CN113404448A - 自动上卸杆装置及水平定向钻机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种自动上卸杆装置及水平定向钻机。自动上卸杆装置包括：机械臂，具有第一送杆状态及第一卸杆状态，机械臂适于设置在钻架总成的一端处；机械手，具有第二送杆状态及第二卸杆状态，机械手适于设置在钻架总成的侧面上；机械臂处于第一送杆状态时，机械臂将从钻架总成的外侧抓取的钻杆送至机械手处，机械手处于第二送杆状态时，机械手将机械臂送来的钻杆送至钻架总成上；机械手处于第二卸杆状态时，机械手抓取钻架总成上的钻杆，机械臂处于第一卸杆状态时，机械臂抓取机械手上的钻杆并将其送至钻架总成的外侧。本发明通过机械臂和机械手配合工作，极大的提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种自动上卸杆装置及水平定向钻机。
背景技术
水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工结合在一起的施工新技术，以其施工速度快、精度高、成本低的特点，广泛地应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管道铺设工程领域。
钻机频繁的上钻杆、卸钻杆，占用大量的施工时间，且存在较大的施工安全隐患。目前，小型水平定向钻机需要2人抬取钻杆放置到机械手上，由机械手的执行元件摆动一定角度完成上杆动作，而中大型水平定向钻机大都配置随车吊机，由1人辅助捆绑、摆正钻杆，1人操纵吊机将钻杆运送至钻杆装载装置上进行上杆；卸杆动作则与上杆动作相反。
在水平定向钻机上卸钻杆的过程中，均需要2名左右的辅助人员来捆绑或短距离转运钻杆，增加了施工的人工成本，制约了施工效率的提高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种自动上卸杆装置及水平定向钻机，以改善或解决现有技术中水平定向钻机上卸钻杆的过程均需要2名左右的辅助人员造成施工效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种自动上卸杆装置，包括：机械臂，具有第一送杆状态及第一卸杆状态，机械臂适于设置在钻架总成的一端处；机械手，具有第二送杆状态及第二卸杆状态，机械手适于设置在钻架总成的侧面上；其中，机械臂处于第一送杆状态时，机械臂将从钻架总成的外侧抓取的钻杆送至机械手处，机械手处于第二送杆状态时，机械手将机械臂送来的钻杆送至钻架总成上；机械手处于第二卸杆状态时，机械手抓取钻架总成上的钻杆，机械臂处于第一卸杆状态时，机械臂抓取机械手上的钻杆并将其送至钻架总成的外侧。
可选地，机械臂包括臂体和第一抓手，臂体的第一端与第一抓手铰接，臂体的第二端适于与钻架总成连接，第一抓手在其重力作用下，第一抓手的夹紧空间始终处于水平状态。
可选地，第一抓手包括连接座、第一回转机构及抓手组件，连接座的中部与臂体的第一端铰接，抓手组件通过第一回转机构与连接座连接。
可选地，臂体包括基座、第二回转机构、第一臂体、第二臂体、第三臂体、第一驱动件及第二驱动件，第二回转机构设置在基座上，第一臂体的第一端与第二回转机构固定连接，第一臂体的第二端与第二臂体的第一端铰接，第一驱动件的固定端与第二回转机构铰接，第一驱动件的驱动端与第二臂体铰接，第二臂体的第二端与第三臂体的第一端铰接，第二驱动件的固定端与第二臂体铰接，第二驱动件的驱动端与第三臂体铰接，第三臂体的第二端与第一抓手铰接。
可选地，机械手包括：旋转机构，适于固定在钻架总成的侧面上，旋转机构用于将钻杆在水平状态和与钻架总成平行的倾斜状态之间切换；翻转机构，与旋转机构连接，翻转机构用于将旋转机构旋转后的钻杆翻转至钻架总成上或将钻架总成上的钻杆翻转至钻架总成的外侧；第二抓手，与翻转机构连接。
可选地，旋转机构包括旋转驱动件和旋转臂，旋转驱动件适于固定在钻架总成的一侧上，旋转臂与旋转驱动件的驱动端连接。
可选地，翻转机构包括翻转驱动件和翻转臂，翻转驱动件设置在旋转臂上，翻转臂的第一端与翻转驱动件的驱动端连接，翻转臂的第二端与第二抓手连接。
可选地，翻转机构和第二抓手分别设有两个且一一对应设置。
可选地，机械手还包括连接臂，连接臂连接在两个翻转臂之间。
本发明还提供了一种水平定向钻机，包括上述的自动上卸杆装置。
本发明技术方案，具有如下优点：上杆时，机械臂将从钻架总成的外侧抓取的钻杆送至机械手上，机械手将机械臂送来的钻杆送至钻架总成上并松开钻杆，完成上杆，在机械臂将钻杆送至机械手上后，机械臂立刻去取下一根钻杆，有效地提高了上杆效率；卸杆时，机械手抓取钻架总成上的钻杆，机械臂抓取机械手上的钻杆并将其送至钻架总成的外侧并松开钻杆，在机械臂抓取机械手上的钻杆后，机械手立即去取下一根钻杆，有效地提高了卸杆效率。通过机械臂和机械手配合工作，极大的提高了工作效率，比单独的机械臂或者机械手节约时间，进而提高施工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的水平定向钻机的机械臂将钻杆放置在机械手上的主视示意图；
图2示出了图1的水平定向钻机的机械臂将钻杆放置在机械手上的俯视示意图；
图3示出了图1的水平定向钻机的机械手将钻杆放置在钻架总成上的主视示意图；
图4示出了图3的水平定向钻机的机械手将钻杆放置在钻架总成上的俯视示意图；
图5示出了图4的水平定向钻机的机械手将钻杆放置在钻架总成上的局部示意图。
附图标记说明：
10、机械臂；11、第一抓手；111、连接座；112、第一回转机构；113、抓手组件；12、基座；13、第二回转机构；14、第一臂体；15、第二臂体；16、第三臂体；17、第一驱动件；18、第二驱动件；20、机械手；21、旋转机构；211、旋转驱动件；212、旋转臂；22、翻转机构；221、翻转驱动件；222、翻转臂；23、第二抓手；231、固定抓手；232、活动抓手；24、连接臂；30、钻架总成；31、钻架；32、前锚固底座；40、钻杆；50、动力头；60、夹持器；70、底盘。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至图4所示，本实施例的自动上卸杆装置包括：机械臂10和机械手20，机械臂10具有第一送杆状态及第一卸杆状态，机械臂10适于设置在钻架总成30的一端处；机械手20具有第二送杆状态及第二卸杆状态，机械手20适于设置在钻架总成30的侧面上；其中，机械臂10处于第一送杆状态时，机械臂10将从钻架总成30的外侧抓取的钻杆40送至机械手20处，机械手20处于第二送杆状态时，机械手20将机械臂10送来的钻杆40送至钻架总成30上；机械手20处于第二卸杆状态时，机械手20抓取钻架总成30上的钻杆40，机械臂10处于第一卸杆状态时，机械臂10抓取机械手20上的钻杆40并将其送至钻架总成30的外侧。
应用本实施例的自动上斜杆装置，上杆时，机械臂10将从钻架总成30的外侧抓取的钻杆40送至机械手20上，机械手20将机械臂10送来的钻杆40送至钻架总成30上并松开钻杆40，完成上杆，在机械臂10将钻杆40送至机械手20上后，机械臂10立刻去取下一根钻杆40，有效地提高了上杆效率；卸杆时，机械手20抓取钻架总成30上的钻杆40，机械臂10抓取机械手20上的钻杆40并将其送至钻架总成30的外侧并松开钻杆40，在机械臂10抓取机械手20上的钻杆40后，机械手20立即去取下一根钻杆，有效地提高了卸杆效率。通过机械臂10和机械手20配合工作，极大的提高了工作效率，比单独的机械臂或者机械手节约时间，进而提高施工效率。
在本实施例中，机械臂10包括臂体和第一抓手11，臂体的第一端与第一抓手11铰接，臂体的第二端适于与钻架总成30连接，第一抓手11在其重力作用下，第一抓手11的夹紧空间始终处于水平状态，便于抓取处于水平状态的钻杆。
在本实施例中，第一抓手11包括连接座111、第一回转机构112及抓手组件113，连接座111的中部与臂体的第一端铰接，抓手组件113通过第一回转机构112与连接座111连接。抓手组件113用于夹紧钻杆或松开钻杆。根据钻杆40的摆动角度，通过第一回转机构112使得抓手组件113可以自动回转至与钻杆齐平的状态，进而方便抓取钻杆。优选地，第一回转机构112包括固定盘、转盘及驱动件，固定盘与连接座111固定连接，转盘可转动设置在固定盘上，转盘与抓手组件113连接，驱动件固定在固定盘上，驱动件驱动转盘旋转。驱动件通过传动机构与转盘连接，驱动件为电机等，传动机构为蜗轮蜗杆机构或齿轮齿条机构等，通过电机带动蜗轮蜗杆机构或齿轮齿条机构等运动，进而带动转盘旋转。第一回转机构112及抓手组件113均采用现有技术中的结构，在此不再详细赘述。
在本实施例中，臂体包括基座12、第二回转机构13、第一臂体14、第二臂体15、第三臂体16、第一驱动件17及第二驱动件18，第二回转机构13设置在基座12上，第一臂体14的第一端与第二回转机构13固定连接，第一臂体14的第二端与第二臂体15的第一端铰接，第一驱动件17的固定端与第二回转机构13铰接，第一驱动件17的驱动端与第二臂体15铰接，第二臂体15的第二端与第三臂体16的第一端铰接，第二驱动件18的固定端与第二臂体15铰接，第二驱动件18的驱动端与第三臂体16铰接，第三臂体16的第二端与第一抓手11铰接。第一抓手11抓取钻杆后，通过第一驱动件17、第二驱动件18及第二回转机构13可以将钻杆从钻架总成30的外侧送至机械手20处或从机械手20处送至钻架总成30的外侧。通过三个臂体和两个驱动件可以实现调节第一抓手11的作业高度和作业半径。第一驱动件17及第二驱动件18分别为油缸或气缸，通过油缸或气缸的活塞杆的伸缩调整第一抓手11的抓取高度和作业半径。
在本实施例中，如图2至图4所示，机械手20包括：旋转机构21、翻转机构22和第二抓手23，旋转机构21适于固定在钻架总成30的侧面上，旋转机构21用于将钻杆40在水平状态和与钻架总成30平行的倾斜状态之间切换；翻转机构22与旋转机构21连接，翻转机构22用于将旋转机构21旋转后的钻杆40翻转至钻架总成30上或将钻架总成30上的钻杆40翻转至钻架总成30的外侧；第二抓手23与翻转机构22连接。上杆时，机械臂10的第一抓手11将钻杆放置在第二抓手23上，第二抓手23夹紧钻杆，再通过旋转机构21将钻杆40从水平状态旋转至与钻架总成30平行的倾斜状态，然后通过翻转机构22将钻杆40从钻架总成30的一侧翻转至钻架总成30上，对准之后第二抓手23松开钻杆，完成上杆；卸杆时，先通过旋转机构21和翻转机构22将第二抓手23翻转至钻架总成30的上方，第二抓手23抓取钻架总成30上的钻杆，再通过翻转机构22将钻架总成30上的钻杆40翻转至钻架总成30的外侧，然后通过旋转机构21将钻杆40从与钻架总成30平行的倾斜状态旋转至水平状态，机械臂10的第一抓手11可以抓取钻杆并将其送至指定的位置处，在指定的位置处第一抓手11松开钻杆40，完成卸杆。通过上述机械手完成上杆和卸杆，结构简单，降低制造成本，也便于维护。
在本实施例中，旋转机构21包括旋转驱动件211和旋转臂212，旋转驱动件211适于固定在钻架总成30的一侧上，旋转臂212与旋转驱动件211的驱动端连接。旋转臂212的旋转轴线垂直于钻架总成30的延伸方向，旋转驱动件211的驱动端驱动旋转臂212绕其旋转轴线旋转，使得旋转臂212从水平状态旋转至与钻架总成30平行的倾斜状态或从与钻架总成30平行的倾斜状态旋转至水平状态，进而使得钻杆在水平状态和倾斜状态之间切换。旋转驱动件211为摆线马达等。
在本实施例中，翻转机构22包括翻转驱动件221和翻转臂222，翻转驱动件221设置在旋转臂212上，翻转臂222的第一端与翻转驱动件221的驱动端连接，翻转臂222的第二端与第二抓手23连接。翻转臂222的旋转轴线平行于钻架总成30的延伸方向，翻转驱动件221驱动翻转臂222翻转，将旋转机构21旋转后的钻杆40翻转至钻架总成30上或将钻架总成30上的钻杆40翻转至钻架总成30的外侧。翻转驱动件221为回转马达等。
在本实施例中，翻转机构22和第二抓手23分别设有两个且一一对应设置，两个第二抓手23间隔设置，通过两个第二抓手23抓取钻杆，抓取牢固可靠，钻杆不容易发生晃动，方便对中，提高钻杆对中效率，节约对中时间，有效地解决了现有技术机械臂的抓手长度较短在钻杆对中时钻杆容易晃动造成对中难度大的问题。
在本实施例中，机械手20还包括连接臂24，连接臂24连接在两个翻转臂222之间。连接臂24使得两个旋转臂212可以同步旋转，提高结构稳定性。
在本实施例中，如图4和图5所示，第二抓手23包括固定抓手231、活动抓手232及抓手驱动件，固定抓手231的一端固定在翻转臂222上，活动抓手232的两端之间的部分与固定抓手231的另一端铰接，抓手驱动件的驱动端与活动抓手232靠近固定抓手231的一端铰接，抓手驱动件的固定端铰接在翻转臂222上，通过抓手驱动件驱动活动抓手232闭合或张开，实现第二抓手23的抓取和松脱动作。抓手驱动件为油缸或气缸等。
下面图1至图4对自动上卸杆装置的工作过程进行说明：
上钻杆时，通过第二回转机构13将第一抓手11回转到钻杆40的上方，利用两个油缸的伸缩调整第二臂体15和第三臂体16的俯仰角度，进而控制第一抓手11的回转半径以及抓取高度，第一抓手11利用其自身重力会始终保持水平状态，便于抓取钻杆；根据钻杆摆放的角度，在第一抓手11的第一回转机构112的作用下抓手组件113自动回转至与钻杆齐平的状态，抓手组件113抓取钻杆后，立刻通过两个油缸以及第二回转机构13将钻杆送至机械手20的第二抓手23上；通过旋转驱动件211将旋转臂212翻转至水平状态，并将第二抓手23打开，便于第一抓手11放钻杆，钻杆放到第二抓手23上后，第二抓手23夹紧钻杆，对钻杆进行固定，再通过旋转驱动件211将旋转臂212旋转到与钻架31平行的倾斜状态，利用翻转机构22将钻杆送至钻架的上方，待钻杆连接到动力头50后，第二抓手23松开钻杆，完成上钻杆。
卸钻杆的动作顺序相反与上钻杆的动作顺序相反，在此不再详细赘述。
作为可替换的实施方式，臂体包括基座12、第二回转机构13、第一臂体14、第二臂体15、第一驱动件17及第二驱动件18，第二回转机构13设置在基座12上，第一臂体14的第一端与第二回转机构13铰接，第一臂体14的第二端与第二臂体15的第一端铰接，第一驱动件17的固定端与第二回转机构13铰接，第一驱动件17的驱动端与第一臂体14铰接，第二驱动件18的固定端与第一臂体14铰接，第二驱动件18的驱动端与第二臂体15铰接，第二臂体15的第二端与第一抓手11铰接，其中，第一臂体14大体呈L形。通过两个臂和两个驱动件就可以调节机械手的作业高度和作业半径，简化臂体的结构，降低零件成本。第一臂体14包括呈夹角设置的下臂段和上臂段，下臂段和上臂段呈钝角夹角，可以进一步增第一抓手11和下臂段之间的距离，便于第一抓手11与钻杆的中部配合，抓取更稳定。
本发明还提供了一种水平定向钻机，其包括上述的自动上卸杆装置。
在本实施例中，水平定向钻机还包括车体、钻架总成30、动力头50、夹持器60及底盘70，钻架总成30设置在车体的上部，底盘70设置在车体的下部，动力头50、夹持器60依次布置在钻架总成30的上方，钻架总成30包括钻架31和与钻架31连接的前锚固底座32上，机械臂10安装于前锚固底座32上，固定简便。具体地，前锚固底座32与钻架31的前端连接，机械臂10的基座12固定在前锚固底座32上。
从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：
1、机械臂安装于与钻架的前端连接的前锚固底座上，机械手安装在钻架的侧面，上杆时，机械臂将钻杆送至机械手上后，会立刻去取下一根钻杆，由机械手将钻杆送至钻架上，卸杆时，在机械臂抓取机械手上的钻杆后，机械手立即去取下一根钻杆，由机械臂将钻杆送至指定的位置，将机械臂和机械手结合在一起工作，实现自动快速上卸钻杆，极大的提高了工作效率，比单独的用机械臂或者机械手节约时间。
2、机械臂和机械手配合工作可以灵活抓取钻杆，实现了水平定向钻在施工过程中自动上卸钻杆，取消了人工搬运钻杆的环节，降低了施工人员的劳动强度，提高了施工效率，降低了施工的人力成本和时间成本。
3、机械臂带有始终保持水平状态的第一抓手，能自动抓取钻杆。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种自动上卸杆装置，其特征在于，包括：
机械臂(10)，具有第一送杆状态及第一卸杆状态，所述机械臂(10)适于设置在钻架总成(30)的一端处；
机械手(20)，具有第二送杆状态及第二卸杆状态，所述机械手(20)适于设置在所述钻架总成(30)的侧面上；
其中，所述机械臂(10)处于所述第一送杆状态时，所述机械臂(10)将从所述钻架总成(30)的外侧抓取的钻杆(40)送至所述机械手(20)处，所述机械手(20)处于所述第二送杆状态时，所述机械手(20)将所述机械臂(10)送来的钻杆(40)送至所述钻架总成(30)上；所述机械手(20)处于所述第二卸杆状态时，所述机械手(20)抓取所述钻架总成(30)上的钻杆(40)，所述机械臂(10)处于所述第一卸杆状态时，所述机械臂(10)抓取所述机械手(20)上的钻杆(40)并将其送至所述钻架总成(30)的外侧。
2.根据权利要求1所述的自动上卸杆装置，其特征在于，所述机械臂(10)包括臂体和第一抓手(11)，所述臂体的第一端与所述第一抓手(11)铰接，所述臂体的第二端适于与所述钻架总成(30)连接，所述第一抓手(11)在其重力作用下，所述第一抓手(11)的夹紧空间始终处于水平状态。
3.根据权利要求2所述的自动上卸杆装置，其特征在于，所述第一抓手(11)包括连接座(111)、第一回转机构(112)及抓手组件(113)，所述连接座(111)的中部与所述臂体的第一端铰接，所述抓手组件(113)通过所述第一回转机构(112)与所述连接座(111)连接。
4.根据权利要求2所述的自动上卸杆装置，其特征在于，所述臂体包括基座(12)、第二回转机构(13)、第一臂体(14)、第二臂体(15)、第三臂体(16)、第一驱动件(17)及第二驱动件(18)，所述第二回转机构(13)设置在所述基座(12)上，所述第一臂体(14)的第一端与所述第二回转机构(13)固定连接，所述第一臂体(14)的第二端与所述第二臂体(15)的第一端铰接，所述第一驱动件(17)的固定端与所述第二回转机构(13)铰接，所述第一驱动件(17)的驱动端与所述第二臂体(15)铰接，所述第二臂体(15)的第二端与所述第三臂体(16)的第一端铰接，所述第二驱动件(18)的固定端与所述第二臂体(15)铰接，所述第二驱动件(18)的驱动端与所述第三臂体(16)铰接，所述第三臂体(16)的第二端与所述第一抓手(11)铰接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的自动上卸杆装置，其特征在于，所述机械手(20)包括：
旋转机构(21)，适于固定在所述钻架总成(30)的侧面上，所述旋转机构(21)用于将所述钻杆(40)在水平状态和与所述钻架总成(30)平行的倾斜状态之间切换；
翻转机构(22)，与所述旋转机构(21)连接，所述翻转机构(22)用于将所述旋转机构(21)旋转后的钻杆(40)翻转至所述钻架总成(30)上或将所述钻架总成(30)上的钻杆(40)翻转至所述钻架总成(30)的外侧；
第二抓手(23)，与所述翻转机构(22)连接。
6.根据权利要求5所述的自动上卸杆装置，其特征在于，所述旋转机构(21)包括旋转驱动件(211)和旋转臂(212)，所述旋转驱动件(211)适于固定在所述钻架总成(30)的一侧上，所述旋转臂(212)与所述旋转驱动件(211)的驱动端连接。
7.根据权利要求6所述的自动上卸杆装置，其特征在于，所述翻转机构(22)包括翻转驱动件(221)和翻转臂(222)，所述翻转驱动件(221)设置在所述旋转臂(212)上，所述翻转臂(222)的第一端与所述翻转驱动件(221)的驱动端连接，所述翻转臂(222)的第二端与所述第二抓手(23)连接。
8.根据权利要求7所述的自动上卸杆装置，其特征在于，所述翻转机构(22)和所述第二抓手(23)分别设有两个且一一对应设置。
9.根据权利要求8所述的自动上卸杆装置，其特征在于，所述机械手(20)还包括连接臂(24)，所述连接臂(24)连接在两个所述翻转臂(222)之间。
10.一种水平定向钻机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的自动上卸杆装置。
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