CN103429839B - 用于控制钻杆的控制设备 - Google Patents
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Abstract
用于引导钻杆的控制设备，该控制设备包括：框架(6)；两个引导卡爪(8a、8b)，所述引导卡爪设有引导面且被安装成可相对于框架(6)移动，在钻孔期间，钻杆(5)被设置在引导卡爪之间；和致动器(9)，用于相对于钻杆(5)移动引导卡爪(8a、8b)。所述控制设备包括：同步装置，该同步装置联接在引导卡爪(8a，8b)之间，使得引导卡爪(8a、8b)总是以相同的速度在彼此相反的方向上移动；和检测器，该检测器检测引导卡爪(8a、8b)的引导面和钻杆(5)的接触。
Description
发明背景
本发明涉及用于引导钻杆的控制设备，该控制装置包括：框架；两个引导卡爪，所述引导卡爪设有引导面并且被安装成可相对于框架线性移动，在钻孔过程中，在引导卡爪之间设置钻杆；和致动器，用于横向于钻杆轴线移动引导卡爪，以使引导卡爪彼此远离移动，以及相应地使引导卡爪朝向彼此移动移动，以便引导钻杆。
钻机往往使用不同直径的钻杆，通常是两种不同的钻杆。在钻孔过程中，钻杆必须被引导并且因此通常使用两个单独的控制器，即针对每种杆直径使用一个控制器。每个引导件需要用于操作控制器的单独的液压系统，因此操作人员还必须具有分别用于每个引导件的单独的控制装置。而且，双重装置的使用增加了设备的重量，特别是在对设备不利的位置，即在进料装置的端部。
从美国专利申请公开7,814,994已知一种解决方案，该解决方案使用了用于支撑不同直径的杆的一种装置。该解决方案包括在钻杆的任一侧上的大致V形的引导卡爪，该引导卡爪都通过特定的液压缸朝向钻杆进给，直到它们和钻杆接触为止。该装置在某种程度上工作不可靠，这是因为引导卡爪的移动可能存在差异，并且不确定引导卡爪的任何的实际位置。此外，在公开的解决方案中，处在引导位置的引导卡爪和钻杆连续接触，这将导致不必要的摩擦和磨损。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制器，通过控制器能够以容易和简单的方式操纵不同直径的钻杆，并且控制器在操作期间是易于操作和可靠的。本发明的控制器的特征在于包括检测器，该检测器检测引导卡爪的引导面与钻杆的接触。
本发明的基本构思是，引导卡爪的致动装置包括检测元件，例如检测器，通过检测器检测引导卡爪夹紧钻杆的情况。进一步，本发明的实施例的构思是，引导卡爪以强迫受控的方式相互连接，使得它们都总是沿相同的方向以相同的距离同时移动。因此，钻杆总是在正确的位置准确地居中，而不论条件和直径如何。进一步，根据本发明的实施例包括控制单元，该控制单元用于控制引导卡爪，使其离开钻杆移动一个较短的距离，使得引导卡爪不夹紧钻杆并且不连续接触钻杆的表面。根据本发明的另一实施例，检测元件包括压力感测器，该压力感测器检测用于引导卡爪的进给气缸的液压流体的压力上升，并且基于压力感测器的信号，控制设备使引导卡爪从钻杆移动离开。
本发明的控制装置具有如下的优点，即：为了引导不同直径的钻杆仅需要一对引导卡爪。本发明的另一优点是简单和易于使用，这是因为操作人员只需要切换引导卡爪的闭合运动并且控制设备自动执行其余的运动，即：根据具体的正在使用中的钻杆来检测引导卡爪的位置，以及从引导卡爪夹具自动释放钻杆。此外，和常规的现有技术的解决方案相比，控制设备的重量显著减少。
附图说明
现在参考附图对本发明进行更详细的描述，其中
图1示意性地示出了岩石钻机，在该岩石钻机中使用了控制设备，
图2a和图2b是根据本发明的控制设备的结构的示意性透视图，
图3是用于操作本发明的控制设备的液压系统的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了钻机，该钻机包括运载装置1，吊臂2连接至该运载装置。进给梁3则安装到吊臂2，钻孔机器4在进给梁上移动。钻杆5则联接到钻孔机器4上，并在进给梁3的下端有用于引导钻杆5的控制设备6。
图2a和图2b是根据本发明的控制设备的示意性透视图。控制设备6包括框架7和两个相对的引导卡爪8a和8b，该引导卡爪被安装成相对于框架7线性移动，并且该引导卡爪被联接成在横向于钻杆5的方向上在钻杆5的任一侧上移动。为了移动引导卡爪，该控制设备6包括致动器9，在这种情况下是位于引导卡爪8a和8b的任一侧上的液压缸，使得将对称的力施加在引导卡爪上。引导卡爪8a和8b分别包括引导面8a′和8b′，该引导面控制钻杆5。
为了使引导卡爪的移动同步而使得它们以相同的速度沿彼此相反的方向移动，且因此移动相同的距离，引导卡爪之间连接有同步装置。在图2的实施例中，同步装置包括联接元件10，在本实施例中为盘，其在框架中可旋转地安装在引导卡爪8b的任一侧上，且传动臂11从该盘的轴线的相对侧转到引导卡爪。理论上，盘的旋转轴线可以具有各种方向，但由于实际的原因，以如下这样的方式安装盘最简单，即：每个盘的旋转轴线垂直于引导卡爪的运动方向。传动臂11的长度是相互相等的，以便使引导卡爪的行进完全相同，并且相应地，盘的轴线处于钻杆5的中心轴线处。
当液压流体被引导进入液压缸，进入液压缸的缸室中的任一个时，液压缸的活塞移动。由于液压缸在一端被联接到一个引导卡爪，在这个实施例中被联接到引导卡爪8a，且活塞杆的端部相应地联接到相对的引导卡爪，在这种情况下联接到8b，所以活塞的移动使得引导卡爪之间的距离或者更短或者更长。随着引导卡爪8a和8b移动，传动臂11和引导卡爪一起相应地移动并且使联接元件10(即盘)旋转。盘的旋转则具有使引导卡爪8a和8b总是以相同的速度沿相反的方向强迫地移动的效果，且因此引导卡爪8a和8b的移动长度也是相互一样的。传动臂11在两端都连接到盘上，以可绕平行于盘轴线的轴线旋转的方式，以相同的距离处在轴线的相对侧上，并且相应地以可相对于引导卡爪8a或8b旋转的方式。替代盘，还能够将仅仅支承臂用作联接元件10，该支撑臂具有在传动臂11之间的相似的支承件或类似物。
图3是用于操作控制设备的引导卡爪的液压系统的简单示意图。通过液压流体通道12和13将液压流体供给到液压缸，使得液压流体沿着通道12被供给到控制阀14且液压流体沿着通道13返回到液压流体容器15。控制阀14是电控的，且该控制阀允许液压流体沿着通道16被引导到液压缸的每个缸室以闭合引导卡爪，或者沿着通道17被引导到液压缸的每个缸室以打开引导卡爪。因此，通道16和17中的另一个用作用于液压流体的返回通道。
为了引导卡爪的闭合步骤中的自动控制，通道16包括检测器18，在这种情况下是压力感测器。随着引导卡爪闭合，液压流体被供给到液压缸，由控制单元20控制，从而控制单元20沿控制通道21向控制阀14发送控制信号。当引导卡爪在两侧上均和钻杆5的表面接触时，引导卡爪将不能再沿所述方向移动。这则导致通道16中的压力上升。当引导卡爪8a和8b的引导面8a′和8b′与钻杆5接触时，即引导面压靠于钻杆5的表面且不能够再进一步朝向钻杆移动时，压力感测器检测到通道16中的压力上升。
压力上升被指示在通向控制单元20的信号通道22上，控制单元基于此而在引导卡爪的闭合方向上中止液压流体供给。此后，借助于阀14，通过控制通道23，控制单元20将液压流体供给短时间(momentarily)连接到通道17，以这样的方式，即：使得引导卡爪8a和8b远离钻杆5移动一个较小的距离，至多为几毫米，使得间隙被提供在引导卡爪8a与8b和钻杆之间，在该间隙内，钻杆5可以在不和任一引导卡爪连续接触的情况下移动。
控制设备还包括测量装置24，该测量装置测量引导卡爪8a和8b相对于控制设备的框架的位置。当已知钻杆5的直径时，在每个特定的控制位置中的引导卡爪8a和8b的位置和钻杆的直径或识别钻杆的其它数据可以被存储在控制单元20的存储器中，且因此，当随后使用相同直径的钻杆时，引导卡爪可以被直接移动到正确的引导位置，由控制单元20控制，而无需单独地检测引导卡爪与钻杆的接触。因此，在使用给定的直径进行第一次钻进后，能够针对所述直径存储引导卡爪的位置，并且然后针对设备中使用的所有钻杆逐步提供有关引导卡爪的预设位置的信息。如果那样，则每次钻杆的直径改变时，钻孔机可以利用控制装置25直接从控制单元20的存储器中选择出引导卡爪所需的位置。
因为在使用过程中引导卡爪磨损，所以由给定的钻杆直径所需的引导卡爪的位置可能要进行检查，如果需要的话，则从开始到结束执行整个过程，从而引导卡爪的磨损将被补偿。
上文仅作为示例的方式在说明书和附图中描述了本发明，并且本发明不以任何方式限定于此。引导卡爪的同步移动可以由多种不同的解决方案，诸如齿条，连杆机构等提供。另外，引导卡爪的同步移动可以通过使用已知的、所谓的引导缸解决方案来提供，其中，一个液压缸的移动从所述液压缸向相似的液压缸的对应的液压缸室供给液压流体，且因此在一个液压缸中的移动产生在另一液压缸中的相同的移动。
替代压力感测器，能够使用指示液压流体流动速率的各种运动感测器或检测器作为检测器，从而运动的结束或液压流体的流动产生用于控制设备的检测结果。替代利用钻杆执行的引导卡爪位置的测定，在通过某一其它的控制设备对相似的引导卡爪执行相同位置的测定时，引导卡爪位置的数据可以被输入到控制单元20的存储器内。对本技术领域的技术人员来说显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本构思可以以多种方式实现。本发明及其实施例并不限于上面描述的实例，而是在权利要求书的范围内可以变化。
Claims (9)
1.用于引导钻杆的控制设备，所述控制设备包括：框架(6)；两个引导卡爪(8a、8b)，所述引导卡爪设有引导面且被安装成可相对于所述框架(6)线性移动，且在钻孔期间，钻杆(5)被设置在所述引导卡爪之间；和致动器(9)，所述致动器用于横向于所述钻杆(5)的轴线移动所述引导卡爪(8a、8b)，以使所述引导卡爪彼此远离，以及相应地使所述引导卡爪朝向彼此移动，以便引导所述钻杆，所述控制设备的特征在于包括检测器(18)，所述检测器检测所述引导卡爪(8a、8b)的所述引导面和所述钻杆(5)的接触，并且所述控制设备包括同步装置，所述同步装置联接在所述引导卡爪(8a、8b)之间，使得所述引导卡爪(8a、8b)总是以相同的速度在彼此相反的方向上移动。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于所述致动器(9)是液压缸，所述卡爪(8a，8b)通所述液压缸来移动。
3.根据权利要求2所述的控制设备，其特征在于所述检测器(18)是压力感测器，当所述引导卡爪(8a、8b)停下来抵靠所述钻杆(5)的表面时，所述压力感测器检测所述引导卡爪(8a、8b)的所述液压缸的液压流体供给通道中的液压流体的压力上升。
4.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于包括用于指示所述引导卡爪(8a、8b)的位置的测量装置(24)。
5.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于包括控制单元(20)，通过所述控制单元来控制所述引导卡爪(8a、8b)的移动。
6.根据权利要求5所述的控制设备，其特征在于所述检测器(18)被连接到所述控制单元(20)，且所述控制单元(20)被布置成：当从所述检测器(18)接收到所述引导卡爪(8a、8b)与所述钻杆(5)接触的信号时，使所述引导卡爪(8a、8b)自动地远离所述钻杆(5)移动一个预定距离到达引导位置。
7.根据权利要求6所述的控制设备，其特征在于所述控制单元(20)包括存储器装置，用于当将所述引导卡爪(8a、8b)从所述钻杆(5)移动离开到达引导位置时，将所述引导卡爪(8a、8b)的位置和有关所述钻杆(5)的信息存储到存储器中。
8.根据权利要求7所述的控制设备，其特征在于所述控制单元(20)可以被设置用以根据所选择的钻杆(5)来将所述引导卡爪(8a、8b)直接移动到正确的引导位置。
9.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于所述同步装置包括：可旋转地安装到所述控制设备的所述框架(6)上的联接元件(10)；和传动臂(11)，所述传动臂可旋转地安装在两端处，并且在所述联接元件(10)的旋转轴线的相对侧上被布置到所述联接元件(10)，并且被布置到任一引导卡爪(8a、8b)。
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