CN109488232B - 一种岩心取样钻机用取杆机构 - Google Patents

一种岩心取样钻机用取杆机构 Download PDF

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    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/18Connecting or disconnecting drill bit and drilling pipe

Abstract

本发明提供一种岩心取样钻机自动取杆机构,包括提升机构、抓取主轴姿态变换机构和机械手抓取机构三部分,提升机构用于辅助提升或下放导轨上的移动滑块;抓取主轴姿态变换机构用于辅助改变转角连接块与抓取主轴的作业角度;机械手抓取机构用于辅助末端机械手从杆件储存箱中自动交替抓取两种及以上不同尺寸的杆件。应用本发明的技术方案,本发明的取杆机构通过钻机桅杆连接副安装在岩心取样钻机上,组装方便;本发明的取杆机构能够实现两种及以上不同尺寸的杆件(如钻杆、套管等)交替自动化抓取,并将杆件储存箱中的杆件自动加装到倾斜或垂直动力头处,或将动力头处的杆件拆卸到杆件储存箱中,降低工人的劳动强度,大大提高施工效率和施工安全。

Description

一种岩心取样钻机用取杆机构
技术领域
本发明涉及地质工程勘探设备技术领域,特别地,涉及一种能够实现至少两组以上尺寸杆件自动化取样的岩心取样钻机用取杆机构。
背景技术
随着我国经济的高速发展,我国地质工程勘探设备的研发投入也保持持续增长。岩心取样钻机是地质工程勘探中的重要装备,分为立轴式岩心取样钻机和全液压岩心取样钻机两类类型。但是,这两类钻机在钻探取芯过程中都需要人工加装及拆卸钻杆,随着钻孔深度需求的逐渐加大,需要消耗大量的人力劳动与人工成本。
在倾斜或垂直钻探取芯过程中,现有钻机无法实现两种及以上不同尺寸的钻杆或套管的交替自动化抓取,并将水平储杆箱中的杆件自动加装到倾斜或垂直动力头桅杆处,或将动力头桅杆处的杆件拆卸到储杆箱中的功能,极大地降低了钻探效率,不符合高效、可持续的经济发展模式。
因此,设计一种结构精简、取样多样化以及取样效率高的岩心取样钻机用取杆机构具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种岩心取样钻机用取杆机构,结构精简,能够实现两种及以上不同尺寸的钻杆或套管的交替自动化抓取的功能,提高整体效率,降低人工劳动强度。具体技术方案如下:
一种岩心取样钻机用取杆机构,包括提升机构、抓取主轴姿态变换机构以及机械手抓取机构,具备实现两种及以上不同直径尺寸的杆件的交替自动化抓取,并将杆件储存箱中的杆件自动加装到倾斜或垂直动力头桅杆处,或将动力头桅杆处的杆件顺次拆卸并放回到杆件储存箱中的功能;
所述提升机构包括导轨安装座、第一动力源、传动件、导轨以及移动滑块,钻机桅杆连接副、第一动力源以及传动件均设置在导轨安装座上;移动滑块设置在导轨上且与所述传动件连接,通过第一动力源为所述传动件提供动力带动移动滑块沿导轨的长度方向进行往返运动;
所述抓取主轴姿态变换机构包括第二动力源、第三动力源、转角连接块以及抓取主轴,转角连接块通过第二动力源设置在所述移动滑块上,且所述第二动力源能带动所述转角连接块绕所述移动滑块表面逆时针转动0°-90°;所述第三动力源与所述抓取主轴连接能带动所述抓取主轴绕所述转角连接块旋转0°-360°;
所述机械手抓取机构包括第四动力源、机械手选择转盘以及抓取机械手组,所述机械手选择转盘通过机械手柄设置在所述抓取主轴上且与所述第四动力源连接,所述抓取机械手组包括至少两种抓取尺寸不同的抓取机械手,多个抓取机械手设置在所述机械手选择转盘上,通过所述第四动力源驱动所述机械手选择转盘旋转选取所需抓取机械手实现不同杆件的抓取。
以上技术方案中优选的,所述抓取机械手组包括至少一个用于抓取钻杆的钻杆抓取机械手以及至少一个用于抓取套管的套管抓取机械手。
以上技术方案中优选的,所述钻杆抓取机械手和所述套管抓取机械手均包括机械手固定板、夹紧缸、液压杆、连杆以及手抓,所述机械手固定板设置在所述机械手选择转盘上,所述夹紧缸设在所述机械手固定板上,所述液压杆连接所述夹紧缸和所述连杆,所述手抓设置在所述连杆的自由端。
以上技术方案中优选的,所述移动滑块为带有空腔的中空结构,所述第二动力源和所述转角连接块均设置在所述空腔内;所述抓取主轴的连接端插入所述空腔内通过第三动力源带动所述抓取主轴绕所述转角连接块进行旋转,所述抓取主轴的自由端通过机械手柄设有一个或并列设置的至少两个所述机械手抓取机构;所述第二动力源、第三动力源以及第四动力源均为液压马达。
以上技术方案中优选的,所述抓取主轴的自由端通过机械手柄设有两个并列设置的所述机械手抓取机构,两组所述机械手抓取机构与杆件的两端对应设置。
以上技术方案中优选的,所述第二动力源带动所述转角连接块绕所述移动滑块表面逆时针转动结合所述第三动力源带动所述抓取主轴绕转角连接块旋转实现杆件由水平位置至竖直位置或倾斜位置的变换,便于杆件在岩心取样钻机的动力头上进行安装和拆卸。
以上技术方案中优选的,所述导轨安装座包括上导轨盖和下导轨盖,上导轨盖和下导轨盖内部均设有滚子链轮;所述传动件为链条,所述链条套设在两个所述滚子链轮上;第一动力源为液压马达,其通过圆头平键与传动轴传动连接,传动轴通过圆头平键与上导轨盖内的滚子链轮传动连接。
以上技术方案中优选的,还包括杆件储存箱,所述杆件储存箱包括容纳不同尺寸杆件的箱体,所述箱体位于机械手抓取机构的正下方。
应用本发明的技术方案,效果是:
1、本发明的岩心取样钻机用取杆机构中:提升机构主要用于辅助提升或下放导轨上的移动滑块;抓取主轴姿态变换机构主要用于辅助改变转角连接块与抓取主轴的作业角度;机械手抓取机构主要用于辅助末端机械手从杆件储存箱中自动交替抓取两种及以上不同尺寸的杆件。本发明的装置能够实现两种及以上不同尺寸的杆件(如钻杆、套管等)的交替自动化抓取,并将杆件储存箱中的杆件自动加装到倾斜或垂直动力头桅杆处,或将动力头桅杆处的杆件拆卸到杆件储存箱中,降低工人的劳动强度,大大提高施工效率和施工安全。
2、本发明中所述提升机构包括导轨安装座、第一动力源、传动件、导轨以及移动滑块。效果是:整体结构精简;取杆机构通过钻机桅杆连接副安装在岩心取样钻机上,安装和拆卸方便;通过第一动力源为所述传动件提供动力带动移动滑块沿导轨的长度方向进行往返运动,能够很好地实现移动滑块的提升和下降,提高施工效率。
3、本发明中抓取主轴姿态变换机构包括第二动力源、第三动力源、转角连接块以及抓取主轴,所述第二动力源能带动所述转角连接块绕所述移动滑块表面逆时针转动0°-90°,所述第三动力源与所述抓取主轴连接能带动所述抓取主轴绕所述转角连接块旋转0°-360°。通过转角连接块和抓取主轴的巧妙设计,使得所述第二动力源带动所述转角连接块绕所述移动滑块表面逆时针转动结合所述第三动力源带动所述抓取主轴绕转角连接块旋转实现杆件由水平位置至竖直位置或倾斜位置的变换,能够实现杆件的翻转运动,便于杆件在岩心取样钻机的动力头上进行安装和拆卸。
4、本发明中机械手抓取机构包括第四动力源、机械手选择转盘以及抓取机械手组,抓取机械手组包括至少两种抓取尺寸不同的抓取机械手,多个抓取机械手设置在所述机械手选择转盘上。通过所述第四动力源驱动所述机械手选择转盘旋转选取所需抓取机械手实现不同杆件的抓取,克服现有技术取样单一的缺陷。抓取机械手包括机械手固定板、夹紧缸、液压杆、连杆以及手抓,结构精简,能够很好地实现杆件的抓取,施工效率高。优选所述抓取主轴的自由端设有两个并列设置的所述机械手抓取机构,两组所述机械手抓取机构与杆件的两端对应设置,抓取杆件过程稳定性好。
5、本发明中提升机构为链条链轮提升机构,便于组装和控制移动滑块的运动。
6、本发明中还包括杆件储存箱,所述杆件储存箱包括容纳不同尺寸杆件的箱体(优选并列设置多个箱体),所述箱体位于机械手抓取机构的正下方,便于杆件的收纳和自动化取杆。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明实施例1中岩心取样钻机用取杆机构使用时的示意图;
图2是图1中岩心取样钻机用取杆机构的结构示意图(示意了抓取钻杆);
图3是图2中提升机构的结构示意图(局部剖视);
图4是图2中移动滑块和转角连接块连接处的结构示意图;
图5是图2中机械手抓取机构抓取钻杆时的局部示意图;
图6是图2中钻杆抓取机械手的结构示意图;
其中:1、提升机构,1.1、导轨安装座,1.11、上导轨盖,1.12、下导轨盖,1.2、钻机桅杆连接副,1.3、第一动力源,1.4、传动件,1.5、导轨,1.6、移动滑块,1.61、空腔,1.7、滚子链轮,1.8、圆头平键,1.9、传动轴;
2、抓取主轴姿态变换机构,2.1、第二动力源,2.2、第三动力源,2.3、转角连接块,2.4、抓取主轴,2.5、安装法兰盘;
3、机械手抓取机构,3.1、第四动力源,3.2、机械手选择转盘,3.3、抓取机械手组,3.31、钻杆抓取机械手,3.32、套管抓取机械手,A1、机械手固定板,A2、夹紧缸,A3、液压杆,A4、连杆,A5、手抓,3.4、机械手柄;
4、杆件储存箱,4.1、钻杆;
5、岩心取样钻机,5.1、动力头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1:
一种岩心取样钻机用取杆机构,如图1-图6所示,其包括提升机构1、抓取主轴姿态变换机构2、机械手抓取机构3和杆件储存箱4,具体结构如下:
如图1-3所示,提升机构1包括导轨安装座1.1、钻机桅杆连接副1.2、第一动力源1.3、传动件1.4、导轨1.5、移动滑块1.6、滚子链轮1.7、圆头平键1.8以及传动轴1.9,所述导轨安装座1.1包括上导轨盖1.11和下导轨盖1.12,上导轨盖1.11和下导轨盖1.12内部均设有滚子链轮1.7;钻机桅杆连接副1.2用于将此取杆机构安装至岩心取样钻机上;所述传动件1.4为链条,所述链条套设在两个所述滚子链轮1.7上;第一动力源1.3为液压马达,其通过圆头平键1.8与传动轴1.9传动连接,传动轴1.9通过圆头平键1.8与上导轨盖1.11内的滚子链轮1.7传动连接。还包括第一动力源安装法兰盘、轴承透盖、滚动轴承、轴承端盖等,所述滚动轴承采用角接触球轴承(受力均匀可靠),内圈使用传动轴1.9的轴肩或套筒定位,外圈使用轴承透盖或轴承端盖1定位;所述第一动力源与第一动力源安装法兰盘之间通过螺栓连接固定,所述第一动力源安装法兰盘与导轨之间通过螺栓连接固定,所述轴承透盖、轴承端盖与导轨之间通过螺栓连接固定。优选移动滑块1.6为具有内腔1.61的中空结构。
应用本实施例的提升机构,具体是:所述第一动力源1.3通过圆头平键1.8将动力传给传动轴1.9,然后传动轴1.9通过圆头平键1.8将动力传给滚子链轮1.7,从而通过滚子链轮1.7与传动件1.4(链条)组成的链轮链条机构带动导轨1.5上的移动滑块1.6上升或下降。
详见图1、图2和图4,抓取主轴姿态变换机构2包括包括第二动力源2.1、第三动力源2.2、转角连接块2.3以及抓取主轴2.4,转角连接块2.3通过第二动力源2.1设置在所述移动滑块1.6的内腔1.61中,所述第二动力源2.1能带动所述转角连接块2.3绕所述移动滑块1.6表面逆时针转动0°-90°(图4,第二动力源2.1通过安装法兰盘2.5设置在转角连接块2.3上);所述抓取主轴2.4的连接端插入所述空腔1.61内,且所述第三动力源能带动所述抓取主轴2.4绕所述转角连接块2.3旋转0°-360°。优选的,所述第二动力源2.1带动所述转角连接块2.3绕所述移动滑块1.6表面逆时针转动结合所述第三动力源2.2带动所述抓取主轴2.4绕转角连接块2.3旋转实现杆件由水平位置至竖直位置或倾斜位置的变换,便于杆件在岩心取样钻机的动力头上进行安装和拆卸,详见图1。优选的第二动力源2.1和第三动力源2.2均为液压马达,第二动力源2.1的输出轴通过圆头平键驱动转角连接块绕移动滑块表面逆时针转动,第三动力源2.2的输出轴通过圆头平键驱动抓取主轴绕转角连接块进行旋转。
如图1、图2和图5所示,机械手抓取机构3包括第四动力源3.1、机械手选择转盘3.2以及抓取机械手组3.3,所述机械手选择转盘3.2设置在所述抓取主轴2.4上且与所述第四动力源3.1连接,所述抓取机械手组3.3包括至少两种抓取尺寸不同的抓取机械手(图4中示意了一个钻杆抓取机械手3.31和一个套筒抓取机械手3.32),多个抓取机械手设置在所述机械手选择转盘3.2上,通过所述第四动力源3.1驱动所述机械手选择转盘3.2旋转选取所需抓取机械手实现不同杆件的抓取。优选的,第四动力源3.1为液压马达,第四动力源的输出轴通过圆头平键驱动机械手选择转盘在水平面内进行旋转。钻杆抓取机械手3.31详见图6,具体包括机械手固定板A1、夹紧缸A2、液压杆A3、连杆A4以及手抓A5,所述机械手固定板A1设置在所述机械手选择转盘3.2上,所述夹紧缸A2设在所述机械手固定板A1上,所述液压杆A3连接所述夹紧缸A2和所述连杆A4,所述手抓A5设置在所述连杆A4的自由端,所述夹紧缸能推动液压杆提供夹紧力,所述液压杆、连杆和手抓组成抓取机构,可在钻机杆件储存箱中固定位置处抓取杆件(如钻杆、套筒等)。优选的,所述抓取主轴2.4的自由端通过机械手柄设有两个并列设置的所述机械手抓取机构3(即:抓取主轴上通过螺钉安装有机械手柄3.4,机械手柄3.4上安装有机械手选择转盘3.2,机械手选择转盘3.2上可成圆周状安装两套及以上不同尺寸型号的抓取机械手),两组所述机械手抓取机构3与杆件的两端对应设置,详见图1和图2。
应用本实施例的机械手抓取机构3,具体是:所述机械手选择转盘上通过螺栓安装有套管抓取机械手和钻杆抓取机械手,并由第四动力源驱动机械手选择转盘进行圆周旋转,实现套管和钻杆的自动交替抓取选择功能。所述机械手选择转盘上可根据需要呈圆周状安装两套或以上的不同尺寸的机械手抓,以实现对两种及以上杆件交替自动化抓取的功能。
所述杆件储存箱4包括容纳不同尺寸杆件的箱体,所述箱体位于机械手抓取机构3的正下方,如图1所示(示意了用于存放钻杆4.1的箱体),本实施例的岩心钻机自动取杆机构通过钻机桅杆连接副1.2安装在岩心钻机5的桅杆侧面,可通过机械手抓取机构从杆件储存箱中交替抓取两种及以上不同直径的杆件(如钻杆和套管),并通过提升机构与抓取主轴姿态变换机构将杆件输送到桅杆的动力头5.1处,以实现自动加装杆件的功能。同理,岩心钻机自动取杆机构可将从桅杆动力头处拆卸的杆件放到钻机杆件储存箱中。
应用本实施例的岩心取样钻机自动取杆机构,其工作原理如下:所述提升机构主要用于辅助提升或下放导轨上的移动滑块,所述抓取主轴姿态变换机构主要用于辅助改变转角连接块与抓取主轴的作业角度,所述机械手抓取机构主要用于辅助末端机械手从杆件储存箱中自动交替抓取两种及以上不同尺寸的杆件。具体是:岩心取样钻机自动取杆机构通过机械手抓取机构从钻机杆件储存箱中交替自动化抓取两种及以上不同直径的钻杆或套管后,通过抓取主轴姿态变换机构驱动转角连接块与抓取主轴改变一定的角度,同时通过提升机构调节导轨上移动滑块的高度,最后通过转动钻机桅杆连接副将杆件送到所需位置处,以向岩心钻机的动力头上自动加装钻杆。同理,在需要拆卸钻杆时,岩心钻机自动取杆机构所需位置处抓取杆件,并将其安放到钻机杆件储存箱中,从而实现自动拆卸钻杆的功能。
本实施例的岩心取样钻机自动取杆机构能够实现两种及以上不同尺寸的杆件(如钻杆、套管等)的交替自动化抓取,并将水平的杆件储存箱中的杆件自动加装到倾斜或垂直动力头桅杆处,或将动力头桅杆处的杆件拆卸到杆件储存箱中,降低工人的劳动强度,大大提高施工效率和施工安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种岩心取样钻机用取杆机构,其特征在于:包括提升机构(1)、抓取主轴姿态变换机构(2)以及机械手抓取机构(3),具备实现至少两种不同直径尺寸的杆件的交替自动化抓取,并将杆件储存箱中的杆件自动加装到倾斜或垂直动力头桅杆处,或将动力头桅杆处的杆件顺次拆卸并放回到杆件储存箱中的功能;
所述提升机构(1)包括导轨安装座(1.1)、第一动力源(1.3)、传动件(1.4)、导轨(1.5)以及移动滑块(1.6),钻机桅杆连接副(1.2)、第一动力源(1.3)以及传动件(1.4)均设置在导轨安装座(1.1)上;移动滑块(1.6)设置在导轨(1.5)上且与所述传动件(1.4)连接,通过第一动力源(1.3)为所述传动件(1.4)提供动力带动移动滑块(1.6)沿导轨(1.5)的长度方向进行往返运动;
所述抓取主轴姿态变换机构(2)包括第二动力源(2.1)、第三动力源(2.2)、转角连接块(2.3)以及抓取主轴(2.4),转角连接块(2.3)通过第二动力源(2.1)设置在所述移动滑块(1.6)上,且所述第二动力源能带动所述转角连接块(2.3)绕所述移动滑块(1.6)表面逆时针转动0°-90°;所述第三动力源(2.2)与所述抓取主轴(2.4)连接能带动所述抓取主轴(2.4)绕所述转角连接块(2.3)旋转0°-360°;
所述机械手抓取机构(3)包括第四动力源(3.1)、机械手选择转盘(3.2)以及抓取机械手组(3.3),所述机械手选择转盘(3.2)通过机械手柄设置在所述抓取主轴(2.4)上且与所述第四动力源(3.1)连接,所述抓取机械手组(3.3)包括至少两种抓取尺寸不同的抓取机械手,多个抓取机械手设置在所述机械手选择转盘(3.2)上,通过所述第四动力源(3.1)驱动所述机械手选择转盘(3.2)旋转选取所需抓取机械手实现不同杆件的抓取。
2.根据权利要求1所述的岩心取样钻机用取杆机构,其特征在于:所述抓取机械手组(3.3)包括至少一个用于抓取钻杆的钻杆抓取机械手(3.31)以及至少一个用于抓取套管的套管抓取机械手(3.32)。
3.根据权利要求2所述的岩心取样钻机用取杆机构,其特征在于:所述钻杆抓取机械手(3.31)和所述套管抓取机械手(3.32)均包括机械手固定板(A1)、夹紧缸(A2)、液压杆(A3)、连杆(A4)以及手抓(A5),所述机械手固定板(A1)设置在所述机械手选择转盘(3.2)上,所述夹紧缸(A2)设在所述机械手固定板(A1)上,所述液压杆(A3)连接所述夹紧缸(A2)和所述连杆(A4),所述手抓(A5)设置在所述连杆(A4)的自由端。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的岩心取样钻机用取杆机构,其特征在于:所述移动滑块(1.6)为带有空腔(1.61)的中空结构,所述第二动力源(2.1)和所述转角连接块(2.3)均设置在所述空腔(1.61)内;所述抓取主轴(2.4)的连接端插入所述空腔(1.61)内通过第三动力源(2.2)带动所述抓取主轴(2.4)绕所述转角连接块(2.3)进行旋转,所述抓取主轴(2.4)的自由端通过机械手柄设有一个或并列设置的至少两个所述机械手抓取机构(3);所述第二动力源、第三动力源以及第四动力源均为液压马达。
5.根据权利要求4所述的岩心取样钻机用取杆机构,其特征在于:所述抓取主轴(2.4)的自由端通过机械手柄设有两个并列设置的所述机械手抓取机构(3),两个所述机械手抓取机构(3)与杆件的两端对应设置。
6.根据权利要求4所述的岩心取样钻机用取杆机构,其特征在于:所述第二动力源(2.1)带动所述转角连接块(2.3)绕所述移动滑块(1.6)表面逆时针转动结合所述第三动力源(2.2)带动所述抓取主轴(2.4)绕转角连接块(2.3)旋转实现杆件由水平位置至竖直位置或倾斜位置的变换,便于杆件在岩心取样钻机的动力头上进行安装和拆卸。
7.根据权利要求4所述的岩心取样钻机用取杆机构,其特征在于:所述导轨安装座(1.1)包括上导轨盖(1.11)和下导轨盖(1.12),上导轨盖(1.11)和下导轨盖(1.12)内部均设有滚子链轮(1.7);所述传动件(1.4)为链条,所述链条套设在两个所述滚子链轮(1.7)上;第一动力源(1.3)为液压马达,其通过圆头平键(1.8)与传动轴(1.9)传动连接,传动轴(1.9)通过圆头平键(1.8)与上导轨盖(1.11)内的滚子链轮(1.7)传动连接。
8.根据权利要求4所述的岩心取样钻机用取杆机构,其特征在于:还包括杆件储存箱(4),所述杆件储存箱(4)包括容纳不同尺寸杆件的箱体,所述箱体位于机械手抓取机构(3)的正下方。
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