CN103046882A - 一种天井钻机快速装卸钻杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天井钻机快速装卸钻杆装置，由钻杆放置架构成，钻杆放置架包括可调支架、自动进给装置和活动挡块装置，可调支架包括支腿（1）、连接梁（2）、支架横梁（5）、固定挡块（6）、挡杆支撑板（7）、连接板（10）和螺旋机构；自动进给装置由连杆机构和凸轮机构组成；活动挡块装置包括活动挡块（18）和固定板（19）。与现有技术相比，该快速装卸钻杆装置结构紧凑，操作简单，实现了大型钻杆的自动装卸，有效减轻了工人的劳动强度，能够实现一次性将大型钻杆快速放入机械手中以及快速回收目的，显著提高了工作效率，且整个装置方便安装、拆卸及运输，使天井钻机的钻杆装卸的自动化水平得到了显著的提高。

Description

一种天井钻机快速装卸钻杆装置

技术领域

本发明涉及一种装卸钻杆装置，具体是一种天井钻机快速装卸钻杆装置。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断进步，天井钻机作业的机械化、自动化以及智能化水平取得了长足的进步。但是，天井钻机钻杆装卸方面自动化及智能化水平还有待进一步提高。

目前，国内大型天井钻机大都是人工操作起吊设备将预先放置在钻杆放置架上的钻杆送入机械手中，然后再由机械手将钻杆送入钻井中心位置。这一过程不仅耽误大量时间，影响钻机的钻进效率，而且至少需要2-3人才能完成，特别是在钻杆放入机械手和钻杆回收的过程中，不仅耗费较多的人力，同时还会带来很多安全隐患；另外，现有的钻杆放置架，由于配套机械手的原因，高度都较低，在钻杆回收时需要起吊设备将钻杆逐一吊到运送钻杆的车上，不仅工作繁琐，而且效率低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种天井钻机快速装卸钻杆装置，该装置不仅结构紧凑，操作简单，能够实现大型钻杆的自动装卸，有效减轻工人的劳动强度，能够实现一次性将大型钻杆快速放入机械手中以及快速回收目的，显著提高工作效率，而且整个装置方便安装、拆卸及运输。

为了实现上述目的，本发明由钻杆放置架构成，钻杆放置架包括可调支架、自动进给装置和活动挡块装置。

可调支架包括支腿、连接梁、支架横梁、固定挡块、挡杆支撑板、连接板和螺旋机构；螺旋机构包括螺纹套管及螺纹相反的螺纹杆Ⅰ和螺纹杆Ⅱ；三块档杆支撑板间隔固定在支架横梁的内侧，两个连接板固定于三块档杆支撑板之间，固定挡块设置于支架横梁的左端，两根支架横梁由四根支腿支撑，支架横梁左侧的两根支腿直接铰接到天井钻机底板上，支架横梁右侧的两根支腿与天井钻机底板之间通过螺旋机构铰接。

自动进给装置由连杆机构和凸轮机构组成，并通过三块安装耳板固定到连接板的下方；连杆机构包括连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、连杆Ⅲ、连杆Ⅳ、滑块、档杆Ⅰ和压缩弹簧；凸轮机构包括凸轮、挡杆Ⅱ、凸轮滚子和自锁弹簧；连杆Ⅰ安装在安装耳板Ⅰ上，连杆Ⅰ的左端为外凸圆弧板，该圆弧板的下方与压缩弹簧的一端连接，压缩弹簧的另一端固定在连接梁上，连接梁固定在左侧两根支腿之间，连杆Ⅱ的一端铰接在连杆Ⅰ的右端，另一端与连杆Ⅲ和连杆Ⅳ铰接，连杆Ⅲ安装在安装耳板Ⅱ上，连杆Ⅲ的左端安装滑块，滑块与档杆Ⅰ铰接，档杆Ⅰ安装在左侧档杆支撑板上，连杆Ⅳ的另一端铰接在凸轮上，凸轮铰接在安装耳板Ⅲ上，挡杆Ⅱ安装在右侧档杆支撑板上，挡杆Ⅱ的底部安装有凸轮滚子，两个自锁弹簧相对于凸轮对称安装在凸轮与挡杆Ⅱ之间。

活动挡块装置包括活动挡块和固定板，固定板固定在横梁的右端面上，活动挡块铰接在横梁的右端底部，在活动挡块的侧板上开有和固定板上开设的圆孔同轴的孔，在该孔中插有插销，在固定板的左侧安装有磁铁安装座，磁铁通过磁铁安装座固定在横梁外侧的槽内，磁铁的中心与固定板上的圆孔重合。

在活动挡块的上部左侧安装有橡胶垫。

与现有技术相比，本发明结构紧凑，操作简单，通过由可调支架、自动进给装置和活动挡块装置构成的钻杆放置架，实现了大型钻杆的自动装卸，有效减轻了工人的劳动强度，能够实现一次性将大型钻杆快速放入机械手中以及快速回收目的，显著提高了工作效率；同时本发明不仅可以用于大型天井钻机，也可适用于中小型天井钻机，使天井钻机的钻杆装卸的自动化水平得到了显著的提高。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图；

图2是钻杆放置架的结构示意图；

图3是图2的俯视图。

图中：1、支腿，2、连接梁，3、压缩弹簧，4、连杆Ⅰ，5、支架横梁，6、固定挡块，7、挡杆支撑板，8、档杆Ⅰ，9、安装耳板Ⅰ,10、连接板，11、安装耳板Ⅱ,12、连杆Ⅲ，13、连杆Ⅱ，14、档杆Ⅱ，15、自锁弹簧，16、磁铁安装座，17、橡胶垫，18、活动挡块，19、固定板，20、插销，21、磁铁，22、安装耳板Ⅲ，23、凸轮，24、凸轮滚子，25、连杆Ⅳ，26、滑块，27、螺纹杆Ⅰ，28、螺纹套管，29、螺纹杆Ⅱ，30-1、翻转立柱，30、摆动臂，31、摆动油缸，32、夹紧油缸，33、固定爪，34、夹持爪，35、行程开关，36、滚轮安装板，37、摆动滚轮，38、钻杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1至图3所示，该快速装卸钻杆装置由钻杆放置架构成，钻杆放置架主要包括可调支架、自动进给装置和活动挡块装置；可调支架包括支腿1、连接梁2、支架横梁5、固定挡块6、挡杆支撑板7、连接板10和螺旋机构；三块档杆支撑板7间隔固定在支架横梁5的内侧，两个连接板10固定于三块档杆支撑板7之间，固定挡块6设置于支架横梁5的左端，两根支架横梁5由四根支腿1支撑，支架横梁5左侧的两根支腿1直接铰接到天井钻机底板相应位置上，支架横梁5右侧的两根支腿1与天井钻机底板之间通过螺旋机构铰接；螺旋机构包括螺纹套管28及螺纹旋向相反的螺纹杆Ⅰ27和螺纹杆Ⅱ29，通过向任意方向旋转螺纹套管28就可以使螺纹杆Ⅰ27和螺纹杆Ⅱ29相对螺纹套管28同时伸出或同时收回，从而达到调节支架横梁5右端高度、使钻杆38可依靠自身重力向左右侧滚动的目的。在装钻杆时，调节螺旋机构使可调支架的右侧稍高于左侧，钻杆38即可依靠自身重力向左侧滚动；在卸钻杆时，调节螺旋机构使可调支架的右侧稍低于左侧，钻杆38即可依靠自身的重力滚到可调支架的右侧。

如图1、图2所示，自动进给装置由连杆机构和凸轮机构组成，并通过三块安装耳板9、11、22固定到连接板10的下方；连杆机构包括连杆Ⅰ4、连杆Ⅱ13、连杆Ⅲ12、连杆Ⅳ25、滑块26、档杆Ⅰ8和压缩弹簧3，凸轮机构包括凸轮23、挡杆Ⅱ14、凸轮滚子24和自锁弹簧15。

连杆Ⅰ4安装在安装耳板Ⅰ9上，连杆Ⅰ4的左端为外凸圆弧板，该圆弧板的下方与压缩弹簧3的一端连接，压缩弹簧3的另一端固定在连接梁2上，连接梁2固定在左侧两根支腿1之间，连杆Ⅱ13的一端铰接在连杆Ⅰ4的右端，另一端与连杆Ⅲ12和连杆Ⅳ25铰接，连杆Ⅲ12安装在安装耳板Ⅱ11上，连杆Ⅲ12的左端安装滑块26，滑块26与档杆Ⅰ8铰接，档杆Ⅰ8安装在左侧档杆支撑板7上，档杆Ⅰ8在滑块26的带动下相对左侧档杆支撑板7上下滑动，连杆Ⅳ25的另一端铰接在凸轮23上，凸轮23铰接在安装耳板Ⅲ22上，挡杆Ⅱ14安装在右侧档杆支撑板7上，挡杆Ⅱ14的底部安装有凸轮滚子24，两个自锁弹簧15相对于凸轮23对称安装在凸轮23与挡杆Ⅱ14之间。

自锁弹簧15保证凸轮滚子24始终与凸轮23接触，在凸轮23向下运动时，拉动自锁弹簧15，通过自锁弹簧15再拉动档杆Ⅱ14向下运动，挡杆Ⅱ14通过自锁弹簧15在凸轮23的带动下相对右侧档杆支撑板7上下滑动；凸轮滚子24在凸轮23和档杆Ⅱ14之间起过渡作用，减小之间的摩擦力，防止凸轮23和档杆Ⅱ14因直接接触而产生较大的摩擦力磨损凸轮23和档杆Ⅱ14；凸轮23在向上推档杆Ⅱ14时，不需要外力保证它们实时接触，但是在凸轮23向下运动时，凸轮23对于档杆Ⅱ14没有作用力，这时即通过自锁弹簧15带动档杆Ⅱ14向下运动。

如图1至图3所示，活动挡块装置包括活动挡块18和固定板19，固定板19固定在横梁5的右端面上，活动挡块18铰接在横梁5的右端底部，可向横梁5外侧面摆动。作为本发明的优选实施方式，在活动挡块18的侧板上开有和固定板19上的圆孔同轴的孔，在活动挡块18和固定板19上开设的同轴孔中插有插销20，在装钻杆时，通过插入插销20可以锁定固定板19，防止固定板19向侧面打开，活动挡块18的上部左侧安装有起缓冲作用的橡胶垫17，在固定板19的左侧安装有磁铁安装座16，磁铁21通过磁铁安装座16固定在横梁5外侧的槽内，磁铁21的中心与固定板19上的圆孔重合，用于吸住插销20，防止插销20滑出。

装钻杆时，翻转立柱30-1处于水平位置，夹紧爪34处于张开状态，摆动臂30在水平面的上方与水平面成一定角度，调节螺旋机构中的螺纹套管28，使螺纹杆Ⅰ27和螺纹杆Ⅱ29同时相互反方向伸出，继而使可调支架的右端稍高于左端，档杆Ⅰ8处于伸出状态，挡住后方钻杆38，挡杆Ⅱ14处于收回状态，摆动臂30在摆动油缸31的驱动下向下摆动，摆动到一定位置时，通过滚轮安装板36安装的摆动滚轮37与连杆Ⅰ4接触，随着摆动臂30的向下摆动，摆动滚轮37将连杆Ⅰ4左端下压，此时档杆Ⅰ8收回，挡杆Ⅱ14伸出，在凸轮23的作用下挡杆Ⅱ14在档杆Ⅰ8收回一半时伸出到最大高度，从而防止后方的钻杆38跟进，影响挡杆Ⅱ14的伸出；摆动臂30向下摆动到水平位置停止，连杆Ⅰ4被压到最低位置，此时，档杆Ⅰ8完全收回，钻杆38依靠自身重力作用滚入到机械手内，并压下安装在固定爪33内侧的行程开关35，此时夹紧油缸32开始动作，驱动夹紧爪34夹紧钻杆38，然后，机械手上的翻转立柱30-1竖起，从而进行下一个工步将钻杆38送到钻机中心位置；在机械手上行的同时，档杆Ⅰ8在压缩弹簧3的作用下向上伸出，在档杆Ⅰ8伸出一半时，挡杆Ⅱ14开始收回，档杆Ⅰ8完全伸出时，挡杆Ⅱ14完全收回，后方钻杆38向前滚动到挡杆Ⅰ8处被挡住，此时一次自动进杆动作完成。

回收钻杆38时，调节螺旋机构中的螺纹套管28，使螺纹杆Ⅰ27和螺纹杆Ⅱ29同时相对方向收回，继而使可调支架的左端稍高于右端，机械手从钻机中取出钻杆38，翻转立柱30-1向下翻转，摆动臂30在摆动油缸31的作用下顺时针摆动，在摆动过程中，机械手夹持的钻杆38会先于摆动滚轮37接触到档杆Ⅰ8的顶端，档杆Ⅰ8在钻杆38的触碰作用下收回，挡杆Ⅱ14伸出，直到摆动臂30摆动到水平位置，此时钻杆接触到横梁5，夹紧爪34在夹紧油缸32的作用下松开钻杆38，钻杆38依靠自身重力作用滚出机械手，并被挡杆Ⅱ14挡住，在机械手上的翻转立柱30-1竖起时，挡杆Ⅱ14收回，被挡住的钻杆38沿横梁5继续向右滚动，直到被右侧活动挡块18挡住；当横梁5上放满钻杆38时，先拔出插销20，然后将运送钻杆车对接到横梁5的右端，将活动挡块18向横梁5外侧面打开，横梁5上的钻杆38可顺势滚入运送钻杆的车上。

通过上述结构可见，本发明结构紧凑，操作简单，由可调支架、自动进给装置和活动挡块装置构成的钻杆放置架，实现了大型钻杆的自动装卸，有效减轻了工人的劳动强度，能够实现一次性将大型钻杆快速放入机械手中以及快速回收目的，显著提高了工作效率，且整个装置方便安装、拆卸及运输；同时本发明不仅可以用于大型天井钻机，也可适用于中小型天井钻机，使天井钻机的钻杆装卸的自动化水平得到了显著的提高。

Claims (3)

1.一种天井钻机快速装卸钻杆装置，其特征在于，钻杆放置架包括可调支架、自动进给装置和活动挡块装置；

可调支架包括支腿（1）、连接梁（2）、支架横梁（5）、固定挡块（6）、挡杆支撑板（7）、连接板（10）和螺旋机构；螺旋机构包括螺纹套管（28）及螺纹相反的螺纹杆Ⅰ（27）和螺纹杆Ⅱ（29）；三块档杆支撑板（7）间隔固定在支架横梁（5）的内侧，两个连接板（10）固定于三块档杆支撑板（7）之间，固定挡块（6）设置于支架横梁（5）的左端，两根支架横梁（5）由四根支腿（1）支撑，支架横梁（5）左侧的两根支腿（1）直接铰接到天井钻机底板上，支架横梁（5）右侧的两根支腿（1）与天井钻机底板之间通过螺旋机构铰接；

自动进给装置由连杆机构和凸轮机构组成，并通过三块安装耳板（9）、（11）、（22）固定到连接板（10）的下方；连杆机构包括连杆Ⅰ（4）、连杆Ⅱ（13）、连杆Ⅲ（12）、连杆Ⅳ（25）、滑块（26）、档杆Ⅰ（8）和压缩弹簧（3）；凸轮机构包括凸轮（23）、挡杆Ⅱ（14）、凸轮滚子（24）和自锁弹簧（15）；连杆Ⅰ（4）安装在安装耳板Ⅰ（9）上，连杆Ⅰ（4）的左端为外凸圆弧板，该圆弧板的下方与压缩弹簧（3）的一端连接，压缩弹簧（3）的另一端固定在连接梁（2）上，连接梁（2）固定在左侧两根支腿（1）之间，连杆Ⅱ（13）的一端铰接在连杆Ⅰ（4）的右端，另一端与连杆Ⅲ（12）和连杆Ⅳ（25）铰接，连杆Ⅲ（12）安装在安装耳板Ⅱ（11）上，连杆Ⅲ（12）的左端安装滑块（26），滑块（26）与档杆Ⅰ（8）铰接，档杆Ⅰ（8）安装在左侧档杆支撑板（7）上，连杆Ⅳ（25）的另一端铰接在凸轮（23）上，凸轮（23）铰接在安装耳板Ⅲ（22）上，挡杆Ⅱ（14）安装在右侧档杆支撑板（7）上，挡杆Ⅱ（14）的底部安装有凸轮滚子（24），两个自锁弹簧（15）相对于凸轮（23）对称安装在凸轮（23）与挡杆Ⅱ（14）之间；

活动挡块装置包括活动挡块（18）和固定板（19），固定板（19）固定在横梁（5）的右端面上，活动挡块（18）铰接在横梁（5）的右端底部。

2.根据权利要求1所述的一种天井钻机快速装卸钻杆装置，其特征在于，在活动挡块（18）的侧板上开有和固定板（19）上开设的圆孔同轴的孔，在该孔中插有插销（20），在固定板（19）的左侧安装有磁铁安装座（16），磁铁（21）通过磁铁安装座（16）固定在横梁（5）外侧的槽内，磁铁（21）的中心与固定板（19）上的圆孔重合。

3.根据权利要求1或2所述的一种天井钻机快速装卸钻杆装置，其特征在于，在活动挡块（18）的上部左侧安装有橡胶垫（17）。

Images