CN112696153B - 一种自动装卸钻杆钻机的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，包括钻机，钻机的桅杆基架上连接有动力头，动力头前端连接输出接头；桅杆基架前端连接夹持卸扣装置，夹持卸扣装置的底座上设有固定夹持单元，还设有可沿输出接头的轴线转动的转动夹持单元；桅杆基架通过连接支架连接有可容置若干钻杆的回转钻库，回转钻库位于桅杆基架的一侧并与桅杆基架的长度方向同向，回转钻库上朝向桅杆基架的一侧具有豁口以便钻杆的装入和取出，连接支架上连接用于移动钻杆的机械手；钻机的使用方法包括自动加钻杆和自动卸钻杆的过程。钻机使用时，可以自动进行加钻杆和卸钻杆的动作，释放人力，安全性和使用效率都能得到有效提升。

Description

一种自动装卸钻杆钻机的使用方法

技术领域

本发明属于土层或岩石的钻进设备技术领域，具体涉及一种自动装卸钻杆钻机的使用方法。

背景技术

在廊道、隧道环境条件中钻孔作业时，通常需要进行多向的钻孔施工。如中国专利文献CN209469381U、CN209568974U、CN304858067S等所公开的钻机设备，结合钻机的姿态调整，钻机的动力头即能够实现前向和环向的钻孔作业，请参加附图1，钻机设备通常包括底盘1，底盘上设有钻进总成，钻进总成的后方设有控制台总成11；钻进总成包括变幅组件、钻桅组件和动力头组件18；变幅组件包括起升臂12，起升臂的后端与固设在底盘上的基架相铰接并通过第一油缸13驱动所述起升臂，所述起升臂的前端铰接有变向头14，变向头上设有盘面朝向正上方的回转盘16，回转盘的盘面可转动，通过连接在起升臂上方的第二油缸15驱动变向头，第二油缸伸长时，变向头沿其铰接位置转动并带动回转盘，使其盘面朝向正前方。钻桅组件包括桅杆基架17，桅杆基架提供相互平行的两列导轨，动力头组件18包括与所述两列导轨相适配的两导轨槽并通过两导轨槽可滑动连接在两列导轨上以便实现钻进动作；桅杆基架17就连接在回转盘16的盘面上以便随其转动，其两列导轨所构成的平面平行于回转盘的盘面。当回转盘的盘面朝向正上方时，回转盘转动到适当位置，可实现前向钻孔作业，当回转盘的盘面朝向正前方时，桅杆基架随回转盘的盘面转动，可实现环向钻孔作业。

为了避免环向钻孔作业时，桅杆基架的单侧导轨磨损严重的问题，又出现了如CN110905407A的钻机结构，通过一个换向件使桅杆基架的两列导轨所构成的平面呈垂直于回转盘的形式，钻进时观察更方便，也可以有效保护导轨。

但是，目前的这些钻机设备，都还是人工手动进行钻杆的装卸，管状的钻杆的两端头分别设有相互适配的锥螺纹（也称锥形螺纹、锥管螺纹）以便逐一首位相连而接长，钻杆外壁的两端分别加工有切口（即扁方，通常切口的截面外形呈四方）以便施加扭力。当钻洞深度较深时，需要频繁地加杆，达到钻洞深度后，动力头反转并带着钻杆退出，还要配合人工逐一卸下钻杆。加杆、卸杆时需要人工松卸，效率很低，而且钻杆的长度较长，重量也不轻，加之钻进作业的工况恶劣，人工加杆、卸杆的过程实施困难，也存在不小的安全隐患。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，避免需要人工配合进行加杆、卸杆的问题，取得释放人力、提效安全的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，包括钻机，所述钻机包括桅杆基架，所述桅杆基架上可往复滑动连接有动力头，动力头的主轴前端连接有输出接头；输出接头所朝向的桅杆基架的一端端部连接有夹持卸扣装置，所述夹持卸扣装置包括底座并通过所述底座固定连接于桅杆基架的端部，底座上设有固定夹持单元以用于夹持钻杆，底座上还设有可沿输出接头的轴线转动的转动夹持单元，转动夹持单元位于固定夹持单元和动力头之间；桅杆基架通过连接支架连接有可容置若干钻杆的回转钻库，所述回转钻库位于桅杆基架的一侧，回转钻库与桅杆基架的长度方向同向以便使内装的钻杆也与桅杆基架的长度方向同向，回转钻库上朝向桅杆基架的一侧具有豁口以便钻杆的装入和取出，所述连接支架上连接有可摆动于回转钻库和桅杆基架之间的机械手以便装入或取出钻杆，所述机械手可滑动连接于连接支架上并可沿桅杆基架的长度方向往复滑动；

钻机的使用方法包括加钻杆和卸钻杆的过程，加钻杆的过程包括如下步骤：

A1、动力头正转钻进至目标深度后，动力头回转，动力头的输出接头和连接在其前端的钻杆退回到与夹持卸扣装置对应的位置；动力头停止转动；

A2、固定夹持单元夹紧钻杆，转动夹持单元夹持输出接头；

A3、转动夹持单元以输出接头的轴线为回转轴转动，拧松输出接头与钻杆之间的螺纹连接；

A4、转动夹持单元松开输出接头，然后复位；

A5、动力头反转至输出接头与钻杆之间的螺纹连接完全脱开后，退到后端；

A6、机械手从回转钻库抓取一根待加钻杆，并将待加钻杆的前端锥度外螺纹段伸入被固定夹持单元所夹紧钻杆的后端锥度内螺纹孔；

A7、动力头前移至输出接头的前端锥度外螺纹段伸入待加钻杆的后端锥度内螺纹孔；

A8、机械手松开待加钻杆，然后复位；

A9、动力头按设定的时长正转，完成待加钻杆两端的螺纹连接；

A10、固定夹持单元松开所夹紧的钻杆后，动力头可继续正转钻进并重复步骤A1-A10，直至钻进至设计要求深度；

卸钻杆的过程包括如下步骤：

M1、动力头正转钻进至设计要求深度后，动力头回转，动力头的输出接头和连接在其前端的钻杆退回到与夹持卸扣装置对应的位置；动力头停止转动；

M2、固定夹持单元夹紧钻杆，转动夹持单元夹持输出接头；

M3、转动夹持单元以输出接头的轴线为回转轴转动，拧松输出接头与钻杆之间的螺纹连接；

M4、转动夹持单元松开输出接头，然后复位；

M5、动力头正转，以一个小于额定功率的输出扭矩拧紧输出接头与被固定夹持单元所夹紧钻杆之间的螺纹连接，然后停止转动；

M6、固定夹持单元松开所夹紧的钻杆；

M7、动力头后退，使输出接头前端依次相连的两根钻杆退回到与夹持卸扣装置对应的位置；

M8、转动夹持单元夹持所述两根钻杆中直接与输出接头相连的一根；固定夹持单元夹紧另一根；

M9、转动夹持单元以输出接头的轴线为回转轴转动，拧松两根钻杆之间的螺纹连接；

M10、转动夹持单元松开所夹紧的钻杆，然后复位；

M11、动力头按设定的时长反转，使两根钻杆呈螺纹连接完全脱开但对应的前端锥度外螺纹段仍伸入在后端锥度内螺纹孔内的状态；

M12、转动夹持单元再次夹紧直接与输出接头相连的钻杆，机械手也移动并抓持住该钻杆；

M13、动力头反转至输出接头和与之直接相连的钻杆之间的螺纹连接完全脱开后，退到后端；

M14、转动夹持单元松开所夹持的钻杆；

M15、机械手将所抓持的钻杆放回回转钻库；然后动力头前移并重复步骤M5- M15，直至卸除设计的钻杆数量。

进一步地，所述固定夹持单元包括两平行正对的基板，基板的下端与底座相连，基板的上端呈U形并分别连接有可适配开合的夹持板，所述夹持板通过回转轴可转动连接于两基板之间，所述回转轴穿设于夹持板的下部，夹持板的上部分别朝向U形的基板上端的内侧延伸形成夹持口、朝向U形的基板上端的外侧延伸形成驱动连接部，驱动连接部铰接连接第一夹持缸体的一端，第一夹持缸体的另一端铰接于底座上。

进一步地，所述夹持口为90°的V形开口。

进一步地，靠近动力头的基板的外侧面上凸起设有用于连接转动夹持单元的连接件，所述连接转动夹持单元包括半圆环座板，半圆环座板平行于基板并通过朝向基板的侧面可转动连接在所述连接件上，半圆环座板的开口端朝向与U形的基板上端朝向对应，半圆环座板的两个自由端分别连接有可适配开合的第二夹持缸体，两第二夹持缸体的伸缩输出部相向且端部均为90°的V形开口，半圆环座板的下部通过支耳铰接连接转动驱动缸体的一端，转动驱动缸体的另一端铰接于底座上。

进一步地，所述底座上还设有钻杆导向单元，沿输出接头的朝向方向，转动夹持单元、固定夹持单元和钻杆导向单元在底座上依次设置。

进一步地，所述回转钻库包括外壳体和驱动单元，可转动穿设于所述外壳体内设有回转驱动轴，所述回转驱动轴上同步转动连接有至少两个载物花盘，载物花盘的周向上间隔开设有若干置物开口，所述置物开口向外贯穿载物花盘的边沿并与外壳体的内壁配合形成钻杆限位空间，所有载物花盘沿回转驱动轴间隔设置并相互平行正对；所述豁口开设于外壳体上，所述驱动单元驱动连接回转驱动轴。

进一步地，所述驱动单元包括钻库驱动缸体，所述钻库驱动缸体通过齿轮齿条传动结构连接回转驱动轴，钻库驱动缸体的伸缩输出端连接齿条，齿条与同步转动连接于回转驱动轴上的齿轮相啮合。

进一步地，所述齿轮连接于回转驱动轴穿出外壳体的轴段上，所述钻库驱动缸体铰接于外壳体上且铰接回转轴平行于回转驱动轴以便可通过摆动改变齿条与齿轮之间的距离；外壳体上连接有一调节单元，所述调节单元包括固定板，所述固定板位于齿条背离齿轮的一侧，固定板上螺纹连接有调节螺栓，所述调节螺栓的做功方向朝向所述齿条背离齿轮的一侧以便可调节并限制齿条与齿轮之间的距离。

进一步地，所述外壳体包括两圆筒状的端盖体，端盖体的一端通过封板封闭，另一端敞口，两端盖体的敞口端相向并通过固定件固定连接两端盖体以形成所述外壳体，回转驱动轴可转动穿设于两封板，各载物花盘位于两封板之间，置物开口与端盖体的周向侧壁的内壁配合形成钻杆限位空间，豁口开设于端盖体的周向侧壁上，端盖体的周向侧壁远离桅杆基架的一侧的上部还开始有钻杆初始安装缺口。

进一步地，所述外壳体通过连接支架固定连接到桅杆基架上，连接支架呈矩形的钢筋框架结构，包括底钢筋框、顶钢筋框和两个侧面钢筋框，外壳体固定连接于侧面钢筋框的下部并通过底钢筋框与桅杆基架固连， 机械手可滑动连接于顶钢筋框上；所述顶钢筋框具有两条与桅杆基架的长度方向同向的纵梁，所述机械手数量为两套并沿纵梁间隔设置，每套机械手包括滑块基体和主机械臂，所述滑块基体可滑动套在两纵梁上以提高滑动平稳性，滑块基体铰接连接主机械臂的上端，通过摆动缸体驱动主机械臂沿其上端的铰接回转轴摆动，摆动缸体的一端铰接于滑块基体上，另一端通过抓手连接轴铰接连接于主机械臂的中部，主机械臂的下端形成为固定抓手，所述抓手连接轴上可转动连接有活动抓手，通过抓手缸体驱动活动抓手沿抓手连接轴摆动以便与固定抓手配合完成开合的动作，抓手缸体的一端铰接于主机械臂上，另一端铰接于活动抓手上；两滑块基体同步滑动，通过连接于顶钢筋框上的滑动缸体驱动滑块基体。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明的一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其钻机在使用过程中，可以自动进行加钻杆和卸钻杆的动作，释放人力，避免需要人工配合进行加杆、卸杆的问题，安全性和使用效率都能得到有效提升。

附图说明

图1为背景技术提及的一种现有钻机的示意图；

图2为具体实施例的可自动装卸钻杆的多钻杆钻机的结构示意图；

图3为实施例中的回转钻库与桅杆基架连接部分的独立示意图；

图4为图3另一视角的示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为图5中A-A剖视图，其中示意了机械手摆动于的两个目标位置的效果；

图7为图4中圆圈部位局部放大图（为便于示意内部隐去了部分壳体件）；

图8为实施例中的机械手的独立示意图；

图9为实施例中的载物花盘的独立示意图；

图10为实施例中的端盖体的独立示意图；

图11为实施例中的夹持卸扣装置的独立示意图；

图12为图11的右视图；

图13为实施例中的夹持卸扣装置的立体图；

图14为图13另一视角的示意图（隐去了钻杆导向单元33）；

图15为图14基础上隐去基板321的内部示意图；

其中，底盘1，控制台总成11，起升臂12，第一油缸13，变向头14，第二油缸15，回转盘16，桅杆基架17，动力头组件18。

动力头2，输出接头21，

夹持卸扣装置3，底座30，转动夹持单元31，半圆环座板311，第二夹持缸体312，支耳313，转动驱动缸体314，固定夹持单元32，基板321，夹持板322，夹持口323，驱动连接部324，第一夹持缸体325，连接件326，钻杆导向单元33，

连接支架4，底钢筋框41，顶钢筋框42，纵梁421，滑动缸体422，侧面钢筋框43，滑块基体44，摆动缸体441，主机械臂45，抓手连接轴451，固定抓手452，抓手缸体453，活动抓手46，

回转钻库5，外壳体50，端盖体51，封板511，豁口512，钻杆初始安装缺口513，固定件52，回转驱动轴53，齿轮531，载物花盘54，置物开口541，钻库驱动缸体55，齿条551，固定板56，调节螺栓561。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

具体实施例的一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，基于一种可自动装卸钻杆的多钻杆钻机而进行，请参见图2-图4，所述可自动装卸钻杆的多钻杆钻机，包括桅杆基架17，所述桅杆基架17上可往复滑动连接有动力头2，动力头2的主轴前端连接有输出接头21；输出接头21所朝向的桅杆基架17的一端端部连接有夹持卸扣装置3，所述夹持卸扣装置3包括底座30并通过所述底座30固定连接于桅杆基架17的端部，底座30上设有固定夹持单元32以用于夹持钻杆，底座30上还设有可沿输出接头21的轴线转动的转动夹持单元31，转动夹持单元31位于固定夹持单元32和动力头2之间；桅杆基架17通过连接支架4连接有可容置若干钻杆的回转钻库5，所述回转钻库5位于桅杆基架17的一侧，回转钻库5与桅杆基架17的长度方向同向以便使内装的钻杆也与桅杆基架17的长度方向同向，回转钻库5上朝向桅杆基架17的一侧具有豁口512以便钻杆的装入和取出，所述连接支架4上连接有可摆动于回转钻库5和桅杆基架17之间的机械手以便装入或取出钻杆，所述机械手可滑动连接于连接支架4上并可沿桅杆基架17的长度方向往复滑动。

实施例的可自动装卸钻杆的多钻杆钻机，可以理解的，还包括普通钻机上常规结构的底盘、行走机构、控制总成、液（气）压系统等组件，本实施例的钻机，图示还包括有铰接在底盘的基架上的起升臂，起升臂的前端铰接有变向头，变向头上设有盘面朝上的回转盘，桅杆基架17就连接在回转盘上，钻机还包括与控制总成信号连接的若干传感器（结合实际检测的对象情况，可以选择压力、位移传感器，行程、接近开关等现有的电气件），传感器用于检测相关机构动作的准备、完成、到位情况，并反馈给控制总成以便控制总成判断和控制是否进行下一步机构动作；相关检测、控制、液压连接是为了实现相关机构动作的必然也是现有常规手段，这里不再赘述。

请参见图11-图15，其中，所述固定夹持单元32包括两平行正对的基板321，基板321的下端与底座30相连，基板321的上端呈U形并分别连接有可适配开合的夹持板322，所述夹持板322通过回转轴可转动连接于两基板321之间，所述回转轴穿设于夹持板322的下部，夹持板322的上部分别朝向U形的基板321上端的内侧延伸形成夹持口323、朝向U形的基板321上端的外侧延伸形成驱动连接部324，驱动连接部324铰接连接第一夹持缸体325的一端，第一夹持缸体325的另一端铰接于底座30上。基板321垂直于输出接头21的轴线。

其中，所述夹持口323为90°的V形开口。可以理解的，两夹持口的设计夹持中心也是对应于输出接头21的轴线的，两个第一夹持缸体325做功时，夹持板322绕各自的回转轴转动，两夹持板322的夹持口对应实现开合动作。

这样，采用专门设计的夹持板322通过摆动而不是直线伸缩的方式来夹持钻杆，是因为使用时，夹持口是夹持于钻杆的切口位置，切口截面外形呈四方，90°V形开口的夹持口虽然可以对应于四方的切口，但不是每次钻杆在停止转动时都正好停止于其四方切口的尖角正对夹持口的状态，直线伸缩的方式可能出现夹持口的90°开口未能以面贴合方式有效贴合于切口的两个垂直面的情况，而是直接夹持在了切口的棱上，为避免这种情况，本设计的两夹持板通过摆动并相互靠拢的方式，以弧线的路径靠近切口，可以起到校正、驱动钻杆转动的效果，最终确保使夹持口的90°开口以面贴合方式有效夹持住切口位置。

其中，靠近动力头2的基板321的外侧面上凸起设有用于连接转动夹持单元31的连接件326，所述连接转动夹持单元31包括半圆环座板311，半圆环座板311平行于基板321并通过朝向基板321的侧面可转动连接在所述连接件326上，半圆环座板311的开口端朝向与U形的基板321上端朝向对应，半圆环座板311的两个自由端分别连接有可适配开合的第二夹持缸体312，两第二夹持缸体312的伸缩输出部相向且端部均为90°的V形开口，半圆环座板311的下部通过支耳313铰接连接转动驱动缸体314的一端，转动驱动缸体314的另一端铰接于底座30上。

可以理解的，转动驱动缸体的做功方向是沿半圆环座板的切向方向，转动驱动缸体做功时转动夹持单元31整体沿输出接头21的轴线转动，两第二夹持缸体312的伸缩输出部的设计夹持中心也是对应于输出接头21的轴线的。实施时，半圆环座板311与连接件326之间的可转动连接，可以是半圆环座板311径向的两侧分别通过扣沿扣住同样是半圆环结构的连接件326的边沿，使连接件326整体成为半圆环座板311弧形摆动的导轨；也可以是半圆环座板311与连接件326相贴的面之间通过半圆的导轨和导轨槽来适配连接。

因为钻杆的一致性，切口的方位是基本相同的，不存在错位（角度错开的情况），在前面固定夹持单元32的夹持板通过摆动方式靠拢并有效夹持住钻杆的前提下，转动夹持单元31就可以采用简单的直线伸缩的方式来夹持了。

其中，所述底座30上还设有钻杆导向单元33，沿输出接头21的朝向方向，转动夹持单元31、固定夹持单元32和钻杆导向单元33在底座30上依次设置。

这样，保留孔口导向板的功能，可以保证钻机使用的可靠性，有效对钻杆限位和导向，即起到常用的孔口板的作用。钻杆导向单元33就是一个带有导向圆孔的板状结构，本实施例中，采用了类似扣件开合的方式，使导向圆孔位置可以打开，方便人工装卸钻具时使用。

请参见图3-图10，其中，所述回转钻库5包括外壳体50和驱动单元，可转动穿设于所述外壳体50内设有回转驱动轴53，所述回转驱动轴53上同步转动连接有至少两个载物花盘54，所述载物花盘54呈圆形板状，载物花盘54的周向上间隔开设有若干置物开口541，所述置物开口541沿回转驱动轴53的径向向外贯穿载物花盘54的边沿并与外壳体50的内壁配合形成钻杆限位空间，所有载物花盘54沿回转驱动轴53间隔设置并相互平行正对；所述豁口512开设于外壳体50上，所述驱动单元驱动连接回转驱动轴53。

本实施例中，置物开口541在载物花盘54的周向上以36°等分均布开设，以36°等分均布开设本可开设十个置物开口541，但如图9所示，本实施例只开设了九个置物开口541，未开始的一个位置，是用于钻机未使用时，专门用于机械手停置的位置，避免与钻杆抢位置，也就是说，本实施例的回转钻库5一次性最多可以容置九根钻杆，以目前一般的钻孔深度来说，能够满足绝大部分使用场景的钻孔深度需求。而在钻机不使用时，驱动单元通过回转驱动轴53带动载物花盘54转动到一个初始位置，使没有置物开口541（钻杆）的位置朝向豁口512，机械手就停止该处专门用于机械手停置的位置。这样，结构设计合理，始终有一个便于参考的点位，也便于回转钻库5转动控制程序的编制。

其中，所述驱动单元包括钻库驱动缸体55，所述钻库驱动缸体55通过齿轮齿条传动结构连接回转驱动轴53，钻库驱动缸体55的伸缩输出端连接齿条551，齿条551与同步转动连接于回转驱动轴53上的齿轮531相啮合。

这样，驱动方式传统可靠，通过传感器检测驱动缸体55的伸缩长度，即可对应控制回转驱动轴53带动载物花盘54转动的角度，保证自动装卸钻杆动作的精确完成。

其中，所述齿轮531连接于回转驱动轴53穿出外壳体50的轴段上，所述钻库驱动缸体55铰接于外壳体50上且铰接回转轴平行于回转驱动轴53以便可通过摆动改变齿条551与齿轮531之间的距离；外壳体50上连接有一调节单元，所述调节单元包括固定板56，所述固定板56位于齿条551背离齿轮531的一侧，固定板56上螺纹连接有调节螺栓561，所述调节螺栓561的做功方向朝向所述齿条551背离齿轮531的一侧以便可调节并限制齿条551与齿轮531之间的距离从而保证啮合传动的灵活可靠。

这样，可调，可以保证齿条551与齿轮531之间的啮合和传动有效性。本实施例中，根据实际伸缩行程，钻库驱动缸体55铰接在了与外壳体50固定连接的连接支架上；考虑到钻孔工况恶劣，齿条551与齿轮531啮合处采用了壳体件包覆，齿条551穿过壳体件并与壳体件内的齿轮531啮合，固定板56也属于壳体件的一个侧壁，壳体件内增加了一个滑动块，调节螺栓561通过滑动块抵接于齿条551，增加接触面积，避免损伤齿条551。

其中，所述外壳体50包括两圆筒状的端盖体51，端盖体51的一端通过封板511封闭，另一端敞口，两端盖体51的敞口端相向并通过固定件52固定连接两端盖体51以形成所述外壳体50，回转驱动轴53可转动穿设于两封板511，各载物花盘54位于两封板511之间，置物开口541与端盖体51的周向侧壁的内壁配合形成钻杆限位空间，豁口512开设于端盖体51的周向侧壁上，端盖体51的周向侧壁远离桅杆基架17的一侧的上部还开始有钻杆初始安装缺口513。

这样，提供了一种简易“外壳体”的形式，不采用整体圆筒形结构，功能效果不变，重量更轻，便于安装到现有的钻机上，并且可视内部的钻杆情况，使用更便利。豁口512主要是用于钻机使用过程中，机械手自动从回转钻库5装入和取出钻杆，当然，也可以是初始装入钻杆是供人工使用；钻杆初始安装缺口513的设置，也是用于钻杆的装入和取出，但使用的时机和用途不同，一方面，钻杆初始安装缺口513不像豁口512，为了便于机械手装卸转杆设于朝向内侧，钻杆初始安装缺口513朝向外侧，便于初始时向回转钻库内装入钻杆；另一方面，特别地，前文说了，回转钻库5内有九根钻杆，当九根钻杆自动接长后还不能满足钻孔深度时，豁口512位置是不能加入另外的钻杆的，而钻杆初始安装缺口513的设置，则可以在钻进的过程中，当空置的置物开口541转动到钻杆初始安装缺口513位置时，向内添加钻杆，不用停机来额外增加钻杆，从而满足深孔的持续钻进。

其中，所述外壳体50通过连接支架4固定连接到桅杆基架17上，连接支架4呈矩形的钢筋框架结构，包括底钢筋框41、顶钢筋框42和两个侧面钢筋框43，外壳体50固定连接于侧面钢筋框43的下部并通过底钢筋框41与桅杆基架17固连， 机械手可滑动连接于顶钢筋框42上；所述顶钢筋框42具有两条与桅杆基架17的长度方向同向的纵梁421，所述机械手数量为两套并沿纵梁421间隔设置，每套机械手包括滑块基体44和主机械臂45，所述滑块基体44可滑动套在两纵梁421上以提高滑动平稳性，滑块基体44铰接连接主机械臂45的上端，通过摆动缸体441驱动主机械臂45沿其上端的铰接回转轴摆动，摆动缸体441的一端铰接于滑块基体44上，另一端通过抓手连接轴451铰接连接于主机械臂45的中部，主机械臂45的下端形成为固定抓手452，所述抓手连接轴451上可转动连接有活动抓手46，通过抓手缸体453驱动活动抓手46沿抓手连接轴451摆动以便与固定抓手452配合完成开合的动作，抓手缸体453的一端铰接于主机械臂45上，另一端铰接于活动抓手46上；两滑块基体44同步滑动，通过连接于顶钢筋框42上的滑动缸体422驱动滑块基体44。

本实施例中，通过两套管分别滑动套设在纵梁421上，两滑块基体44都连接在两套管上以便同步滑动，滑动缸体422的一端铰接在顶钢筋框42后端的横梁上，一端铰接与临近的滑块基体44。主机械臂45在摆动缸体441驱动下摆动于回转钻库5和桅杆基架17之间是为了配合完成从置物开口541（豁口512）和输出接头21的轴线位置之间装上和取下钻杆的动作，而可沿桅杆基架17的长度方向滑动主要是为了完成钻杆端部的锥螺纹的套入或取出的对应动作。整个机械手要求的动作不多，结构并不复杂，避免出现机械故障，提高使用可靠性。

目前使用的钻杆的两端头分别设有相互适配的锥螺纹，钻杆外壁的两端分别加工有切口以便夹紧并施加扭力。可以理解的，输出接头21的自由端为与钻杆的前端相同的带有切口和锥螺纹的构造形状，以便与钻杆的后端相连。

钻机的使用方法包括加钻杆和卸钻杆的过程：

加钻杆的过程包括如下步骤：

A1、动力头2正转钻进至目标深度后，动力头2回转，动力头2的输出接头21和连接在其前端的钻杆退回到与夹持卸扣装置3对应的位置；动力头2停止转动；

可通过位移传感器反馈位置。

A2、固定夹持单元32夹紧钻杆，转动夹持单元31夹持输出接头21；

具体为两第一夹持缸体325伸出以完成夹持，然后两第二夹持缸体312伸出以完成夹持；

可通过压力传感器反馈位置。

A3、转动夹持单元31以输出接头21的轴线为回转轴转动，拧松输出接头21与钻杆之间的螺纹连接；

具体为转动驱动缸体314伸出以带动转动夹持单元31整体转动；

可通过编码器反馈转动角度。

需要说明的是，通过两第二夹持缸体312的端部夹持输出接头21，并不是要完全夹紧，而只是通过与四方形切口配合而在整体转动时传递扭矩，从而松开螺纹连接（不是完全脱开）；作为常规设计，动力头的主轴是有一定浮动行程的（现有技术），在拧松输出接头21与钻杆之间的螺纹连接时，输出接头21对应可以借助动力头主轴的浮动行程而后退。并且，动力头主轴的浮动行程是大于锥螺纹完全脱开连接所需的轴向行程的。

A4、转动夹持单元31松开输出接头21，然后复位；

具体为两第二夹持缸体312缩回，然后转动驱动缸体314缩回；

可通过位移传感器、编码器反馈。

A5、动力头2反转至输出接头21与钻杆之间的螺纹连接完全脱开后，退到后端；

动力头2反转至输出接头21与钻杆之间的螺纹连接完全脱开可通过计时器控制，时间反馈；退到后端可通过位移传感器反馈。

A6、机械手从回转钻库5抓取一根待加钻杆，并将待加钻杆的前端锥度外螺纹段伸入被固定夹持单元32所夹紧钻杆的后端锥度内螺纹孔；

具体为抓手缸体453做功张开，摆动缸体441做功摆动到豁口侧后，抓手缸体453做功实现抓取，然后摆动缸体441做功摆动到输出接头21轴线位置；然后滑动缸体422做功，将钻杆前移并衔接锥螺纹；

对应可通过压力传感器、位移传感器反馈。

待加钻杆取出之后，钻库驱动缸体55可做功通过回转驱动轴53带动载物花盘54转动36°以便待加下一根钻杆。

A7、动力头2前移至输出接头21的前端锥度外螺纹段伸入待加钻杆的后端锥度内螺纹孔；

可通过位移传感器反馈

A8、机械手松开待加钻杆，然后复位；

具体为抓手缸体453做功张开，摆动缸体441做功摆动到不干涉机构动作的位置；

可通过压力传感器、位移传感器反馈。

A9、动力头2按设定的时长正转，完成待加钻杆两端的螺纹连接；

正转过程中动力头2本身不退机，借助主轴的浮动行程完成螺纹连接；

可通过计时器控制，时间反馈。

A10、固定夹持单元32松开所夹紧的钻杆后，动力头2可继续正转钻进并重复步骤A1- A10，直至钻进至设计要求深度；

具体为第一夹持缸体325缩回，可通过过压力反馈，位移复检。

卸钻杆的过程包括如下步骤：

M1、动力头2正转钻进至设计要求深度后，动力头2回转，动力头2的输出接头21和连接在其前端的钻杆退回到与夹持卸扣装置3对应的位置；动力头2停止转动；

M2、固定夹持单元32夹紧钻杆，转动夹持单元31夹持输出接头21；

M3、转动夹持单元31以输出接头21的轴线为回转轴转动，拧松输出接头21与钻杆之间的螺纹连接；

M4、转动夹持单元31松开输出接头21，然后复位；

M5、动力头2正转，以一个小于额定功率的输出扭矩拧紧输出接头21与被固定夹持单元32所夹紧钻杆之间的螺纹连接，然后停止转动；

需要说明的是，动力头本身可以反转松开一定连接紧度的螺纹连接，但在打钻后，由于冲击等因素的影响，不适于采用动力头本身反转而松开螺纹连接的方式，所以要采用转动夹持单元31与固定夹持单元32的配合来卸扣。而所述通过小于额定功率的输出扭矩拧紧的螺纹连接，则是可以通过动力头本身的反转可以松开的。实施时，额定通常为20MP，所述的小于额定功率的输出，我们实际中赋值是5 MP，确保后续动力头后续可通过本身反转松开。

可通过压力传感器反馈。

M6、固定夹持单元32松开所夹紧的钻杆；

M7、动力头2后退，使输出接头21前端依次相连的两根钻杆退回到与夹持卸扣装置3对应的位置；

M8、转动夹持单元31夹持所述两根钻杆中直接与输出接头21相连的一根；固定夹持单元32夹紧另一根；

M9、转动夹持单元31以输出接头21的轴线为回转轴转动，拧松两根钻杆之间的螺纹连接；

M10、转动夹持单元31松开所夹紧的钻杆，然后复位；

M11、动力头2按设定的时长反转，使两根钻杆呈螺纹连接完全脱开但对应的前端锥度外螺纹段仍伸入在后端锥度内螺纹孔内的状态；

M12、转动夹持单元31再次夹紧直接与输出接头21相连的钻杆，机械手也移动并抓持住该钻杆；

M13、动力头2反转至输出接头21和与之直接相连的钻杆之间的螺纹连接完全脱开后，退到后端；

M14、转动夹持单元31松开所夹持的钻杆；

M15、机械手将所抓持的钻杆放回回转钻库5；机械手松开，并让位，待抓取下一根钻杆，回转钻库5转动至下一放置钻杆的位置，然后动力头2前移并重复步骤M5- M15，直至卸除设计的钻杆数量。

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，而不脱离本发明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)

1.一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，包括钻机，所述钻机包括桅杆基架，所述桅杆基架上可往复滑动连接有动力头，动力头的主轴前端连接有输出接头；其特征在于：输出接头所朝向的桅杆基架的一端端部连接有夹持卸扣装置，所述夹持卸扣装置包括底座并通过所述底座固定连接于桅杆基架的端部，底座上设有固定夹持单元以用于夹持钻杆，底座上还设有可沿输出接头的轴线转动的转动夹持单元，转动夹持单元位于固定夹持单元和动力头之间；

桅杆基架通过连接支架连接有可容置若干钻杆的回转钻库，所述回转钻库位于桅杆基架的一侧，回转钻库与桅杆基架的长度方向同向以便使内装的钻杆也与桅杆基架的长度方向同向，回转钻库上朝向桅杆基架的一侧具有豁口以便钻杆的装入和取出，所述连接支架上连接有可摆动于回转钻库和桅杆基架之间的机械手以便装入或取出钻杆，所述机械手可滑动连接于连接支架上并可沿桅杆基架的长度方向往复滑动；

钻机的使用方法包括加钻杆和卸钻杆的过程，加钻杆的过程包括如下步骤：

A1、动力头正转钻进至目标深度后，动力头回转，动力头的输出接头和连接在其前端的钻杆退回到与夹持卸扣装置对应的位置；动力头停止转动；

A2、固定夹持单元夹紧钻杆，转动夹持单元夹持输出接头；

A3、转动夹持单元以输出接头的轴线为回转轴转动，拧松输出接头与钻杆之间的螺纹连接；

A4、转动夹持单元松开输出接头，然后复位；

A5、动力头反转至输出接头与钻杆之间的螺纹连接完全脱开后，退到后端；

A6、机械手从回转钻库抓取一根待加钻杆，并将待加钻杆的前端锥度外螺纹段伸入被固定夹持单元所夹紧钻杆的后端锥度内螺纹孔；

A7、动力头前移至输出接头的前端锥度外螺纹段伸入待加钻杆的后端锥度内螺纹孔；

A8、机械手松开待加钻杆，然后复位；

A9、动力头按设定的时长正转，完成待加钻杆两端的螺纹连接；

A10、固定夹持单元松开所夹紧的钻杆后，动力头可继续正转钻进并重复步骤A1- A10，直至钻进至设计要求深度；

卸钻杆的过程包括如下步骤：

M1、动力头正转钻进至设计要求深度后，动力头回转，动力头的输出接头和连接在其前端的钻杆退回到与夹持卸扣装置对应的位置；动力头停止转动；

M2、固定夹持单元夹紧钻杆，转动夹持单元夹持输出接头；

M3、转动夹持单元以输出接头的轴线为回转轴转动，拧松输出接头与钻杆之间的螺纹连接；

M4、转动夹持单元松开输出接头，然后复位；

M5、动力头正转，以一个小于额定功率的输出扭矩拧紧输出接头与被固定夹持单元所夹紧钻杆之间的螺纹连接，然后停止转动；

M6、固定夹持单元松开所夹紧的钻杆；

M7、动力头后退，使输出接头前端依次相连的两根钻杆退回到与夹持卸扣装置对应的位置；

M8、转动夹持单元夹持所述两根钻杆中直接与输出接头相连的一根；固定夹持单元夹紧另一根；

M9、转动夹持单元以输出接头的轴线为回转轴转动，拧松两根钻杆之间的螺纹连接；

M10、转动夹持单元松开所夹紧的钻杆，然后复位；

M11、动力头按设定的时长反转，使两根钻杆呈螺纹连接完全脱开但对应的前端锥度外螺纹段仍伸入在后端锥度内螺纹孔内的状态；

M12、转动夹持单元再次夹紧直接与输出接头相连的钻杆，机械手也移动并抓持住该钻杆；

M13、动力头反转至输出接头和与之直接相连的钻杆之间的螺纹连接完全脱开后，退到后端；

M14、转动夹持单元松开所夹持的钻杆；

M15、机械手将所抓持的钻杆放回回转钻库；然后动力头前移并重复步骤M5- M15，直至卸除设计的钻杆数量。

2.根据权利要求1所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：所述固定夹持单元包括两平行正对的基板，基板的下端与底座相连，基板的上端呈U形并分别连接有可适配开合的夹持板，所述夹持板通过回转轴可转动连接于两基板之间，所述回转轴穿设于夹持板的下部，夹持板的上部分别朝向U形的基板上端的内侧延伸形成夹持口、朝向U形的基板上端的外侧延伸形成驱动连接部，驱动连接部铰接连接第一夹持缸体的一端，第一夹持缸体的另一端铰接于底座上。

3.根据权利要求2所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：所述夹持口为90°的V形开口。

4.根据权利要求2所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：靠近动力头的基板的外侧面上凸起设有用于连接转动夹持单元的连接件，所述连接转动夹持单元包括半圆环座板，半圆环座板平行于基板并通过朝向基板的侧面可转动连接在所述连接件上，半圆环座板的开口端朝向与U形的基板上端朝向对应，半圆环座板的两个自由端分别连接有可适配开合的第二夹持缸体，两第二夹持缸体的伸缩输出部相向且端部均为90°的V形开口，半圆环座板的下部通过支耳铰接连接转动驱动缸体的一端，转动驱动缸体的另一端铰接于底座上。

5.根据权利要求1所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：所述底座上还设有钻杆导向单元，沿输出接头的朝向方向，转动夹持单元、固定夹持单元和钻杆导向单元在底座上依次设置。

6.根据权利要求1所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：所述回转钻库包括外壳体和驱动单元，可转动穿设于所述外壳体内设有回转驱动轴，所述回转驱动轴上同步转动连接有至少两个载物花盘，载物花盘的周向上间隔开设有若干置物开口，所述置物开口向外贯穿载物花盘的边沿并与外壳体的内壁配合形成钻杆限位空间，所有载物花盘沿回转驱动轴间隔设置并相互平行正对；所述豁口开设于外壳体上，所述驱动单元驱动连接回转驱动轴。

7.根据权利要求6所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：所述驱动单元包括钻库驱动缸体，所述钻库驱动缸体通过齿轮齿条传动结构连接回转驱动轴，钻库驱动缸体的伸缩输出端连接齿条，齿条与同步转动连接于回转驱动轴上的齿轮相啮合。

8.根据权利要求7所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：所述齿轮连接于回转驱动轴穿出外壳体的轴段上，所述钻库驱动缸体铰接于外壳体上且铰接回转轴平行于回转驱动轴以便可通过摆动改变齿条与齿轮之间的距离；外壳体上连接有一调节单元，所述调节单元包括固定板，所述固定板位于齿条背离齿轮的一侧，固定板上螺纹连接有调节螺栓，所述调节螺栓的做功方向朝向所述齿条背离齿轮的一侧以便可调节并限制齿条与齿轮之间的距离。

9.根据权利要求6所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：所述外壳体包括两圆筒状的端盖体，端盖体的一端通过封板封闭，另一端敞口，两端盖体的敞口端相向并通过固定件固定连接两端盖体以形成所述外壳体，回转驱动轴可转动穿设于两封板，各载物花盘位于两封板之间，置物开口与端盖体的周向侧壁的内壁配合形成钻杆限位空间，豁口开设于端盖体的周向侧壁上，端盖体的周向侧壁远离桅杆基架的一侧的上部还开设有钻杆初始安装缺口。

10.根据权利要求6所述一种自动装卸钻杆钻机的使用方法，其特征在于：所述外壳体通过连接支架固定连接到桅杆基架上，连接支架呈矩形的钢筋框架结构，包括底钢筋框、顶钢筋框和两个侧面钢筋框，外壳体固定连接于侧面钢筋框的下部并通过底钢筋框与桅杆基架固连， 机械手可滑动连接于顶钢筋框上；

所述顶钢筋框具有两条与桅杆基架的长度方向同向的纵梁，所述机械手数量为两套并沿纵梁间隔设置，每套机械手包括滑块基体和主机械臂，所述滑块基体可滑动套在两纵梁上以提高滑动平稳性，滑块基体铰接连接主机械臂的上端，通过摆动缸体驱动主机械臂沿其上端的铰接回转轴摆动，摆动缸体的一端铰接于滑块基体上，另一端通过抓手连接轴铰接连接于主机械臂的中部，主机械臂的下端形成为固定抓手，所述抓手连接轴上可转动连接有活动抓手，通过抓手缸体驱动活动抓手沿抓手连接轴摆动以便与固定抓手配合完成开合的动作，抓手缸体的一端铰接于主机械臂上，另一端铰接于活动抓手上；

两滑块基体同步滑动，通过连接于顶钢筋框上的滑动缸体驱动滑块基体。