CN102016222B - 弹簧加载的杆操纵装置 - Google Patents

Abstract

一种杆操纵装置，包括：枢转杆；第一夹持组件，其以枢转方式耦接到枢转杆；第二夹持组件，其以枢转方式耦接到枢转杆；以及至少一个锁定组件，其构造成在锁定位置和解锁位置之间移动。当在锁定位置时，锁定组件阻止第一夹持组件和第二夹持组件之间的转动。杆操纵装置也包括偏置构件，其耦接到枢转杆，偏置构件构造成朝锁定位置促动锁定组件。

Description

弹簧加载的杆操纵装置

技术领域

本发明涉及一种用于操纵长构件的装置，并且特别地涉及杆操纵装置。

背景技术

在将诸如方钻杆、岩芯管等钻杆从杆架转移到传统钻机的进给框架上的位置时，经常手动操纵钻杆。当位于进给框架上后，钻杆耦接到钻柱。当将钻杆从钻柱移走时，也经常手动操纵钻杆。由于钻杆的尺寸，可能难于手动操纵钻杆。例如，钻杆经常足够长并具有仅用手难于抓握和操纵钻杆的直径。

已经提供了一些锁固到钻杆上的装置，这些装置包括接合钻杆的夹持装置和使操作者更容易抓握的操作柄。尽管这些装置可容许接合钻杆，但这些装置会意外脱离，导致操作者掉落钻杆。

本文要求保护的主题并不局限于解决任何缺点或仅在上述环境等环境中操作的实施方式。而是，该背景仅提供用来例示可实施本文所述一些实施方式的一个示例性技术领域。

发明内容

提供一种杆操纵装置，杆操纵装置包括：枢转杆；第一夹持组件，其以枢转方式耦接到枢转杆；第二夹持组件，其以枢转方式耦接到枢转杆；以及至少一个锁定组件，其构造成在锁定位置和解锁位置之间移动。在锁定位置时，锁定组件阻止第一夹持组件和第二夹持组件之间的转动。杆操纵装置也包括耦接到枢转杆的偏置构件。偏置构件构造成朝锁定位置促动锁定组件。

杆操纵装置还可包括至少一个锁定组件，锁定组件包括正接合结构和负接合结构。在至少一个示例中，提供了将第一和第二夹持组件偏置成锁定接合状态的钻杆操纵装置。这些接合结构协作以将杆操纵装置锁定在合拢位置，由此减少或消除第一和第二夹持组件的意外转动。减少第一和第二夹持组件的意外转动可降低杆操纵装置意外释放钻杆的可能性。

所述偏置构件构造成在所述第一夹持组件和所述第二夹持组件中的至少一个上施加偏置力，以促动所述正接合结构和所述负接合结构之间的接合。

所述第一夹持组件和所述第二夹持组件中的至少一个构造成沿所述枢转杆平移。

所述第一夹持组件和所述第二夹持组件中的至少一个的平移与所述偏置构件施加的偏置力相反地作用，由此释放所述正接合结构和所述负接合结构之间的接合，从而容许所述第一夹持组件和所述第二夹持组件之间转动。

提供一种杆操纵装置，包括：枢转杆；第一夹持组件，所述第一夹持组件具有第一夹持部、与所述第一夹持部操作上关联的正接合结构、以及与所述第一夹持部操作上关联的第一操作柄；第二夹持组件，所述第二夹持组件具有第二夹持部、与所述第二夹持部操作上关联并构造成容纳所述正接合结构的至少一部分的负接合结构、以及与所述第二夹持部操作上关联的第二操作柄；以及偏置构件，所述偏置构件与所述枢转杆操作上关联，所述偏置构件构造成沿与所述枢转杆的中心线大致平行的方向施加偏置力，以沿轴向相向移动所述正接合结构和所述负接合结构，其中，所述正接合结构和所述负接合结构之间的轴向平移将所述第一夹持组件和所述第二夹持组件移动成锁定接合和脱离锁定接合。

提供一种操纵钻杆的方法，包括：提供杆操纵装置，所述杆操纵装置具有枢转杆；以枢转方式耦接到所述枢转杆的第一夹持组件；以枢转方式耦接到所述枢转杆的第二夹持组件；构造成在锁定位置和解锁位置之间移动的至少一个锁定组件，其中在所述锁定位置，所述锁定组件阻止所述第一夹持组件和所述第二夹持组件之间的转动；以及耦接到所述枢转杆的偏置构件，所述偏置构件构造成朝锁定位置促动所述锁定组件；以及通过沿平行于所述枢转杆的轴线的方向移动第一夹持组件或第二夹持组件中的至少一个而在锁定位置和解锁位置之间移动所述锁定组件，以及通过绕所述枢转杆枢转所述第一夹持组件或所述第二夹持组件中的至少一个而在打开位置和合拢位置之间移动所述第一夹持组件和所述第二夹持组件，从而选择性地接合钻杆，其中，在所述锁定位置，所述锁定组件阻止所述第一夹持组件和所述第二夹持组件之间的转动。

在锁定位置和解锁位置之间移动锁定组件的步骤包括：通过平行于所述枢转杆的轴线移动销而在与插槽接合和与插槽脱离之间移动所述销。

通过平行于所述枢转杆的轴线移动销而在与插槽接合和与插槽脱离之间移动所述销的步骤包括：沿平行于所述枢转杆的轴线的相反方向向与所述第一夹持组件关联的第一操纵柄和与所述第二夹持组件关联的第二操纵柄施加力。

在打开位置和合拢位置之间移动所述第一夹持组件和所述第二夹持组件的步骤包括：向所述第一操纵柄和所述第二操纵柄中的至少一个施加枢转力。

在锁定位置和解锁位置之间移动所述锁定组件的步骤包括：在锁定、合拢位置和解锁、合拢位置之间移动所述锁定组件。

提供一种包括前述的杆操纵装置的自动化杆操纵装置，其中，所述自动化杆操纵装置还包括致动器，所述致动器构造成在锁定位置和解锁位置之间移动第一夹持组件和第二夹持组件。

本发明的附加特征和优点将在以下描述中阐明或通过在本发明的实践中获知。借助于在所附权利要求中特别指出的器件以及结合可实现和获得本发明的特征和优点。本发明的这些以及其它特征可从以下描述以及所附权利要求更加充分明了或可通过在下文阐述的本发明的实践中获知。

附图说明

为了进一步阐明本发明的上述以及其它优点和特征，将参照附图中图示的具体示例进行更详细的描述。可以理解，这些附图仅绘示出了一些示例，且因此不应视为限制本发明的范围。将利用附图并借助于特征和细节来描述和解释这些示例，其中：

图1图示根据一个示例的处于合拢、锁定位置的杆操纵装置的立体图；

图2图示图1的杆操纵装置的分解图；

图3图示处于合拢、解锁位置的杆操纵装置的立体图；

图4图示处于打开位置的杆操纵装置的立体图；

图5图示根据一个示例的处于合拢、锁定位置的杆操纵装置的立体图。

具体实施方式

本文提供一种包括锁定组件的杆操纵装置。根据至少一个示例，杆操纵装置包括相对于枢转杆转动和/或平移的第一和第二夹持组件。例如，第一和第二夹持组件可绕枢转杆在打开位置和合拢位置之间转动。杆操纵装置可移至打开位置以容纳钻杆和/或释放已接合的钻杆。钻杆操纵装置可移至合拢位置来夹持钻杆以便操纵。

杆操纵装置还包括至少一个锁定组件，当锁定时，锁定组件阻止第一和第二夹持组件从合拢位置转动离开。杆操纵装置也包括偏置构件，偏置构件将锁定组件朝锁定状态偏置。在至少一个示例中，锁定组件包括正接合结构和负接合结构。这些接合结构协作以将杆操纵装置锁定在合拢位置，由此减少或消除第一和第二夹持组件的意外转动。减少第一和第二夹持组件的意外转动，可降低杆操纵装置意外释放钻杆的可能性。

在下面讨论的示例中，将销描述为正接合结构，而将插槽描述为容纳正接合结构的负接合结构。可以理解，可以提供其它类型的锁定组件，这些锁定组件在接合后，将第一和第二夹持组件锁定到一起以阻止第一和/或第二夹持组件意外转动。

由于在操纵钻杆过程中该装置被锁定成接合状态，因此这种构造可比非锁定式系统安全。进一步地，相对而言，这种构造可提供用户友好型、符合人体工程学和高效的设计。例如，由于关联于锁定组件的偏置构件所提供的强制锁定，因此可改善安全性。由于锁定组件的快速锁定和解锁，因此也可提高效率。

图1图示根据一个示例的处于合拢、锁定位置的杆操纵装置100的立体图。杆操纵装置100总体上包括第一端部104和第二端部106。如图1所示，杆操纵装置100包括第一夹持组件110和第二夹持组件120。第一夹持组件110包括第一夹持部115，而第二夹持组件120包括第二夹持部125。第一夹持组件110和第二夹持组件120构造成当杆操纵装置100在打开位置和合拢、锁定位置之间移动时，绕枢转杆130转动。

如图1所示，枢转杆130穿过第一枢转环135A、135B、135C和第二枢转环140A、140B、140C，第一枢转环135A、135B、135C是第一夹持组件110的部分，第二枢转环140A、140B、140C是第二夹持组件120的部分。靠近第一端部104的枢转杆130可延伸超出第二枢转环140A，并在诸如环状锚固件的第一锚固件145内终止。诸如弹簧的偏置构件150可位于第一锚固件145和第二枢转环140A之间。在该位置，偏置构件150可作用以将第一锚固件145偏置远离第二枢转环140A，并因此将第一锚固件145偏置远离第二夹持组件120。

靠近第二端部106的枢转杆130可借助于第二锚固件147固定。这种构造将枢转杆130的运动和第一夹持组件110的运动耦合。因此，偏置构件150施加于第一锚固件145上的偏置力可通过枢转杆130传递到第二锚固件147、以及从第二锚固件147传递到第一夹持组件110。因此，这种偏置力可将第一夹持组件110偏置成与第二夹持组件120接合，如现在将要更详细讨论的。

继续参见图1，杆操纵装置100还包括一个或多个锁定组件160A、160B，一个或多个锁定组件160A、160B操作上与第一夹持组件110和第二夹持组件120以及枢转杆130联接。各个锁定组件160A、160B进而包括接合插槽180A、180B的销组件170A、170B。在至少一个示例中，销组件170A、170B可大体定向成平行于枢转杆130，使得销组件170A、170B与枢转杆130沿轴向排列。相似地，插槽180A、180B可定向成、尺寸形成为以及构造为容纳轴向排列的销组件170A、170B。上述偏置力作用以促动销组件170A、170B与插槽180A、180B接合。

图2图示杆操纵装置100的分解图。在图示示例中，销组件170A、170B各自包括基部172A、172B以及固定到基部172A、172B的销174A、174B，而插槽180A、180B包括其内限定的凹槽，当锁定组件160A、160B（图1）处于锁定位置时，凹槽至少部分地容纳销174A、174B。

在至少一个示例中，销组件170A、170B分别固定到第一枢转环135A、135B，而插槽180A、180B分别固定到第二枢转环140A、140B。这种构造可导致第一夹持组件110相对于第二夹持组件120沿着枢转杆130平移，从而导致销组件170A、170B相对于插槽180A、180B进行相似的平移。这种平移因此可将销174A、174B移动成与插槽180A、180B接合和脱离，从而锁定和解锁杆操纵装置100。

进一步地，如图1和2所示，杆操纵装置100包括耦接到第一夹持组件110的第一操纵柄190和耦接到第二夹持组件120的第二操纵柄195。在图示示例中，第一操纵柄190固定到销组件170A、170B，而第二操纵柄195固定到第二夹持部125。操纵柄190、195供便利地抓握，以容许使用者在图1所示的合拢和锁定位置、图3所示的合拢和解锁位置以及图4所示的打开位置之间操作杆操纵装置100。

操纵柄190、195还可供操作者抓握以从杆架到钻头、以及从钻头到杆架手动地操纵钻杆。如所介绍的，在合拢位置，偏置构件150帮助保持杆操纵装置100处于合拢、锁定位置。这种构造可降低杆操纵装置100将与钻杆脱离的可能性，由此提高了操作者在手动操纵钻杆时的安全性。为了将杆操纵装置100从合拢、锁定位置移到打开位置，图示的杆操纵装置100首先移到合拢、解锁位置。

图3图示处于合拢、解锁位置的杆操纵装置100。在至少一个示例中，可通过相对于第二操纵柄195沿着枢转杆130在箭头所示方向上移动第一操纵柄190将杆操纵装置100移到此位置。如前所述，第一操纵柄190固定到销组件170A、170B，销组件170A、170B转而固定到第一枢转环135A、135B。第一枢转环135A、135B固定到第一夹持部115，第一枢转环135C固定到第一夹持部115。

如前所述，第二锚固件147将枢转杆130固定到第一枢转环135C、并因此固定到第一夹持组件110。因此，当第一操纵柄190沿箭头标示方向移动时，上述各部件也沿标示方向移动，由此如图所示地相对于第二夹持部125移动第一夹持部115。该运动也导致销组件170A、170B相对于插槽180A、180B的运动，由此将与插槽180A、180B接合的销174A、174B拉离。当沿标示方向拉动枢转杆130时，偏置构件130被压缩在第一锚固件145和第二枢转环140A之间，如上所述地施加偏置力。

在销174A、174B脱离插槽180A、180B的情况下，杆操纵装置100然后可移到打开位置。如图3所示，在合拢位置，操纵柄190、195分离。然后，操纵柄190、195可朝图4所示位置移动。

图4图示图3的杆操纵装置的立体图，其中抓取臂朝打开位置移动。当操纵柄190、195朝打开位置移动时，第一夹持组件110和第二夹持组件120绕枢转杆130枢转，以将夹持部115、125彼此移开。如前所述，杆操纵装置100可移到打开位置以将钻杆从与杆操纵装置100的接合中释放，或者将钻杆引入杆操纵装置100。

因此，打开杆操纵装置100可包括相对于第二夹持组件120沿着枢转杆130将第一夹持组件110移到图3所示的合拢、解锁位置，然后绕枢转杆130转动第一夹持组件110和/或第二夹持组件120以将夹持部115、125移到图4所示的打开位置。

相似地，合拢杆操纵装置100可包括将第一夹持组件110和/或第二夹持组件120从图4所示位置转动到图3所示位置，然后沿着枢转杆130移动第一夹持组件110到图1所示的接合位置。偏置构件150可作用以便利于第一夹持组件110从图3所示位置移至图1所示位置的运动。因此当定位后，销174A、174B与插槽180A、180B之间的接合可锁定第一夹持组件110和第二夹持组件120，并由此阻止第一夹持组件110和第二夹持组件120之间的意外转动。

当接合后，杆操纵装置100接合钻杆，并为操作者提供抓握柄以手动操纵杆。夹持部115、125可具有用于接合不同类型和尺寸的钻杆的任何形状和/或尺寸。例如，夹持部115、125可具有大体拱形内表面。进一步地，这些拱形内表面中的每一个或两者都可具有精密对应于钻杆尺寸的曲率半径。这种钻杆尺寸可包括具有任何尺寸的钻杆，例如具有约0.5英寸至约60英寸之间直径的钻杆。

因此，已提供一种杆操纵装置，其包括至少一个锁定组件，锁定组件包括正接合结构和负接合结构。在至少一个示例中，提供了将第一和第二夹持组件偏置到锁定接合状态的钻杆操纵装置。这些接合结构协作以将杆操纵装置锁定到合拢位置，由此减少或消除第一和第二夹持组件的意外转动。减少第一和第二夹持组件的意外转动，可降低杆操纵装置意外释放钻杆的可能性。尽管示出和描述了一种构造，但可以理解，其它构造也是可能的。

例如，图5图示了一种杆操纵装置100’，其包括构造成相对于枢转杆130’枢转的第一夹持组件110’和第二夹持组件120’。进一步地，第一夹持组件110’构造成以与上述的锁定和解锁构造相似的方式，沿着枢转杆130’沿轴向平移，从而从第二夹持组件120’解锁第一夹持组件110’。

第一夹持组件110’包括操纵柄190’，操纵柄190’与以上参照图1至4所示杆操纵装置100描述的操纵杆190相似地构造而成。图5所示的第二夹持组件120’包括操纵柄195’，操纵柄195’包括自第二夹持组件120’的第二夹持部125’伸出的抓握部500。操纵柄195’还可包括与抓握部500的端部联接的球状部505。这种构造可有助于降低操作过程中操作者的手从操纵柄190’滑脱的可能性。

可通过抓握操纵柄190’并沿着枢转杆130’沿轴向移动操纵柄190’，以将第一夹持组件110’移离第二夹持组件120’并由此将第一夹持组件110’和第二夹持组件120’解锁，来操作杆操纵装置100’。其后，可绕枢转杆130’枢转第一夹持组件110’和/或第二夹持组件120’，以打开杆操纵装置100’。该过程可反向进行，以合拢杆操纵装置100’。

举例而言，尽管示出了多个枢转环，但可以理解，各个夹持组件均可包括任何数量的枢转环，且与第一夹持组件110关联的枢转环的数量可小于、等于或大于与第二夹持组件120关联的枢转环的数量。

进一步地，尽管将操作柄描述为用于手动操纵，但可以理解，第一和第二夹持组件也可作为自动杆操纵系统的部件。在这种示例中，诸如液压或其它致动器的致动器可用于在本文所述的位置之间移动第一和第二夹持组件以操纵杆。

在不脱离本发明的主旨或本质特性情况下，可以其它具体形式实施本发明。上述实施方式在所有方面均应仅视为示例性的而非限制性的。因此，本发明的范围是由所附权利要求而非前面描述限定。落入与权利要求等同的意义和范围内的所有变化均为权利要求的范围所涵盖。

Claims (21)

1.一种杆操纵装置，包括：

枢转杆；

第一夹持组件，所述第一夹持组件以枢转方式耦接到所述枢转杆；

第二夹持组件，所述第二夹持组件以枢转方式耦接到所述枢转杆；

至少一个锁定组件，所述至少一个锁定组件构造成在锁定位置和解锁位置之间移动，其中在所述锁定位置，所述锁定组件阻止所述第一夹持组件和所述第二夹持组件之间的转动；以及

偏置构件，所述偏置构件耦接到所述枢转杆，所述偏置构件构造成朝所述锁定位置促动所述锁定组件。

2.如权利要求1所述的杆操纵装置，其中，所述锁定组件包括与所述第一夹持组件关联的正接合结构以及与所述第二夹持组件关联的负接合结构，其中，所述正接合结构和所述负接合结构之间的接合将所述杆操纵装置锁定在合拢位置。

3.如权利要求2所述的杆操纵装置，其中，所述偏置构件构造成在所述第一夹持组件和所述第二夹持组件中的至少一个上施加偏置力，以促动所述正接合结构和所述负接合结构之间的接合。

4.如权利要求3所述的杆操纵装置，其中，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件中的至少一个构造成沿所述枢转杆平移。

5.如权利要求4所述的杆操纵装置，其中，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件中的至少一个的平移与所述偏置构件施加的偏置力相反地作用，由此释放所述正接合结构和所述负接合结构之间的接合，从而容许所述第一夹持组件和所述第二夹持组件之间转动。

6.如权利要求2所述的杆操纵装置，其中，所述正接合结构包括至少一个销。

7.如权利要求6所述的杆操纵装置，其中，所述销相对于所述枢转杆沿轴向排列。

8.如权利要求7所述的杆操纵装置，其中，所述正接合结构包括平行于所述枢转杆沿轴向排列的多个销。

9.一种杆操纵装置，包括：

枢转杆；

第一夹持组件，所述第一夹持组件具有第一夹持部、与所述第一夹持部操作上关联的正接合结构、以及与所述第一夹持部操作上关联的第一操作柄；

第二夹持组件，所述第二夹持组件具有第二夹持部、与所述第二夹持部操作上关联并构造成容纳所述正接合结构的至少一部分的负接合结构、以及与所述第二夹持部操作上关联的第二操作柄；以及

偏置构件，所述偏置构件与所述枢转杆操作上关联，所述偏置构件构造成沿与所述枢转杆的中心线大致平行的方向施加偏置力，以沿轴向相向移动所述正接合结构和所述负接合结构，其中，所述正接合结构和所述负接合结构之间的轴向平移将所述第一夹持组件和所述第二夹持组件移动成锁定接合和脱离锁定接合。

10.如权利要求9所述的杆操纵装置，其中，所述第一夹持部和所述第二夹持部以如下方式与所述枢转杆操作上关联，即容许所述第一夹持部或所述第二夹持部中的至少一个绕所述枢转杆枢转，以在打开位置和合拢位置之间移动所述杆操纵装置。

11.如权利要求9所述的杆操纵装置，其中，所述正接合结构包括至少一个销。

12.如权利要求10所述的杆操纵装置，其中，所述正接合结构包括至少一个销，所述至少一个销具有与所述枢转杆的中心线大致平行的中心线。

13.如权利要求9所述的杆操纵装置，其中，相对的锚固件与所述枢转杆的相对端部关联，并且其中，所述偏置构件位于所述第一夹持部和所述第二夹持部之一与所述相对的锚固件之一之间。

14.如权利要求9所述的杆操纵装置，其中，所述第二操纵柄包括自所述第二夹持部伸出的抓握部以及与所述抓握部关联的球状部。

15.如权利要求9所述的杆操纵装置，其中，所述第一夹持部和所述第二夹持部中的至少一个具有形状与钻杆互补的内表面。

16.一种操纵钻杆的方法，包括：

提供杆操纵装置，所述杆操纵装置具有枢转杆；以枢转方式耦接到所述枢转杆的第一夹持组件；以枢转方式耦接到所述枢转杆的第二夹持组件；构造成在锁定位置和解锁位置之间移动的至少一个锁定组件，其中在所述锁定位置，所述锁定组件阻止所述第一夹持组件和所述第二夹持组件之间的转动；以及耦接到所述枢转杆的偏置构件，所述偏置构件构造成朝锁定位置促动所述锁定组件；以及

通过沿平行于所述枢转杆的轴线的方向移动第一夹持组件或第二夹持组件中的至少一个而在锁定位置和解锁位置之间移动所述锁定组件，以及通过绕所述枢转杆枢转所述第一夹持组件或所述第二夹持组件中的至少一个而在打开位置和合拢位置之间移动所述第一夹持组件和所述第二夹持组件，从而选择性地接合钻杆，其中，在所述锁定位置，所述锁定组件阻止所述第一夹持组件和所述第二夹持组件之间的转动。

17.如权利要求16所述的方法，其中，在锁定位置和解锁位置之间移动锁定组件的步骤包括：通过平行于所述枢转杆的轴线移动销而在与插槽接合和与插槽脱离之间移动所述销。

18.如权利要求17所述的方法，其中，通过平行于所述枢转杆的轴线移动销而在与插槽接合和与插槽脱离之间移动所述销的步骤包括：沿平行于所述枢转杆的轴线的相反方向向与所述第一夹持组件关联的第一操纵柄和与所述第二夹持组件关联的第二操纵柄施加力。

19.如权利要求18所述的方法，其中，在打开位置和合拢位置之间移动所述第一夹持组件和所述第二夹持组件的步骤包括：向所述第一操纵柄和所述第二操纵柄中的至少一个施加枢转力。

20.如权利要求18所述的方法，其中，在锁定位置和解锁位置之间移动所述锁定组件的步骤包括：在锁定、合拢位置和解锁、合拢位置之间移动所述锁定组件。

21.一种包括如权利要求1所述的杆操纵装置的自动化杆操纵装置，其中，所述自动化杆操纵装置还包括致动器，所述致动器构造成在锁定位置和解锁位置之间移动第一夹持组件和第二夹持组件。

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