CN111648730A - 转位式钻杆自动加接装置及钻杆自动加接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转位式钻杆自动加接装置及钻杆自动加接方法，属于煤矿钻机钻杆加接技术领域，钻杆自动加接装置包括转位夹持器、拉杆和钻杆架；转位夹持器位于钻机卡盘和钻机夹持器之间，包括沿钻机水平钻进方向移动的滑动座和设置在滑动座上的回转机构，以及设置在回转机构上的夹持机构，夹持机构的夹持中心可与钻机水平钻进轴线同轴；滑动座上滑动连接有拉杆，拉杆的另一端与钻机动力头连接；钻杆架包括导向机构，导向机构的导向中心与夹持机构的夹持中心等高，导向机构的导向中心与钻机水平钻进轴线之间的夹角为α。本发明通过设置转位夹持器，提高了加接钻杆的灵活性，解决了待加接钻杆必须与钻机水平钻进轴线平行放置的问题。

Description

转位式钻杆自动加接装置及钻杆自动加接方法

技术领域

本发明属于煤矿钻机钻杆加接技术领域，涉及转位式钻杆自动加接装置及钻杆自动加接方法。

背景技术

现有钻杆自动加接通常采用机械手(或其它钻杆输送装置)拾取钻杆。钻杆初始位置位于与钻机水平钻进轴线平行的水平面内，通过机械手将钻杆输送到与钻机动力头和夹持器之间的钻进轴线重合的位置，并通过动力头和两个夹持器的多次配合操作，实现钻杆的自动加接。

此种钻杆自动加接方式至少需要一个机械手、一套双夹持器，钻杆经过多次位置变换，才能到达加接位置(与钻进轴线重合)。在拆卸钻杆时，必须借助双夹持器摆动松开前端钻杆螺纹连接，才能实现钻杆的拆卸。

现有钻杆自动加接存在以下问题：1.执行机构复杂，占用空间大，成本较高；2.钻杆输送的路线复杂，钻杆加接动作多，效率较低；3.基本只能适用于专用自动化钻机，无法与传统液压钻机匹配。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供转位式钻杆自动加接装置及钻杆自动加接方法，以提高加接钻杆的灵活性，解决待加接钻杆必须与钻机水平钻进轴线平行放置的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种转位式钻杆自动加接装置，包括转位夹持器、拉杆和钻杆架；所述转位夹持器位于钻机卡盘和钻机夹持器之间，包括沿钻机水平钻进方向移动的滑动座和设置在滑动座上的回转机构，以及设置在回转机构上的夹持机构，所述夹持机构的夹持中心可与钻机水平钻进轴线同轴；所述滑动座上滑动连接有拉杆，拉杆的另一端与钻机动力头连接；所述钻杆架包括导向机构，所述导向机构的导向中心与夹持机构的夹持中心等高，所述导向机构的导向中心与钻机水平钻进轴线之间的夹角为α。

可选地，所述钻杆架还包括升降机构，所述升降机构的输出端与导向机构连接。

可选地，所述升降机构为液压缸。

可选地，还包括限位机构，所述限位机构包括设置在所述滑动座上的挡块和设置在钻机机架上与挡块匹配的限位块。

可选地，所述拉杆相对设置在动力头的两侧。

可选地，所述拉杆与钻机动力头铰接。

可选地，所述滑动座上设有导向套，所述拉杆贯穿导向套且与其滑动连接。

可选地，所述导向机构为导向块，所述导向块上开设有导向槽。

可选地，所述导向槽为V型槽。

可选地，所述导向块呈U型，V型槽相对开设在导向块的两端。

可选地，α＝90°。

一种钻杆自动加接方法，包括以下步骤：在钻机卡盘和钻机夹持器之间设置转位夹持器，转位夹持器旋转至其夹持中心与待加接钻杆同轴的位置，待加接钻杆进入转位夹持器，转位夹持器夹紧待加接钻杆，转位夹持器旋转使待加接钻杆与钻机水平钻进轴线重合，钻机动力头前进至可夹持待加接钻杆的位置，钻机卡盘夹紧待加接钻杆，转位夹持器松开待加接钻杆，钻机动力头旋转并前进，直至与钻机夹持器中的钻杆完成连接。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过设置转位夹持器，提高了加接钻杆的灵活性，解决了待加接钻杆必须与钻机水平钻进轴线平行放置的问题。

2.本发明简化了钻杆自动加接装置的结构，只需在动力头和夹持器之间增加一个转位夹持器，不需要机械手等输送装置，不需要占用钻机本身以外的其他空间，装置制造精度要求较低，制造成本低，解决了自动加接装置结构复杂、占用空间大的问题。

3.本发明采用转位加接的方式，简化了钻杆输送路线，减少了加接动作，有助于提高加接效率、保证动作执行精度，解决了钻杆输送路线复杂、加接动作多和效率低下的问题。

4.本发明结构简单，易于实现与传统液压钻机的结构匹配，解决了现有自动加接装置无法应用于传统液压钻机的问题。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为转位式钻杆自动加接装置的结构及其安装示意图；

图2为转位夹持器的结构示意图一；

图3为转位夹持器的结构示意图二；

图4为拉杆的结构示意图；

图5为限位块的安装示意图；

图6为钻杆架的结构示意图。

附图标记：转位夹持器1、拉杆2、钻杆架3、限位块4、钻机夹持器5、钻机卡盘6、钻机动力头7、钻机机架8、夹持机构101、回转机构102、滑动座103、挡块104、导向套105、限位台阶201、销孔202、导向机构301、安装架302、升降机构303。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。

参阅图1～图6，一种转位式钻杆自动加接装置，包括转位夹持器1、钻杆架3、拉杆2和限位机构；转位夹持器1位于钻机卡盘6和钻机夹持器5之间，包括沿钻机导轨移动的滑动座103和设置在滑动座103上的回转机构102，以及设置在回转机构102上的夹持机构101，夹持机构101的夹持中心可与钻机水平钻进轴线同轴；回转机构102可为回转器；夹持机构101可为各种结构、原理的夹持器；钻杆架3包括安装架302和设置在安装架302上的导向机构301，导向机构301的导向中心与夹持机构101的夹持中心等高，导向机构301的导向中心与钻机水平钻进轴线之间的夹角为α，导向机构301通过安装架302固定在钻机机架8上或其他相对于钻机机架8不动的支架上；拉杆2相对设置在钻机动力头7的两侧，且与钻机的夹持中心平行，一端与钻机动力头7连接，另一端与滑动座103连接，且端部设有限位结构，限位结构为限位台阶201；限位机构用于限制滑动座103的移动位置，限位机构包括固定在滑动座103底部的挡块104和固定在钻机机架8一侧且与挡块104匹配的限位块4。

为了使本发明可加接不同外径的钻杆，增加本发明的适用范围，本发明还设有升降机构303，升降机构303的输出端与导向机构301连接，升降机构303的固定端与安装架302连接，升降机构303可为液压缸。

优选地，拉杆2与钻机动力头7铰接。

优选地，滑动座103上设有导向套105，拉杆2贯穿导向套105且与其滑动连接。

优选地，导向机构301为导向块，导向块上开设有导向槽，导向槽可为V型槽。

优选地，导向块呈U型，V型槽相对开设在导向块的两端。

优选地，α＝90°。

一种钻杆自动加接方法，包括以下步骤：在钻机卡盘6和钻机夹持器5之间设置转位夹持器1，转位夹持器1旋转至其夹持中心与待加接钻杆同轴的位置，待加接钻杆进入转位夹持器1，转位夹持器1夹紧待加接钻杆，转位夹持器1旋转使待加接钻杆与钻机水平钻进轴线重合，钻机动力头7前进至可夹持待加接钻杆的位置，钻机卡盘6夹紧待加接钻杆，转位夹持器1松开待加接钻杆，钻机动力头7旋转并前进，直至与钻机夹持器5中的钻杆完成连接。

实施例

一种转位式钻杆自动加接装置，包括转位夹持器1、拉杆2、钻杆架3和限位机构，转位夹持器1位于钻机卡盘6和钻机夹持器5之间；拉杆2平行于钻机的夹持中心设置，一端与钻机动力头7连接，另一端与滑动座103连接；钻杆架3位于钻机的侧边，用于控制钻杆的方向；限位机构用于限制滑动座103的移动位置，包括固定在滑动座103底部的挡块104和固定在钻机机架8一侧的限位块4。下文所描述的钻机夹持器5、钻机卡盘6、钻机动力头7和钻机机架8均为现有各种通用结构。

该装置的具体结构如下：

(1)转位夹持器1

转位夹持器1包括夹持机构101、回转机构102和滑动座103。夹持机构101可以是各种结构、原理的夹持器，结构可与钻机夹持器5相同，由于夹持机构101只夹持待加接或者待拆卸的一根钻杆，所需夹持力相较于钻机夹持器5较小。回转机构102为回转器，回转器的转动机构与夹持机构101连接，回转器的固定壳体与滑动座103连接。滑动座103的上方为连接板，与回转器连接；两侧为滑动块，与钻机机架8的滑轨嵌套，使滑动座103可沿滑轨往复移动；顶部设有两个导向套105，为拉杆2提供运动导向和限位的作用。挡块104与安装在钻机机架8上的限位块4配合，对转位夹持器1向后移动限位，确保转位夹持器1始终对齐同一钻杆输送位置，同时发挥限位保护作用。

(2)拉杆2

拉杆2为圆柱长杆，对称设于转位夹持器1的两侧，拉杆2的杆体穿过转位夹持器1的滑动座103上的导向套105。拉杆2的前端设有限位台阶201，当钻机动力头7向后移动一定距离时，限位台阶201通过导向套105拖动转位夹持器1随钻机动力头7一起向后移动，以便回到对齐钻杆架3的位置。向前移动时，拉杆2可从转位夹持器1下方空隙穿过，避免干涉。拉杆2后端设有销孔202，销孔202的两端面削平，销孔202内设有销轴，拉杆2通过销轴与钻机动力头7连接，具有偏心修正作用。

(3)限位块4

限位块4固定安装在钻机机架8的侧面，阻挡位于转位夹持器1的滑动座103下方的挡块104，限制转位夹持器1的移动行程，确保转位夹持器1始终对齐同一钻杆输送位置，同时发挥限位保护作用。

(4)钻杆架3

钻杆架3位于钻机机架8的侧面，用于放置待加接的钻杆，包括导向块、安装架302、和液压缸。导向块上设有与钻杆外圆面相切的凹槽作为导向槽，凹槽可为V型槽，用于支撑钻杆并导向，减轻钻杆输送的劳动强度，凹槽中心与转位夹持器1移动到最后端位置并转动90°后的中心对齐。液压缸用于调节导向槽的中心高度，使其始终与转位夹持器1中心高度一致。安装架302用于和钻机机架8、底架等固定部件连接，用于固定钻杆架3。

本发明的使用方法如下：

(1)钻杆加接流程：

1)液压缸调节钻杆架3的高度，使导向槽对齐转位夹持器1；

2)将待加接钻杆放入钻杆架3的导向槽内；

3)转位夹持器1沿图1所示箭头方向转动90°，使其夹持中心线与待加接钻杆重合；

4)转位夹持器1的卡瓦打开；

5)推送待加接钻杆至可转位夹持中间位置，转位夹持器1夹紧待加接钻杆；

6)转位夹持器1沿箭头反向转动90°，待加接钻杆与钻进动力头7和钻机夹持器5之间的钻进轴线重合；

7)钻机卡盘6松开，钻机动力头7前进至可夹持转位夹持器1中的待加接钻杆的位置，钻机卡盘6夹紧待加接钻杆；

8)转位夹持器1松开，钻机动力头7旋转并前进，与钻机夹持器5中的钻杆完成前端钻杆连接；

9)钻机夹持器5松开，钻机动力头7旋转推进，继续钻进。在钻机动力头7推进过程中，转位夹持器1受钻机动力头7推动一起前进。

钻杆拆卸流程：

1)钻机夹持器5、转位夹持器1松开，钻机卡盘6夹紧待拆卸钻杆；

2)钻机动力头7后退，使待拆卸钻杆与前一根钻杆的螺纹连接位于钻机夹持器5和转位夹持器1之间；

3)钻机夹持器5夹紧，钻机动力头7反转并后退，松开钻杆间螺纹连接；

4)转位夹持器1夹紧钻杆，钻机卡盘6松开，钻机动力头7后移，待拆卸钻杆后端全部露出钻机卡盘6；经过钻杆拆卸流程中的2、3、4三步，钻机动力头7通过拉杆2拖动转位夹持器1向后运动至旋转后的中心恰好能与钻杆架3的凹槽中心对齐；

5)转位夹持器1沿图示箭头方向旋转90°；

6)转位夹持器1卡瓦松开；

7)抽出钻杆；

8)转位夹持反转90°；

9)钻机动力头7前移，夹紧下一根待拆卸钻杆，准备进行拆卸。

本发明通过设置转位夹持器1，将原本与钻进轴线重合的钻杆加接位置，转动至与钻进轴线垂直的角度(转位夹持器1可转动至任意角度)，扩大了钻杆自动加接装置的适用范围，提高了加接钻杆的灵活性，解决了待加接钻杆必须与钻机水平钻进轴线平行放置的问题。

本发明简化了钻杆自动加接装置的结构，只需在钻机动力头7和钻机夹持器5之间增加一个转位夹持器1，不需要机械手等输送装置，不需要占用钻机本身以外的其他空间，装置制造精度要求较低，制造成本低，解决了自动加接装置结构复杂、占用空间大的问题。

本发明通过设置转位夹持器1，实现了转位加接，此种转位加接的方式，简化了钻杆输送路线，减少了加接动作，有助于提高加接效率、保证动作执行精度，解决了钻杆输送路线复杂、加接动作多和效率低下的问题。

本发明结构简单，钻杆架3采用液压缸顶升导向块，易于实现与传统液压钻机的结构匹配，将此装置安装在传统液压钻机上时，仅需将传统液压钻机的液压系统进行少量改造即可，解决了现有自动加接装置无法应用于传统液压钻机的问题。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：包括转位夹持器、拉杆和钻杆架；所述转位夹持器位于钻机卡盘和钻机夹持器之间，包括沿钻机水平钻进方向移动的滑动座和设置在滑动座上的回转机构，以及设置在回转机构上的夹持机构，所述夹持机构的夹持中心可与钻机水平钻进轴线同轴；所述滑动座上滑动连接有拉杆，拉杆的另一端与钻机动力头连接；所述钻杆架包括导向机构，所述导向机构的导向中心与夹持机构的夹持中心等高，所述导向机构的导向中心与钻机水平钻进轴线之间的夹角为α。

2.根据权利要求1所述的一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：所述钻杆架还包括升降机构，所述升降机构的输出端与导向机构连接。

3.根据权利要求2所述的一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：所述升降机构为液压缸。

4.根据权利要求1所述的一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：还包括限位机构，所述限位机构包括设置在所述滑动座上的挡块和设置在钻机机架上与挡块匹配的限位块。

5.根据权利要求1所述的一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：所述拉杆相对设置在动力头的两侧。

6.根据权利要求1所述的一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：所述拉杆与钻机动力头铰接。

7.根据权利要求1所述的一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：所述导向机构为导向块，所述导向块上开设有导向槽。

8.根据权利要求7所述的一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：所述导向槽为V型槽。

9.根据权利要求1所述的一种转位式钻杆自动加接装置，其特征在于：α＝90°。

10.一种钻杆自动加接方法，其特征在于，包括以下步骤：在钻机卡盘和钻机夹持器之间设置转位夹持器，转位夹持器旋转至其夹持中心与待加接钻杆同轴的位置，待加接钻杆进入转位夹持器，转位夹持器夹紧待加接钻杆，转位夹持器旋转使待加接钻杆与钻机水平钻进轴线重合，钻机动力头前进至可夹持待加接钻杆的位置，钻机卡盘夹紧待加接钻杆，转位夹持器松开待加接钻杆，钻机动力头旋转并前进，直至与钻机夹持器中的钻杆完成连接。

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