CN104594831A - 岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置 - Google Patents

岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置 Download PDF

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Abstract

一种岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置,设有上夹持器,上夹持器包括上夹持器壳体,在上夹持器壳体内设有芯管,在芯管的下方设有下夹持器,下夹持器包括底座,在底座的内部设有滚轮卡瓦组件,在下夹持器的底座外设有液压油缸;在底座的顶部向上设有外套在芯管下部的套管,在下夹持器与上夹持器之间的芯管外设有钻杆螺距调节装置。本发明将套管与芯管螺纹相接且螺距与钻杆螺纹螺距相同设置,保证了在拧卸钻杆过程中钻杆每旋转一周沿钻杆轴向方向相对运动一个螺距的位移,从而保证了钻杆螺纹在拧卸扣的过程中不会被损坏;利用设置在下夹持器与上夹持器之间的钻杆螺距调节装置,降低工人数量及劳动强度,实现机械控制自动化。

Description

岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种地质勘探设备,特别是一种岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置。
背景技术
[0002] 随着国家地质勘探工作不断向更深孔迈进,特别是2000米以上的深孔,钻机每回次提钻和下钻过程消耗时间均较长(需要把孔底钻杆全部提离孔底,每回次提钻和下钻时间一般均要用1-3天甚至更长),钻杆夹持器和拧卸钻杆装置作为岩心钻机附属设备中两大组成部分,需要工人长时间频繁操作使用,所以其使用是否方便可靠、工人劳动强度的高低,直接关系到整个孔的施工效率和成本。现有的夹持器用于孔口夹持孔底钻杆,深孔上广泛使用的是一种手动脚踏式深孔自重夹持器;拧卸钻杆装置能实现孔口钻杆之间的连接预紧和卸扣分开功能,深孔上广泛使用的是一种开口液压钳。现有的钻杆夹持器需要人工对夹持卡瓦进行频繁装卸动作,开口式液压钳虽然能完成对孔口钻杆的拧卸扣操作,但需要两人配合频繁操作,同时该装置在拧卸扣过程中忽略了钻杆之间存在的相对轴向位移,在拧卸扣过程中在轴向会对钻杆连接螺纹产生推或拉力损伤,从而降低了钻杆的使用寿命,增加了钻杆孔底事故率。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提出一种结构紧凑简单、拆卸方便,可提高钻杆使用寿命,避免钻杆孔底事故的岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置。
[0004] 本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的,一种岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置,设有上夹持器,上夹持器包括上夹持器壳体,在上夹持器壳体内设有外套在钻杆上的芯管,在芯管与上夹持器壳体之间设有上卡瓦夹持组件,其特点是:在芯管的下方设有下夹持器,下夹持器包括底座,底座的内壁设置为上大下小的锥形,在底座的内部设有沿底座内壁上下移动的滚轮卡瓦组件,滚轮卡瓦组件包括卡圈,在卡圈的内壁对称安装有两个夹持钻杆的下卡瓦,在卡圈的外壁上安装有与底座内壁配合的滚轮组件,在卡圈的底部安装有两个横向平行设置的杠杆,杠杆的一端向外伸出底座并通过横向设置的销轴铰接,杠杆的中部通过铰接轴与下夹持器底座铰接,铰接轴与销轴平行设置,在下夹持器的底座外设有竖向设置的液压油缸,液压油缸的缸体与底座外壁铰接,液压油缸的活塞杆端与销轴的中部铰接;所述底座上对称固定有两个向上延伸至上夹持器壳体的竖向导向杆,在上夹持器壳体上设有竖向导向杆通过的通过孔;在底座的顶部向上设有外套在芯管下部的套管,套管与芯管螺纹相接且螺距与钻杆螺纹螺距相同,在套管上方的芯管上设有钻杆螺距调节齿轮,在下夹持器与上夹持器之间的芯管外设有钻杆螺距调节装置,钻杆螺距调节装置包括外套在芯管上的箱体,在箱体内安装有与芯管轴向平行的中间轴和输入轴,在中间轴上设有中间轴传动齿轮I和与钻杆螺距调节齿轮常啮合的中间轴传动齿轮II,在输入轴上设有与中间轴传动齿轮I常啮合的输入轴齿轮。
[0005] 本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现,所述上卡瓦夹持组件包括外套在芯管上的卡瓦座,在卡瓦座上安装有若干夹持钻杆的上卡瓦,在芯管的上部一圈周向上设有上卡瓦一一对应的穿过孔,在卡瓦座的下方芯管中部设有定位台阶,定位台阶与卡瓦座之间设有安装在上夹持器壳体内部的蝶形弹簧,在定位台阶的下方芯管与上夹持器壳体之间安装有推力球轴承I,在卡瓦座外套装有上夹持油缸,上夹持油缸包括与上夹持器壳体固定相接的缸体和沿缸体内壁上下滑动的活塞,活塞与卡瓦座之间设有推力球轴承II。
[0006] 本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现,在上夹持油缸伸出缸体的活塞顶部固定有导向端盖,在导向端盖上开有钻杆通过的导向孔,导向孔与钻杆、芯管同轴设置。
[0007] 本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现,在钻杆螺距调节装置的箱体上安装有驱动输入轴转动的液压马达。
[0008] 本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现,所述钻杆螺距调节装置的箱体与套管外壁固定相接为一体。
[0009] 与现有技术相比,本发明结构紧凑简单、拆装方便,将套管与芯管螺纹相接且螺距与钻杆螺纹螺距相同设置,保证了在拧卸钻杆过程中钻杆每旋转一周沿钻杆轴向方向相对运动一个螺距的位移,从而保证了钻杆螺纹在拧卸扣的过程中不会被损坏,避免了钻杆孔底事故的发生;利用设置在下夹持器与上夹持器之间的钻杆螺距调节装置,实现机械控制自动化;利用液压油缸推动杠杆,在杠杆的带动下使滚轮卡瓦组件上下移动夹持钻杆,降低工人数量及劳动强度,具有较好的经济效益,广泛适用于深孔地勘工程。
附图说明
[0010] 图1为本发明的结构示意图;
图2为图1的左视结构不意图;
图3为图1的M-M向结构示意图;
图4为图1的I处局部放大结构示意图。
具体实施方式
[0011] 一种岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置,设有上夹持器,上夹持器包括上夹持器壳体6,在上夹持器壳体6内设有外套在钻杆上的芯管16,在芯管16与上夹持器壳体6之间设有上卡瓦夹持组件,在芯管16的下方设有下夹持器,下夹持器包括底座2,底座2的内壁设置为上大下小的锥形,在底座2的内部设有沿底座内壁上下移动的滚轮卡瓦组件,滚轮卡瓦组件包括卡圈18,在卡圈的内壁对称安装有两个夹持钻杆的下卡瓦19,在卡圈18的外壁上安装有与底座内壁配合的滚轮组件1,在卡圈18的底部安装有两个横向平行设置的杠杆20,杠杆20的一端向外伸出底座并通过横向设置的销轴铰接,杠杆20的中部通过铰接轴与下夹持器底座2铰接,铰接轴与销轴平行设置,在下夹持器的底座外设有竖向设置的液压油缸25,液压油缸25的缸体与底座外壁铰接,液压油缸25的活塞杆端与销轴的中部铰接;所述底座2上对称固定有两个向上延伸至上夹持器壳体的竖向导向杆5,在上夹持器壳体6上设有竖向导向杆5通过的通过孔;在底座的顶部向上设有外套在芯管下部的套管17,套管17与芯管16螺纹相接且螺距与钻杆螺纹螺距相同,在套管17上方的芯管上设有钻杆螺距调节齿轮4,在下夹持器与上夹持器之间的芯管外设有钻杆螺距调节装置,钻杆螺距调节装置包括外套在芯管上的箱体3,在箱体3内安装有与芯管轴向平行的中间轴22和输入轴23,在中间轴上设有中间轴传动齿轮I 24和与钻杆螺距调节齿轮常啮合的中间轴传动齿轮II,在输入轴23上设有与中间轴传动齿轮I常啮合的输入轴齿轮。所述两个杠杆对称设置在钻杆的外侧。在钻机正常钻进过程中靠液压油缸缸筒里面的复位弹簧,克服滚轮卡瓦组件自身重力及活塞摩擦力,推压活塞杆通过杠杆作用,滚轮卡瓦组件在向上的推力作用下沿底座内壁向上运动,此时下卡瓦张开,对孔底钻杆不起夹紧作用;当每回次钻进结束需提钻时液压油缸克服上端复位弹簧的作用力使活塞杆向上运动,滚轮卡瓦组件沿底座内壁向下运动直到卡瓦夹住钻杆,此时液压油缸进油受到负载作用油压不断升高,直到压力达到设定的压力上限后即开始保压,实现了对孔底钻杆的夹紧作用。所述液压马达经过输入轴、中间轴、芯管的两级减速,增加了传扭能力,能实现芯管的正转、停转和反转功能,将套管与芯管螺纹相接的螺距与钻杆螺纹螺距相同设置,使在拧卸钻杆过程中钻杆每旋转一周沿钻杆轴向方向相对运动一个螺距的位移,从而保证了钻杆螺纹在拧卸扣的过程中不会被损坏,芯管在正转或反转的同时带动上卡瓦动作,实现和上夹持器、孔口钻杆一起在导向杆的导轨上完成向上或向下的动作。
[0012] 所述上卡瓦夹持组件包括外套在芯管16上的卡瓦座9,在卡瓦座9上安装有若干夹持钻杆的上卡瓦10,在芯管的上部一圈周向上设有上卡瓦——对应的穿过孔,在卡瓦座的下方芯管中部设有定位台阶,定位台阶与卡瓦座9之间设有安装在上夹持器壳体内部的蝶形弹簧7,在定位台阶的下方芯管与上夹持器壳体之间安装有推力球轴承I 14,在卡瓦座外套装有上夹持油缸,上夹持油缸包括与上夹持器壳体固定相接的缸体12和沿缸体12内壁上下滑动的活塞13,活塞13与卡瓦座之间设有推力球轴承II 8 ;在上夹持油缸伸出缸体的活塞顶部固定有导向端盖11,在导向端盖11上开有钻杆通过的导向孔,导向孔与钻杆、芯管同轴设置;在钻杆螺距调节装置的箱体上安装有驱动输入轴转动的液压马达21 ;所述钻杆螺距调节装置的箱体与套管外壁固定相接为一体。所述导向端盖固定在上夹持油缸活塞的上端面,实现了井上提升接头、钻杆端部与井口钻杆端部的螺纹对接导向。在上夹持器壳体6上的导向杆通过孔内安装有耐磨套15。
[0013] 岩心钻机正常钻进过程中,下夹持器的下卡瓦处于松开状态、上夹持器的上卡瓦处于松开状态、液压马达停止转动;每回次终止提钻或下钻过程即卸扣过程:1.下卡瓦将孔底钻杆夹紧直至夹紧压力升高达到设定的压力上限后停止加压并进行保压完成对孔底钻杆的夹紧动作;2.上卡瓦将钻杆夹紧直至夹紧力升高达到设定的压力上限后停止加压并进行保压完成对孔口钻杆的夹紧动作;3.液压马达带动芯管反转,反转同时芯管带动上卡瓦连同井口钻杆以及上夹持器体一起每转一周向上移动一个螺距长度距离,实现反转卸扣直至碰到预先设定的上限位;4.液压马达停止转动,完成了钻杆卸扣过程;5.上夹持器卡瓦松开的同时工人将井口卸下的钻杆移到指定位置存放。井上提升接头、钻杆与井口钻杆对接即拧扣过程:6.上卡瓦将钻杆夹紧直至夹紧力升高达到设定的压力上限后停止加压并进行保压完成对孔口钻杆的夹紧动作;7.液压马达带动芯管正转,正转同时芯管带动上卡瓦和井口钻杆以及上夹持器体一起每转一周向下移动一个螺距长度距离,实现正转拧扣直至液压马达油压升高到设定的压力上限后完成对钻杆的拧扣预紧动作;8.液压马达停止转动,完成了钻杆拧扣过程;9.上卡瓦松开;10.下夹持器配合钻机在主卷扬和液压卡盘提升井口钻杆的同时松开下卡瓦,实现该装置与孔底钻杆的一个回次的分离动作循环;
11.以后重复1-10过程循环即可实现整套装置的自动夹紧、拧卸扣功能。

Claims (5)

1.一种岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置,设有上夹持器,上夹持器包括上夹持器壳体,在上夹持器壳体内设有外套在钻杆上的芯管,在芯管与上夹持器壳体之间设有上卡瓦夹持组件,其特征在于:在芯管的下方设有下夹持器,下夹持器包括底座,底座的内壁设置为上大下小的锥形,在底座的内部设有沿底座内壁上下移动的滚轮卡瓦组件,滚轮卡瓦组件包括卡圈,在卡圈的内壁对称安装有两个夹持钻杆的下卡瓦,在卡圈的外壁上安装有与底座内壁配合的滚轮组件,在卡圈的底部安装有两个横向平行设置的杠杆,杠杆的一端向外伸出底座并通过横向设置的销轴铰接,杠杆的中部通过铰接轴与下夹持器底座铰接,铰接轴与销轴平行设置,在下夹持器的底座外设有竖向设置的液压油缸,液压油缸的缸体与底座外壁铰接,液压油缸的活塞杆端与销轴的中部铰接;所述底座上对称固定有两个向上延伸至上夹持器壳体的竖向导向杆,在上夹持器壳体上设有竖向导向杆通过的通过孔;在底座的顶部向上设有外套在芯管下部的套管,套管与芯管螺纹相接且螺距与钻杆螺纹螺距相同,在套管上方的芯管上设有钻杆螺距调节齿轮,在下夹持器与上夹持器之间的芯管外设有钻杆螺距调节装置,钻杆螺距调节装置包括外套在芯管上的箱体,在箱体内安装有与芯管轴向平行的中间轴和输入轴,在中间轴上设有中间轴传动齿轮I和与钻杆螺距调节齿轮常啮合的中间轴传动齿轮II,在输入轴上设有与中间轴传动齿轮I常啮合的输入轴齿轮。
2.根据权利要求1所述的岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置,其特征在于:所述上卡瓦夹持组件包括外套在芯管上的卡瓦座,在卡瓦座上安装有若干夹持钻杆的上卡瓦,在芯管的上部一圈周向上设有上卡瓦一一对应的穿过孔,在卡瓦座的下方芯管中部设有定位台阶,定位台阶与卡瓦座之间设有安装在上夹持器壳体内部的蝶形弹簧,在定位台阶的下方芯管与上夹持器壳体之间安装有推力球轴承I,在卡瓦座外套装有上夹持油缸,上夹持油缸包括与上夹持器壳体固定相接的缸体和沿缸体内壁上下滑动的活塞,活塞与卡瓦座之间设有推力球轴承II。
3.根据权利要求1所述的岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置,其特征在于:在上夹持油缸伸出缸体的活塞顶部固定有导向端盖,在导向端盖上开有钻杆通过的导向孔,导向孔与钻杆、芯管同轴设置。
4.根据权利要求1所述的岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置,其特征在于:在钻杆螺距调节装置的箱体上安装有驱动输入轴转动的液压马达。
5.根据权利要求1所述的岩心钻机一体式夹持、拧卸钻杆装置,其特征在于:所述钻杆螺距调节装置的箱体与套管外壁固定相接为一体。
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