CN110644935B - 一种插接式螺旋钻杆及钻杆拆卸装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种插接式螺旋钻杆及钻杆拆卸装置和方法，属于钻杆的技术领域，包括中间杆以及设置在中间杆两端的公接头和母接头；中间杆外侧设有螺旋叶片；公接头上沿着径向设置有可伸缩的锁舌；母接头上沿着径向设置有供锁舌穿过通孔；公接头包括用于插入母接头的主体以及设置在主体端部与中间杆连接的环形凸台；锁舌设置在主体上；环形凸台上对称设置有两个限位凸台或限位孔。上述插接式螺旋钻杆及钻杆拆卸装置和方法，不需停机即可实现钻杆的拆卸，且结构相对机械手更为简单。

Description

一种插接式螺旋钻杆及钻杆拆卸装置和方法
技术领域
本发明涉及钻杆的技术领域，特别是涉及一种插接式螺旋钻杆及钻杆拆卸装置和方法。
背景技术
煤矿井下瓦斯抽采、石油抽采、地质勘探、深层地下岩石取样等主要依靠钻杆打孔来实现，相邻两根钻杆的公接头和母接头一般通过插销连接或螺纹连接，需要靠人工装卸，难以实现自动化。为了改善这一问题，发明人提出了一种自动插接式螺旋钻杆（CN201410765326.3），安装过程中安装有锁舌的面对准另一钻杆的母接头设有通孔二的面给进轴向力，锁舌的斜面与母接头前端面接触，给锁舌向下的力，使锁舌缩进到公接头的通孔一内，当公接头的台肩与母接头的端面接触时，正好锁舌弹出，进入母接头的通孔二内，钻杆退出时锁舌的前面与母接头四方形通孔面接触承受轴向拉力，旋转时八边形接触面传递扭矩；拆卸时机械手的两个爪对准母接头的四方形通孔二启动液压缸使锁舌缩进， 当锁舌的上下部分同时缩进到与公接头的一个面高度一致时动力装置给进轴向拉力，两根钻杆分离。上述专利配合机械手实现了钻杆装卸的自动化，但是在拆卸钻杆时，仍需要停机才能实现，且机械手结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种插接式螺旋钻杆及钻杆拆卸装置和方法，不需停机即可实现钻杆的拆卸，且结构相对机械手更为简单。
为实现上述目的，本发明提供一种插接式螺旋钻杆，包括中间杆以及设置在中间杆两端的公接头和母接头；中间杆外侧设有螺旋叶片；公接头上沿着径向设置有可伸缩的锁舌；母接头上沿着径向设置有供锁舌穿过通孔；公接头包括用于插入母接头的主体以及设置在主体端部与中间杆连接的环形凸台；锁舌设置在主体上；环形凸台上对称设置有两个限位凸台或限位孔。
进一步地，主体为被两个平行于圆柱轴线的平面所截而形成的圆柱体；锁舌设置在平面上。
本发明还提供一种用于拆卸上述插接式螺旋钻杆的钻杆拆卸装置，包括套筒、拆卸杆、止动杆、转动套设在套筒外的拆卸压环和止动压环、分别带动拆卸压环和止动压环转动的传动机构以及为传动机构提供动力的驱动机构；套筒上沿着轴向设置有与锁舌对应的拆卸通孔以及与限位凸台或限位孔对应的止动通孔；拆卸通孔和止动通孔均为阶梯孔，上层孔的直径大于下层孔的直径，上层孔与下层孔的连接面为阶梯面，上层孔的孔壁上沿着轴向设置有导向槽；拆卸杆插设在拆卸通孔内，包括与上层孔配合的头部以及与下层孔配合的杆体，头部设置有径向孔，径向孔内插设与导向槽配合的导向键，压缩弹簧套设在杆体上，压缩弹簧的两端与头部的底面和拆卸通孔的阶梯面相接；止动杆插设在止动通孔内，包括传动段和止动段，传动段与上层孔配合，止动段包括与上层孔配合的头部以及与下层孔配合的杆体，止动段的头部和传动段均设置有径向孔，径向孔内插设与导向槽配合的导向键，压缩弹簧套设在止动段上，压缩弹簧的两端与传动段的底面和止动通孔的阶梯面相接；拆卸压环和止动压环均包括两个半环，半环的两端分别为平端面和楔形端面，同个压环内两个半环的平端面和楔形端面相对设置且楔形端面朝向套筒，拆卸压环和止动压环的楔形端面相反；拆卸杆的头部位于拆卸压环的两个半环之间；止动杆的传动段位于止动压环的两个半环之间。
进一步地，驱动机构包括拆卸液压马达和止动液压马达；传动机构包括传动齿轮、设置在拆卸压环外的拆卸齿轮以及设置在止动压环外的止动齿轮；两个所述传动齿轮分别套设在拆卸液压马达和止动液压马达的输出轴上，分别与拆卸齿轮和止动齿轮啮合。
进一步地，拆卸压环和拆卸齿轮之间设置有拆卸压圈；止动压环和止动齿轮之间设置有止动压圈；拆卸压圈和套筒之间以及止动压圈和套筒之间均设置有传动轴承。
进一步地，上述钻杆拆卸装置还包括支座；套筒、传动齿轮、拆卸齿轮和止动齿轮均位于支座内；拆卸液压马达和止动液压马达位于支座外，输出轴穿过支座；支座上设置有与套筒对应的通孔；套筒的两端内嵌有支座轴承；支座轴承的内圈固定有支撑环；支撑环安装在通孔上。
进一步地，上述钻杆拆卸装置，还包括用于阻挡传动轴承沿套筒轴向移动的轴承挡圈和弹性挡圈；轴承挡圈设置在拆卸压圈和止动压圈的环形端面上；弹性挡圈插设在套筒外的卡槽内。
进一步地，拆卸压环和传动轴承之间设置有止动环。
进一步地，拆卸压环通过螺钉紧固在拆卸压圈上，拆卸压圈通过螺钉紧固在拆卸齿轮上；止动压环通过螺钉紧固在止动压圈，止动压圈通过螺钉紧固在止动齿轮上；轴承挡圈通过螺钉紧固在拆卸压圈和止动压圈的环形端面上。
本发明还提供一种利用上述钻杆拆卸装置的钻杆拆卸方法，包括下述步骤：
S1，后动力头利用卡盘夹紧钻杆，并带动钻杆从拆卸压环单个半环的平端面向楔形端面方向旋转，角速度为
Figure 116754DEST_PATH_IMAGE001
，公接头从止动压环所在一侧穿入套筒内；
S2，拆卸压环以角速度与钻杆同向旋转，拆卸压环的平端面作用于拆卸杆头部， 驱动套筒以角速度转动，止动压环以角速度
Figure 211989DEST_PATH_IMAGE003
与钻杆同向旋转，其中
Figure 653335DEST_PATH_IMAGE004
，止动 压环的楔形端面压迫传动段的端部，止动杆向套筒内伸出，抵靠在限位凸台的侧面或插入 限位孔内，套筒的角速度由变为；
S3，将止动压环的角速度调整为
Figure 349524DEST_PATH_IMAGE001
，保证止动压环持续对止动杆施压，由于套筒的角速度
Figure 305978DEST_PATH_IMAGE001
大于拆卸压环的角速度
Figure 325363DEST_PATH_IMAGE002
，套筒带动拆卸杆向拆卸压环的楔形端面所在方向旋转，拆卸压环的楔形端面压迫拆卸杆的端部，拆卸杆向套筒内伸出压迫锁舌至锁舌与主体等高时，后动力头向后移动，对钻杆施加轴向拉力，钻杆与前方钻杆分离。
本发明的有益效果是：
本发明提供的插接式螺旋钻杆更有利于钻杆在旋转过程中公接头与母接头的联接，提高了钻杆的对接速度，当且仅当在0度和180度位置可实现联接，相较以往的设计，本发明提供的插接式螺旋钻杆彻底避免了公接头与母接头对接面出现错误的情况，通过在公接头上设计限位凸台或限位孔，可使钻杆拆卸装置迅速找正锁舌位置，从而提高了钻杆拆卸效率；
本发明提供的钻杆拆卸装置可通过机械动力实现钻杆的自动拆卸，无需人工操作，过程快速且牢固可靠，比传统的液压缸卡爪快捷、准确，可实现全自动化过程，提高工作效率；
本发明提供的钻杆拆卸装置简化了设计，可选用型号相同的传动轴承，型号相同的支座轴承，型号相同的驱动机构和传动机构，不同于传统液压缸卡爪复杂的设计过程，制造安装方便；
本发明提供的钻杆拆卸装置拆卸钻杆时无需停机，快速拆卸钻杆，避免了钻机电机等动力元件的频繁启停，有效的保护了动力元件。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的插接式螺旋钻杆中公接头的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的钻杆拆卸装置结构示意图；
图3为图2所示钻杆拆卸装置的爆炸图；
图4为图2所示钻杆拆卸装置的内部剖视图；
图5为图4所示内部剖视图的端面图；
图6为图2所示钻杆拆卸装置中齿轮、压圈和压环的配合图；
图7为图2所示钻杆拆卸装置中套筒、拆卸杆、止动杆和压环的配合图；
图8为图2所示钻杆拆卸装置中拆卸杆和压缩弹簧的配合图；
图9为图2所示钻杆拆卸装置中止动杆和压缩弹簧的配合图。
图中：101-锁舌；102-主体；103-环形凸台；104-限位凸台；105-长螺钉；
201-套筒；202-拆卸杆；203-止动杆；203.1-传动段；203.2-止动段；204-拆卸压环；205-止动压环；206-导向键；207-压缩弹簧；208-拆卸液压马达；209-止动液压马达；210-传动齿轮；211-拆卸齿轮；212-止动齿轮；213-拆卸压圈；214-止动压圈；215-传动轴承；216-支座；217-支座轴承；218-轴承挡圈；219-弹性挡圈；220-止动环。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种插接式螺旋钻杆，包括中间杆以及设置在中间杆两端的公接头和母接头；中间杆外侧设有螺旋叶片；公接头上沿着径向设置有可伸缩的锁舌101；母接头上沿着径向设置有供锁舌穿过通孔；公接头包括用于插入母接头的主体102以及设置在主体端部与中间杆连接的环形凸台103；锁舌101设置在主体102上；环形凸台103上对称设置有两个限位凸台104或限位孔。
进一步地，主体102为被两个平行于圆柱轴线的平面所截而形成的圆柱体；锁舌101设置在平面上。
本实施例提供的插接式螺旋钻杆与CN201410765326.3一种自动插接式螺旋钻杆相比，最大的改进之处在于设计限位凸台104或限位孔，可使钻杆拆卸装置迅速找正锁舌101位置，从而提高了钻杆拆卸效率。
实施例2
本实施例提供一种用于拆卸上述插接式螺旋钻杆的钻杆拆卸装置，包括套筒201、拆卸杆202、止动杆203、转动套设在套筒201外的拆卸压环204和止动压环205、分别带动拆卸压环204和止动压环205转动的传动机构以及为传动机构提供动力的驱动机构；套筒201上沿着轴向设置有与锁舌101对应的拆卸通孔以及与限位凸台104或限位孔对应的止动通孔；拆卸通孔和止动通孔均为阶梯孔，上层孔的直径大于下层孔的直径，上层孔与下层孔的连接面为阶梯面，上层孔的孔壁上沿着轴向设置有导向槽；拆卸杆202插设在拆卸通孔内，包括与上层孔配合的头部以及与下层孔配合的杆体，头部设置有径向孔，径向孔内插设与导向槽配合的导向键206，压缩弹簧207套设在杆体上，压缩弹簧207的两端与头部的底面和拆卸通孔的阶梯面相接；止动杆203插设在止动通孔内，包括传动段203.1和止动段203.2，传动段203.1与上层孔配合，止动段203.2包括与上层孔配合的头部以及与下层孔配合的杆体，止动段203.2的头部和传动段203.1均设置有径向孔，径向孔内插设与导向槽配合的导向键206，压缩弹簧207套设在止动段203.2上，压缩弹簧207的两端与传动段203.1的底面和止动通孔的阶梯面相接，止动杆203分为两段结构，两段结构之间由压缩弹簧207联接，是为防止出现止动杆203恰好落在公接头的限位凸台104上方而无法卡紧的现象；拆卸压环204和止动压环205均包括两个半环，半环的两端分别为平端面和楔形端面，同个压环内两个半环的平端面和楔形端面相对设置且楔形端面朝向套筒201，拆卸压环204和止动压环205的楔形端面相反；拆卸杆202的头部位于拆卸压环204的两个半环之间；止动杆203的传动段位于止动压环205的两个半环之间。
进一步地，驱动机构包括拆卸液压马达208和止动液压马达209；传动机构包括传动齿轮210、设置在拆卸压环204外的拆卸齿轮211以及设置在止动压环205外的止动齿轮212；两个所述传动齿轮210分别套设在拆卸液压马达208和止动液压马达209的输出轴上，分别与拆卸齿轮211和止动齿轮212啮合。拆卸液压马达208和止动液压马达209通过传动齿轮210分别带动拆卸齿轮211和止动齿轮212转动，从而实现拆卸压环204和止动压环205的转动。
进一步地，拆卸压环204和拆卸齿轮211之间设置有拆卸压圈213；止动压环205和止动齿轮212之间设置有止动压圈214；拆卸压圈213和套筒201之间以及止动压圈214和套筒201之间均设置有传动轴承215，以便拆卸齿轮211和止动齿轮212能更顺畅的带动拆卸压环204和止动压环205转动，减小卡顿。
进一步地，上述钻杆拆卸装置还包括支座216；套筒201、传动齿轮210、拆卸齿轮211和止动齿轮212均位于支座216内；拆卸液压马达208和止动液压马达209位于支座外，输出轴穿过支座216；支座216上设置有与套筒201对应的通孔；套筒201的两端内嵌有支座轴承217；支座轴承217的内圈固定有支撑环；支撑环安装在通孔上，从而将套筒201及其上各零件安装在支座216内。支座216的设置既方便了装置的安装固定，又有效保护了支座216内的主体零件。本实施例中，支座216包括两个外壳以及连接两个外壳顶部的顶板围合而成。
进一步地，上述钻杆拆卸装置，还包括用于阻挡传动轴承215沿套筒201轴向移动的轴承挡圈218和弹性挡圈219；轴承挡圈218设置在拆卸压圈213和止动压圈214的环形端面上；弹性挡圈219插设在套筒201外的卡槽内。
进一步地，拆卸压环204和传动轴承215之间设置有止动环220，用于传动轴承215轴向位置的固定，避免传动轴承215与拆卸压环204直接接触。
进一步地，拆卸压环204通过螺钉紧固在拆卸压圈213上，拆卸压圈213通过螺钉紧固在拆卸齿轮211上；止动压环205通过螺钉紧固在止动压圈214，止动压圈214通过螺钉紧固在止动齿轮212上；轴承挡圈218通过螺钉紧固在拆卸压圈213和止动压圈214的环形端面上。
实施例3
本实施例提供一种利用上述钻杆拆卸装置的钻杆拆卸方法，包括下述步骤：
S1，后动力头利用卡盘夹紧钻杆，并带动钻杆从拆卸压环204单个半环的平端面向楔形端面方向旋转，角速度为
Figure 697569DEST_PATH_IMAGE001
，公接头从止动压环205所在一侧穿入套筒201内；
S2，拆卸压环204以角速度与钻杆同向旋转，拆卸压环204的平端面作用于拆卸 杆202头部，驱动套筒201以角速度转动，止动压环205以角速度
Figure 188222DEST_PATH_IMAGE003
与钻杆同向旋转，其中
Figure 830031DEST_PATH_IMAGE004
，止动压环205的楔形端面压迫传动段203.1的端部，止动杆203向套筒201内伸 出，抵靠在限位凸台104的侧面或插入限位孔内，套筒201的角速度由变为；
S3，将止动压环205的角速度调整为
Figure 236982DEST_PATH_IMAGE001
，保证止动压环205持续对止动杆203施压，使套筒201能持续与钻杆相对静止，由于套筒201的角速度
Figure 419833DEST_PATH_IMAGE001
大于拆卸压环204的角速度
Figure 372745DEST_PATH_IMAGE002
，套筒201带动拆卸杆202向拆卸压环204的楔形端面所在方向旋转，拆卸压环204的楔形端面压迫拆卸杆202的端部，拆卸杆202向套筒201内伸出压迫锁舌101至锁舌101与主体102等高时，后动力头向后移动，对钻杆施加轴向拉力，钻杆与前方钻杆分离。
上述钻杆拆卸方法写入钻机的控制程序内，通过控制程序控制后动力、拆卸液压马达208和止动液压马达209的动作。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于拆卸插接式螺旋钻杆的钻杆拆卸装置，插接式螺旋钻杆包括中间杆以及设置在中间杆两端的公接头和母接头；
所述中间杆外侧设有螺旋叶片；
所述公接头上沿着径向设置有可伸缩的锁舌；
所述母接头上沿着径向设置有供锁舌穿过通孔；
所述公接头包括用于插入母接头的主体以及设置在主体端部与中间杆连接的环形凸台；
所述锁舌设置在主体上；
所述环形凸台上对称设置有两个限位凸台或限位孔；
其特征在于，钻杆拆卸装置包括套筒、拆卸杆、止动杆、转动套设在套筒外的拆卸压环和止动压环、分别带动拆卸压环和止动压环转动的传动机构以及为传动机构提供动力的驱动机构；
所述套筒上沿着轴向设置有与锁舌对应的拆卸通孔以及与限位凸台或限位孔对应的止动通孔；
所述拆卸通孔和止动通孔均为阶梯孔，上层孔的直径大于下层孔的直径，上层孔与下层孔的连接面为阶梯面，上层孔的孔壁上沿着轴向设置有导向槽；
所述拆卸杆插设在拆卸通孔内，包括与上层孔配合的头部以及与下层孔配合的杆体，头部设置有径向孔，径向孔内插设与导向槽配合的导向键，压缩弹簧I套设在杆体上，压缩弹簧I的两端与头部的底面和拆卸通孔的阶梯面相接；
所述止动杆插设在止动通孔内，包括传动段和止动段，传动段与上层孔配合，止动段包括与上层孔配合的头部以及与下层孔配合的杆体，止动段的头部和传动段均设置有径向孔，径向孔内插设与导向槽配合的导向键，压缩弹簧II套设在止动段上，压缩弹簧II的两端与传动段的底面和止动通孔的阶梯面相接；
所述拆卸压环和止动压环均包括两个半环，半环的两端分别为平端面和楔形端面，同个压环内两个半环的平端面和楔形端面相对设置且楔形端面朝向套筒，拆卸压环和止动压环的楔形端面相反；
所述拆卸杆的头部位于拆卸压环的两个半环之间；
所述止动杆的传动段位于止动压环的两个半环之间。
2.根据权利要求1所述的钻杆拆卸装置，其特征在于，所述驱动机构包括拆卸液压马达和止动液压马达；
所述传动机构包括传动齿轮、设置在拆卸压环外的拆卸齿轮以及设置在止动压环外的止动齿轮；
两个所述传动齿轮分别套设在拆卸液压马达和止动液压马达的输出轴上，分别与拆卸齿轮和止动齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的钻杆拆卸装置，其特征在于，所述拆卸压环和拆卸齿轮之间设置有拆卸压圈；
所述止动压环和止动齿轮之间设置有止动压圈；
所述拆卸压圈和套筒之间以及止动压圈和套筒之间均设置有传动轴承。
4.根据权利要求2或3所述的钻杆拆卸装置，其特征在于，还包括支座；
所述套筒、传动齿轮、拆卸齿轮和止动齿轮均位于支座内；
所述拆卸液压马达和止动液压马达位于支座外，输出轴穿过支座；
所述支座上设置有与套筒对应的通孔；
所述套筒的两端内嵌有支座轴承；
所述支座轴承的内圈固定有支撑环；
所述支撑环安装在通孔上。
5.根据权利要求3所述的钻杆拆卸装置，其特征在于，还包括用于阻挡传动轴承沿套筒轴向移动的轴承挡圈和弹性挡圈；
所述轴承挡圈设置在拆卸压圈和止动压圈的环形端面上；
所述弹性挡圈插设在套筒外的卡槽内。
6.根据权利要求3所述的钻杆拆卸装置，其特征在于，所述拆卸压环和传动轴承之间设置有止动环。
7.根据权利要求5所述的钻杆拆卸装置，其特征在于，所述拆卸压环通过螺钉紧固在拆卸压圈上，拆卸压圈通过螺钉紧固在拆卸齿轮上；
所述止动压环通过螺钉紧固在止动压圈，止动压圈通过螺钉紧固在止动齿轮上；
所述轴承挡圈通过螺钉紧固在拆卸压圈和止动压圈的环形端面上。
8.根据权利要求1所述的钻杆拆卸装置，其特征在于，所述主体为被两个平行于圆柱轴线的平面所截而形成的圆柱体；
所述锁舌设置在平面上。
9.一种利用权利要求1-8所述钻杆拆卸装置的钻杆拆卸方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1，后动力头利用卡盘夹紧钻杆，并带动钻杆从拆卸压环单个半环的平端面向楔形端面方向旋转，角速度为
Figure 72150DEST_PATH_IMAGE001
，公接头从止动压环所在一侧穿入套筒内；
S2，拆卸压环以角速度与钻杆同向旋转，拆卸压环的平端面作用于拆卸杆头部，驱动 套筒以角速度转动，止动压环以角速度
Figure 681489DEST_PATH_IMAGE003
与钻杆同向旋转，其中
Figure 142557DEST_PATH_IMAGE004
，止动压环 的楔形端面压迫传动段的端部，止动杆向套筒内伸出，抵靠在限位凸台的侧面或插入限位 孔内，套筒的角速度由变为；
S3，将止动压环的角速度调整为
Figure 403665DEST_PATH_IMAGE001
，保证止动压环持续对止动杆施压，由于套筒的角速度
Figure 984819DEST_PATH_IMAGE001
大于拆卸压环的角速度
Figure 444619DEST_PATH_IMAGE002
，套筒带动拆卸杆向拆卸压环的楔形端面所在方向旋转，拆卸压环的楔形端面压迫拆卸杆的端部，拆卸杆向套筒内伸出压迫锁舌至锁舌与主体等高时，后动力头向后移动，对钻杆施加轴向拉力，钻杆与前方钻杆分离。
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