CN110206499B - 一种换杆装置柔性夹持器与钻杆自动对中系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换杆装置柔性夹持器与钻杆自动对中系统及方法，柔性夹持器包括支撑臂、夹持油缸、卡瓦、支撑架、第一弹性体、第二弹性体和第三弹性体；以上三个弹性体为夹持器及钻杆提供了左右移动、绕旋转销轴转动及上下移动三个自由度。钻杆自动对中系统包括柔性夹持器、各传感器及控制器组成的电液控制系统，通过电液控制实现了车载钻机工作中钻杆与动力头自动快速对接，且能为上卸丝扣提供上下、左右、前后及与钻杆轴线垂直方向的旋转四个自由度，以补偿因动力头及钻杆晃动、换杆装置与钻机相对位置偏差、控制系统误差累积等引起的各方向偏差，解决了丝扣损伤、烧结的难题，利于减少动力头短接及钻杆消耗，缩小钻进辅助时间及生产工期。

Description

一种换杆装置柔性夹持器与钻杆自动对中系统及方法

技术领域

本发明属于钻探装备技术领域，具体涉及一种换杆装置柔性夹持器与钻杆自动对中系统及方法。

背景技术

目前，国内外车载钻机动力头与钻杆对接需钻机司钻人员和换杆装置操纵人员共同配合完成。换杆装置操作人员将钻杆抬升至某一位置后，钻机司钻调整动力头高度和翘起角度至动力头和钻杆轴心在一条直线上，动力头正转实现上扣。

使用过程中，换杆装置存在换杆时车载钻机动力头与钻杆轴线对中时间长、对中精度低的难题，对中后动力头及钻杆晃动、换杆装置与钻机相对位置偏差、控制系统误差累积等引起的动力头轴心与钻杆轴线上下、左右、前后及与钻杆轴线垂直方向的转动共4个方向的偏差，引起钻杆丝扣损伤，甚至烧结。上述问题将导致动力头短接及钻杆过度消耗，同时加长了钻机钻进辅助时间，延长生产工期。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种换杆装置柔性夹持器与钻杆自动对中系统及方法，克服现有动力头与钻杆轴线对中时间长、对中精度低，钻杆丝扣易损伤、烧结等缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种换杆装置柔性夹持器，包括两个支撑臂、连接在两个支撑臂之间且位于支撑臂下部的夹持油缸、分别设在两个支撑臂上部的卡瓦片以及套在支撑臂中部的支撑架；所述夹持油缸垂直于两个卡瓦片组成的卡瓦的中心通孔的中心轴线；所述卡瓦片与支撑臂之间活动连接；在两个卡瓦片的下部设有竖向的第一弹性体，第一弹性体的下部设在支撑臂的内部横板上，以实现卡瓦在竖向小距离自由移动；

两个支撑臂均与所述支撑架通过销轴可转动连接；销轴的中心轴线与夹持油缸垂直，通过夹持油缸的伸缩使两个支撑臂绕销轴旋转，从而实现位于支撑臂上部的两个卡瓦片的靠近和远离，即实现对钻杆夹持和松开的动作；

在所述支撑架的侧壁上固定有上连接组件，上连接组件下端通过平行于夹持油缸的旋转销轴铰接有下连接组件，在上连接组件和下连接组件之间设有安装在下连接组件上部的竖向的第二弹性体，且第二弹性体的上端与上连接组件的下表面接触；第二弹性体位于支撑臂与旋转销轴之间，以使上连接组件带动支撑臂和卡瓦通过第二弹性体实现绕旋转销轴小角度自由转动；

在所述旋转销轴上同轴设有水平布设的第三弹性体，且第三弹性体垂直于两个卡瓦片组成的卡瓦的中心通孔的中心轴线，以使上连接组件带动支撑臂和卡瓦实现左右小距离自由移动。

具体的，所述支撑臂包括两个相互平行且靠近的支撑板，所述卡瓦片平行夹在两个支撑板之间，在卡瓦片下方设有所述内部横板，内部横板垂直设在两个支撑板之间；在所述卡瓦片的底面设有圆形槽；

在支撑板上设有贯通槽，贯通槽内贯穿有滑动销轴，滑动销轴垂直于支撑板且穿过贯通槽和卡瓦片，以将卡瓦片可竖向移动固定在两个支撑板之间。

更具体的，所述第一弹性体包括第一带帽螺纹销、同轴套在第一带帽螺纹销上的多个第一碟簧以及套在多个第一碟簧组成的筒形碟簧组上部的套筒；

所述第一带帽螺纹销的带帽端伸入圆形槽槽底，第一带帽螺纹销的下端穿过所述内部横板并通过螺母固定；所述套筒上端设有限位环，套筒过盈配合安装在圆形槽内；所述第一带帽螺纹销的螺帽位于限位环上方，所述多个第一碟簧填充在限位环与内部横板之间。

可选地，所述上连接组件包括紧贴并固定在支撑架侧壁上的上连接竖板和垂直连接在上连接竖板下端的上水平板；

所述下连接组件包括位于上水平板正下方且平行于上水平板的下水平板和垂直连接在下水平板端部且平行于上连接竖板的下连接竖板；

所述上水平板和下水平板之间通过所述旋转销轴铰接，所述旋转销轴位于上连接竖板所在平面和下连接竖板所在平面之间；在所述下水平板上设所述第二弹性体，且第二弹性体的上端与上水平板的下表面接触，所述第二弹性体位于上连接竖板所在平面和旋转销轴之间。

可选地，所述第二弹性体包括第二带帽螺纹销和同轴套在第二带帽螺纹销上的多个第二碟簧；所述第二带帽螺纹销的螺帽与上水平板接触，第二带帽螺纹销的下端穿过下水平板并通过螺母固定；所述多个第二碟簧填充在第二带帽螺纹销的螺帽与下水平板之间。

可选地，在所述上水平板下表面设有两个相互平行且均垂直于上水平板的上铰接座；

在下水平板的上表面设有两个相互平行且均垂直于下水平板的下铰接座；

所述旋转销轴贯穿并连接上铰接座和下铰接座，相邻的上铰接座和下铰接座之间设有贯穿在旋转销轴上的所述第三弹性体；

在所述上连接竖板和上水平板之间以及下连接竖板和下水平板之间均设有三角形的加劲板，用以使上连接竖板和上水平板以及下连接竖板和下水平板之间能紧固连接。

可选地，所述第三弹性体包括多个第三碟簧，第三碟簧设在相邻的上铰接座和下铰接座之间，并同轴套在所述旋转销轴上。

优选的，所述支撑架为方形贯通筒状结构，两个支撑臂位于同一平面内且均夹在支撑架的前后壁之间，使两个支撑臂限位在支撑架的前后壁之间并能以销轴为旋转轴进行旋转，实现支撑臂上部两个卡瓦片靠近和张开。

更进一步的，在支撑臂的侧壁上设有限位斜块，用以限制两个支撑臂的旋转角度，防止支撑臂旋转角度过大造成两个支撑臂上部的两个卡瓦片之间的距离过近或过远。

本发明还提供一种钻杆自动对中系统，包括机身、位于机身上方且一端与机身端部铰接的钻杆给进机身、连接在机身与钻杆给进机身之间的斜撑油缸以及平行设在钻杆给进机身上部的前推油缸；还包所述的柔性夹持器，所述柔性夹持器设在前推油缸的端部；且所述下连接竖板垂直固定在前推油缸的端部；

该换杆装置还包括设在平行设在钻杆给进机身上的机身倾角传感器、用以安装在动力头上的动力头倾角传感器、用以安装在动力头前端的转速传感器和垂直红外测距传感器、用以安装在桅杆上的水平红外测距传感器、用以控制斜撑油缸的电磁换向阀X、电磁换向阀Y、电磁换向阀Z和液控单向阀以及连接并控制上述各传感器的控制器；

所述机身倾角传感器用以测量钻杆倾角α；

所述动力头倾角传感器用以测量动力头翻转角度β；

所述转速传感器用以测量动力头转速；

所述垂直红外测距传感器用以测量动力头离地高度H；

所述水平红外测距传感器用以测量换杆装置与车载钻机机架距离L1；

所述动力头倾角传感器平行于动力头的中心轴线。

本发明还提供一种钻杆自动对中系统的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

第一步：将动力头翻转至动力头中心轴线与竖向的夹角为角度β，动力头倾角传感器测量动力头翻转角度β，水平红外测距传感器测量换杆装置与车载钻机机架之间的水平距离L1；控制器接收信号L1、β，计算动力头离地高度H值，H＝(L1+L2)cotβ，H值与垂直红外测距传感器测得的动力头离地高度信号h进行对比，若信号h大于计算H值，则动力头向下运动，反之向上运动，直至信号h与计算值H相等；通过逻辑控制使动力头高度随动力头翻转角度变化；

所述L2为换杆装置前端与机身和钻杆给进机身的铰接点之间的距离，且为定值；

第二步：控制器接收角度信号钻杆与水平线夹角α、动力头翻转角度β，当α+β＞90°时，使电磁换向阀Y处于上位，斜撑油缸杠杆回缩，钻杆倾角变小；当α+β＝90°时，使电磁换向阀Y处于中位，液控单向阀截止，钻杆倾角不变；当α+β＜90°时，使电磁换向阀Y处于下位，斜撑油缸杠杆伸长，钻杆倾角变大直到α+β＝90°，至此钻杆与动力头轴线完成自动快速对中；通过逻辑控制使钻杆倾角随动力头翻转角度变化；

第三步：司钻操纵换杆装置前推油缸至合适长度后动力头正转，实现动力头短接头与钻杆接头上扣，在此过程中前推油缸浮动打开，连同柔性夹持器的第一弹性体、第二弹性体和第三弹性体产生的三个方向自由度，为钻杆提供四个方向的柔性保护，避免丝扣损伤；转速传感器安装于动力头前端，当动力头转速不为零(正转、反转理解为上扣、卸扣)时产生电信号，经控制器处理后控制电磁换向阀X处于左位，电磁换向阀Z处于中位(Y形位)，使前推油缸处于浮动状态，实现钻杆前后小距离自由运动，钻杆获得前后方向自由度。反之，当动力头转速为零时，电磁换向阀X处于右位，前推油缸浮动功能关闭，可防止钻杆在起立下放等运动状态下滑。钻杆上扣瞬间，动力头正转与短接头丝扣连接上之前，因钻杆与换杆装置机身钻杆托板的摩擦力亦可防止钻杆在静止状态下滑；

第四步：卸杆过程与上述操作步骤相反。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明通过电液控制实现了车载钻机工作中钻杆与动力头短接头自动快速对接，为上卸丝扣提供了上下、左右、前后及与钻杆轴线垂直方向的旋转四个自由度，以补偿因动力头及钻杆晃动、换杆装置与钻机相对位置偏差、控制系统误差累积等引起的各方向偏差，解决了丝扣损伤、烧结的难题，利于减少动力头短接及钻杆消耗，缩小钻进辅助时间及生产工期。

(Ⅱ)本发明在两个卡瓦片的下部设有竖向的第一弹性体，第一弹性体的下部设在支撑臂的内部横板上，以实现卡瓦在竖向小距离自由移动；本发明在上连接组件下端通过平行于夹持油缸的旋转销轴铰接有下连接组件，在上连接组件和下连接组件之间设有安装在下连接组件上部的竖向的第二弹性体，且第二弹性体的上端与上连接组件的下表面接触；第二弹性体位于支撑臂与旋转销轴之间，以使上连接组件带动支撑臂和卡瓦通过第二弹性体实现绕旋转销轴小角度自由转动；在旋转销轴上同轴设有水平布设的第三弹性体，且第三弹性体垂直于两个卡瓦片组成的卡瓦的中心通孔的中心轴线，以使上连接组件带动支撑臂和卡瓦实现左右小距离自由移动。以上三个弹性体为夹持器及钻杆提供了左右移动、绕旋转销轴转动及上下移动三个自由度的多自由度补偿系统。

(Ⅲ)本发明的钻杆自动对中系统包括设在平行设在钻杆给进机身上的机身倾角传感器、用以安装在动力头上的动力头倾角传感器、用以安装在动力头前端的转速传感器和垂直红外测距传感器、用以安装在桅杆上的水平红外测距传感器、用以控制斜撑油缸的电磁换向阀X、电磁换向阀Y和电磁换向阀Z以及连接并控制上述各传感器的控制器；机身倾角传感器用以测量钻杆倾角α；动力头倾角传感器用以测量动力头翻转角度β；转速传感器用以测量动力头转速；垂直红外测距传感器用以测量动力头离地高度H；水平红外测距传感器用以测量换杆装置与车载钻机机架距离L1；动力头倾角传感器平行于动力头的中心轴线。通过电液控制实现了车载钻机工作中钻杆与动力头短接头自动快速对接。

附图说明

图1为本发明柔性夹持器的整体结构示意图。

图2为本发明柔性夹持器的主视图结构示意图。

图3为本发明柔性夹持器的后视图结构示意图。

图4为本发明柔性夹持器的侧视图结构示意图。

图5为本发明换杆装置的整体结构示意图。

图6为本发明的换杆装置的控制原理图。

图中各标号表示为：1-支撑臂，2-夹持油缸，3-支撑架，4-卡瓦，5-第一弹性体，6-上连接组件，7-旋转销轴，8-下连接组件，9-第二弹性体，10-第三弹性体；

11-内部横板，12-支撑板，13-贯通槽，14-滑动销轴，15-限位斜块；

31-销轴；41-圆形槽；51-第一带帽螺纹销，52-第一碟簧，53-套筒；

61-上连接竖板，62-上水平板，63-上铰接座；

81-下水平板，82-下连接竖板，83-下铰接座；

91-第二带帽螺纹销，92-第二碟簧；

100-机身，101-钻杆给进机身，102-斜撑油缸，103-前推油缸，104-柔性夹持器，105-机身倾角传感器，106-动力头，107-动力头倾角传感器，108-转速传感器，109-垂直红外测距传感器，110-水平红外测距传感器，111-电磁换向阀X，112-电磁换向阀Y，113-电磁换向阀Z，114-控制器，115-钻杆，116-液控单向阀。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例提供一种换杆装置柔性夹持器，包括两个支撑臂1、连接在两个支撑臂1之间且位于支撑臂1下部的夹持油缸2、分别设在两个支撑臂1上部的卡瓦片以及套在支撑臂1中部的支撑架3；夹持油缸2垂直于两个卡瓦片组成的卡瓦4的中心通孔的中心轴线；卡瓦片与支撑臂1之间活动连接；在两个卡瓦片的下部设有竖向的第一弹性体5，第一弹性体5的下部设在支撑臂1的内部横板11上，以实现卡瓦4在竖向小距离自由移动；两个支撑臂1均与支撑架3通过销轴31可转动连接；销轴31的中心轴线与夹持油缸2垂直，通过夹持油缸2的伸缩使两个支撑臂1绕销轴31旋转，从而实现位于支撑臂1上部的两个卡瓦片的靠近和远离，即实现对钻杆夹持和松开的动作；在支撑架3的侧壁上固定有上连接组件6，上连接组件6下端通过平行于夹持油缸2的旋转销轴7铰接有下连接组件8，在上连接组件6和下连接组件8之间设有安装在下连接组件8上部的竖向的第二弹性体9，且第二弹性体9的上端与上连接组件6的下表面接触；第二弹性体9位于支撑臂1与旋转销轴7之间，以使上连接组件6带动支撑臂1和卡瓦4通过第二弹性体9实现绕旋转销轴7小角度自由转动；在旋转销轴7上同轴设有水平布设的第三弹性体10，且第三弹性体10垂直于两个卡瓦片组成的卡瓦4的中心通孔的中心轴线，以使上连接组件6带动支撑臂1和卡瓦4实现左右小距离自由移动。

本实施例中，支撑臂1包括两个相互平行且靠近的支撑板12，卡瓦片平行夹在两个支撑板12之间，在卡瓦片下方设有内部横板11，内部横板11垂直设在两个支撑板12之间；在卡瓦片的底面设有圆形槽41；在支撑板12上设有贯通槽13，贯通槽13内贯穿有滑动销轴14，滑动销轴14垂直于支撑板12且穿过贯通槽13和卡瓦片，以将卡瓦片可竖向移动固定在两个支撑板12之间。

具体的，第一弹性体5包括第一带帽螺纹销51、同轴套在第一带帽螺纹销上的多个第一碟簧52以及套在多个第一碟簧52组成的筒形碟簧组上部的套筒53；第一带帽螺纹销51的带帽端伸入圆形槽41槽底，第一带帽螺纹销51的下端穿过内部横板11并通过螺母固定；套筒53上端设有限位环，套筒53过盈配合安装在圆形槽41内；第一带帽螺纹销51的螺帽位于限位环上方，多个第一碟簧52填充在限位环与内部横板11之间。

上连接组件6包括紧贴并固定在支撑架3侧壁上的上连接竖板61和垂直连接在上连接竖板61下端的上水平板62；下连接组件8包括位于上水平板62正下方且平行于上水平板62的下水平板81和垂直连接在下水平板81端部且平行于上连接竖板61的下连接竖板82；上水平板62和下水平板81之间通过旋转销轴7铰接，旋转销轴7位于上连接竖板61所在平面和下连接竖板82所在平面之间；在下水平板81上设第二弹性体9，且第二弹性体9的上端与上水平板62的下表面接触，第二弹性体9位于上连接竖板61所在平面和旋转销轴7之间。

第二弹性体9包括第二带帽螺纹销91和同轴套在第二带帽螺纹销91上的多个第二碟簧92；第二带帽螺纹销91的螺帽与上水平板62接触，第二带帽螺纹销91的下端穿过下水平板81并通过螺母固定；多个第二碟簧92填充在第二带帽螺纹销91的螺帽与下水平板81之间。

在上水平板62下表面设有两个相互平行且均垂直于上水平板62的上铰接座63；在下水平板81的上表面设有两个相互平行且均垂直于下水平板81的下铰接座83；旋转销轴7贯穿并连接上铰接座63和下铰接座83，相邻的上铰接座63和下铰接座83之间设有贯穿在旋转销轴7上的第三弹性体10；在上连接竖板61和上水平板62之间以及下连接竖板82和下水平板81之间均设有三角形的加劲板，用以使上连接竖板61和上水平板62以及下连接竖板82和下水平板81之间能紧固连接。

第三弹性体10包括多个第三碟簧，第三碟簧设在相邻的上铰接座63和下铰接座83之间，并同轴套在旋转销轴7上。

优选的，支撑架3为方形贯通筒状结构，两个支撑臂1位于同一平面内且均夹在支撑架3的前后壁之间，使两个支撑臂1限位在支撑架3的前后壁之间并能以销轴31为旋转轴进行旋转，实现支撑臂1上部两个卡瓦片靠近和张开。

更进一步的，在支撑臂1的侧壁上设有限位斜块15，用以限制两个支撑臂1的旋转角度，防止支撑臂1旋转角度过大造成两个支撑臂1上部的两个卡瓦片之间的距离过近或过远。

实施例2：

如图5至图6所示，本实施例提供一种钻杆自动对中系统，包括机身100、位于机身100上方且一端与机身100端部铰接的钻杆给进机身101、连接在机身100与钻杆给进机身101之间的斜撑油缸102以及平行设在钻杆给进机身101上部的前推油缸103；还包括实施例1中的柔性夹持器104，柔性夹持器104设在前推油缸103的端部；且下连接竖板82垂直固定在前推油缸103的端部；该换杆装置还包括设在平行设在钻杆给进机身101上的机身倾角传感器105、用以安装在动力头106上的动力头倾角传感器107、用以安装在动力头106前端的转速传感器108和垂直红外测距传感器109、用以安装在桅杆上的水平红外测距传感器110、用以控制斜撑油缸102的电磁换向阀X111、电磁换向阀Y112、电磁换向阀Z113和液控单向阀116以及连接并控制上述各传感器的控制器114。

具体的，机身倾角传感器105用以测量钻杆倾角α；动力头倾角传感器107用以测量动力头106翻转角度β；转速传感器108用以测量动力头106转速；垂直红外测距传感器109用以测量动力头106离地高度H；水平红外测距传感器110用以测量换杆装置与车载钻机机架距离L1；动力头倾角传感器107平行于动力头106的中心轴线。

实施例3：

如图1至图6所示，本实施例提供一种钻杆自动对中系统的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

第一步：将动力头翻转至动力头中心轴线与竖向的夹角为角度β，动力头倾角传感器测量动力头翻转角度β，水平红外测距传感器测量换杆装置与车载钻机机架之间的水平距离L1；控制器接收信号L1、β，计算动力头离地高度H值，H＝(L1+L2)cotβ，H值与垂直红外测距传感器测得的动力头离地高度信号h进行对比，若信号h大于计算H值，则动力头向下运动，反之向上运动，直至信号h与计算值H相等；通过逻辑控制使动力头高度随动力头翻转角度变化；

L2为换杆装置前端与机身和钻杆给进机身的铰接点之间的距离，且为定值；

第二步：控制器接收角度信号钻杆与水平线夹角α、动力头翻转角度β，当α+β＞90°时，使电磁换向阀Y处于上位，斜撑油缸杠杆回缩，钻杆倾角变小；当α+β＝90°时，使电磁换向阀Y处于中位，液控单向阀截止，钻杆倾角不变；当α+β＜90°时，使电磁换向阀Y处于下位，斜撑油缸杠杆伸长，钻杆倾角变大直到α+β＝90°，至此钻杆与动力头轴线完成自动快速对中；通过逻辑控制使钻杆倾角随动力头翻转角度变化；

第三步：司钻操纵换杆装置前推油缸至合适长度后动力头正转，实现动力头短接头与钻杆接头上扣，在此过程中前推油缸浮动打开，连同柔性夹持器的第一弹性体、第二弹性体和第三弹性体产生的三个方向自由度，为钻杆提供四个方向的柔性保护，避免丝扣损伤；转速传感器安装于动力头前端，当动力头转速不为零(正转、反转理解为上扣、卸扣)时产生电信号，经控制器处理后控制电磁换向阀X处于左位，电磁换向阀Z处于中位(Y形位)，使前推油缸处于浮动状态，实现钻杆前后小距离自由运动，钻杆获得前后方向自由度。反之，当动力头转速为零时，电磁换向阀X处于右位，前推油缸浮动功能关闭，可防止钻杆在起立下放等运动状态下滑。钻杆上扣瞬间，动力头正转与短接头丝扣连接上之前，因钻杆与换杆装置机身钻杆托板的摩擦力亦可防止钻杆在静止状态下滑；

第四步：卸杆过程与上述操作步骤相反。

Claims (8)

1.一种换杆装置柔性夹持器，包括两个支撑臂(1)、连接在两个支撑臂(1)之间且位于支撑臂(1)下部的夹持油缸(2)、分别设在两个支撑臂(1)上部的卡瓦片以及套在支撑臂(1)中部的支撑架(3)；所述夹持油缸(2)垂直于两个卡瓦片组成的卡瓦(4)的中心通孔的中心轴线；其特征在于，所述卡瓦片与支撑臂(1)之间活动连接；在两个卡瓦片的下部设有竖向的第一弹性体(5)，第一弹性体(5)的下部设在支撑臂(1)的内部横板(11)上；

两个支撑臂(1)均与所述支撑架(3)通过销轴(31)可转动连接；

在所述支撑架(3)的侧壁上固定有上连接组件(6)，上连接组件(6)下端通过平行于夹持油缸(2)的旋转销轴(7)铰接有下连接组件(8)，在上连接组件(6)和下连接组件(8)之间设有安装在下连接组件(8)上部的竖向的第二弹性体(9)，且第二弹性体(9)的上端与上连接组件(6)的下表面接触；第二弹性体(9)位于支撑臂(1)与旋转销轴(7)之间；

在所述旋转销轴(7)上同轴设有水平布设的第三弹性体(10)；

所述支撑臂(1)包括两个相互平行且靠近的支撑板(12)，所述卡瓦片平行夹在两个支撑板(12)之间，在卡瓦片下方设有所述内部横板(11)，内部横板(11)垂直设在两个支撑板(12)之间；在所述卡瓦片的底面设有圆形槽(41)；

在支撑板(12)上设有贯通槽(13)，贯通槽(13)内贯穿有滑动销轴(14)，滑动销轴(14)垂直于支撑板(12)且穿过贯通槽(13)和卡瓦片，以将卡瓦片可竖向移动固定在两个支撑板(12)之间。

2.如权利要求1所述的换杆装置柔性夹持器，其特征在于，所述第一弹性体(5)包括第一带帽螺纹销(51)、同轴套在第一带帽螺纹销上的多个第一碟簧(52)以及套在多个第一碟簧(52)组成的筒形碟簧组上部的套筒(53)；

所述第一带帽螺纹销(51)的带帽端伸入圆形槽(41)槽底，第一带帽螺纹销(51)的下端穿过所述内部横板(11)并通过螺母固定；所述套筒(53)上端设有限位环，套筒(53)过盈配合安装在圆形槽(41)内；所述第一带帽螺纹销(51)的螺帽位于限位环上方，所述多个第一碟簧(52)填充在限位环与内部横板(11)之间。

3.如权利要求2所述的换杆装置柔性夹持器，其特征在于，所述上连接组件(6)包括紧贴并固定在支撑架(3)侧壁上的上连接竖板(61)和垂直连接在上连接竖板(61)下端的上水平板(62)；

所述下连接组件(8)包括位于上水平板(62)正下方且平行于上水平板(62)的下水平板(81)和垂直连接在下水平板(81)端部且平行于上连接竖板(61)的下连接竖板(82)；

所述上水平板(62)和下水平板(81)之间通过所述旋转销轴(7)铰接，所述旋转销轴(7)位于上连接竖板(61)所在平面和下连接竖板(82)所在平面之间；在所述下水平板(81)上设所述第二弹性体(9)，且第二弹性体(9)的上端与上水平板(62)的下表面接触，所述第二弹性体(9)位于上连接竖板(61)所在平面和旋转销轴(7)之间。

4.如权利要求3所述的换杆装置柔性夹持器，其特征在于，所述第二弹性体(9)包括第二带帽螺纹销(91)和同轴套在第二带帽螺纹销(91)上的多个第二碟簧(92)；所述第二带帽螺纹销(91)的螺帽与上水平板(62)接触，第二带帽螺纹销(91)的下端穿过下水平板(81)并通过螺母固定；所述多个第二碟簧(92)填充在第二带帽螺纹销(91)的螺帽与下水平板(81)之间。

5.如权利要求3所述的换杆装置柔性夹持器，其特征在于，在所述上水平板(62)下表面设有两个相互平行且均垂直于上水平板(62)的上铰接座(63)；

在下水平板(81)的上表面设有两个相互平行且均垂直于下水平板(81)的下铰接座(83)；

所述旋转销轴(7)贯穿并连接上铰接座(63)和下铰接座(83)，相邻的上铰接座(63)和下铰接座(83)之间设有贯穿在旋转销轴(7)上的所述第三弹性体(10)；

在所述上连接竖板(61)和上水平板(62)之间以及下连接竖板(82)和下水平板(81)之间均设有三角形的加劲板，用以使上连接竖板(61)和上水平板(62)以及下连接竖板(82)和下水平板(81)之间能紧固连接。

6.如权利要求5所述的换杆装置柔性夹持器，其特征在于，所述第三弹性体(10)包括多个第三碟簧，第三碟簧设在相邻的上铰接座(63)和下铰接座(83)之间，并同轴套在所述旋转销轴(7)上。

7.一种钻杆自动对中系统，包括机身(100)、位于机身(100)上方且一端与机身(100)端部铰接的钻杆给进机身(101)、连接在机身(100)与钻杆给进机身(101)之间的斜撑油缸(102)以及平行设在钻杆给进机身(101)上部的前推油缸(103)；其特征在于，还包括权利要求3至6任一权利要求所述的柔性夹持器(104)，所述柔性夹持器(104)设在前推油缸(103)的端部；且所述下连接竖板(82)垂直固定在前推油缸(103)的端部；

该换杆装置还包括平行设在钻杆给进机身(101)上的机身倾角传感器(105)、用以安装在动力头(106)上的动力头倾角传感器(107)、用以安装在动力头(106)前端的转速传感器(108)和垂直红外测距传感器(109)、用以安装在桅杆上的水平红外测距传感器(110)、用以控制斜撑油缸(102)的电磁换向阀X(111)、电磁换向阀Y(112)、电磁换向阀Z(113)和液控单向阀(116)以及连接并控制上述各传感器的控制器(114)；

所述机身倾角传感器(105)用以测量钻杆倾角α；

所述动力头倾角传感器(107)用以测量动力头(106)翻转角度β；

所述转速传感器(108)用以测量动力头(106)转速；

所述垂直红外测距传感器(109)用以测量动力头(106)离地高度H；

所述水平红外测距传感器(110)用以测量换杆装置与车载钻机机架距离L1；

所述动力头倾角传感器(107)平行于动力头(106)的中心轴线。

8.权利要求7所述的钻杆自动对中系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

第一步：将动力头翻转至动力头中心轴线与竖向的夹角为角度β，动力头倾角传感器测量动力头翻转角度β，水平红外测距传感器测量换杆装置与车载钻机机架之间的水平距离L1；控制器接收信号L1、β，计算动力头离地高度H值，H＝(L1+L2)cotβ，H值与垂直红外测距传感器测得的动力头离地高度信号h进行对比，若信号h大于计算H值，则动力头向下运动，反之向上运动，直至信号h与计算值H相等；

所述L2为换杆装置前端与机身和钻杆给进机身的铰接点之间的距离，且为定值；

第二步：控制器接收角度信号钻杆与水平线夹角α、动力头翻转角度β，当α+β＞90°时，使电磁换向阀Y处于上位，斜撑油缸杠杆回缩，钻杆倾角变小；当α+β＝90°时，使电磁换向阀Y处于中位，液控单向阀截止，钻杆倾角不变；当α+β＜90°时，使电磁换向阀Y处于下位，斜撑油缸杠杆伸长，钻杆倾角变大直到α+β＝90°，至此钻杆与动力头轴线完成自动快速对中；

第三步：司钻操纵前推油缸，动力头正转实现动力头短接头与钻杆接头上扣，在此过程中前推油缸浮动打开，连同柔性夹持器的第一弹性体、第二弹性体和第三弹性体产生的三个方向自由度，为钻杆提供四个方向的柔性保护，避免丝扣损伤；

第四步：卸杆过程与上述操作步骤相反。

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