CN103711446B - 一种钻杆拧卸机构 - Google Patents
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Abstract
一种钻杆拧卸机构，包括安装在固定支架上的前夹持体（J0）和后夹持体（J1），所述前夹持体和后夹持体包括夹持中心线（JC）两侧的相对设置的定位夹持机构和夹紧执行机构，所述前夹持体通过后固定轴安装在第一固定支架（80）中，所述后夹持体通过后固定轴安装在第二固定支架（81）的翻转支架（6）中，所述前夹持体和后夹持体的定位夹持机构和夹紧执行机构为非对称式结构，所述定位夹持机构的安装尺寸B，夹紧执行机构的安装尺寸A，满足B=A+b，其中b为夹紧执行机构夹紧钻杆时的夹紧量。可简单实现钻杆正好在夹持器中心孔的中心，保证夹紧时的钻杆定位，钻杆拧卸机构的保持在夹持器中心孔的中心的实现结构简单，简化了夹持器的结构。
Description
技术领域
本发明涉及地质钻探用全液压钻机技术领域，尤其是一种钻机在钻孔作业过程中可对钻杆进行拆装作业时使用的钻杆拧卸机构。
背景技术
钻杆拧卸机构是全液压钻机的关键部件之一，主要是承担钻杆上扣和卸扣功能，夹持孔内的钻杆，防止钻杆及钻具滑移，大型钻机钻杆拆卸扣扭矩能达到十几万牛米，因此钻杆拧卸机构的性能的好坏将直接影响钻机的钻进与拆钻效率。目前，全液压钻机采用的钻杆拧卸机构有单钻杆拧卸机构和双钻杆拧卸机构两种，由底座、油缸和卡爪等主要部件构成。双钻杆拧卸机构的主要功能就是自动上、下钻杆，从而使操作简单，劳动强度降低。现有技术的钻杆拧卸机构如图7-8所示，包括定位夹持油缸4及其前端的夹具组件3，翻转油缸2的一端铰接在底座9上，另一端通过销轴1铰接在翻转夹持体的后端。其拧入钻杆的动作原理是，在拧入一根钻杆时，先是固定夹持体里的夹持油缸4的活塞杆伸出，推动夹具组件3夹紧钻杆一(施工过程中已经钻进的钻杆)的母丝端，再由翻转夹持体里的夹持油缸的活塞杆伸出推动夹具组件将钻杆二(新拧入的钻杆)的公丝端夹紧，然后利用动力头旋转扭矩将动力头公丝旋入钻杆二的母丝端，完成后翻转夹持体里的夹持油缸松开，同时动力头前进、旋转，将前面的钻杆二的公丝端旋入固定夹持体的钻杆一的母丝端；其拆卸钻杆的动作原理是，在拆卸一根钻杆时，先是动力头后退带动钻杆一公丝端至翻转夹持体，并由翻转夹持体的夹持油缸夹紧该钻杆一的公丝端，而由固定夹持体的夹持油缸夹紧与须拆卸钻杆一相连的钻杆二母丝端，然后翻转油缸活塞伸出，翻转夹持体向上翻转，以固定夹持体的中心孔为中心，翻转夹持体上安装的前后定位圈与中间孔配合，从而拧松翻转夹持体夹紧的钻杆一，紧接着翻转夹持体的夹持油缸松开钻杆，由动力头旋转带动钻杆一丝扣全部松开。两钻杆端松开后，翻转夹持体的夹持油缸再夹紧钻杆一公丝端，利用动力头旋转扭矩旋出钻杆一的母丝端与动力头的连接螺纹。上述动作是通过电控系统实现远距离操作的，从而实现自动拆装钻杆。在上述工作中，钻杆拧卸机构工作频繁，夹持钻杆时定位要求非常高。而实际工作中，由于油管长度、阻力不一样，尽管夹持组件有很多摩擦件，翻转夹持体夹紧的钻杆往往与固定夹持体夹紧的钻杆不同心，使得装卸时丝扣磨损严重。
现有技术中，JP特开2003-074286A公开了一种钻杆夹持设备，为解决左右夹持体夹持钻杆5时产生钻杆中心偏移的问题，率先由大直径的夹持油缸2驱动夹持爪24前移并停止在预定的中心位置，然后小直径的夹持油缸3驱动另一夹持爪34前移夹持住钻杆5。上述技术方案有其缺陷，就是夹持油缸的夹持力一大一小，在夹持时需要让大直径夹持油缸和小直径的夹持油缸的夹持力相等，使得油路控制复杂化，在工作过程中左右夹持卡瓦受力不均容易再次偏心，受小直径夹持油缸的夹持力的限制，夹持设备的公称夹持力受到限制。
在现有技术中，左右夹持油缸的安装都是相对于钻管的中心轴线对称安装在支架上，如图8所示，夹持时容易偏离中心线。
在上述现有技术缺陷的基础上，申请人经过改进，提出了结构简单，不易偏心，对中时间短，油路控制简单化的拧卸机构。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种结构简单、很难产生钻杆不同心的问题，对中时间短，油路控制简单化的钻杆拧卸机构。
本发明是这样实现的，一种钻杆拧卸机构，包括安装在固定支架上的前夹持体和后夹持体，所述前夹持体和后夹持体包括夹持中心线两侧的相对设置的定位夹持机构和夹紧执行机构，所述固定支架包括第一固定支架和第二固定支架；所述前夹持体通过后固定轴安装在第一固定支架中，所述后夹持体通过后固定轴安装在第二固定支架的翻转支架中，所述定位夹持机构和夹紧执行机构固定与固定支架上，翻转支架的后下端铰接于翻转油缸的活塞前端，所述前夹持体和后夹持体的定位夹持机构和夹紧执行机构为非对称式结构，所述定位夹持机构的安装尺寸B，夹紧执行机构的安装尺寸A，满足B＝A+b，其中b为夹紧执行机构夹紧钻杆时的夹紧量，所述安装尺寸B定义为定位夹持机构前行到极限位置时保证定位夹持机构的夹持中心与拧卸机构的中心重合，此时定位夹持机构的后固定轴的中心到钻杆的中心之间的距离；所述安装尺寸A定义为夹紧执行机构伸出到接触钻杆并施加额定的夹紧力将钻杆完全夹紧时，夹紧执行机构的后固定轴的中心到夹持中心之间的距离。
进一步地，所述前夹持体和后夹持体的定位夹持机构包括定位夹持油缸及其活塞前端固定安装的卡瓦，所述夹紧执行机构包括夹紧执行油缸及其活塞前端固定安装的卡瓦。
进一步地，所述前夹持体和和后夹持体的定位夹持机构为连杆机构，包括前连杆、后连杆和中连杆，所述后连杆的一端通过第一铰接轴安装在固定支架上，所述前连杆的一端通过第二铰接轴与卡瓦连接，所述前连杆的另一端通过第三铰接轴与后连杆的另一端连接，所述中连杆的一端铰接于第三铰接轴，所述中连杆的另一端与油缸活塞连接。
进一步地，所述定位夹持油缸和夹紧执行油缸的油路设计为，油泵的油液入口通过管路与油箱相连，油泵的油液出口通过管路与换向阀的入口相连，换向阀的出口连接第一液控单向阀其中第一液控单向阀的出口并联接入所述定位夹持油缸和夹紧执行油缸的进油口；其中，在夹紧执行油缸的进油路上，所述第一液控单向阀经顺序阀与夹紧执行油缸的进油口连接，所述定位夹持油缸和夹紧执行油缸的出油口并联连接第二液控单向阀，所述第二液控单向阀连接换向阀。
本发明的有益效果是：可简单实现钻杆正好在夹持器中心孔的中心，保证夹紧时的钻杆定位，钻杆拧卸机构的保持在夹持器中心孔的中心的实现结构简单，简化了夹持器的结构。
附图说明
图1为本发明实施例1的钻杆拧卸机构的C-C主剖视图及油缸安装尺寸图。
图2为本发明实施例1的钻杆拧卸机构的侧视图。
图3为本发明实施例1的钻杆拧卸机构的俯视图。
图4为本发明实施例1的钻杆拧卸机构的夹持油缸油路图。
图5为发明实施例2的钻杆拧卸机构的定位夹持机构的连杆机构伸开状态图。
图6为发明实施例2的钻杆拧卸机构的定位夹持机构的连杆机构回缩状态图。
图7为现有技术的钻杆拧卸机构的主视图及油缸安装尺寸图。
图8为现有技术的钻杆拧卸机构的侧视图。
图9为现有技术的另一种钻杆拧卸机构。
上述图中的附图标记：
1销轴，2翻转油缸及销轴，3卡瓦，40定位夹持油缸，41夹紧执行油缸，5前定位圈，6翻转支架，7后定位圈，80第一固定支架，81第二固定支架，9翻转油缸底座A夹紧执行机构安装尺寸，B定位夹持机构安装尺寸
10后连杆，11第一铰接轴，12前连杆，13第二铰接轴，14第三铰接轴，15中连杆，16油缸活塞
P油泵，V1溢流阀，V2换向阀，V3液控单向阀，V4顺序阀，AC定位夹持油缸，BC夹紧执行油缸，J0前夹持体，J1后夹持体，JC夹持中心线
具体实施方式
以下实施例用来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1-3所示，本发明钻机的钻管拧卸机构包括前夹持体J0、后夹持体J1、固定支架和翻转支架6，在钻杆拧卸时，前夹持体J0夹住钻杆接头两端的前钻杆，后夹持体J1夹住钻杆接头两端的后钻杆，前夹持体固定不动，后夹持体摆动一定角度，拧松或拧紧螺纹。拧卸机构具有自动拧卸钻杆的功能，因此，采用上述双夹持体拧卸机构的钻机可不用设置液压卡盘，可大大简化钻机结构，提高钻机的可靠性。
在上述钻管拧卸机构中，在大梁P中心线一侧的安装尺寸为B的所述前夹持体的油缸和所述后夹持体的油缸其功能为确定夹持中心，所以称为定位夹持机构，而与定位夹持机构相对的安装尺寸为A的前夹持体的油缸及后夹持体的油缸，其功能为确定夹持中心后与定位夹持机构共同作用夹持钻管，所以称为夹紧执行机构。
以上各元件之间的连接关系如下：在钻机的大梁P上方固定安装固定支架，包括第一固定支架80和第二固定支架81；所述前夹持体J0通过后固定轴安装在第一固定支架80中，后夹持体J1通过后固定轴安装在第二固定支架81的翻转支架6中，其中前夹持体J0包括定位夹持油缸40、与该油缸活塞杆相连的卡瓦3，还包括在夹持中心线JC另一侧相对设置的夹紧执行油缸41和与油缸活塞杆相连的卡瓦3，实现对钻杆在所述中心线的夹紧固定。所述后夹持体J1包括定位夹持油缸40、与该油缸活塞杆相连的卡瓦3，还包括在所述夹持中心线JC另一侧相对设置的翻转支架6，翻转支架6固定在第二固定支架81中，翻转支架6具有销轴1，夹紧执行油缸41安装在翻转支架6中，翻转支架的后下端通过销轴铰接于翻转油缸2的活塞前端，所述翻转油缸2的另一端铰接于翻转油缸底座9，翻转油缸底座9固定安装于钻机大梁P一侧，实现对钻杆的夹紧，并通过翻转油缸2和翻转支架6带动夹紧执行油缸41和定位执行油缸40及钻管的整体共同绕夹持中心线JC旋转，完成钻管的拧卸工作。
由此，定位夹持机构和夹紧执行机构的夹持中心就是卡瓦3的中心。
为保证在夹紧时钻杆保持在夹持器中心孔的中心，改进后的夹紧执行油缸和定位夹持油缸设计成非对称式，即定位夹持油缸的安装尺寸为B，所述安装尺寸B定义为定位夹持油缸前行到极限位置时保证卡瓦的中心与拧卸机构的中心线JC重合，此时定位夹持油缸的后固定轴的中心到卡瓦的中心之间的距离为B，所述安装尺寸B保证定位夹持油缸伸出到极限位置时钻杆的中心正好在夹持器中心孔的中心；而夹紧执行油缸的安装尺寸为A，所述安装尺寸A定义为夹紧执行油缸的活塞伸出到接触到钻杆后进一步施加额定的夹紧力夹紧钻杆时，夹紧执行油缸的后固定轴的中心到卡瓦中心之间的距离为A。所述安装尺寸B和安装尺寸A的关系为：B＝A+b，b为施加额定夹紧力后的夹紧量。
为保证在夹紧时钻杆保持在夹持器中心孔的中心，同时在夹持体的液压系统中也有相应配合改进，如图4所示，定位夹持油缸和夹紧执行油缸的油路系统如下，油泵P的油液入口通过管路与油箱相连，油泵P的油液出口通过管路与换向阀V2的入口相连，换向阀V2的出口连接液控单向阀V3，所述第一液控单向阀V3的出口并联接入所述定位夹持油缸40和夹紧执行油缸41的进油口；其中，在夹紧执行油缸的进油路上，液控单向阀V3经顺序阀V4与夹紧执行油缸AC的进油口连接，所述定位夹持油缸和夹紧执行油缸的出油口并联连接第二液控单向阀V3，所述第二液控单向阀V3连接换向阀V2。上述油路设计能保证夹紧执行油缸中的油压永远不能超过定位夹持油缸的油压，从而保证夹紧时定位左右夹持油缸不移位。
实施例2
如图5、6所示，为保证在夹紧时钻杆保持在夹持器中心孔的中心，对定位夹持机构进行了改进，与卡瓦连接的定位夹持机构为连杆式，后连杆10的一端通过第一铰接轴11安装在固定支架上，所述前连杆12的一端通过第二铰接轴13与夹具连接瓦一体的杆连接，所述前连杆12的另一端通过第三铰接轴14与后连杆10的另一端铰接，中连杆15一端铰接于第三铰接轴14上，另一端与油缸活塞16连接。
油缸活塞16回退则带动中连杆15向上运动，同时将第三铰接轴14向上拉起，前连杆12带动卡瓦后退，松开钻管，如图6所示；而油缸活塞16下行则带动中连杆15向下运动，将连杆的第三铰接轴14向下压，直到两连杆成一直线，如图5所示，此时定位夹持机构为极限位置，卡瓦的中心正好在夹持器的夹持中心线JC，如果钻管被夹在卡瓦内，也能够保证钻杆的中心正好与夹持器中心线JC重合。
同理，在实施例2中，定位夹紧机构和夹紧执行机构仍然设计成非对称式，即定位夹持机构的安装尺寸为B，所述安装尺寸B定义为定位夹持机构前行到极限位置时保证卡瓦的中心与拧卸机构的夹持中心线JC重合，此时定位夹紧机构的后固定轴(在实施例2中为第一铰接轴11)的中心到卡瓦的中心之间的距离，所述安装尺寸B保证定位夹紧机构伸出到极限位置时钻杆的中心正好与钻管拧卸机构的夹持中心线JC重合；而夹紧执行机构的安装尺寸为A，所述安装尺寸A定义为夹紧执行机构伸出到接触到钻杆后进一步施加额定的夹紧力夹紧钻杆时，夹紧执行夹机构的后固定轴(在实施例2中为销轴1)的中心到卡瓦之间的距离。所述安装尺寸B和安装尺寸A的关系为：B＝A+b，b为施加额定夹紧力后的夹紧量。
本发明通过夹持机构的非对称式设计，结合液压油缸油路系统的改进或者采用连杆机构来定位安装尺寸B，可简单实现钻杆中心与夹持器中心线JC重合，保证夹紧时的钻杆中心定位，上述钻杆拧卸机构实现中心定位，并简化了结构。
Claims (4)
1.一种钻杆拧卸机构，包括安装在固定支架上的前夹持体（J0）和后夹持体（J1），所述前夹持体和后夹持体包括夹持中心线（JC）两侧的相对设置的定位夹持机构和夹紧执行机构，所述固定支架包括第一固定支架（80）和第二固定支架（81）；所述前夹持体通过后固定轴安装在第一固定支架（80）中，所述后夹持体通过后固定轴安装在第二固定支架（81）的翻转支架（6）中，翻转支架的后下端铰接于翻转油缸（2）的活塞前端，其特征在于，
所述前夹持体和后夹持体的定位夹持机构和夹紧执行机构为非对称式结构，所述定位夹持机构的安装尺寸B，夹紧执行机构的安装尺寸A，满足B=A+b，其中b为夹紧执行机构夹紧钻杆时的夹紧量，所述安装尺寸B定义为定位夹持机构前行到极限位置时保证定位夹持机构的夹持中心与拧卸机构的中心重合，此时定位夹持机构的后固定轴的中心到钻杆的中心之间的距离；所述安装尺寸A定义为夹紧执行机构伸出到接触钻杆并施加额定的夹紧力将钻杆完全夹紧时，夹紧执行机构的后固定轴的中心到夹持中心之间的距离。
2.一种如权利要求1所述的钻杆拧卸机构，其特征在于，所述前夹持体和后夹持体的定位夹持机构包括定位夹持油缸（40）及其活塞前端固定安装的卡瓦（3），所述夹紧执行机构包括夹紧执行油缸（41）及其活塞前端固定安装的卡瓦（3）。
3.一种如权利要求1所述的钻杆拧卸机构，其特征在于，所述前夹持体和和后夹持体的定位夹持机构为连杆机构，包括前连杆（12）、后连杆（10）和中连杆（15），所述后连杆的一端通过第一铰接轴（11）安装在固定支架上，所述前连杆（12）的一端通过第二铰接轴（13)与卡瓦（3）连接，所述前连杆（12）的另一端通过第三铰接轴（14）与后连杆（10）的另一端连接，所述中连杆（15）的一端铰接于第三铰接轴（14），所述中连杆（15）的另一端与油缸活塞（16）连接。
4.一种如权利要求2所述的钻杆拧卸机构，其特征在于，所述定位夹持油缸和夹紧执行油缸的油路设计为，油泵（P）的油液入口通过管路与油箱相连，油泵（P）的油液出口通过管路与换向阀（V2）的入口相连，换向阀（V2）的出口连接第一液控单向阀（V3），其中第一液控单向阀（V3）的出口并联接入所述定位夹持油缸（40）和夹紧执行油缸（41）的进油口；其中，在夹紧执行油缸的进油路上，所述第一液控单向阀（V3）经顺序阀（V4）及与顺序阀(V4)并联连接的单向阀(V5)都与夹紧执行油缸（AC）的进油口连接，所述定位夹持油缸和夹紧执行油缸的出油口并联连接第二液控单向阀（V3），所述第二液控单向阀（V3）连接换向阀（V2）。
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