CN111963083A - 新型上杆机 - Google Patents

Abstract

一种新型上杆机，涉及桩基工程机械、钻探工程机械技术领域，包括安装底座、前支撑部件和钻杆夹持器，安装底座通过平行四连杆机构装在钻机底盘的前部；前支撑部件通过转轴Ⅰ与安装底座铰接，在前支撑部件两侧装有伸缩支腿，在安装底座上装有翘起驱动装置；在前支撑部件的前侧设有U型槽；钻杆夹持器装在前支撑部件的上方，在前支撑部件和钻杆夹持器之间设有回转机构；所述回转机构包括回转支撑，在回转支撑上装有滑道，在滑道上装有滑块，钻杆夹持器通过翻转机构装在滑块上；本发明活动范围大，操作灵活方便，能够满足钻杆夹持、钻杆夹持器俯仰、钻杆夹持器前后移动及回转、孔内钻具夹持固定以及前支撑部件整体翘起让开桩孔孔口等多种施工需求。

Description

新型上杆机

技术领域

本发明涉及桩基工程机械、钻探工程机械技术领域，尤其是一种新型上杆机。

背景技术

随着现代钻井技术的发展及减轻钻井工作体力劳动强度和提高钻井工作效率的需要，近些年来，各种钻井行业依据各自钻井现场及钻机结构的特点，发展出了很多种钻机上杆机：如石油钻机的上杆机、车载钻机的上杆机、各类工程钻机的上杆机等等。

这些上杆机有的结构非常简单、甚至没有动力、只借助一些简单的结构件通过人力来实现上杆工作，有的结构非常复杂且庞大、可以称得上是一整套上杆系统、甚至还包括体量庞大的储存和运移钻具的系统，上杆机都是针对各自的钻机结构和钻井工作特点设计和开发的，不同类型和用途的上杆机甚至没有可比性。

针对申请人此前原创开发并已申请整机发明专利的一种工程钻机，需要专门设计和研发一种全新的应用于该工程钻机的上杆机，以满足施工要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种活动范围大，操作灵活方便，能够满足钻杆夹持、钻杆夹持器俯仰、钻杆夹持器前后移动及回转、孔内钻具夹持固定以及前支撑部件整体翘起让开桩孔孔口等多种施工需求的新型上杆机。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，本发明是一种新型上杆机，其特点是，包括安装底座、前支撑部件和钻杆夹持器，

所述安装底座通过平行四连杆机构装在钻机底盘的前部，在钻机底盘和安装底座之间装有驱动平行四连杆机构使安装底座压向地面的四连杆驱动装置；

所述前支撑部件通过转轴Ⅰ与安装底座铰接，在前支撑部件两侧装有伸缩支腿，在安装底座上装有驱动前支撑部件围绕转轴Ⅰ向上转动翘起给桩孔孔口让位的翘起驱动装置；在前支撑部件的前侧设有与钻杆对应的U型槽；

所述钻杆夹持器装在前支撑部件的上方，在前支撑部件和钻杆夹持器之间设有回转机构；所述回转机构包括装在前支撑部件上的回转支撑，所述回转支撑与驱动回转支撑转动的回转驱动装置相接；

在回转支撑上设有平移机构；所述平移机构包括水平设置在回转支撑上的滑道，在滑道上装有滑块，所述钻杆夹持器通过翻转机构装在滑块上；

所述钻杆夹持器包括夹持架，在夹持架上设有用于夹持钻杆的夹钳，所述夹钳设有与所述U型槽对应的夹持口；

所述翻转机构包括水平设置的转轴Ⅱ，转轴Ⅱ与夹持口的夹持中心轴线垂直设置，夹持器的夹持架通过转轴Ⅱ铰接在滑块上，在滑块上装有驱动钻杆夹持器绕着转轴Ⅱ翻转使夹持口中心轴线由竖直位置翻转到水平位置的翻转驱动装置。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：在安装底座上装有与前支撑部件铰接的铰接安装座，在与转轴Ⅰ相对一侧的铰接安装座和安装底座之间装有使前支撑部件向前伸出的前后伸缩机构。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：所述前后伸缩机构包括互相套装的外筒和内筒，外筒和内筒的轴线与前后伸缩机构的伸缩方向平行，在外筒和内筒之间设有驱动内筒相对外筒做伸缩运动的伸缩油缸。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：在铰接安装座下方设有摆动扶正机构，所述摆动扶正机构包括装在安装底座上的纵向截面为圆弧形的弧形托，弧形托的方向与前后伸缩机构的伸缩方向平行，在弧形托内装有与弧形托配合的弧形铁，所述弧形铁的上部设有上承载平面，所述铰接安装座的下部设有与上承载平面接触配合的下压平面，在弧形铁的前后两端设有使弧形铁跟随铰接安装座前后滑动的前、后限位挡板。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：在U型槽上装有用于撑住钻杆的垫叉，在前支撑部件上装有推动垫叉伸出的油缸；所述回转支撑为液压马达。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：在钻机底盘的前部设有安装板，所述平行四连杆机构装在安装底座和安装板之间，所述四连杆驱动装置为液压油缸，所述液压油缸的后端和安装板铰接，液压油缸的活塞杆前端和安装底座铰接。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：所述翘起驱动装置为液压油缸，在铰接安装座上方装有油缸安装座，液压油缸缸体前端通过两个前耳轴铰接在油缸安装座上，液压油缸的活塞杆前端和前支撑部件铰接。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：所述钻杆夹持器包括钳壳，在钳壳上装有用于夹持圆柱形钻具的对中夹持机构；

所述对中夹持机构包括围绕夹持中心设置的两个前部转动钳臂和一个后部平动钳臂，两个转动钳臂对称设在夹持中心两侧，两个转动钳臂分别与钳壳铰接，两个铰接点对称设在夹持中心两侧，以两个铰接点、夹持中心三点共线设置；

所述平动钳臂设在夹持中心后方，钳壳上装有推动平动钳臂向上述两个铰接点、夹持中心三点连线垂直平动的平推驱动机构；

转动钳臂包括位于铰接点前方的转动部和位于铰接点后方的驱动部，在两个转动钳臂转动部的内侧壁上均固定连接有朝向夹持中心设置的转动钳块；

平动钳臂中间的内侧壁上固定连接有朝向夹持中心设置的平动钳块，平动钳臂的两侧分别通过联动的驱动连杆与转动钳臂的驱动部两端相铰接，两个驱动连杆对称设置在夹持中心两侧，平动钳块和两个转动钳块以夹持中心为中心形成对钻具的外圆周面进行夹持的夹持环。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：所述平推驱动机构为油缸，平动钳臂的后端和油缸活塞杆前端固定相连接。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，以上所述的新型上杆机中：所述转动钳块和平动钳块的夹持面为平面或弧面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过平行四连杆机构将安装底座与钻机底盘的前部相接，使该上杆机可以随钻机整体移动并可以借助钻机实现自身的固定；

（2）通过设置前支撑部件，在前支撑部件上设置U型槽和与U型槽对应的钻杆夹持器，两者配合夹持钻杆；通过在安装底座上装有翘起驱动装置，能够驱动前支撑部件围绕转轴Ⅰ向上转动翘起给桩孔孔口让位；通过设置前后伸缩机构，可以调整前支撑部件相对于安装底座的前后位置，通过在前支撑部件两侧设置伸缩支腿，调整伸缩支腿能使前支撑部件能够在凹凸不平的地面保持平衡；整个前支撑部件可以在负重的条件下进行调平和前后位置调整，便于钻具对接；

（3）通过在前支撑部件上设置回转机构，能够带动钻杆夹持器转动；通过在回转支撑上设置平移机构，平移机构带动钻杆夹持器做相对于回转支撑的前后移动；由回转机构和平移机构配合，使得由钻杆夹持器夹持的钻杆可以灵活的调整位置；

（4）通过设置翻转机构，使得钻杆夹持器能够绕着转轴Ⅱ做夹持口中心轴线由竖直位置到水平位置的翻转，钻杆夹持器可以俯仰，直接夹持处于水平状态的钻杆并向上翘起90°至垂直状态，实现对钻杆的平拿立用；该钻机能够活动范围大，操作灵活方便，能够满足钻杆夹持、钻杆夹持器90°俯仰、钻杆夹持器前后移动及回转、孔内钻具夹持固定以及前支撑部分整体翘起让开桩孔孔口等多种施工需求。

附图说明

图1为本发明的一种立体结构示意图；

图2为图1的正视图；

图3为图1的纵向剖视图；

图4为摆动扶正机构纵向剖视图；

图5为钻杆夹持器的立体结构示意图；

图6为钻杆夹持器的一种结构示意图 ；

图7为钻杆夹持器的另一种结构示意图。

图中：1.安装底座，2.前支撑部件，3.钻杆夹持器，4.平行四连杆机构，5. 转轴Ⅰ，6. 伸缩支腿，7. 翘起驱动装置，8. U型槽，9. 回转支撑，10. 液压马达，11. 滑道，12.滑块，13.转轴Ⅱ，14. 翻转驱动装置，15. 铰接安装座，16. 伸缩油缸，17. 外筒，18.内筒，19. 弧形托， 20. 垫叉，21. 安装板，22. 油缸安装座，23.钳壳，24.转动钳臂，25.平动钳臂，26.驱动连杆，27.转动钳块，28.平动钳块，29.平推驱动机构，30.圆柱形钻具，31.弧形放置槽，32.夹持中心，33.弧形铁。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

【实施例1】

参照图1，结合图2、图3，一种新型上杆机，包括安装底座1、前支撑部件2和钻杆夹持器3，

所述安装底座1通过平行四连杆机构4装在钻机底盘的前部，在钻机底盘和安装底座1之间装有驱动平行四连杆机构4使安装底座1压向地面的四连杆驱动装置；

所述前支撑部件2通过转轴Ⅰ5与安装底座1铰接，在前支撑部件2两侧装有伸缩支腿6，在安装底座1上装有驱动前支撑部件2围绕转轴Ⅰ5向上转动翘起给桩孔孔口让位的翘起驱动装置7；在前支撑部件2的前侧设有与钻杆对应的U型槽8；

所述钻杆夹持器3装在前支撑部件2的上方，在前支撑部件2和钻杆夹持器3之间设有回转机构；所述回转机构包括装在前支撑部件2上的回转支撑9，所述回转支撑9与驱动回转支撑9转动的回转驱动装置相接；

在回转支撑9上设有平移机构；所述平移机构包括水平设置在回转支撑9上的滑道11，在滑道11上装有滑块12，所述钻杆夹持器3通过翻转机构装在滑块12上；

所述钻杆夹持器3包括夹持架，在夹持架上设有用于夹持钻杆的夹钳，所述夹钳设有与所述U型槽8对应的夹持口；

所述翻转机构包括水平设置的转轴Ⅱ13，转轴Ⅱ13与夹持口的夹持中心32轴线垂直设置，夹持器的夹持架通过转轴Ⅱ13铰接在滑块12上，在滑块12上装有驱动钻杆夹持器3绕着转轴Ⅱ13翻转使夹持口中心轴线由竖直位置翻转到水平位置的翻转驱动装置14。

在安装底座1上装有与前支撑部件2铰接的铰接安装座15，在与转轴Ⅰ5相对一侧的铰接安装座15和安装底座1之间装有使前支撑部件2向前伸出的前后伸缩机构。

所述前后伸缩机构包括互相套装的外筒17和内筒18，外筒17和内筒18的轴线与前后伸缩机构的伸缩方向平行，在外筒17和内筒18之间设有驱动内筒18相对外筒17做伸缩运动的伸缩油缸16。外筒17固定安装在安装底座1上，内筒18与铰接安装座15固定相接，伸缩油缸16装在内筒18中。伸缩油缸16活塞杆伸出时，带动内筒18向前伸出，带动铰接安装座15前移，从而带动前支撑部件2前移。

参照图4，在铰接安装座15下方设有摆动扶正机构，所述摆动扶正机构包括装在安装底座1上的纵向截面为圆弧形的弧形托19，弧形托19的方向与前后伸缩机构的伸缩方向平行，在弧形托19内装有与弧形托19配合的弧形铁33，所述弧形铁33的上部设有上承载平面，所述铰接安装座15的下部设有与上承载平面接触配合的下压平面，在弧形铁33的前后两端设有使弧形铁33跟随铰接安装座15前后滑动的前、后限位挡板。铰接安装座15压在弧形铁33上。

弧形托19的内表面覆有一耐磨尼龙层，弧形铁33的外弧形面上包覆有耐磨尼龙层，在弧形铁33的上承载平面上通过螺钉固定连接有耐磨尼龙板，耐磨尼龙板与铰接安装座15的下压平面接触配合。铰接安装座15在伸缩油缸16的驱动下伸出时，弧形铁33会被铰接安装座15带动并在弧形托19中滑动。弧形铁33在弧形托19中可以左右摆动，当施工地面不平整时，四连杆驱动装置使安装底座1压紧地面，安装底座1为非水平状态，但通过设置弧形铁33，弧形铁33在弧形托19中左右摆动找平，使弧形铁33承载的铰接安装座15始终保持水平。

在U型槽8上装有用于撑住钻杆的垫叉20，在前支撑部件2上装有推动垫叉20伸出的油缸；所述回转支撑9为液压马达10。

在钻机底盘的前部设有安装板21，所述平行四连杆机构4装在安装底座1和安装板21之间，所述四连杆驱动装置为液压油缸，所述液压油缸的后端和安装板21铰接，液压油缸的活塞杆前端和安装底座1铰接。当地面高低不平时，四连杆驱动装置即液压油缸的活塞杆伸出，带动安装底座1下压至贴合地面，此时，前支撑部件2上的U型槽8的夹持中心32轴线后移，通过前后伸缩机构向前推动前支撑部件2，将U型槽8的夹持中心32线前移对准桩孔中心。

所述翘起驱动装置7为液压油缸，在铰接安装座15上方装有油缸安装座22，液压油缸缸体前端通过两个前耳轴铰接在油缸安装座22上，液压油缸的活塞杆前端和前支撑部件2铰接。

参照图5，结合图6、图7，所述钻杆夹持器3，包括钳壳23，即所述夹持架，在钳壳23上装有用于夹持圆柱形钻具30的对中夹持机构；

所述对中夹持机构包括围绕夹持中心32设置的两个前部转动钳臂24和一个后部平动钳臂25，即所述夹钳，夹持中心32即为待夹持的圆柱形钻具30的中心轴线上的点，两个转动钳臂24对称设在夹持中心32两侧，两个转动钳臂24分别与钳壳23铰接，两个铰接点对称设在夹持中心32两侧，以两个铰接点、夹持中心32三点共线设置；

所述平动钳臂25设在夹持中心32后方，钳壳23上装有推动平动钳臂25向上述两个铰接点、夹持中心32三点连线垂直平动的平推驱动机构29；

转动钳臂24包括位于铰接点前方的转动部和位于铰接点后方的驱动部，在两个转动钳臂24转动部的内侧壁上均固定连接有朝向夹持中心32设置的转动钳块27；

平动钳臂25中间的内侧壁上固定连接有朝向夹持中心32设置的平动钳块28，平动钳臂25的两侧分别通过联动的驱动连杆与转动钳臂24的驱动部两端相铰接，两个驱动连杆对称设置在夹持中心32两侧，平动钳块28和两个转动钳块27以夹持中心32为中心形成对钻具的外圆周面进行夹持的夹持环。

所述平推驱动机构29为油缸，油缸固定安装在钳壳23上，平动钳臂25的后端和油缸活塞杆前端固定相连接，油缸活塞杆伸缩方向与两个铰接点、夹持中心32三点连线垂直。活塞杆运动路径指向夹持中心32。油缸活塞杆伸缩，带动平动钳臂25的前进或后退，平动钳臂25两侧分别通过驱动连杆带动转动钳臂24围绕转动钳臂24与钳壳23之间的铰接点转动，实现转动钳臂24的转动部闭合或张开，达到对圆柱形钻具30的夹紧或释放。在平动钳臂25前移过程中，由于平动钳臂25的前移方向与上述两个铰接点、夹持中心32三点连线垂直设置，两个转动钳臂24、两个铰接点对称设置在夹持中心32两侧，两个驱动连杆对称设置，使平动钳臂25经驱动连杆带动转动钳块27同时等距离的靠近或远离夹持中心32，实现夹持圆柱形钻具30时自动对中。

在钳壳23的前端开设有与夹持环对应的弧形放置槽31。钳壳23上的弧形放置槽31能够起到辅助夹持的作用。

所述转动钳块27和平动钳块28的夹持面为平面，如图6。夹持面为平面时，转动钳块27、平动钳块28与圆柱形钻具30的外圆周面之间是线接触，可以用于夹持不同直径大小的圆柱形钻具30，通用性强。

两个转动钳臂24和钳壳23的两个铰接轴上、两个转动钳臂24和两个驱动连杆的铰接轴上、平动钳臂25的两端和两个驱动连杆的铰接轴上均装有滑动轴承。在铰接轴上装滑动轴承，能够有效改善各铰接轴的工作环境，提高各转动部件的使用寿命。

两个转动钳块27对称设置在夹持中心32两侧。

所述转动钳块27和平动钳块28的夹持面或为弧面，如图7。被夹持的圆柱形钻具30的直径固定时，可以选用弧面的夹持面，弧面夹持面与圆柱形钻具30的外圆周面之间是面接触，接触面积更大，摩擦力更大，夹持更稳固。

整个夹持器可以固定安装，也可以通过各种固定形式安装在移动或转动的基座上，当夹持器整体移动或转动时，其内部部件的相对运动关系不随夹持器空间位置的变化而变化。

本上杆机采用两个钻杆夹持器3叠加安装，安装时要求竖直状态下的两个钻杆夹持器3的夹持中心32的连线与U型槽8的夹持轴线共线。

本实施例中，四连杆驱动装置、伸缩支腿6、翘起驱动装置7、翻转驱动装置14均采用液压油缸。

Claims (10)

1.一种新型上杆机，其特征在于：包括安装底座、前支撑部件和钻杆夹持器，

所述安装底座通过平行四连杆机构装在钻机底盘的前部，在钻机底盘和安装底座之间装有驱动平行四连杆机构使安装底座压向地面的四连杆驱动装置；

所述前支撑部件通过转轴Ⅰ与安装底座铰接，在前支撑部件两侧装有伸缩支腿，在安装底座上装有驱动前支撑部件围绕转轴Ⅰ向上转动翘起给桩孔孔口让位的翘起驱动装置；在前支撑部件的前侧设有与钻杆对应的U型槽；

所述钻杆夹持器装在前支撑部件的上方，在前支撑部件和钻杆夹持器之间设有回转机构；所述回转机构包括装在前支撑部件上的回转支撑，所述回转支撑与驱动回转支撑转动的回转驱动装置相接；

在回转支撑上设有平移机构；所述平移机构包括水平设置在回转支撑上的滑道，在滑道上装有滑块，所述钻杆夹持器通过翻转机构装在滑块上；

所述钻杆夹持器包括夹持架，在夹持架上设有用于夹持钻杆的夹钳，所述夹钳设有与所述U型槽对应的夹持口；

所述翻转机构包括水平设置的转轴Ⅱ，转轴Ⅱ与夹持口的夹持中心轴线垂直设置，夹持器的夹持架通过转轴Ⅱ铰接在滑块上，在滑块上装有驱动钻杆夹持器绕着转轴Ⅱ翻转使夹持口中心轴线由竖直位置翻转到水平位置的翻转驱动装置。

2.根据权利要求1所述的新型上杆机，其特征在于：在安装底座上装有与前支撑部件铰接的铰接安装座，在与转轴Ⅰ相对一侧的铰接安装座和安装底座之间装有使前支撑部件向前伸出的前后伸缩机构。

3.根据权利要求2所述的新型上杆机，其特征在于：所述前后伸缩机构包括互相套装的外筒和内筒，外筒和内筒的轴线与前后伸缩机构的伸缩方向平行，在外筒和内筒之间设有驱动内筒相对外筒做伸缩运动的伸缩油缸。

4.根据权利要求3所述的新型上杆机，其特征在于：在铰接安装座下方设有摆动扶正机构，所述摆动扶正机构包括装在安装底座上的纵向截面为圆弧形的弧形托，弧形托的方向与前后伸缩机构的伸缩方向平行，在弧形托内装有与弧形托配合的弧形铁，所述弧形铁的上部设有上承载平面，所述铰接安装座的下部设有与上承载平面接触配合的下压平面，在弧形铁的前后两端设有使弧形铁跟随铰接安装座前后滑动的前、后限位挡板。

5.根据权利要求1所述的新型上杆机，其特征在于：在U型槽上装有用于撑住钻杆的垫叉，在前支撑部件上装有推动垫叉伸出的油缸；所述回转支撑为液压马达。

6.根据权利要求1所述的新型上杆机，其特征在于：在钻机底盘的前部设有安装板，所述平行四连杆机构装在安装底座和安装板之间，所述四连杆驱动装置为液压油缸，所述液压油缸的后端和安装板铰接，液压油缸的活塞杆前端和安装底座铰接。

7.根据权利要求1所述的新型上杆机，其特征在于：所述翘起驱动装置为液压油缸，在铰接安装座上方装有油缸安装座，液压油缸缸体前端通过两个前耳轴铰接在油缸安装座上，液压油缸的活塞杆前端和前支撑部件铰接。

8.根据权利要求1所述的新型上杆机，其特征在于：所述钻杆夹持器包括钳壳，在钳壳上装有用于夹持圆柱形钻具的对中夹持机构；

所述对中夹持机构包括围绕夹持中心设置的两个前部转动钳臂和一个后部平动钳臂，两个转动钳臂对称设在夹持中心两侧，两个转动钳臂分别与钳壳铰接，两个铰接点对称设在夹持中心两侧，以两个铰接点、夹持中心三点共线设置；

所述平动钳臂设在夹持中心后方，钳壳上装有推动平动钳臂向上述两个铰接点、夹持中心三点连线垂直平动的平推驱动机构；

转动钳臂包括位于铰接点前方的转动部和位于铰接点后方的驱动部，在两个转动钳臂转动部的内侧壁上均固定连接有朝向夹持中心设置的转动钳块；

平动钳臂中间的内侧壁上固定连接有朝向夹持中心设置的平动钳块，平动钳臂的两侧分别通过联动的驱动连杆与转动钳臂的驱动部两端相铰接，两个驱动连杆对称设置在夹持中心两侧，平动钳块和两个转动钳块以夹持中心为中心形成对钻具的外圆周面进行夹持的夹持环。

9.根据权利要求8所述的新型上杆机，其特征在于：所述平推驱动机构为油缸，平动钳臂的后端和油缸活塞杆前端固定相连接。

10.根据权利要求8所述的新型上杆机，其特征在于：所述转动钳块和平动钳块的夹持面为平面或弧面。

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