CN108425647B - 一种定向钻机用辅助上杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿井下钻探设备领域，涉及一种定向钻机用辅助上杆装置，包括：导轨组件、安装架、从动轮、转动机构、摩擦轮、托轮机构、推进油缸、转动油缸、驱动马达。通过将定向钻杆放置在从动轮上，通过托轮机构将定向钻杆调平，转动油缸推动摩擦轮压紧定向钻杆，再通过驱动马达带动摩擦轮旋转，从而施加给定向钻杆一定的转动扭矩，实现初步预拧紧定向钻杆。其中，在上杆过程中，推进油缸为浮动状态，以保护定向钻杆丝扣；上杆完毕，推进油缸退回，预备下一次预拧紧，其结构简单，体积小，成本低，易于维修和磨损件更换，提高了预拧定向钻杆的效率，大幅降低了人工劳动强度，避免了工人在大直径定向钻杆预拧紧过程中的安全问题。

Description

一种定向钻机用辅助上杆装置

技术领域

本发明属于煤矿井下钻探设备领域，涉及一种定向钻机用辅助上杆装置。

背景技术

近年来，随着矿井采掘能力提高，千万吨矿井、百万吨工作面大幅增多，工作面涌出瓦斯量逐年提高，严重制约煤矿井下安全生产和矿井生产效率的提高。瓦斯作为一种清洁能源，高效抽采并加以利用，会产生可观的经济效益，大幅缓解我国能源紧张的局面。

目前，定向钻杆的直径已经达到127mm，相比之前大幅增加，重量随之大幅增加，如果依旧采用传统采用小直径定向钻机“肩扛手拧”方法进行预拧紧，需要2个工人频繁用肩扛的方式，将长3m、重量达到60kg的大直径定向钻杆抬高至少1.5m，同时用手或大扳手进行预拧定向钻杆，在钻孔深度达到1500m以上时，钻杆数量达到 500根以上，人工上钻杆劳动强度极大、工作效率低，存在定向钻杆掉落砸伤工人的严重安全隐患。但目前国内外市场上并无专用的煤矿井下大直径定向钻杆辅助上接定向钻杆设备或装置，大直径定向钻杆的预拧紧成为了目前亟待解决的难题。目前，煤矿井下虽然有自动钻机自动上钻杆装置，但自动钻机不具备定向钻进功能，钻孔深度浅、钻杆直径小、长度短、重量轻，定向钻机在整体结构上完全不同于自动钻机，无法进行借鉴应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种定向钻机用辅助上杆装置，以解决大直径定向钻杆传统人工“肩扛手拧”的上接的方法劳动强度大、工作效率低、存在严重安全隐患的难题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种定向钻机用辅助上杆装置，用于为定向钻机预拧紧定向钻杆，包括导轨组件、安装架、从动轮、转动机构、摩擦轮、托轮机构、推进油缸、转动油缸以及驱动马达；所述安装架设置在导轨组件上，所述导轨组件和安装架通过推进油缸连接；所述托轮机构设置在安装架上，用于调整定向钻杆至水平；所述从动轮设置在安装架朝向导轨组件的一侧上，用于固定定向钻杆；所述转动机构通过转动油缸在安装架远离导轨组件的一侧上，所述摩擦轮设置在所述转动机构朝向所述从动轮的一侧上，所述摩擦轮与所述从动轮之间形成用于固定定向钻杆的贯穿腔，所述转动机构由转动油缸带动沿靠近或远离从动轮的方向转动运动，所述贯穿腔的直径随转动机构的转动变化；所述驱动马达安装在转动机构上，用于驱动摩擦轮进行转动，对定向钻杆进行预拧紧。

可选地，所述安装架与导轨组件通过矩形导轨连接，安装架由推进油缸带动沿导轨组件进行滑动，沿朝向或远离所述矩形导轨的一端的方向运动。

可选地，所述托轮机构包括托轮、支撑部以及调节螺杆，所述支撑部一端与安装架相连，另一端上设有用于引导并固定定向钻杆方向的托轮；所述调节螺杆用于适应不同直径的定向钻杆，其一端与安装架相连，另一端活动设置在支撑部上。

可选地，所述调节螺杆设有两个，呈对称设置，两个调节螺杆均一端与安装架相连，另一端活动设置在支撑部上。

可选地，所述从动轮设有两个，呈对称地设置在安装架上，两个从动轮与摩擦轮相互呈120°夹角。

可选地，所述从动轮通过销轴可拆卸地安装在安装架上，所述从动轮与销轴之间设有滑动衬套及润滑油通道。

可选地，所述摩擦轮与驱动马达通过主轴连接，在摩擦轮与主轴之间通过衬套进行固定，主轴的轴端设有端盖，所述摩擦轮通过若干个周向布置的螺栓固定在衬套上，所述主轴通过一个或多个轴承安装在转动机构上。

可选地，所述轴承朝向端盖的一侧上设有密封圈和防尘圈，所述转动机构外侧上设有用于添加润滑油的注油嘴。

可选地，所述转动机构上设有用于遮挡摩擦轮溅出物的保护罩。

可选地，所述驱动马达的压力机流量通过外部液压油源提供。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置，从原理上能够实现大直径定向钻杆自动预拧紧，解决了目前煤矿井下定向钻机采用“肩扛手拧”方法预拧上接的效率低、劳动强度大、存在很大安全隐患的问题，大幅降低了人工劳动强度，提高了预拧定向钻杆的效率，避免工人在大直径定向钻杆预拧紧过程中的安全风险。

2、本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置，适用定向钻杆的直径范围为89mm以上，可直接安装在定向钻机动力头后部的机架上，只需一次调整就可确定与定向钻机动力头中心线高位置。

3、本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置，是依据定向钻机整体结构特点，提出的摩擦上杆方案，整体结构简单、体积小，不会额外增加定向钻机体积。该装置结构简单，体积小，成本低，易于维修和磨损件更换，提高了预拧定向钻杆的效率，大幅降低了人工劳动强度，避免了工人在大直径定向钻杆预拧紧过程中的安全问题。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置在定向钻机上布置示意图；

图2为本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置在上杆过程中的外观结构示意图；

图3为本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置的外观结构示意图；

图4为本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置在压紧状态下的主视图；

图5为本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置在压紧状态下的侧面投影视图；

图6为本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置的俯视图；

图7为本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置在预备放杆状态下的俯视图；

图8为图4中A-A向的剖视图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图8，附图中的元件标号分别表示：定向钻机动力头I、钻机机架II、定向钻机用辅助上杆装置III、定向钻杆IV、定向钻机动力头所夹持的定向钻杆V、导轨组件1、安装架2、转动机构3、保护罩303、轴承304、键305、主轴306、衬套309、螺钉310、端盖311、螺栓312、托轮机构4、调节螺杆401、托轮402、销杆404、推进油缸5、转动油缸6、销轴7、从动轮8、摩擦轮9、驱动马达10。

本发明涉及一种定向钻机用辅助上杆装置III，用于将定向钻杆IV预拧紧在定向钻机动力头所夹持的定向钻杆V上，包括导轨组件1、安装架2、从动轮8、转动机构3、摩擦轮9、托轮机构4、推进油缸5、转动油缸6、以及驱动马达 10。所述定向钻机用辅助上杆装置III放置在钻机机架II上，通过摩擦轮9传动方式对定向钻杆IV施加一定扭矩，进行对定向钻杆IV的预拧紧。

本发明涉及一种定向钻机用辅助上杆装置，所述安装架2设置在导轨组件1 上，所述导轨组件1和安装2架通过推进油缸5连接；所述托轮机构4设置在安装架2上，用于调整定向钻杆IV至水平；所述从动轮8设置在安装架2朝向导轨组件1的一侧上，用于固定定向钻杆IV；所述转动机构3通过转动油缸6 在安装架2远离导轨组件1的一侧上，所述摩擦轮9设置在所述转动机构3朝向所述从动轮8的一侧上，所述摩擦轮9与所述从动轮8之间形成用于固定定向钻杆IV的贯穿腔，所述转动机构由转动油缸6带动沿靠近或远离从动轮8的方向转动运动，所述贯穿腔的直径随转动机构6的转动变化；所述驱动马达10 安装在转动机构3上，用于驱动摩擦轮9进行转动，对定向钻杆IV进行预拧紧。

优选地，所述安装架2与导轨组件1通过矩形导轨连接，安装架2由推进油缸5带动沿导轨组件1进行滑动，沿朝向或远离所述矩形导轨的一端的方向运动；所述托轮402机构4包括托轮402、支撑部以及调节螺杆401，所述支撑部一端与安装架2相连，另一端上设有用于引导并固定定向钻杆IV方向的托轮 402，所述托轮402通过销杆404连接在支撑部上；所述调节螺杆401用于适应不同直径的定向钻杆IV，其一端与安装架2相连，另一端活动设置在支撑部上；所述调节螺杆401设有两个，呈对称设置，两个调节螺杆401均一端与安装架2相连，另一端活动设置在支撑部上；所述从动轮8设有两个，呈对称地设置在安装架2上，两个从动轮8与摩擦轮9相互呈120°夹角；所述从动轮8通过销轴7可拆卸地安装在安装架2上，所述从动轮8与销轴7之间设有滑动衬套及润滑油通道；所述摩擦轮9与驱动马达10通过主轴306连接，在摩擦轮9与主轴306之间通过衬套309进行固定，主轴306的轴端设有端盖311，所述摩擦轮 9通过若干个周向布置的螺栓312固定在衬套309上，所述主轴306通过一个或多个轴承304安装在转动机构3上；所述轴承304朝向端盖311的一侧上设有密封圈和防尘圈，所述转动机构3外侧上设有用于添加润滑油的注油嘴；所述转动机构3上设有用于遮挡摩擦轮9溅出物的保护罩303；所述驱动马达10的压力机流量通过外部液压油源提供。

所述安装架2放置于导轨组件1上，推进油缸5通过销轴7连接导轨组件1 和安装架2；所述可调节托轮机构4通过销轴7铰接在安装架2上；所述从动轮 8通过销轴7安装在安装架2上，对称的布置了2个从动轮8，在压紧状态下， 2个从动轮、摩擦轮9相互形成120°夹角；所述摩擦轮9、驱动马达10安装在转动机构3上；所述转动机构3通过销轴7连接在安装架2上，转动油缸6通过销轴7连接转动机构3和安装架2；所述定向钻杆IV放置在2个从动轮8、以及拖轮402上面。

所述定向钻机用辅助上杆装置III置于定向钻机动力头I后方，放置在钻机机架II上，通过摩擦轮传动方式施加所夹持定向钻杆IV一定扭矩，进而将定向钻杆IV拧入至定向钻机动力头所夹持的定向钻杆V上。所述导轨组件1通过螺钉310固定在钻机机架II上，通过调整垫板厚度调整与定向钻机动力头I的中心高，只需要一次调整就可以满足使用要求。

本发明的使用过程如下，通过外部液压油源，推进油缸5推动安装架2到左边位置后，处于浮动状态；通过转动油缸6收缩，转动机构3会转动到预备放置定向钻杆IV的位置；将定向钻杆IV放置在2个从动轮8上，调整可调节托轮机构4的螺杆401，使得拖轮402托住定向钻杆IV，并一次性调整至水平状态，后续上杆过程中不需要重复调节。通过转动油缸6伸出，推动转动机构3 围绕销轴7旋转，摩擦轮9压紧定向钻杆IV，摩擦轮9与2个从动轮8在压紧状态下，相互之间的接触点约为120°夹角，保证定向钻杆IV在旋转过程中不会被挤出，并通过控制液压油源压力的大小来控制摩擦轮9压紧力的大小。通过外部液压油源提供驱动马达10压力及流量，驱动马达10低速旋转，通过键 305以及螺钉310，将旋转扭矩依次传递至主轴304、衬套309、摩擦轮9，摩擦轮9旋转带动定向钻杆IV低速旋转。此时，由于推进油缸5处于浮动状态，定向钻杆IV前端丝扣自动拧入至定向钻机动力头所夹持的定向钻杆V尾部母扣里面，从而实现了定向钻杆IV的预拧紧。

本发明所涉及的一种定向钻机用辅助上杆装置III，从原理上能够实现大直径定向钻杆IV自动预拧紧，解决了传目前煤矿井下定向钻机采用“肩扛手拧”方法预拧上接的效率低、劳动强度大、存在很大安全隐患的问题，大幅降低了人工劳动强度，提高了预拧定向钻杆IV的效率，避免工人在大直径定向钻杆IV 预拧紧过程中的安全风险，其适用定向钻杆IV的直径范围为89mm以上，可直接安装在定向钻机动力头I后部的钻机机架II上，只需一次调整就可确定与定向钻机动力头I中心线高位置，是依据定向钻机整体结构特点，而提出的摩擦上杆方案，整体结构简单、体积小，不会额外增加定向钻机体积。该装置结构简单，体积小，成本低，易于维修，也便于磨损件更换，提高了预拧定向钻杆IV 的效率，大幅降低了人工劳动强度，避免了工人在大直径定向钻杆IV预拧紧过程中的安全问题。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种定向钻机用辅助上杆装置，用于为定向钻机预拧紧定向钻杆，其特征在于：

包括导轨组件、安装架、从动轮、转动机构、摩擦轮、托轮机构、推进油缸、转动油缸以及驱动马达；

所述安装架设置在导轨组件上，所述导轨组件和安装架通过推进油缸连接；

所述托轮机构设置在安装架上，用于调整定向钻杆至水平；

所述从动轮设置在安装架朝向导轨组件的一侧上，用于固定定向钻杆；

所述转动机构通过转动油缸设置在安装架远离导轨组件的一侧上，所述摩擦轮设置在所述转动机构朝向所述从动轮的一侧上，所述摩擦轮与所述从动轮之间形成用于固定定向钻杆的贯穿腔，所述转动机构由转动油缸带动沿靠近或远离从动轮的方向转动运动，所述贯穿腔的直径随转动机构的转动变化；

所述驱动马达安装在转动机构上，用于驱动摩擦轮进行转动，对定向钻杆进行预拧紧。

2.如权利要求1中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述安装架与导轨组件通过矩形导轨连接，安装架由推进油缸带动沿导轨组件进行滑动，沿朝向或远离所述矩形导轨的一端的方向运动。

3.如权利要求1中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述托轮机构包括托轮、支撑部以及调节螺杆，所述支撑部一端与安装架相连，另一端上设有用于引导并固定定向钻杆方向的托轮；所述调节螺杆用于适应不同直径的定向钻杆，其一端与安装架相连，另一端活动设置在支撑部上。

4.如权利要求3中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述调节螺杆设有两个，呈对称设置，两个调节螺杆均一端与安装架相连，另一端活动设置在支撑部上。

5.如权利要求1中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述从动轮设有两个，呈对称地设置在安装架上，在压紧状态下，两个从动轮与摩擦轮相互呈120°夹角。

6.如权利要求1中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述从动轮通过销轴可拆卸地安装在安装架上，所述从动轮与销轴之间设有滑动衬套及润滑油通道。

7.如权利要求1中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述摩擦轮与驱动马达通过主轴连接，在摩擦轮与主轴之间通过衬套进行固定，主轴的轴端设有端盖，所述摩擦轮通过若干个周向布置的螺栓固定在衬套上，所述主轴通过一个或多个轴承安装在转动机构上。

8.如权利要求7中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述轴承朝向端盖的一侧上设有密封圈和防尘圈，所述转动机构外侧上设有用于添加润滑油的注油嘴。

9.如权利要求1中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述转动机构上设有用于遮挡摩擦轮溅出物的保护罩。

10.如权利要求1中所述的定向钻机用辅助上杆装置，其特征在于：所述驱动马达的压力机流量通过外部液压油源提供。