可被描述为主要沿横向方向延伸。术语的这种使用不应当被解释为表示所述的部件在绝对意义上必须总是如所描述的状态。抓钩装置连接至重型设备的一部件的液压臂，并且可以例如操纵抓钩装置，使得主体16在绝对意义上基本是垂直的。不过，为了便于讨论，垂直方向延伸通过支架装置，旋转组件和主体，而水平方向是垂直于垂直方向的。

抓钩装置被连接到挖掘机或重型设备的另一部件。为简化起见，术语挖掘机被贯穿用于本说明书，但是重型设备的其它部件也可能适合与本发明的抓钩装置一起使用。例如，抓钩装置可以与履带挖土机，反向铲挖土机或具有合适臂的设备的任意其它部件一起使用。

支架装置12包括孔18，以提供与吊杆臂(boom arm)的机械接口。支架因此被刚性地连接至杆臂的端部，而没有自由度。所示的支架装置适于连接至标准的杆臂。适于刚性连接至杆臂的任意支架都在本发明的范围内。支架装置还可以包括销，所述销的大小适合横跨支架的宽度并匹配在孔18中。孔18的大小和位置可以根据需要变化，以使支架适于特定的挖掘机型号。

旋转组件14包括旋转组件外壳20和液压转动控制器22。转动控制器22设置在外壳20的中央并且用螺栓或其它合适的紧固件刚性连接到所述外壳。转动控制器的一端用螺栓或其它合适的紧固件连接至支架装置12。转动控制器22可被操作使旋转组件14相对于支架装置绕垂直轴线转动。转动控制器优选包括中空的中央喉部(未示出)，所述喉部沿垂直轴线延伸穿过所述设备，以允许液压管线或其它管道被引导通过液压转动控制器22的中心。旋转组件外壳20包括用于容纳液压转动控制器的外壳22，和用于可枢轴转动地将旋转组件连接至主体16的底部支架24。

在一个可替换实施例中，抓钩装置可包括安装在旋转组件和支架装置之间的“停车制动器”(未示出)。停车制动器可包括安装在旋转组件上的环和安装在支架组件上的装有弹簧的液压卡钳。所述特征会防止在不使用抓钩装置时，支架装置和旋转组件之间出现旋转蠕动。当然，可以考虑采用可提供类似特征的其它设备。例如，停车制动器可以是电动的而非液压的，或者例如可以用杠杆手动启动或停止。还可以考虑其它替换方式，例如在支架装置和旋转组件之间延伸的手动启动的锁系统。

主体16可枢转地连接至旋转组件的底部支架24，并且还通过设置在旋转组件14一侧的倾斜臂26连接至旋转组件。枢转连接包括中央销，衬套例如橡胶衬套或钢衬套，和/或适于这种类型的承载枢转连接的其它元件。倾斜臂26可枢轴转动地连接至旋转组件外壳20和主体，并且优选为液压臂。两种连接一起作用确保了主体可以绕水平轴枢转达到偏离水平方向约30度的最大位置。在一些实施例中，所述最大位置为偏离水平方向40度；在另一实施例中，所述最大位置为偏离水平方向25度。

主体包括刚性的横向件28，所述横向件上设有第一和第二抓握件30。每个抓握件30可包括由杆34间隔开的第一和第二支架32以及第一和第二爪36。每个爪具有第一孔，用于将爪安装在杆34上并且使爪绕杆34转动；和支架，用于安装至液压活塞38的一端。液压活塞的另一端安装在另一杆34上。液压活塞用于驱动爪在打开位置和关闭位置之间。每个抓握件的第一和第二爪可以如图4所示彼此横向间隔开，或者可以排成一行在相同平面中打开和关闭。

优选地，每个支架具有凹入的接触表面40，所述接触表面40的半径等于钻杆的直径的一半。一个通常的实施例是用于外径为额定6又5/8英寸的钻杆。可替换地，凹入的接触表面可以具有比钻杆直径的一半稍大的半径。优选地，每个爪具有弯曲的抓握表面(由42表示)，所述抓握表面的半径也是钻杆直径的一半。每个抓握件可被设置使得支架接触表面40以及第一和第二爪36的抓握表面42在合拢围住钻杆时与钻杆接触。优选地，并且如图2所示，每个爪36的外形为迅速朝向自由端倾斜。由于所示爪的自由端具有凸出面(侧)(抓握表面40)和凹入面(侧)，爪的自由端可被描述为具有如同月牙端的外形。当然，其它倾斜的外形是可以考虑的。例如，具有狮子鼻外形的爪可适合用于本发明的一些实施例。

抓握件被设置使得它们同时打开和关闭。当打开时，爪的抓握表面优选从伸过主体的宽度的中央垂直面伸展不大于钻杆的直径。例如，对于用于钻杆直径为6又5/8英寸的通常实施例，每个爪可从主体的中央垂直面伸展不大于6英寸或不大于5又1/2英寸。在所述情况，当观察如图2所示的抓握件的端视图时，抓握件的第一和第二爪的自由端之间的最大距离分别为12或11英寸。这种对于抓握件的最大张开的限制可以通过选择和设计抓握件的部件进行，使得在物理上不可能进一步张开抓握件的爪，或可通过电子控制和软件实现。

当然，可以考虑其它实施例可适用于其它直径的钻杆。其它标准钻杆直径为(都以英寸计)2 3/8，2 7/8，3 1/2，4，4 1/2，5 1/2，6 5/8，7 5/8和8 5/8。包括爪和支架的抓握件可特别适用于这些标准钻杆尺寸中的一种或多种或者适用于具有所想到的不同直径的钻杆。

液压转动控制器22，液压臂26和液压活塞38需要液压动力源。在优选的实施例中，抓钩装置10还包括液压集管(未示出)。液压动力管线，电力线路和控制线路连接到所述集管并且根据需要通过所述集管输送液压力，以操作液压附件。液压管线可被引导穿过液压转动控制器的喉部，以使它们保留在抓钩装置内并在作业期间保护它们。

本发明的抓钩装置还可以包括控制件，所述控制件可以利用传统的方法连接至挖掘机的驾驶室的控制面板。

在可考虑的替换实施例中，转动控制器，倾斜臂和爪不需要液压操作。例如，在一个可考虑的实施例中，转动控制器是电动机或可以是电力驱动的环形齿轮机构。此外，动力可通过转动控制器利用电刷传输，以便主体可以相对于支架装置连续地转动。倾斜臂可以是液压臂，螺旋式致动器或用于此目的的其它致动器。在一个替换实施例中，倾斜臂由设置在枢转点处的电动机替代。类似地，在一些替换实施例中，爪可利用螺旋式致动器、凸轮轴或其它合适的系统进行致动。因此，可以看到，本发明不仅限于液压驱动的实施例。

在使用中，挖掘机操作者可以在挖掘机驾驶室中利用控制面板上的控制器使铲斗从吊杆臂脱钩，并随后可操纵吊杆臂的自由端到抓钩装置并且将抓钩装置机械地连接到吊杆臂。然后，一些人在抓钩装置和挖掘机的辅线之间建立液压或电连接，并且控制器安装在挖掘机控制面板上以完成设置程序。

挖掘机操作者可以通过弯曲和移动挖掘机的杆来操纵抓钩装置，并且还可以操作抓钩装置的液压转动控制器，倾斜臂和抓握件。操作液压转动控制器引起旋转组件和主体在水平面上转动。优选地，旋转组件和主体可以沿任一方向持续转动。操作倾斜臂导致主体转出水平面。在一些实施例中，主体可转出水平面达35度，30度或25度。操作抓握件促使爪打开和关闭。

一旦抓钩装置安装在挖掘机上，它可用于移动钻杆。可以利用抓钩装置抓住钻杆并移动到钻探设备。抓钩装置设置成辅助操作者抓握钻杆。爪之间的最大宽度防止了抓握件跨过多于一个钻杆的顶部。随着抓握件被降下，所述爪的外形引导爪向下位于两个钻杆之间的弯曲外表面，并且爪的窄自由端允许爪更易于匹配在相邻的钻杆之间。一旦所述爪过了钻杆的中心线，操作者可将钻杆向上举起使之进入抓钩装置。可替换地，操作者可将抓钩装置完全下降到钻杆上。随后钻杆被移动到钻探设备并且成一角度设置以便连接至钻柱。所述操作可以方便地重复，并且当撤回和拆卸钻柱时可以方便地反向操作。

因此，应当理解，本发明的抓钩装置可用于方便和有效地举起和操纵重型和庞大的钻杆到水平定向钻探设备所需的任一位置。

本领域的技术人员会认识到，本发明显然具有除本文所述和考虑的特定实施例之外的各种形式。因此，可以在不背离由所附权利要求书所述的本发明的范围和精神的前期下在形式和细节上有所不同。

Claims (14)

1.一种用于具有一直径的钻杆的抓钩装置，包括：

第一和第二抓握件，设置在刚性的横向件上，所述第一和第二抓握件中的每一个都可在打开位置和关闭位置之间移动；

旋转组件，所述旋转组件通过具有一转动自由度的第一接头连接至横向件；

支架装置，所述支架装置通过具有一转动自由度的第二接头连接至旋转组件；

被驱动可延伸臂，其在第一端连接至位于第一接头和第一抓握件之间的横向件并且在第二端连接至旋转组件，所述臂使得横向件绕第一接头相对于旋转组件移动可达35度；和

电动机，设置在旋转组件中，所述电动机可以使旋转组件绕第二接头转动，

其中第一轴线延伸穿过横向件、旋转组件和支架，并且其中第一接头的自由度垂直于所述第一轴线，而第二接头的自由度平行于所述第一轴线，

其中第一和第二抓握件中的每一个都具有第一和第二爪以及具有接触表面的支架，每个爪具有抓握表面，其中当抓握件处于关闭位置时，所述支架的接触表面以及第一和第二爪的抓握表面与钻杆接触。

2.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述接触表面是凹入的并且具有的半径是钻杆直径的一半。

3.根据权利要求2所述的抓钩装置，其中所述第一和第二抓握件的第一和第二爪的每一个的抓握表面都是凹入的并且具有的半径等于接触表面的半径。

4.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述第一和第二抓握件中的每一个距离抓钩装置的中央垂直面的最大距离小于钻杆的直径。

5.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述第一抓握件与所述第二抓握件相间隔至少2英尺。

6.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述第一和第二抓握件的第一和第二爪的每一个具有形状类似于月牙端的自由端。

7.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述旋转组件可以从第一位置相对于支架装置转动至少450度。

8.根据权利要求7所述的抓钩装置，其中所述旋转组件可相对于支架装置连续转动。

9.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述横向件和旋转组件之间的最大运动自由为35度。

10.根据权利要求1所述的抓钩装置，还包括具有控制器的控制组件，所述控制器同时使第一和第二抓握件在它们的打开和关闭位置之间运动。

11.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述可延伸臂是液压驱动的。

12.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述抓钩装置被设置成可操作地连接至挖掘机的铲斗装置的位置上。

13.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中所述第一和第二抓握件的每一个在打开和关闭位置之间被液压致动。

14.根据权利要求1所述的抓钩装置，其中在所述第一和第二抓握件的每一个中，第一爪与第二爪沿第一轴线间隔开。

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