CN111287678B - 一种限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，包括支撑架、夹持直径范围可调的滚轮组件以及调节滚轮组件的连杆组件；滚轮组件至少设置有两组，每组滚轮组件包括主动齿轮单元和从动齿轮单元；从动齿轮铰接在支撑架上；每组滚轮组件中的主动齿轮和从动齿轮啮合；第一滚轮和第二滚轮之间形成供钻杆插入的空间；连杆组件一端与其中一组滚轮组件的主动齿轮同轴连接，连杆组件的另一端与另一组滚轮组件的主动齿轮同轴连接，通过连杆组件带动两个主动齿轮同步转动，使得第一滚轮和第二滚轮相互靠近或远离。本发明通过连杆组件带动主动齿轮单元和从动齿轮单元动作从而改变滚轮所形成的外切外轮，使得限位器的限位范围可调。

Description

一种限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器

技术领域

本发明涉及属于钻探技术领域，涉及坑道钻机钻进过程中限制钻杆径向位移的钻杆限位器，尤其涉及一种限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器。

背景技术

坑道钻机在钻进施工过程中，由于钻杆自重的影响，钻杆柱在静止状态下会有下垂现象，导致动力头的回转轴线延长线与钻杆柱的轴线不重合。当动力头驱动钻杆回转过程中，在钻杆柱在自重作用下钻杆外壁会与动力头前方设置的夹持器卡瓦下端不断摩擦，产生强烈振动的同时对钻杆以及夹持器卡瓦的使用寿命也会有影响。目前解决此类问题的方法是在夹持器前端或者后端加装钻杆限位器，利用限位器内孔壁的环行空间来限制钻杆的活动范围，避免与夹持器卡瓦摩擦。限位器内孔直径与钻杆外径越接近，钻进过程中限位器的限位效果越好。

中国专利CN107339068A涉及一种可变径的钻具导向器，该导向器通过伸缩缸带动活动支架进行运动以改变滚轮总体外径的变化而达到导向器外径的改变，但是该专利是利用若干组滚轮所形成的最大外轮廓与钻孔孔壁之间的作用来限制钻具导向器的活动范围。其使用目的是钻具导向器，使用环境为钻孔孔内，使用方法为与若干钻具相连，钻进过程中在孔内起到钻具的导向及扶正作用，与钻具导向器直接接触的为钻孔孔壁。而且随着支架摆动角度的改变，滚轮的轴线也与钻杆的轴线成一定角度，因此钻具导向器工作过程中滚轮会产生偏磨。滚轮为钻具导向器的关键零部件，其是否能正常工作对整个钻具导向器的使用寿命及导向效果都会有一定影响。

中国专利CN 106677720 B涉及到用于高转速坑道钻机的钻具扶正装置，该钻具扶正装置包括前扶正组件和后扶正组件，可适用于高转速坑道钻机的钻具扶正，效果良好。但其前、后限位组件的中心通孔一定，当钻杆柱内连接有扩孔钻具、稳定器等直径稍大于钻杆外径的粗径钻具时，只能通过增大扶正装置的中心通孔直径来保证扶正装置能够使用。这种方法虽然能解决粗径钻具下放的问题，但是由于中心通孔与钻杆外壁之间的距离增大，扶正效果就会受到影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，解决现在的扶正器对钻杆的限位效果不佳，不能很好的对进入钻孔内的钻杆起到径向限位作用进而使得钻杆旋转钻进过程中与夹持器发生摩擦，损坏夹持器及钻杆本身的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，包括支撑架、夹持直径范围可调的滚轮组件以及调节滚轮组件的连杆组件；

所述的滚轮组件至少设置有两组，每组滚轮组件包括主动齿轮单元和从动齿轮单元；所述的主动齿轮单元一端设置主动齿轮，另一端设置第一滚轮，所述的主动齿轮铰接在支撑架上；所述的从动齿轮单元一端设置从动齿轮，另一端设置有第二滚轮，所述的从动齿轮铰接在支撑架上；每组滚轮组件中的主动齿轮和从动齿轮啮合；所述的第一滚轮和第二滚轮之间形成供钻杆插入的空间；所述的连杆组件一端与其中一组滚轮组件的主动齿轮同轴连接，连杆组件的另一端与另一组滚轮组件的主动齿轮同轴连接，通过连杆组件带动两个主动齿轮同步转动，使得第一滚轮和第二滚轮相互靠近或远离；所述的支撑架上设置有用于固定所述的连杆组件转动位置的定位孔。

具体的，所述的连杆组件包括依次铰接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述的第一连杆与其中一组滚轮组件的主动齿轮铰接，所述的第三连杆与另一组滚轮组件的主动齿轮铰接；所述的第二连杆的长度可调。

具体的，所述的第二连杆包括正扣拉杆、反扣拉杆、连接正扣拉杆和反扣拉杆的正反扣螺母，正扣拉杆与第一连杆铰接，反扣拉杆与第三连杆铰接。

具体的，第一连杆上通过螺纹连接有手柄。

具体的，所述的主动齿轮单元包括主动齿轮、第一滚轮和第一连接部，主动齿轮固定在第一连接部一端，滚轮铰接在第一连接部另一端；主动齿轮上开设有键槽。

具体的，所述的从动齿轮单元包括从动齿轮、第二滚轮和第二连接部，从动齿轮固定在第二连接部一端，滚轮铰接在第二连接部另一端。

具体的，所述的支撑架包括两个支座和并列设置在支座上的两个侧板，两侧板之间间隔有用于安装主动齿轮和从动齿轮的间隙；两个侧板的上部设置有供钻杆穿过的U型开口；所述的定位孔设置在其中一个侧板上。

具体的，两个侧板的一端均设置有与其中一个支座铰接的第三通孔，两个侧板的另一端均设置有与另一支座插接的U型插口；所述的U型插口对应的支座上铰接有L型卡钩，卡钩的末端可勾卡在两个侧板之间的连接柱上。

具体的，两个所述的侧板之间设置有用于连接主动齿轮、连杆组件两端的第一销轴以及连接从动齿轮的第二销轴。

具体的，所述的定位孔设置有多个，多个定位孔围绕其中一个主动齿轮单元的转动圆周方向分布，定位孔的个数和位置根据插入的钻杆的直径确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的钻杆限位器安装在钻机机身前端，使用于钻孔孔口，对进入钻孔内的钻杆起到径向限位作用，防止钻杆旋转钻进过程中与夹持器发生摩擦，损坏夹持器及钻杆本身。本发明通过连杆组件带动主动齿轮单元和从动齿轮单元动作从而改变滚轮所形成的外切外轮，使得限位器的限位范围可调；且本申请在改变外轮廓的同时，滚轮轴线始终与钻杆轴线相平行，滚轮不会产生偏磨。

(2)本发明的钻杆限位器顶部为开放式结构，当使用现场钻具轴向空间有限时，可将限位器调节为上部开口式状态，从限位器上方下入或取出粗径钻具。

(3)本发明的钻杆限位器的支座与其余主体部分之间设置为可翻转式结构连接，当上部开放式结构不能满足取放钻具的要求时，可将支撑架上的卡钩松开，实现支撑架整体翻转，让出空间位置使粗径钻具顺利通过。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例记载的钻杆限位器结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是隐藏连杆组件和其中侧板的结构示意图。

图4是主动齿轮单元结构示意图。

图5是从动齿轮单元结构示意图。

图6是其中一侧板的结构示意图。

图7是钻杆限位器顶部开放式状态结构示意图。

图8为限位范围为Φ67mm时的结构示意图。

图9为限位范围为Φ77mm时的结构示意图。

图中各标号表示为：

1-支撑架，2-主动齿轮单元，3-从动齿轮单元，4-连杆组件，5-手柄，6-卡钩，7-连接柱，8-钻杆，9-定位销；

101-支座，102-侧板，103-U型开口，104-定位孔，105-第一通孔，106-第二通孔，107-第三通孔，108-U型插口，109-第一销轴，110-第二销轴；

201-主动齿轮，202-第一滚轮，203-第一连接部，204-键槽；

301-从动齿轮，302-第二滚轮，303-第二连接部；

401-第一连杆，402-第二连杆，403-第三连杆，404-正扣拉杆，405-反扣拉杆，406-正反扣螺母。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施方式，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。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指以相应附图的轮廓为基准定义的。

本发明的实施例公开了一种限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，如图1所示，该钻杆限位器包括支撑架1、夹持直径范围可调的滚轮组件以及调节滚轮组件的连杆组件4。

本实施例中，滚轮组件设置有两组，每组滚轮组件包括主动齿轮单元2和从动齿轮单元3。

其中，主动齿轮单元2一端设置主动齿轮201，另一端设置第一滚轮202，主动齿轮201铰接在支撑架1上。具体的，如图4所示，主动齿轮单元2包括主动齿轮201、第一滚轮202和第一连接部203，主动齿轮201固定在第一连接部203一端，第一滚轮202铰接在第一连接部203另一端，且第一滚轮202能够围绕其交铰接处自转。本实施例中第一滚轮202为轴承。主动齿轮201上开设有键槽204。

从动齿轮单元3一端设置从动齿轮301，另一端设置有第二滚轮302，从动齿轮301铰接在支撑架1上。具体的，如图5所示，从动齿轮单元3包括从动齿轮301、第二滚轮302和第二连接部303，从动齿轮301固定在第二连接部303一端，第二滚轮302铰接在第二连接部303另一端。主动齿轮201与从动齿轮301的模数、齿数、压力角相同，两者啮合，由主动齿轮201带动从动齿轮301转动。第一滚轮202和第二滚轮302之间形成供钻杆8插入的空间。

连杆组件4一端与其中一组滚轮组件的主动齿轮201同轴连接，连杆组件4的另一端与另一组滚轮组件的主动齿轮201同轴连接，通过连杆组件4带动两个主动齿轮201同步转动，使得第一滚轮202和第二滚轮302相互靠近或远离。如图1所示，本实施例的连杆组件4包括依次铰接的第一连杆401、第二连杆402和第三连杆403，第一连杆401上也设置有键槽，第一连杆401与其中一个主动齿轮201同时通过键固定在同一销轴上，通过销轴和卡键的设置保证第一连杆401沿销轴转动的同时也会带动主动齿轮201沿销轴以相同的角度旋转。销轴设置在支撑架1上。同样，第三连杆403与另一个主动齿轮201同时通过键固定在同一销轴上，销轴设置在支撑架1上。每组滚轮组件中的主动齿轮201和从动齿轮301的转动方向相反，且两组中的两个主动齿轮单201的转动方向也相反。在搬动第一连杆401带动与其同轴连接的主动齿轮201围绕销轴转动时，第三连杆403也带动与其同轴连接的另一主动齿轮201同步反方向转动。这样，通过连杆组件4带动主动齿轮单元2和从动齿轮单元3动作从而改变第一滚轮202、第二滚轮302所形成的外切外轮，使得限位器的限位范围可调；且本申请在改变外轮廓的同时，第一滚轮202、第二滚轮302的轴线始终与钻杆轴线相平行，滚轮不会产生偏磨。

作为本发明的优选实施例，第二连杆402的长度设置为可调，这样，可以控制第一连杆401与第三连杆403之间的连接长度，进一步控制各齿轮组件的转动角度。具体的，如图1所示，本实施例中第二连杆的结构具体为：第二连杆402包括正扣拉杆404、反扣拉杆405、连接正扣拉杆404和反扣拉杆405的正反扣螺母406，正扣拉杆404与第一连杆401铰接，反扣拉杆405与第三连杆403铰接。通过旋转正反扣螺母406可实现正扣拉杆404和反扣拉杆405同时旋进或旋出，从而控制第一连杆401与第三连杆403之间的连接长度。

作为本发明的优选实施例，在第一连杆401上连接一手柄5，其中，手柄5通过螺纹连接在第一连杆401上，方便搬动连杆组件4的转动。

并且，在本实施例中，为了固定主动齿轮201转动后的位置，在支撑架1上设置定位孔104，并且在第一连杆401上设置可活动的定位销9，定位销9与定位孔104的孔径匹配，当第一连杆401带动主动齿轮201转动到实际工况所需位置时，推动定位销9插入定位孔104中，固定连杆组件4以及主动齿轮201的位置。

具体的，定位孔104可设置多个，多个定位孔104围绕其中一个主动齿轮单元2的转动圆周方向分布，定位孔104的个数和位置根据插入的钻杆8的直径确定。如图6所示，本实施例中设置有A、B、C、D四个定位孔。当转动第一连杆401到预定位置，定位销9依次插入定位销孔A、B、C时，可实现限位范围为Φ52mm、Φ67mm、Φ77mm三档切换。如图7所示，定位销9插入定位孔D时，可实现限位器顶部开放式结构。当使用现场钻具轴向空间有限时，可将限位器调节为上部开口式状态，从限位器上方下入或取出粗径钻具。

结合图2和图6，本实施例的支撑架1包括两个支座101和并列设置在支座101上的两个侧板102。其中，支座由底座、设置在底座上的两个耳板以及连接在两个耳板上的固定销组成。两个侧板102连接在固定销上，两个侧板102之间间隔有用于安装主动齿轮201和从动齿轮301的间隙。两个侧板102上开设有用于安装第一销轴109的第一通孔105和用于安装第二销轴110的第二通孔106，第一销轴109用于连接主动齿轮201与连杆组件4，第二销轴110用于连接从动齿轮301。其中，定位孔104围绕其中一个侧板102上的第一销轴的安装孔设置。另外，两个侧板102的上部设置有供钻杆8穿过的U型开口103。

在本发明的另一个实施例中，在两个侧板102其中一侧底部均设置有与其中一个支座101铰接的第三通孔107，两个侧板102的另一端的底部均设置有与另一支座101插接的U型插口108。并在U型插口108对应的支座101上铰接有L型卡钩6，侧板102上方固定有一连接柱7，卡钩6的末端可勾卡在连接柱7上。当上部开放式结构不能满足取放钻具的要求时，可将支撑架上的卡钩6松开，U型插口108脱离支座101，支撑架1带动和其他部件一起绕另一支座101整体翻转，让出空间位置使粗径钻具顺利通过。

基于上述实施例，本发明的钻杆限位器的工作过程如下：

如图1所示，限位器限位外径为Φ50mm钻杆时的工作状态结构图。当需要扩大限位范围时，围绕第一销轴109逆时针转动手柄5时(例如转动角度为θ)，第一销轴109在键的作用下会带动左侧主动齿轮单元2转动角度θ。主动齿轮201带动左侧从动齿轮单元3沿左侧第二销轴110轴线顺时针转动角度θ。同时，在连杆组件4及键的作用下，右侧主动齿轮单元2沿右侧第一销轴109轴线逆时针转动θ角，右侧从动齿轮单元3沿右侧第二销轴110轴线顺时针转动θ角。转动手柄5到需要的限位范围时，插入定位销9至B孔或者C孔，实现限位范围为Φ67mm或Φ77mm。当手柄5转动到如图7的位置时，将定位销9插入定位孔D孔内，实现限位器顶部开放式状态。当需要将限位器重新回到限位状态时，顺时针转动手柄5，将定位销9插入C孔、B孔或A孔时，可实现限位范围为Φ77mm、Φ67mm或Φ52mm。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。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在本技术方案中的具体含义。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，包括支撑架(1)、夹持直径范围可调的滚轮组件以及调节滚轮组件的连杆组件(4)；

所述的滚轮组件至少设置有两组，每组滚轮组件包括主动齿轮单元(2)和从动齿轮单元(3)；

所述的主动齿轮单元(2)一端设置主动齿轮(201)，另一端设置第一滚轮(202)，所述的主动齿轮(201)铰接在支撑架(1)上；所述的从动齿轮单元(3)一端设置从动齿轮(301)，另一端设置有第二滚轮(302)，所述的从动齿轮(301)铰接在支撑架(1)上；每组滚轮组件中的主动齿轮(201)和从动齿轮(301)相互啮合；所述的第一滚轮(202)和第二滚轮(302)之间形成供钻杆(8)插入的空间；

所述的连杆组件(4)一端与其中一组滚轮组件的主动齿轮(201)同轴连接，连杆组件(4)的另一端与另一组滚轮组件的主动齿轮(201)同轴连接，通过连杆组件(4)带动两个主动齿轮(201)同步转动，使得第一滚轮(202)和第二滚轮(302)相互靠近或远离；

所述的支撑架(1)上设置有用于固定所述的连杆组件(4)转动后位置的定位孔(104)。

2.如权利要求1所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，所述的连杆组件(4)包括依次铰接的第一连杆(401)、第二连杆(402)和第三连杆(403)，所述的第一连杆(401)与其中一组滚轮组件的主动齿轮(201)铰接，所述的第三连杆(403)与另一组滚轮组件的主动齿轮(201)铰接；所述的第二连杆(402)的长度可调。

3.如权利要求2所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，所述的第二连杆(402)包括正扣拉杆(404)、反扣拉杆(405)、连接正扣拉杆(404)和反扣拉杆(405)的正反扣螺母(406)，正扣拉杆(404)与第一连杆(401)铰接，反扣拉杆(405)与第三连杆(403)铰接。

4.如权利要求2所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，第一连杆(401)上通过螺纹连接有手柄(5)。

5.如权利要求1所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，所述的主动齿轮单元(2)包括主动齿轮(201)、第一滚轮(202)和第一连接部(203)，主动齿轮(201)固定在第一连接部(203)一端，第一滚轮(202)铰接在第一连接部(203)另一端；主动齿轮(201)上开设有键槽(204)。

6.如权利要求1所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，所述的从动齿轮单元(3)包括从动齿轮(301)、第二滚轮(302)和第二连接部(303)，从动齿轮(301)固定在第二连接部(303)一端，第二滚轮(302)铰接在第二连接部(303)另一端。

7.如权利要求1所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，所述的支撑架(1)包括两个支座(101)和并列设置在支座(101)上的两个侧板(102)，两个侧板(102)之间间隔有用于安装主动齿轮(201)和从动齿轮(301)的间隙；两个侧板(102)的上部设置有供钻杆(8)穿过的U型开口(103)；所述的定位孔(104)设置在其中一个侧板(102)上。

8.如权利要求7所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，两个侧板(102)的一端均设置有与其中一个支座(101)铰接的第三通孔(107)，两个侧板(102)的另一端均设置有与另一支座(101)插接的U型插口(108)；所述的U型插口(108)对应的支座(101)上铰接有L型卡钩(6)，卡钩(6)的末端可勾卡在两个侧板(102)之间的连接柱(7)上。

9.如权利要求7所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，两个所述的侧板(102)之间设置有用于连接主动齿轮(201)、连杆组件(4)两端的第一销轴(109)以及连接从动齿轮(301)的第二销轴(110)。

10.如权利要求1或7所述的限位范围可调的顶部开放式钻杆限位器，其特征在于，所述的定位孔(104)设置有多个，多个定位孔(104)围绕其中一个主动齿轮单元(2)的转动圆周方向分布，定位孔(104)的个数和位置根据插入的钻杆(8)的直径确定。

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