CN102242612B - 钻杆自动存取系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻杆自动存取系统，包括钻杆库、抓取机构、驱动机构三部分。钻杆库有两个，主要用于存放各类钻探杆，每个钻杆库能存储60根钻杆；驱动机构主要用于驱动钻杆库的钻杆发生间歇回转，保证钻杆库内钻杆每次能准确地转过一定的角度；抓取机构用于存取钻探杆以及实现钻探杆的接卸，实现钻具在左钻杆库、右钻杆库以及动力头三个位置之间的运动。通过钻杆库、抓取机构、驱动机构三者之间的配合可以精确地完成钻探杆的存放、取出、夹持、接卸等动作，本存取系统结构简单，容量大，操作方便，性能可靠，可维护性好，使用本存取系统实现无人化操作，工作效率高，能在一些特殊的恶劣的工作环境下实现钻杆自动存取或远程控制。

Description

钻杆自动存取系统

技术领域

本发明涉及一种钻杆自动存取系统，适用于矿井、山体斜坡、海底等恶劣环境下钻进时实现钻杆的自动存取。

背景技术

目前，国内大多数钻机都没有配备能实现钻具自动存取的钻杆存取系统，钻具的存取很大程度依赖于人力，劳动强度大，效率低，费时费力。尤其在一些特殊的工作环境下，如矿井、山体斜坡、海底等恶劣环境下的钻进则更需要一种能实现钻杆自动存取的系统，以实现钻探的自动化及远程控制。目前，已有少数陆地钻机建立了钻杆库，配备了钻杆自动存取系统，但钻杆自动存取系统存在如下不足：

1.   有的钻杆自动存取系统只是用于浅孔钻探过程，系统可容纳钻具量很小。

2.   有的钻杆自动存取系统结构复杂，用于钻井平台，不适用于海床式勘探设备。

3.   有的钻杆自动存取系统抓取机构工作工位多，控制难度大，精度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，钻具容纳量大、使用方便，可实现钻具存取的无人化操作的钻杆自动存取的系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种钻杆自动存取系统，包括钻杆库、抓取机构、驱动机构，所述的钻杆库设有两个，抓取机构设在两个钻杆库的中间，驱动机构设在钻杆库的底部，通过驱动机构驱动钻杆库实现间歇回转；

所述的钻杆库由推力轴承、托盘、主轴、机架、支撑梁、卡盘下、卡槽、垫片、卡盘面、螺栓、螺钉和毂构成，所述的机架为带有突出框的矩形框架，矩形框架两侧设有左右钻杆库，左右钻杆库的底部中心安装有驱动机构的液压马达, 所述的托盘固定在主轴上且安装在推力轴承上方，卡盘下和卡盘面通过螺栓B固定在毂上，毂固定在主轴上，螺钉A、螺钉B和螺钉C拧在卡盘面上，垫片和卡槽依次卡在卡盘下和卡盘面的中间；支撑梁设在左右钻杆库之间的突出框中；

所述的抓取机构安装在左右钻杆库之间的支撑梁上，抓取机构由固定板、4个液压缸、摇杆、导杆、手爪外壳、滑块、连杆、手爪、支架和导轨架构成，所述的固定板固定在钻杆库的支撑梁上，液压缸A两端分别与固定板和摇杆铰接，液压缸B两端分别与摇杆和导轨架铰接，导杆一端固定在支架上，液压缸C两端分别固定在支架和导轨架上，液压缸D一端固定在手爪外壳上,一端与滑块相连，连杆两端分别与滑块和手爪铰接，手爪外壳固定在支架上，导轨架一端与固定板铰接；

所述的驱动机构由液压马达、联轴器、槽轮和拨盘构成，所述的液压马达固定于机架底部，通过联轴器与拨盘相连，槽轮固定在主轴上。

本发明的钻杆自动存取系统所述的钻杆库的卡盘面和卡盘下为圆形且边部均匀地开有20个槽，卡槽的材料为橡胶。

本发明的钻杆自动存取系统，所述的钻杆库的垫片和卡槽通过螺钉A、螺钉B和螺钉C的预紧力固定在卡盘面和卡盘下中间，通过调节螺钉A、螺钉B和螺钉C的预紧力，调节卡槽的间距，钻杆存储在卡盘面和卡盘下的卡槽中。

本发明所述的钻杆库的卡盘面和卡盘下为圆形且边部均匀地开有20个槽，卡槽的材料为橡胶。

本发明所述的卡盘面和卡盘下之间的卡槽和垫片通过螺钉A、螺钉B和螺钉C的预紧力固定在卡盘面和卡盘下中间，通过调节螺钉A、螺钉B和螺钉C的预紧力，调节卡槽的间距，钻杆存储在卡槽中。

本发明所述驱动机构的槽轮边部开有20个弧形槽，拨盘设在槽轮的弧形槽中，通过控制拨盘实现钻杆库钻探杆的间歇回转。

本发明所述的抓取机构的液压缸A的伸缩带动手爪回转60°，液压缸B的伸缩也带动手爪回转60°，在固定板、液压缸A、摇杆、液压缸B的配合下手爪两次回转60°准确地到达左钻杆库、右钻杆库和动力头三个工作位置。

本发明所述的抓取机构中的机械手由液压缸D、手爪外壳、滑块、连杆和手爪构成，抓取机构中的手爪有两个分别固定在支架的两端，抓取过程中两个手爪处于垂直状态且同步运行。

本发明所述的钻杆库有两个，主要用于存放各类钻探杆，每个钻杆库能存储60根钻探杆；每根钻探杆卡在卡槽中；动力驱动机构主要用于驱动钻杆库的钻探杆发生间歇转动，保证钻杆库每次能准确的转过一定的角度；抓取机构用于实现在左钻杆库、右钻杆库以及动力头三个位置之间的运动，实现钻探杆存取以及钻探杆的接卸。通过钻杆库、驱动机构、抓取机构三者之间的配合可以精确地完成钻探杆的存放、取出、夹持、接卸等动作，实现存取杆过程的自动化控制，无人化操作，提高了工作效率和生产的安全性。

本发明的钻杆自动存取系统具有以下优点：

1.本发明的钻杆自动存取系统钻杆库容量大，设有2个对称布置的钻杆库，可容纳120根各类钻探杆。

2.本发明的卡槽的间距可调，适应容纳不同直径的各类钻探杆。

3.本发明的钻杆自动存取系统设计有槽轮机构，能准确控制钻杆库的钻探杆回转角度。

4.本发明通过液压缸，在固定板、摇杆、导轨架的配合下手爪可以两次回转60度，从而准确地从原点位置到达左、右钻杆库和动力头三个工作位置。

5.本发明的手爪采用滑块与连杆结合的设计，手爪采用平移式的开合，对不同直径的钻杆都能实现准确的夹紧。

6.本发明的钻杆自动存取系统结构简单，操作方便，容量大，性能可靠，可维护性好，可实现钻具存取的无人化操作，提高了工作效率，增强了生产的安全性。

附图说明

图1是本发明的钻杆自动存取系统的结构示意图。

图2是本发明的钻杆自动存取系统的主视示意图。

图3是本发明图2的俯视示意图。

图4是图2 A-A处的剖视示意图。

图5是图2 B-B处的剖视示意图。

图6是本发明的一种钻杆自动存取系统中抓取机构的结构示意图。

图7是本发明的一种钻杆自动存取系统中卡盘双重局部剖的结构示意图。

上述图中：1-钻杆库，2-抓取机构，3-驱动机构，4-液压马达，5-联轴器，6-槽轮，7-推力轴承，8-托盘，9-主轴，10-机架，11-钻杆，12-支撑梁，13-卡盘下，14-卡槽，15-垫片，16-卡盘面，17-螺栓A，18-螺钉A，19-螺钉B,20-螺钉C,21-拨盘，22-固定板，23-液压缸A,24-摇杆，25-液压缸B,26-导杆，27-液压缸C,28-液压缸D,29-手爪外壳，30-滑块，31-连杆，32-手爪，33-支架，34-导轨架，35-毂，36-螺栓B、37动力头。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的一种钻杆自动存取系统结构如图1所示，在本发明中，钻杆库1有两个，抓取机构2安装在左右钻杆库之间的支撑梁上，驱动机构3在钻杆库的底部。

图2、3、5和图7所示，所述的钻杆库1由推力轴承7、托盘8、主轴9、机架10、支撑梁12、卡盘下13、卡槽14、垫片15、卡盘面16、螺栓A17、螺钉和毂35构成，所述的机架为带有突出框的矩形框架，矩形框架两侧设有左右钻杆库，左右钻杆库的底部中心安装有驱动机构的液压马达4, 所述的托盘8固定在主轴9上且安装在推力轴承7上方，卡盘下13和卡盘面16通过螺栓B36固定在毂35上，毂固定在主轴上，螺钉A18、螺钉B19和螺钉C20拧在卡盘面16上，垫片15和卡槽14依次卡在卡盘下和卡盘面的中间；支撑梁12设在左右钻杆库之间的突出框中。

本发明所述的钻杆库的卡盘面16和卡盘下13为圆形且盘边均匀地开有20个槽，卡槽14材料为橡胶。通过调节螺钉A18、螺钉B19和螺钉C20的预紧力，调节卡槽14的间距，以存储不同直径的各类钻探杆。

图4、6所示，所述的抓取机构2由固定板22、4个液压缸、摇杆24、导杆26、手爪外壳29、滑块30、连杆31、手爪32、支架33和导轨架34构成，抓取机构2的固定板22固定在支撑梁12上，液压缸A23两端分别与固定板22和摇杆24铰接，液压缸B25两端分别与摇杆24和导轨架34铰接，导杆26一端固定在支架33上，液压缸C27两端分别固定在支架33和导轨架34上，液压缸D28一端固定在手爪外壳29上,一端与滑块30相连，连杆31两端分别与滑块和手爪铰接，手爪外壳29固定在支架33上，导轨架34一端与固定板22铰接。

如图2、5所示，所述的驱动机构3由液压马达4、联轴器5、槽轮6和拨盘21构成，所述的槽轮6边部开有20个槽，通过拨盘21带动槽轮6实现钻杆库内钻探杆的间歇回转。所述的液压马达4固定于钻杆库的底部，拨盘21通过联轴器5与液压马达4相连，槽轮6固定在主轴9上。

如图3所示，本发明在两个钻杆库1的中间还设有动力头37。

本发明的钻杆自动存取系统工作过程是通过钻杆库、抓取机构、驱动机构三者之间的配合，使抓取机构可以精确地完成钻杆从原点位置到达左钻杆库、右钻杆库以及动力头三个位置之间夹持、存放、取出、接卸钻探杆等动作。

本发明的自动存取杆系统的工作过程如下：

下放钻杆过程：工作前，抓取机构2处于原点位置。钻杆11存储在钻杆库内，并通过螺钉A18、螺钉B19、螺钉C20调节卡槽14间的距离使卡槽对钻杆11有适当的夹紧力。工作时，液压缸A23缩回带动手爪回转60°到达左边钻杆库1位置，液压缸C27伸长使手爪到达钻杆位置，液压缸D28带动手爪32夹紧钻杆。夹紧钻杆后，液压缸C27缩回，液压缸A23伸长使手爪及其夹持的钻杆转过60°，液压缸C27伸长带动手爪和钻具送到动力头下，使动力头37、钻杆、孔口处于同一轴线上。然后，动力头回转旋紧钻杆，液压缸D28带动手爪32张开，松开钻杆，液压缸C27缩回，抓取机构2回到原点位置，这样完成了这一根钻杆的自动下放钻杆作业。动力头实现钻杆的给进。当需要再次下放钻杆时，驱动机构3中的液压马达4通过联轴器5带动槽轮6和拨盘21使钻杆库转过一定角度，让下一根钻杆处于上一钻杆的位置，抓取机构2重复上杆钻杆的自动送杆过程。

存放钻杆过程与下放钻杆过程相反。工作前，抓取机构2处于原点位置。当需要提钻时，动力头提起钻杆，液压缸C27伸出，来到孔口，液压缸D28带动手爪夹紧钻杆。动力头反转卸开钻杆，液压缸C27缩回，液压缸A23缩回带动手爪回转60°到达左边钻杆库1位置，液压缸C27伸出，手爪将钻杆放入钻杆库内，液压缸D28带动手爪松开钻杆，液压缸C27缩回，液压缸A23伸长使手爪转过60°回到原点位置。这样完成了这一根钻杆的自动存放作业。当需要存放下一杆钻杆时，驱动机构3中的液压马达4通过联轴器5带动槽轮6和拨盘21使钻杆库转过一定角度，让下一个空闲的卡槽处于上一个卡槽的位置，等待下一钻杆的存放，存放过程与上一根钻杆的存放过程相同。

本发明的钻杆自动存取系统建立起可容纳120根各类钻探杆的2个钻杆库，通过抓取机构和驱动机构的配合能实现钻探杆的自动存取，实现无人化操作，提高了工作效率，增强了生产的安全性，尤其能在一些特殊的工作环境下，如矿山矿井、山体斜坡、深海勘察等恶劣环境下实现钻杆的自动存取或远程控制。

Claims (6)

1.一种钻杆自动存取系统，包括钻杆库、抓取机构、驱动机构，其特征在于：所述的钻杆库设有两个，抓取机构设在两个钻杆库的中间，驱动机构设在钻杆库的底部，通过驱动机构驱动钻杆库实现间歇回转；

所述的钻杆库由推力轴承、托盘、主轴、机架、支撑梁、卡盘下、卡槽、垫片、卡盘面、螺栓、螺钉和毂构成，所述的机架为带有突出框的矩形框架，矩形框架两侧设有左右钻杆库，左右钻杆库的底部中心安装有驱动机构的液压马达, 所述的托盘固定在主轴上且安装在推力轴承上方，卡盘下和卡盘面通过螺栓B固定在毂上，毂固定在主轴上，螺钉A、螺钉B和螺钉C拧在卡盘面上，垫片和卡槽依次卡在卡盘下和卡盘面的中间；支撑梁设在左右钻杆库之间的突出框中；

 所述的抓取机构安装在左右钻杆库之间的支撑梁上，抓取机构由固定板、4个液压缸、摇杆、导杆、手爪外壳、滑块、连杆、手爪、支架和导轨架构成，所述的固定板固定在钻杆库的支撑梁上，液压缸A两端分别与固定板和摇杆铰接，液压缸B两端分别与摇杆和导轨架铰接，导杆一端固定在支架上，液压缸C两端分别固定在支架和导轨架上，液压缸D一端固定在手爪外壳上,一端与滑块相连，连杆两端分别与滑块和手爪铰接，手爪外壳固定在支架上，导轨架一端与固定板铰接；

所述的驱动机构由液压马达、联轴器、槽轮和拨盘构成，所述的液压马达固定于机架底部，通过联轴器与拨盘相连，槽轮固定在主轴上。

2.根据权利要求1所述的钻杆自动存取系统，其特征在于：所述的钻杆库的卡盘面和卡盘下为圆形且边部均匀地开有20个槽，卡槽的材料为橡胶。

3.根据权利要求1或2所述的钻杆自动存取系统，其特征在于：所述的卡盘面和卡盘下之间的卡槽和垫片通过螺钉A、螺钉B和螺钉C的预紧力固定在卡盘面和卡盘下中间，通过调节螺钉A、螺钉B和螺钉C的预紧力，调节卡槽的间距，钻杆存储在卡槽中。

4.根据权利要求1所述的钻杆自动存取系统，其特征在于：所述驱动机构的槽轮边部开有20个弧形槽，拨盘设在槽轮的弧形槽中，通过控制拨盘实现钻杆库钻探杆的间歇回转。

5.根据权利要求1所述的钻杆自动存取系统，其特征在于：所述的抓取机构的液压缸A的伸缩带动手爪回转60°，液压缸B的伸缩也带动手爪回转60°，在固定板、液压缸A、摇杆、液压缸B的配合下手爪两次回转60°准确地到达左钻杆库、右钻杆库和动力头三个工作位置。

6.根据权利要求1所述的钻杆自动存取系统，其特征在于：所述的抓取机构中的手爪有两个分别固定在支架的两端，抓取过程中两个手爪处于垂直状态且同步运行。

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