CN109915048B - 自动装卸钻杆装置、钻杆的装卸方法及钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动装卸钻杆装置、钻杆的装卸方法及钻机，自动装卸钻杆装置用于钻机上钻杆的安装和拆卸，包括安装于钻机平台上的用于存放钻杆的钻杆库以及安装于钻机上的机械手，机械手用于将钻杆库中的钻杆取出并安装于钻机的动力头上或者将钻机的动力头上的钻杆拆除后放入钻杆库中，机械手包括固定端安装于钻机平台上的转动机构、安装于转动机构的活动端上的平推机构以及安装于平推机构的活动端上用于夹持钻杆的夹持机构，转动机构的活动端在竖直平面内绕固定端转动，以带动夹持机构移动至钻杆库内或动力头的周围，平推机构的活动端沿水平方向移动，以带动夹持机构夹持的钻杆从动力头的周围移动至动力头的正下方。

Description

自动装卸钻杆装置、钻杆的装卸方法及钻机

技术领域

本发明涉及钻探设备技术领域，特别地，涉及一种自动装卸钻杆装置及钻杆的装卸方法，此外，还涉及一种钻机。

背景技术

目前，钻机是一个重要的钻探设备，钻机基本上采用人工安装和拆卸钻杆，这种方式的劳动强度高，由于钻杆的尺寸和重量均比较大且安装高度高，因此人工安装和拆卸钻杆的操作难度大，危险系数高，增加了使用成本，并且需要将钻杆从存放场地搬运到钻探场地进行安装，钻杆拆卸后又需要将钻杆从钻探场地搬回到存放场地，搬运的距离远，增加了劳动成本，并且十分不方便。

发明内容

本发明提供了一种自动装卸钻杆装置、钻杆的装卸方法及钻机，以解决钻机采用人工安装和拆卸钻杆操作难度大的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种自动装卸钻杆装置，用于钻机上钻杆的安装和拆卸，包括安装于钻机平台上的用于存放钻杆的钻杆库以及安装于钻机上的机械手，机械手用于将钻杆库中的钻杆取出并安装于钻机的动力头上或者将钻机的动力头上的钻杆拆除后放入钻杆库中，机械手包括固定端安装于钻机平台上的转动机构、安装于转动机构的活动端上的平推机构以及安装于平推机构的活动端上用于夹持钻杆的夹持机构，转动机构的活动端在竖直平面内绕固定端转动，以带动夹持机构移动至钻杆库内或动力头的周围，平推机构的活动端沿水平方向移动，以带动夹持机构夹持的钻杆从动力头的周围移动至动力头的正下方。

进一步地，转动机构包括固定于钻机平台上的支撑座、铰接于支撑座上且折弯内侧朝向钻杆库的直角架以及用于推拉直角架绕支撑座转动的第一推拉油缸，直角架包括铰接于支撑座上并与第一推拉油缸的活动端铰接的水平杆以及与水平杆垂直连接的用于安装平推机构的竖直杆，第一推拉油缸的固定端铰接于钻机平台上，第一推拉油缸的活动端推拉所述水平杆，以使竖直杆转动至钻杆库内或转动至竖直状态并位于动力头的周围。

进一步地，钻机平台上设有用于对转动至竖直状态的竖直杆进行限位的限位座。

进一步地，平推机构包括固定于转动机构的活动端上的第一滑移轨道、与第一滑移轨道滑动连接的用于安装夹持机构的滑动杆、与第一滑移轨道的端部铰接的第二滑移轨道、铰接于转动机构的活动端上用于推动第二滑移轨道转动至第一滑移轨道的端部的第二推拉油缸以及铰接于第一滑移轨道上用于推动滑动杆在第一滑移轨道和第二滑移轨道构成的组合轨道上滑动的第三推拉油缸。

进一步地，第三推拉油缸推动滑动杆在第一滑移轨道和第二滑移轨道上滑动的最大行程等于第三推拉油缸的最大行程。

进一步地，夹持机构包括铰接于平推机构的活动端上的安装座、设于安装座上的夹持器以及用于控制夹持器夹紧或松开的夹持油缸。

进一步地，多根钻杆沿钻杆库的宽度方向排布于钻杆库内，钻机平台上沿钻杆库的宽度方向设有用于安装钻杆库的滑动导轨以及用于驱动钻杆库沿滑动导轨滑动的滑动油缸。

进一步地，转动机构的控制端、平推机构的控制端以及夹持机构的控制端均与钻机的控制系统连接。

本发明还提供一种钻杆的装卸方法，采用上述自动装卸钻杆装置进行钻机上钻杆的安装和拆卸，包括以下步骤：启动转动机构将夹持机构转动至钻杆库内后停止，并调节夹持机构，将钻杆夹持固定；再次启动转动机构将夹持机构转动至动力头周围后停止；暂停转动机构并启动平推机构，将夹持机构夹持的钻杆从动力头的周围推至动力头的正下方后暂停平推机构，将动力头向下转动，使动力头与钻杆连接；动力头与钻杆初步连接后调节夹持机构，将钻杆松开，并重新启动平推机构，将夹持机构拉回至初始位置后停止，将动力头向下移动，使动力头与钻杆完全连接后进行钻探；钻探完成后，将动力头向上移动至初始位置处，启动平推机构将夹持机构推动至动力头下方后停止，并调节夹持机构将钻杆夹持固定，将动力头向上转动使钻杆与动力头分离，再次启动平推机构，将夹持机构夹持的钻杆从动力头的正下方拉回至动力头周围后停止；启动转动机构将夹持机构转动至钻杆库内后停止，并调节夹持机构，将钻杆松开。

本发明还提供一种钻机，包括权上述自动装卸钻杆装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明的自动装卸钻杆装置，通过在钻机平台上设置钻杆库存放钻杆，再通过设置机械手将钻杆库中的钻杆取出并安装于钻机的动力头上或者将钻机的动力头上的钻杆拆除后放入钻杆库中；安装钻杆时，转动机构的活动端在竖直平面内转动，带动夹持机构转动至钻杆库内，通过夹持机构夹持钻杆后，通过转动机构带动夹持机构转动至动力头的周围，然后通过平推机构的活动端沿水平方向移动，从而带动夹持机构夹持的钻杆从动力头的周围移动至动力头的正下方，最后通过动力头向下转动后与钻杆对接，将夹持机构松开钻杆并通过平推机构带动夹持机构返回至初始位置，因此钻杆安装于动力头上后向下转动进行钻探时，平推机构、转动机构以及夹持机构不会对动力头的移动造成干涉，拆卸钻杆则通过平推机构、转动机构以及夹持机构逆行程将钻杆拆卸后置于钻杆库内，钻杆的安装和拆卸的整个操作过程，简单便捷，安全可靠。

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是本发明优选实施例的自动装卸钻杆装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的自动装卸钻杆装置的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的平推机构的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的平推机构的结构示意图。

图例说明：

1、钻杆库；11、滑动导轨；12、滑动油缸；2、转动机构；21、支撑座；22、直角架；23、第一推拉油缸；3、平推机构；31、第一滑移轨道；32、滑动杆；33、第二滑移轨道；34、第二推拉油缸；35、第三推拉油缸；4、夹持机构；41、安装座；42、夹持器；43、夹持油缸；5、限位座。

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，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的自动装卸钻杆装置的结构示意图；图2是本发明优选实施例的自动装卸钻杆装置的结构示意图；图3是本发明优选实施例的平推机构的结构示意图；图4是本发明优选实施例的平推机构的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例的自动装卸钻杆装置，用于钻机上钻杆的安装和拆卸，包括安装于钻机平台上的用于存放钻杆的钻杆库1以及安装于钻机上的机械手，机械手用于将钻杆库1中的钻杆取出并安装于钻机的动力头上或者将钻机的动力头上的钻杆拆除后放入钻杆库1中，机械手包括固定端安装于钻机平台上的转动机构2、安装于转动机构2的活动端上的平推机构3以及安装于平推机构3的活动端上用于夹持钻杆的夹持机构4，转动机构2的活动端在竖直平面内转动，以带动夹持机构4移动至钻杆库1内或动力头的周围，平推机构3的活动端沿水平方向移动，以带动夹持机构4夹持的钻杆从动力头的周围移动至动力头的正下方。本发明的自动装卸钻杆装置，通过在钻机平台上设置钻杆库1存放钻杆，再通过设置机械手将钻杆库1中的钻杆取出并安装于钻机的动力头上或者将钻机的动力头上的钻杆拆除后放入钻杆库1中；安装钻杆时，转动机构2的活动端在竖直平面内转动，带动夹持机构4转动至钻杆库1内，通过夹持机构4夹持钻杆后，通过转动机构2带动夹持机构4转动至动力头的周围，然后通过平推机构3的活动端沿水平方向移动，从而带动夹持机构4夹持的钻杆从动力头的周围移动至动力头的正下方，最后通过动力头向下转动后与钻杆对接，将夹持机构4松开钻杆并通过平推机构3带动夹持机构4返回至初始位置，因此钻杆安装于动力头上后向下转动进行钻探时，平推机构3、转动机构2以及夹持机构4不会对动力头的移动造成干涉，拆卸钻杆则通过平推机构3、转动机构2以及夹持机构4逆行程将钻杆拆卸后置于钻杆库1内，钻杆的安装和拆卸的整个操作过程，简单便捷，安全可靠。可选地，钻杆库1和机械手安装于移动车的平台上，将移动车移动至钻机附近，通过机械手将钻杆库1中的钻杆抓取至动力头下方进行安装或者将动力头下方的钻杆拆卸后抓取至钻杆库1内。

如图1和图2所示，转动机构2包括固定于钻机平台上的支撑座21、铰接于支撑座21上且折弯内侧朝向钻杆库1的直角架22以及用于推拉直角架22绕支撑座21转动的第一推拉油缸23，所述直角架22包括铰接于支撑座21上并与第一推拉油缸23的活动端铰接的水平杆以及与水平杆垂直连接的用于安装平推机构3的竖直杆，第一推拉油缸23的固定端铰接于钻机平台上，所述第一推拉油缸23的活动端推拉水平杆，以使竖直杆转动至钻杆库1内或转动至竖直状态并位于动力头的周围。

如图1和图2所示，钻机平台上设有用于对转动至竖直状态的竖直杆进行限位的限位座5。通过第一推拉油缸23的活动端拉动水平杆，使竖直杆从钻杆库1的上方转动至竖直状态，同时，竖直杆的底端抵靠于限位座5上，从而避免竖直杆继续转动，确保竖直杆和夹持机构4夹持的钻杆均处于竖直状态，进而确保夹持机构4夹持的钻杆通过平推机构3移动至动力头的正下方后与动力头连接。

如图3和图4所示，平推机构3包括固定于转动机构2的活动端上的第一滑移轨道31、与第一滑移轨道31滑动连接的用于安装夹持机构4的滑动杆32、与第一滑移轨道31的端部铰接的第二滑移轨道33、铰接于转动机构2的活动端上用于推动第二滑移轨道33转动以使第二滑移轨道33沿第一滑移轨道31的延伸方向铺设的第二推拉油缸34以及铰接于第一滑移轨道31上用于推动滑动杆32在第一滑移轨道31和第二滑移轨道33构成的组合轨道上滑动的第三推拉油缸35。钻杆安装时，通过转动机构2将夹持机构4夹持的钻杆移动至动力头周围后，首先通过第二推拉油缸34推动第二滑移轨道33，第二滑移轨道33绕第一滑移轨道31的端部转动后与第一滑移轨道31拼接，再通过第三推拉油缸35推动滑动杆32，直至夹持机构4夹持的钻杆移动至动力的正下方，钻杆与动力头对接后则通过第三推拉油缸35将滑动杆32沿第二滑移轨道33和第一滑移轨道31返回至初始位置，并通过第二推拉油缸34将第二滑移轨道33拉回，因此在动力头带动钻杆向下转动进行钻探的过程中，第二滑移轨道33、滑动杆32以及安装于滑动杆32上的夹持机构4不会动力头和钻杆的运动造成干涉。在本实施例中，第三推拉油缸35推动滑动杆32在第一滑移轨道31和第二滑移轨道33上滑动的最大行程等于第三推拉油缸35的最大行程。当第三推拉油缸35的活动端移动至最大行程时，滑动杆32正好沿第一滑移轨道31和第二滑移轨道33上滑动至动力头的正下方。可选地，动力头上设有定位装置。定位装置和第三推拉油缸35的控制端分别与钻机的控制系统连接。当定位装置感应到夹持机构4夹持移动至动力头的正下方时将感应信号传输至钻机的控制系统，通过控制系统控制第三推拉油缸35停止推动滑动杆32。

如图1和图2所示，夹持机构4包括铰接于平推机构3的活动端上的安装座41、设于安装座41上的夹持器42以及用于控制夹持器42夹紧或松开的夹持油缸43。

安装座41铰接于滑动杆32上，由于夹持机构4的自身重力作用，使安装座41上的多个夹持油缸43均保持水平，从而将水平放置于钻杆库1内的钻杆夹持。

如图1和图2所示，多根钻杆沿钻杆库1的宽度方向排布于钻杆库1内，钻机平台上沿钻杆库1的宽度方向设有用于安装钻杆库1的滑动导轨11以及用于驱动钻杆库1沿滑动导轨11滑动的滑动油缸12。多根滑动导轨11沿钻杆库1的长度方向排布于钻机平台上，通过滑动油缸12推动钻杆库1沿滑动导轨11滑动，以使不同位置处的钻杆移动至夹持机构4下方。可选地，钻杆库1内沿宽度方向设有多个隔板以形成分别用于存放不同尺寸的钻杆的存放格。通过滑动油缸12推动钻杆库1沿滑动导轨11滑动，从而将装有对应尺寸的钻杆的存放格滑动至夹持机构4下方，通过夹持机构4将对应尺寸的钻杆夹持后移动至动力头的正下方进行安装。通过将钻杆库1设置不同的移动路径使不同的存放格移动至夹持机构4的下方，从而抓取不同存放格内的钻杆。

转动机构2的控制端、平推机构3的控制端以及夹持机构4的控制端均与钻机的控制系统连接。可选地，自动装卸钻杆装置包括用于控制调节转动机构2的控制端、平推机构3的控制端以及夹持机构4的控制系统。可选地，自动装卸钻杆装置包括用于控制调节转动机构2、平推机构3以及夹持机构4的控制系统。可选地，自动装卸钻杆装置包括用于控制调节转动机构2的第一控制模块、用于控制平推机构3的第二控制模块以及用于控制夹持机构4的第三控制模块。

本实施例的钻杆的装卸方法，采用上述自动装卸钻杆装置进行钻机上钻杆的安装和拆卸，包括以下步骤：启动转动机构2将夹持机构4转动至钻杆库1内后停止，并调节夹持机构4，将钻杆夹持固定；再次启动转动机构2将夹持机构4转动至动力头周围后停止；暂停转动机构2并启动平推机构3，将夹持机构4夹持的钻杆从动力头的周围推至动力头的正下方后暂停平推机构3，将动力头向下转动，使动力头与钻杆连接；动力头与钻杆初步连接后调节夹持机构4，将钻杆松开，并重新启动平推机构3，将夹持机构4拉回至初始位置后停止，将动力头向下移动，使动力头与钻杆完全连接后进行钻探；钻探完成后，将动力头向上移动至初始位置处，启动平推机构3将夹持机构4推动至动力头下方后停止，并调节夹持机构4将钻杆夹持固定，将动力头向上转动使钻杆与动力头分离，再次启动平推机构3，将夹持机构4夹持的钻杆从动力头的正下方拉回至动力头周围后停止；启动转动机构2将夹持机构4转动至钻杆库1内后停止，并调节夹持机构4，将钻杆松开。在本实施例中，动力头的安装座41和钻杆的安装端均设有丝扣结构。安装钻杆时，通过将动力头顺时转动后与钻杆连接。拆卸钻杆时，通过将动力头逆时针转动后与钻杆分离。

本实施例的钻机，包括上述自动装卸钻杆装置。在本实施例中，钻机为全液压钻机，自动装卸钻杆装置也均采用液压驱动。通过自动装卸钻杆装置实现钻杆的自动安装和拆卸，操作便捷且安全可靠，降低了钻杆安装和拆卸的时间成本和人力成本，提高了钻机的工作效率。

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 (9)

1.一种自动装卸钻杆装置，用于钻机上钻杆的安装和拆卸，其特征在于，

包括安装于钻机平台上的用于存放钻杆的钻杆库(1)以及安装于钻机上的机械手，

所述机械手用于将所述钻杆库(1)中的钻杆取出并安装于钻机的动力头上或者将钻机的动力头上的钻杆拆除后放入所述钻杆库(1)中，

所述机械手包括固定端安装于钻机平台上的转动机构(2)、安装于所述转动机构(2)的活动端上的平推机构(3)以及安装于所述平推机构(3)的活动端上用于夹持钻杆的夹持机构(4)，

所述转动机构(2)的活动端在竖直平面内绕固定端转动，以带动所述夹持机构(4)移动至所述钻杆库(1)内或动力头的周围，

所述平推机构(3)的活动端沿水平方向移动，以带动所述夹持机构(4)夹持的钻杆从动力头的周围移动至动力头的正下方；

所述平推机构(3)包括固定于所述转动机构(2)的活动端上的第一滑移轨道(31)、与所述第一滑移轨道(31)滑动连接的用于安装所述夹持机构(4)的滑动杆(32)、与所述第一滑移轨道(31)的端部铰接的第二滑移轨道(33)、铰接于所述转动机构(2)的活动端上用于推动所述第二滑移轨道(33)转动至所述第一滑移轨道(31)的端部的第二推拉油缸(34)以及铰接于所述第一滑移轨道(31)上用于推动所述滑动杆(32)在所述第一滑移轨道(31)和所述第二滑移轨道(33)构成的组合轨道上滑动的第三推拉油缸(35)。

2.根据权利要求1所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于，

所述转动机构(2)包括固定于钻机平台上的支撑座(21)、铰接于所述支撑座(21)上且折弯内侧朝向所述钻杆库(1)的直角架(22)以及用于推拉所述直角架(22)绕所述支撑座(21)转动的第一推拉油缸(23)，

所述直角架(22)包括铰接于所述支撑座(21)上并与所述第一推拉油缸(23)的活动端铰接的水平杆以及与所述水平杆垂直连接的用于安装所述平推机构(3)的竖直杆，

所述第一推拉油缸(23)的固定端铰接于钻机平台上，所述第一推拉油缸(23)的活动端推拉所述水平杆，以使所述竖直杆转动至所述钻杆库(1)内或转动至竖直状态并位于动力头的周围。

3.根据权利要求2所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于，

钻机平台上设有用于对转动至竖直状态的所述竖直杆进行限位的限位座(5)。

4.根据权利要求1所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于，

所述第三推拉油缸(35)推动所述滑动杆(32)在所述第一滑移轨道(31)和所述第二滑移轨道(33)上滑动的最大行程等于所述第三推拉油缸(35)的最大行程。

5.根据权利要求1所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于，

所述夹持机构(4)包括铰接于所述平推机构(3)的活动端上的安装座(41)、设于所述安装座(41)上的夹持器(42)以及用于控制所述夹持器(42)夹紧或松开的夹持油缸(43)。

6.根据权利要求1所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于，

多根钻杆沿所述钻杆库(1)的宽度方向排布于所述钻杆库(1)内，钻机平台上沿所述钻杆库(1)的宽度方向设有用于安装所述钻杆库(1)的滑动导轨(11)以及用于驱动所述钻杆库(1)沿所述滑动导轨(11)滑动的滑动油缸(12)。

7.根据权利要求1所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于，

所述转动机构(2)的控制端、所述平推机构(3)的控制端以及所述夹持机构(4)的控制端均与钻机的控制系统连接。

8.一种钻杆的装卸方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述的自动装卸钻杆装置进行钻机上钻杆的安装和拆卸，包括以下步骤：

启动所述转动机构(2)将所述夹持机构(4)转动至所述钻杆库(1)内后停止，并调节所述夹持机构(4)，将钻杆夹持固定；

再次启动所述转动机构(2)将所述夹持机构(4)转动至动力头周围后停止；

暂停所述转动机构(2)并启动所述平推机构(3)，将所述夹持机构(4)夹持的钻杆从动力头的周围推至动力头的正下方后暂停所述平推机构(3)，将动力头向下转动，使动力头与钻杆连接；

动力头与钻杆初步连接后调节所述夹持机构(4)，将钻杆松开，并重新启动所述平推机构(3)，将所述夹持机构(4)拉回至初始位置后停止，将动力头向下移动，使动力头与钻杆完全连接后进行钻探；

钻探完成后，将动力头向上移动至初始位置处，启动所述平推机构(3)将所述夹持机构(4)推动至动力头下方后停止，并调节所述夹持机构(4)将钻杆夹持固定，将动力头向上转动使钻杆与动力头分离，再次启动所述平推机构(3)，将所述夹持机构(4)夹持的钻杆从动力头的正下方拉回至动力头周围后停止；

启动所述转动机构(2)将所述夹持机构(4)转动至所述钻杆库(1)内后停止，并调节所述夹持机构(4)，将钻杆松开。

9.一种钻机，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的自动装卸钻杆装置。

Images