CN112922542A - 一种大螺旋插接式钻杆自动加卸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大螺旋插接式钻杆自动加卸装置及方法，该装置用于煤矿井下自动加卸大螺旋插接式钻杆；包括前夹持器、后夹持器、上杆机构、回转器和给进机身；上杆机构用于加、卸钻杆时转送钻杆，前夹持器和后夹持器用于加、卸钻杆时夹紧钻杆并保持中心对齐，回转器用于拖动钻杆轴向移动及钻杆公母头六方对齐，给进机身是上述各部件的载体。本发明装置及方法主要应用在煤矿井下坑道钻机，具有自动加、卸钻杆的功能，提高了钻机的自动化水平，减轻工人劳动强度，提高钻孔施工效率等特点。

Description

一种大螺旋插接式钻杆自动加卸装置及方法

技术领域

本发明属于钻探机械类的自动加杆领域，具体涉及一种大螺旋插接式钻杆自动装卸装置及方法主要用于煤矿井下钻机加缷钻杆。

背景技术

目前，煤矿井下坑道用大螺旋钻杆由于钻杆外径大，质量大，在施工过程中人工加、缷钻杆导致工人劳动强度大、且安全隐患较大。现有的煤矿井下自动加、缷钻杆的装置仅针对外平钻杆实现了加、缷钻杆，而对于长螺距的大螺旋插接式钻杆目前上没有自动加、卸钻杆的装置，由于大螺旋插接式钻杆螺距通常都较大，且为插接式结构，钻杆在加、缷的过程中都必须留有插接余量，所以加杆装置的各个部分之间就得密切配合，否侧就会出现钻杆与回转器和夹持器干涉现象，导致无法实现自动加、缷钻杆，因此研制一款针对大螺旋插接式钻杆的自动加、卸装置就显得迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种大螺旋插接式钻杆自动装卸装置及方法，用以解决目前没有自动加卸长螺距的大螺旋插接式钻杆的装置的问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种上杆机构，包括推送单元和安装在推送单元上的机械手；

所述推送单元包括竖向的定位板、固定在定位板上的水平的支撑臂A和支撑臂B、设在支撑臂A上的钻杆顶推组合件以及设在支撑臂B上并与钻杆顶推组合件相对的钻杆接手组合件；所述钻杆顶推组合件包括固定在支撑臂A上的水平的顶推油缸支撑板、垂直固定在顶推油缸支撑板上的顶推油缸安装板以及安装在顶推油缸安装板上的顶推油缸；所述钻杆接手组合件包括固定在支撑臂B上的与顶推油缸安装板平行相对的接手立板以及固定在接手立板上的弧形的接手板；所述顶推油缸与接手板相对且顶推油缸的中心轴线与接手板的中心轴线重合且平行于定位板；

所述机械手包括固定臂、铰接在固定臂上端的旋转臂以及安装在旋转臂端部的抓手；所述固定臂为L形结构，固定臂的横臂垂直固定在所述定位板上且位于支撑臂A和支撑臂B之间，固定臂的竖壁竖向朝上并在竖壁上端与旋转臂铰接处设有旋转油缸以控制旋转臂旋转；所述抓手包括固定在旋转臂端部的下抓手以及与下抓手铰接的上抓手且上抓手和下抓手之间连接抓手油缸以控制抓手开合；所述旋转臂能带动抓手相对水平面从0°-210°旋转，当旋转臂旋转至0°时，旋转臂垂直于定位板并位于定位板正上方，此时抓手的开口朝下，当旋转臂旋转至210°时，抓手位于支撑臂A和支撑臂B之间，此时抓手开口朝上，且上抓手和下抓手分别位于顶推油缸和接手板中心轴线的两侧；所述上抓手和下抓手的轴向长度均不小于2倍的螺旋钻杆的螺距。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述固定臂的竖壁上端设有上端横板和垂直设在上端横板上的两个平行相对的上端竖板；在上端横板上设有限位块A和限位块B，限位块A和限位块B能对旋转臂的旋转角度进行限位使旋转臂能相对水平面从0°-210°旋转；当旋转臂旋转至限位块A时，旋转臂与水平面夹角0°，此时机械手所抓钻杆与回转器所夹主动钻杆同轴，当旋转臂旋转至限位块B时，旋转臂与水平面夹角210°，此时机械手的上抓手和下抓手分别位于顶推油缸和接手板中心轴线两侧；

所述旋转臂通过两个连接转轴安装在两个上端竖板之间，所述旋转油缸安装在上端竖板上并连接所述连接转轴。

具体的，所述上抓手上设有上抓手连接块，所述下抓手上设有下抓手连接块，上抓手连接块和下抓手连接块之间通过销轴铰接以实现上抓手和下抓手铰接；

所述下抓手连接块上设有抓手油缸安装座以安装抓手油缸，且抓手油缸的缸杆端通过销轴与上抓手连接块铰接，以通过抓手油缸伸缩实现上抓手的转动以及上抓手与下抓手之间的开合。

具体的，所述上抓手为弧形结构，上抓手连接块位于上抓手的弧形结构外壁，在上抓手和上抓手连接块之间设有加强筋。

具体的，所述支撑臂A和支撑臂B位于同一水平面且对称设置，支撑臂A和支撑臂B的对称面为二者水平连线的中垂面；

所述支撑臂A包括焊接横板A，焊接横板A下方垂直设有两个平行相对的焊接立板A，焊接横板A和焊接立板A的端部均垂直固定在定位板上，焊接横板A的另一端上表面垂直设有两个平行相对且与定位板平行的固定立板A，在两个固定立板A之间固定有水平的定位横板A；

所述支撑臂B包括焊接横板B，焊接横板B下方垂直设有两个平行相对的焊接立板B，焊接横板B和焊接立板B的端部均垂直固定在定位板上，焊接横板B的另一端上表面垂直设有两个平行相对且与定位板平行的固定立板B，在两个固定立板B之间固定有水平的定位横板B；

所述顶推油缸支撑板与定位横板A连接且共面，所述接手立板与定位横板B垂直连接。

具体的，所述顶推油缸和接手板的中心轴线至定位横板A和定位横板B的竖向距离为螺旋钻杆最大直径的一半，从而当螺旋钻杆放置在定位横板A和定位横板B上时，螺旋钻杆的轴心轴线与顶推油缸和接手板的中心轴线重合以通过顶推油缸将螺旋钻杆端部顶推至接手板上，从而对螺旋钻杆进行轴向定位；

两个固定立板A之间的距离以及两个固定立板B之间的距离均不小于螺旋钻杆的最大直径，以能将螺旋钻杆放置在两个固定立板A之间及两个固定立板B之间。

具体的，所述顶推油缸的缸杆端部垂直设有圆形顶片，以能更好的顶推螺旋钻杆端部；所述顶推油缸支撑板和顶推油缸安装板之间设有筋板，且筋板垂直于顶推油缸支撑板和顶推油缸安装板。

一种大螺旋插接式钻杆自动加卸装置，包括所述的上杆机构，还包括前夹持器、后夹持器、回转器、安装在回转器上的主动钻杆、回转器和给进机身；所述前夹持器、后夹持器和回转器依次安装在给进机身上，所述上杆机构的定位板固定在给进机身侧壁；

当上杆机构的旋转臂转至0°时，抓手位于后夹持器和主动钻杆之间，且前夹持器、后夹持器、抓手所抓螺旋钻杆以及主动钻杆均同轴；所述螺旋钻杆为插接式螺旋钻杆。

具体的，所述前夹持器包括安装在给进机身上的前夹持器架、安装在前夹持器架上的能竖向开合的垂直卡瓦以及能驱动垂直卡瓦竖向开合的前夹持器油缸；前夹持器能竖向夹持螺旋钻杆；

所述后夹持器包括安装在给进机身上的后夹持器架、安装在后夹持器架上的能水平开合的水平卡瓦以及能驱动水平卡瓦水平开合的后夹持器油缸；后夹持器能水平方向夹持螺旋钻杆；

所述垂直卡瓦和水平卡瓦的轴向长度均不小于2倍的螺旋钻杆的螺距以夹持螺旋钻杆。

一种大螺旋插接式钻杆自动加卸方法，该方法通过所述的大螺旋插接式钻杆自动加卸装置来实现，包括自动加杆过程和自动卸杆过程；

所述自动加杆过程包括：

步骤A1，将旋转臂转至210°状态，抓手位于支撑臂A和支撑臂B之间，上抓手张开，等待抓取钻杆，此时将螺旋钻杆置于推送单元上，前夹持器夹紧前一根螺旋钻杆处于夹紧状态，后夹持器处于张开状态；

步骤A2，将螺旋钻杆置于推送单元上，顶推油缸推动螺旋钻杆尾部向接手板方向移动直至螺旋钻杆头部置于接手板上并将螺旋钻杆轴向定位在顶推油缸和接手立板之间；

步骤A3，拆掉主动钻杆与前一根螺旋钻杆连接的防松螺母并拔掉U型销，此时前夹持器仍处于夹紧状态，后夹持器仍处于张开状态；抓手油缸驱动上抓手与下抓手抱紧螺旋钻杆；

步骤A4，回转器后退，旋转臂逆时针转动120度至垂直位置等待回转器后退到指定位置；

步骤A5，旋转臂继续旋转至0度，此时螺旋钻杆中轴线、主动钻杆中轴线和后夹持器中轴线重合，抓手和后夹持器同时夹紧钻杆，回转器慢速回转至主动钻杆母头六方与螺旋钻杆公头六方相位一致，回转器向后夹持器方向移动至上紧钻杆，插上U型销，拧紧防松螺母；

步骤A6，抓手松开，旋转臂旋转至支撑臂A和支撑臂B之间等待下次抓取钻杆；此时前加持器和后夹持器同时处于夹紧状态；

步骤A7，前夹持器仍夹紧前一根钻杆，后夹持器张开，此时回转器慢速回转至前一根钻杆母头六方与螺旋钻杆公头六方相位一致，回转器向夹持器方向移动至上紧钻杆，插上U型销，拧紧防松螺母，完成一根螺旋钻杆的自动加杆；

自动卸杆过程包括：

步骤B1，此时前夹持器仍夹紧前一根钻杆，后夹持器张开，旋转臂处于210°状态即抓手位于支撑臂A和支撑臂B之间，回转器及主动钻杆带动螺旋钻杆向给进机身后端移动，等螺旋钻杆与前一根钻杆完全分开，回转器停止运动；

步骤B2，此时后夹持器夹紧螺旋钻杆，拆掉螺旋钻杆与主动钻杆连接的防松螺母和U型销，回转器继续向给进机身后端移动与螺旋钻杆完全分离，回转器停止移动；

步骤B3，旋转臂逆时针旋转210度至0度水平位置，此时抓手油缸驱动上抓手抓紧螺旋钻杆，后夹持器张开，抓手抱紧螺旋钻杆顺时针旋转210度，将螺旋钻杆平稳放置于推送单元上；

步骤B4，回转器向后夹持器方向移动，与留在前夹持器里面的前一根钻杆连接，插上U型销拧紧防松螺母，张开前夹持器，回转器拖动前一根钻杆向给进机身后端移动，这样就完成了一根螺旋钻杆的自动卸杆。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明大螺旋插接式钻杆自动加卸装置中，上杆机构用于加、卸钻杆时转送螺旋钻杆，且上杆机构可根据施工工况在给进机身的左右两侧任意布置，前夹持器和后夹持器用于加、卸螺旋钻杆时夹紧螺旋钻杆并保持中心对齐，回转器用于拖动螺旋钻杆轴向移动和钻杆公母头六方对齐，给进机身是上述各部件的载体。

本发明适用于煤矿井下大螺旋窄叶片插接式钻杆的自动加、缷，降低了人工加、缷钻杆的作业风险，提高了加卸钻杆效率，降低了工人劳动强度。

附图说明

图1是本发明上杆机构整体结构示意图；

图2是本发明机械手的(a)主视图，(b)右视图；

图3是本发明固定臂结构示意图；

图4是本发明推送单元整体结构示意图；

图5是本发明自动加卸杆装置整体结构示意图；

图6是本发明螺旋钻杆结构示意图；

图7是本发明前夹持器的(a)主视图，(b)俯视图；

图8是本发明后夹持器的(a)主视图，(b)俯视图；

图9是本发明自动加卸钻杆方法的加杆流程图。

附图标记含义：

1.上杆机构，2.螺旋钻杆，3.回转器，4.主动钻杆，5.给进机身，6.前夹持器，7.后夹持器；

100.推送单元，101.定位板，102.支撑臂A，103.支撑臂B，104顶推油缸支撑板，105.顶推油缸安装板，106.顶推油缸，107.接手立板，108.接手板，109.焊接横板A，110.焊接立板A，111.固定立板A，112.定位横板A，113.焊接横板B，114.焊接立板B，115.固定立板B，116.定位横板B，117.圆形顶片，118.筋板，119.横筋；

200.机械手，201.固定臂，202.旋转臂，203.旋转油缸，204.下抓手，205.上抓手，206.抓手油缸，207.上端横板，208.上端竖板，209.限位块A，210.限位块B，211.连接转轴，212.上抓手连接块，213.下抓手连接块，214.抓手油缸安装座，215.加强筋；

601.前夹持器架，602.垂直卡瓦，603.前夹持器油缸，604.调整滑块I，605.调整垫I；

701.后夹持器架，702.水平卡瓦，703.后夹持器油缸，704.调整滑块II，705.调整垫II。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，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。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种上杆机构，用于加、卸钻杆时转送螺旋钻杆，包括推送单元100和安装在推送单元100上的机械手200。

如图4所示，推送单元100包括竖向的定位板101、固定在定位板101上的水平的支撑臂A102和支撑臂B103、设在支撑臂A102上的钻杆顶推组合件以及设在支撑臂B103上并与钻杆顶推组合件相对的钻杆接手组合件；钻杆顶推组合件包括固定在支撑臂A102上的水平的顶推油缸支撑板104、垂直固定在顶推油缸支撑板104上的顶推油缸安装板105以及安装在顶推油缸安装板105上的顶推油缸106；钻杆接手组合件包括固定在支撑臂B103上的与顶推油缸安装板105平行相对的接手立板107以及固定在接手立板107上的弧形的接手板108；顶推油缸106与接手板108相对且顶推油缸106的中心轴线与接手板108的中心轴线重合且平行于定位板101。

如图2和图3所示，机械手200包括固定臂201、铰接在固定臂201上端的旋转臂202以及安装在旋转臂202端部的抓手；固定臂201为L形结构，固定臂201的横臂垂直固定在定位板101上且位于支撑臂A102和支撑臂B103之间，固定臂201的竖壁竖向朝上并在竖壁上端与旋转臂202铰接处设有旋转油缸203以控制旋转臂202旋转；抓手包括固定在旋转臂202端部的下抓手204以及与下抓手204铰接的上抓手205且上抓手205和下抓手204之间连接抓手油缸206以控制抓手开合；旋转臂202能带动抓手相对水平面从0°-210°旋转，当旋转臂202旋转至0°时，旋转臂202垂直于定位板101并位于定位板101正上方，此时抓手的开口朝下，当旋转臂202旋转至210°时，抓手位于支撑臂A102和支撑臂B103之间，此时抓手开口朝上，且上抓手205和下抓手204分别位于顶推油缸106和接手板108中心轴线的两侧；上抓手205和下抓手204的轴向长度均不小于2倍的螺旋钻杆2的螺距，以便更稳固的抓取螺旋钻杆2。在本实施例中，可根据上抓手205和下抓手204的抓紧程度抓取不同直径的螺旋钻杆2。

固定臂201的竖壁上端设有上端横板207和垂直设在上端横板207上的两个平行相对的上端竖板208；在上端横板207上设有限位块A209和限位块B210，限位块A209和限位块B210能对旋转臂202的旋转角度进行限位使旋转臂202能相对水平面从0°-210°旋转；当旋转臂202旋转至限位块A209时，旋转臂202与水平面夹角0°，此时抓手所抓螺旋钻杆2与回转器3所夹主动钻杆4同轴，当旋转臂202旋转至限位块B210时，旋转臂202与水平面夹角210°，此时抓手的上抓手205和下抓手204分别位于顶推油缸106和接手板108中心轴线两侧；旋转臂202通过两个连接转轴211安装在两个上端竖板208之间，旋转油缸203安装在上端竖板208上并连接一侧的连接转轴211，另一侧的连接转轴211连接有轴承，轴承嵌在一个上端竖板208的安装孔内且在该上端竖板208外侧安装端封盖。

上抓手205上设有上抓手连接块212，下抓手204上设有下抓手连接块213，上抓手连接块212和下抓手连接块213之间通过销轴铰接以实现上抓手205和下抓手204铰接；下抓手连接块213上设有抓手油缸安装座214以安装抓手油缸206，且抓手油缸206的缸杆端通过销轴与上抓手连接块212铰接，以通过抓手油缸206伸缩实现上抓手205的转动以及上抓手205与下抓手204之间的开合。

更具体的，上抓手205为弧形结构，上抓手连接块212位于上抓手205的弧形结构外壁，在上抓手205和上抓手连接块212之间设有加强筋215。

支撑臂A102和支撑臂B103位于同一水平面且对称设置，支撑臂A102和支撑臂B103的对称面为二者水平连线的中垂面。

支撑臂A102包括焊接横板A109，焊接横板A109下方垂直设有两个平行相对的焊接立板A110，焊接横板A109和焊接立板A110的端部均垂直固定在定位板101上，焊接横板A109的另一端上表面垂直设有两个平行相对且与定位板101平行的固定立板A111，在两个固定立板A111之间固定有水平的定位横板A112。

支撑臂B103包括焊接横板B113，焊接横板B113下方垂直设有两个平行相对的焊接立板B114，焊接横板B113和焊接立板B114的端部均垂直固定在定位板101上，焊接横板B113的另一端上表面垂直设有两个平行相对且与定位板101平行的固定立板B115，在两个固定立板B115之间固定有水平的定位横板B116。

顶推油缸支撑板104与定位横板A112连接且共面，接手立板107与定位横板B116垂直连接。

顶推油缸106和接手板108的中心轴线至定位横板A112和定位横板B116的竖向距离为螺旋钻杆2最大直径的一半，从而当螺旋钻杆2放置在定位横板A112和定位横板B116上时，螺旋钻杆2的轴心轴线与顶推油缸106和接手板108的中心轴线重合以通过顶推油缸106将螺旋钻杆2端部顶推至接手板108上，从而对螺旋钻杆2进行轴向定位。

两个固定立板A111之间的距离以及两个固定立板B115之间的距离均不小于螺旋钻杆2的最大直径，以能将螺旋钻杆2放置在两个固定立板A111之间及两个固定立板B115之间。

顶推油缸106的缸杆端部垂直设有圆形顶片117，以能更好的顶推螺旋钻杆2端部；顶推油缸支撑板104和顶推油缸安装板105之间设有筋板118，且筋板118垂直于顶推油缸支撑板104和顶推油缸安装板105。

在两个焊接立板A110和两个焊接立板B114下端焊接有横筋119用以加强推送单元100整体强度。

实施例2：

如图5所示，本实施例提供一种大螺旋插接式钻杆自动加卸装置，包括实施例1中的上杆机构1，还包括前夹持器6、后夹持器7、回转器3、安装在回转器3上的主动钻杆4和给进机身5；前夹持器6、后夹持器7和回转器3依次安装在给进机身5上，上杆机构1的定位板101固定在给进机身5侧壁，且上杆机构1可根据施工工况在给进机身5的左右两侧任意布置。其中，上杆机构1用于加、卸钻杆时转送螺旋钻杆2，前夹持器6和后夹持器7用于加、卸螺旋钻杆2时夹紧螺旋钻杆2并保持中心对齐，回转器3用于拖动螺旋钻杆2轴向移动和钻杆公母头六方对齐，给进机身5是上述各部件的载体。

当上杆机构1的旋转臂202转至0°时，抓手位于后夹持器7和主动钻杆4之间，且前夹持器6、后夹持器7、抓手所抓螺旋钻杆2以及主动钻杆4均同轴；如图6所示，螺旋钻杆2为插接式螺旋钻杆，主动钻杆4为六方母头结构，主动钻杆4的六方母头能与螺旋钻杆2的六方公头配合，为加卸钻杆提供旋转和给进动力来源。

如图7所示，前夹持器6包括安装在给进机身5上的前夹持器架601、安装在前夹持器架601上的能竖向开合的垂直卡瓦602以及能驱动垂直卡瓦602竖向开合的前夹持器油缸603；前夹持器6能竖向夹持螺旋钻杆2。

如图8所示，后夹持器7包括安装在给进机身5上的后夹持器架701、安装在后夹持器架701上的能水平开合的水平卡瓦702以及能驱动水平卡瓦702水平开合的后夹持器油缸703；后夹持器7能水平方向夹持螺旋钻杆2。

垂直卡瓦602和水平卡瓦702的轴向长度均不小于2倍的螺旋钻杆2的螺距以夹持螺旋钻杆2。

优选的，在本实施例的前夹持器6中，前夹持器架601和垂直卡瓦602之间设有调整滑块I604，调整滑块I604的安装位置可以调整垂直卡瓦602的水平偏移位置，前夹持器架601下方设有调整垫I605，调整垫I605可以调整前夹持器6垂直方向位置。在后夹持器7中，后夹持器架701和水平卡瓦702之间设有调整滑块II704，调整滑块II704的安装位置可以调整水平卡瓦702的水平偏移位置；后夹持器架701下方设有调整垫II705，调整垫II705可以调整后夹持器7垂直方向位置。

实施例3：

本实施例提供一种大螺旋插接式钻杆自动加卸方法，该方法通过实施例2的大螺旋插接式钻杆自动加卸装置来实现，包括自动加杆过程和自动卸杆过程；如图9所示，

自动加杆过程包括：

步骤A1，将旋转臂转至210°状态，抓手位于支撑臂A和支撑臂B之间，上抓手张开，等待抓取钻杆，此时将螺旋钻杆置于推送单元上，前夹持器夹紧前一根螺旋钻杆处于夹紧状态，后夹持器处于张开状态，如图9(a)；

步骤A2，顶推油缸推动螺旋钻杆尾部向接手板方向移动直至螺旋钻杆头部置于接手板上并将螺旋钻杆轴向定位在顶推油缸和接手立板之间，如图9(b)；

步骤A3，拆掉主动钻杆与前一根螺旋钻杆连接的防松螺母并拔掉U型销，此时前夹持器仍处于夹紧状态，后夹持器仍处于张开状态；抓手油缸驱动上抓手与下抓手抱紧螺旋钻杆，如图9(c)；

步骤A4，回转器后退，旋转臂逆时针转动120度至垂直位置等待回转器后退到指定位置，如图9(d)；

步骤A5，旋转臂继续旋转至0度，此时螺旋钻杆中轴线、主动钻杆中轴线和后夹持器中轴线重合，抓手和后夹持器同时夹紧钻杆，回转器慢速回转至主动钻杆母头六方与螺旋钻杆公头六方相位一致，回转器向后夹持器方向移动至上紧钻杆，插上U型销，拧紧防松螺母，如图9(e)；

步骤A6，抓手松开，旋转臂旋转至支撑臂A和支撑臂B之间等待下次抓取钻杆；此时前加持器和后夹持器同时处于夹紧状态，如图9(f)；

步骤A7，前夹持器仍夹紧前一根钻杆，后夹持器张开，此时回转器慢速回转至前一根钻杆母头六方与螺旋钻杆公头六方相位一致，回转器向夹持器方向移动至上紧钻杆，插上U型销，拧紧防松螺母，完成一根螺旋钻杆的自动加杆，如图9(g)；

自动卸杆过程包括：

步骤B1，此时前夹持器仍夹紧前一根钻杆，后夹持器张开，旋转臂处于210°状态即抓手位于支撑臂A和支撑臂B之间，回转器及主动钻杆带动螺旋钻杆向给进机身后端移动，等螺旋钻杆与前一根钻杆完全分开，回转器停止运动；

步骤B2，此时后夹持器夹紧螺旋钻杆，拆掉螺旋钻杆与主动钻杆连接的防松螺母和U型销，回转器继续向给进机身后端移动与螺旋钻杆完全分离，回转器停止移动；

步骤B3，旋转臂逆时针旋转210度至0度水平位置，此时抓手油缸驱动上抓手抓紧螺旋钻杆，后夹持器张开，抓手抱紧螺旋钻杆顺时针旋转210度，将螺旋钻杆平稳放置于推送单元上；

步骤B4，回转器向后夹持器方向移动，与留在前夹持器里面的前一根钻杆连接，插上U型销拧紧防松螺母，张开前夹持器，回转器拖动前一根钻杆向给进机身后端移动，这样就完成了一根螺旋钻杆的自动卸杆。

Claims (10)

1.一种上杆机构，其特征在于，包括推送单元(100)和安装在推送单元(100)上的机械手(200)；

所述推送单元(100)包括竖向的定位板(101)、固定在定位板(101)上的水平的支撑臂A(102)和支撑臂B(103)、设在支撑臂A(102)上的钻杆顶推组合件以及设在支撑臂B(103)上并与钻杆顶推组合件相对的钻杆接手组合件；所述钻杆顶推组合件包括固定在支撑臂A(102)上的水平的顶推油缸支撑板(104)、垂直固定在顶推油缸支撑板(104)上的顶推油缸安装板(105)以及安装在顶推油缸安装板(105)上的顶推油缸(106)；所述钻杆接手组合件包括固定在支撑臂B(103)上的与顶推油缸安装板(105)平行相对的接手立板(107)以及固定在接手立板(107)上的弧形的接手板(108)；所述顶推油缸(106)与接手板(108)相对且顶推油缸(106)的中心轴线与接手板(108)的中心轴线重合且平行于定位板(101)；

所述机械手(200)包括固定臂(201)、铰接在固定臂(201)上端的旋转臂(202)以及安装在旋转臂(202)端部的抓手；所述固定臂(201)为L形结构，固定臂(201)的横臂垂直固定在所述定位板(101)上且位于支撑臂A(102)和支撑臂B(103)之间，固定臂(201)的竖壁竖向朝上并在竖壁上端与旋转臂(202)铰接处设有旋转油缸(203)以控制旋转臂(202)旋转；所述抓手包括固定在旋转臂(202)端部的下抓手(204)以及与下抓手(204)铰接的上抓手(205)且上抓手(205)和下抓手(204)之间连接抓手油缸(206)以控制抓手开合；所述旋转臂(202)能带动抓手相对水平面从0°-210°旋转，当旋转臂(202)旋转至0°时，旋转臂(202)垂直于定位板(101)并位于定位板(101)正上方，此时抓手的开口朝下，当旋转臂(202)旋转至210°时，抓手位于支撑臂A(102)和支撑臂B(103)之间，此时抓手开口朝上，且上抓手(205)和下抓手(204)分别位于顶推油缸(106)和接手板(108)中心轴线的两侧；所述上抓手(205)和下抓手(204)的轴向长度均不小于2倍的螺旋钻杆(2)的螺距。

2.如权利要求1所述的上杆机构，其特征在于，所述固定臂(201)的竖壁上端设有上端横板(207)和垂直设在上端横板(207)上的两个平行相对的上端竖板(208)；在上端横板(207)上设有限位块A(209)和限位块B(210)，限位块A(209)和限位块B(210)能对旋转臂(202)的旋转角度进行限位使旋转臂(202)能相对水平面从0°-210°旋转；当旋转臂(202)旋转至限位块A(209)时，旋转臂(202)与水平面夹角0°，此时抓手所抓螺旋钻杆(2)与回转器(3)所夹主动钻杆(4)同轴，当旋转臂(202)旋转至限位块B(210)时，旋转臂(202)与水平面夹角210°，此时抓手的上抓手(205)和下抓手(204)分别位于顶推油缸(106)和接手板(108)中心轴线两侧；

所述旋转臂(202)通过两个连接转轴(211)安装在两个上端竖板(208)之间，所述旋转油缸(203)安装在上端竖板(208)上并连接所述连接转轴(211)。

3.如权利要求1所述的上杆机构，其特征在于，所述上抓手(205)上设有上抓手连接块(212)，所述下抓手(204)上设有下抓手连接块(213)，上抓手连接块(212)和下抓手连接块(213)之间通过销轴铰接以实现上抓手(205)和下抓手(204)铰接；

所述下抓手连接块(213)上设有抓手油缸安装座(214)以安装抓手油缸(206)，且抓手油缸(206)的缸杆端通过销轴与上抓手连接块(212)铰接，以通过抓手油缸(206)伸缩实现上抓手(205)的转动以及上抓手(205)与下抓手(204)之间的开合。

4.如权利要求3所述的上杆机构，其特征在于，所述上抓手(205)为弧形结构，上抓手连接块(212)位于上抓手(205)的弧形结构外壁，在上抓手(205)和上抓手连接块(212)之间设有加强筋(215)。

5.如权利要求1所述的上杆机构，其特征在于，所述支撑臂A(102)和支撑臂B(103)位于同一水平面且对称设置，支撑臂A(102)和支撑臂B(103)的对称面为二者水平连线的中垂面；

所述支撑臂A(102)包括焊接横板A(109)，焊接横板A(109)下方垂直设有两个平行相对的焊接立板A(110)，焊接横板A(109)和焊接立板A(110)的端部均垂直固定在定位板(101)上，焊接横板A(109)的另一端上表面垂直设有两个平行相对且与定位板(101)平行的固定立板A(111)，在两个固定立板A(111)之间固定有水平的定位横板A(112)；

所述支撑臂B(103)包括焊接横板B(113)，焊接横板B(113)下方垂直设有两个平行相对的焊接立板B(114)，焊接横板B(113)和焊接立板B(114)的端部均垂直固定在定位板(101)上，焊接横板B(113)的另一端上表面垂直设有两个平行相对且与定位板(101)平行的固定立板B(115)，在两个固定立板B(115)之间固定有水平的定位横板B(116)；

所述顶推油缸支撑板(104)与定位横板A(112)连接且共面，所述接手立板(107)与定位横板B(116)垂直连接。

6.如权利要求5所述的上杆机构，其特征在于，所述顶推油缸(106)和接手板(108)的中心轴线至定位横板A(112)和定位横板B(116)的竖向距离为螺旋钻杆(2)最大直径的一半，从而当螺旋钻杆(2)放置在定位横板A(112)和定位横板B(116)上时，螺旋钻杆(2)的轴心轴线与顶推油缸(106)和接手板(108)的中心轴线重合以通过顶推油缸(106)将螺旋钻杆(2)端部顶推至接手板(108)上，从而对螺旋钻杆(2)进行轴向定位；

两个固定立板A(111)之间的距离以及两个固定立板B(115)之间的距离均不小于螺旋钻杆(2)的最大直径，以能将螺旋钻杆(2)放置在两个固定立板A(111)之间及两个固定立板B(115)之间。

7.如权利要求1所述的上杆机构，其特征在于，所述顶推油缸(106)的缸杆端部垂直设有圆形顶片(117)，以能更好的顶推螺旋钻杆(2)端部；所述顶推油缸支撑板(104)和顶推油缸安装板(105)之间设有筋板(118)，且筋板(118)垂直于顶推油缸支撑板(104)和顶推油缸安装板(105)。

8.一种大螺旋插接式钻杆自动加卸装置，其特征在于，包括权利要求1至7任一权利要求所述的上杆机构(1)，还包括前夹持器(6)、后夹持器(7)、回转器(3)、安装在回转器(3)上的主动钻杆(4)和给进机身(5)；所述前夹持器(6)、后夹持器(7)和回转器(3)依次安装在给进机身(5)上，所述上杆机构(1)的定位板(101)固定在给进机身(5)侧壁；

当上杆机构(1)的旋转臂(202)转至0°时，抓手位于后夹持器(7)和主动钻杆(4)之间，且前夹持器(6)、后夹持器(7)、抓手所抓螺旋钻杆(2)以及主动钻杆(4)均同轴；所述螺旋钻杆(2)为插接式螺旋钻杆。

9.如权利要求8所述的大螺旋插接式钻杆自动加卸装置，其特征在于，所述前夹持器(6)包括安装在给进机身(5)上的前夹持器架(601)、安装在前夹持器架(601)上的能竖向开合的垂直卡瓦(602)以及能驱动垂直卡瓦(602)竖向开合的前夹持器油缸(603)；前夹持器(6)能竖向夹持螺旋钻杆(2)；

所述后夹持器(7)包括安装在给进机身(5)上的后夹持器架(701)、安装在后夹持器架(701)上的能水平开合的水平卡瓦(702)以及能驱动水平卡瓦(702)水平开合的后夹持器油缸(703)；后夹持器(7)能水平方向夹持螺旋钻杆(2)；

所述垂直卡瓦(602)和水平卡瓦(702)的轴向长度均不小于2倍的螺旋钻杆(2)的螺距以夹持螺旋钻杆(2)。

10.一种大螺旋插接式钻杆自动加卸方法，其特征在于，该方法通过权利要求9所述的大螺旋插接式钻杆自动加卸装置来实现，包括自动加杆过程和自动卸杆过程；

所述自动加杆过程包括：

步骤A1，将旋转臂转至210°状态，抓手位于支撑臂A和支撑臂B之间，上抓手张开，等待抓取钻杆，此时将螺旋钻杆置于推送单元上，前夹持器夹紧前一根螺旋钻杆处于夹紧状态，后夹持器处于张开状态；

步骤A2，将螺旋钻杆置于推送单元上，顶推油缸推动螺旋钻杆尾部向接手板方向移动直至螺旋钻杆头部置于接手板上并将螺旋钻杆轴向定位在顶推油缸和接手立板之间；

步骤A3，拆掉主动钻杆与前一根螺旋钻杆连接的防松螺母并拔掉U型销，此时前夹持器仍处于夹紧状态，后夹持器仍处于张开状态；抓手油缸驱动上抓手与下抓手抱紧螺旋钻杆；

步骤A4，回转器后退，旋转臂逆时针转动120度至垂直位置等待回转器后退到指定位置；

步骤A5，旋转臂继续旋转至0度，此时螺旋钻杆中轴线、主动钻杆中轴线和后夹持器中轴线重合，抓手和后夹持器同时夹紧钻杆，回转器慢速回转至主动钻杆母头六方与螺旋钻杆公头六方相位一致，回转器向后夹持器方向移动至上紧钻杆，插上U型销，拧紧防松螺母；

步骤A6，抓手松开，旋转臂旋转至支撑臂A和支撑臂B之间等待下次抓取钻杆；此时前加持器和后夹持器同时处于夹紧状态；

步骤A7，前夹持器仍夹紧前一根钻杆，后夹持器张开，此时回转器慢速回转至前一根钻杆母头六方与螺旋钻杆公头六方相位一致，回转器向夹持器方向移动至上紧钻杆，插上U型销，拧紧防松螺母，完成一根螺旋钻杆的自动加杆；

自动卸杆过程包括：

步骤B1，此时前夹持器仍夹紧前一根钻杆，后夹持器张开，旋转臂处于210°状态即抓手位于支撑臂A和支撑臂B之间，回转器及主动钻杆带动螺旋钻杆向给进机身后端移动，等螺旋钻杆与前一根钻杆完全分开，回转器停止运动；

步骤B2，此时后夹持器夹紧螺旋钻杆，拆掉螺旋钻杆与主动钻杆连接的防松螺母和U型销，回转器继续向给进机身后端移动与螺旋钻杆完全分离，回转器停止移动；

步骤B3，旋转臂逆时针旋转210度至0度水平位置，此时抓手油缸驱动上抓手抓紧螺旋钻杆，后夹持器张开，抓手抱紧螺旋钻杆顺时针旋转210度，将螺旋钻杆平稳放置于推送单元上；

步骤B4，回转器向后夹持器方向移动，与留在前夹持器里面的前一根钻杆连接，插上U型销拧紧防松螺母，张开前夹持器，回转器拖动前一根钻杆向给进机身后端移动，这样就完成了一根螺旋钻杆的自动卸杆。

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