CN113669018A - 一种低矮净空大扭矩反井钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低矮净空大扭矩反井钻机，涉及井筒施工设备技术领域，包括机架和升降机构，机架包括工作台，升降机构包括伸缩组件，伸缩组件沿机架的高度方向设置并与工作台连接，伸缩组件包括第一伸缩件和第二伸缩件，于垂直于机架的高度方向上，第一伸缩件与第二伸缩件至少部分重叠并连接，且第一伸缩件与第二伸缩件适于朝相反的方向伸缩。本发明中伸缩组件在收缩时减小自身高度的同时，能够在伸长时发挥出最大的伸长量，从而在降低反井钻机整体高度的情况下不影响升降机构的行程，能够避免增加拆装钻杆节段的频次，从而提高施工效率。

Description

一种低矮净空大扭矩反井钻机

技术领域

本发明涉及井筒施工设备技术领域，具体而言，涉及一种低矮净空大扭矩反井钻机。

背景技术

反井钻机通常用于例如开采矿井、地下建筑、水电系统等地下施工作业中。在进行这类作业时，先是由导孔钻头自上而下钻进导向孔，待导孔和下部隧洞贯通后，更换扩孔钻头，自下而上回拉扩孔。

具体施工过程中，需要将钻杆安装在动力机构的动力头上，钻杆下安装导孔钻头或扩孔钻头，通过动力头驱动钻杆旋转，动力头随升降机构一起带动钻杆升降，钻头上的滚刀在钻压的作用下，沿井底岩石工作面做纯滚动或微量滑移，同时，升降机构升降产生的轴向拉力或压力，通过动力头以及钻杆作用在钻头上，使钻头上的滚刀在钻压作用下滚动，产生冲击荷载，使滚刀齿对岩石产生冲击、挤压和剪切作用，破碎岩石，从而实现钻杆以及钻头向下掘进或向上回拉。

通常情况下，反井钻机的钻杆采用钻杆节段拼接的方式，在导孔作业时，随着掘进深度的增加，钻头高度下降，当升降机构带动动力头下降至低位时，需要将钻杆与动力头脱开并将动力头上升至高位，然后对钻杆进行加长并将加长后的钻杆与动力头连接，才能继续进行更深的导孔作业，而在扩孔作业时，则需要进行反向操作。

现有的反井钻机通常具有较大的高度，仅适用于空旷露天的施工场所，为了满足在空间狭小的环境下进行施工作业的要求，需要对反井钻机的整体高度进行限制，然而，由于升降机构的升降油缸自身长度以及反井钻机整体高度的影响，升降机构的行程也受到较大限制，导致拆装钻杆节段频次增多，十分影响施工效率。

发明内容

本发明解决的问题是如何在降低反井钻机整体高度的同时提高反井钻机的施工效率。

为解决上述问题，本发明提供一种低矮净空大扭矩反井钻机，包括：

机架，所述机架包括工作台；

升降机构，所述升降机构包括伸缩组件，所述伸缩组件沿所述机架的高度方向设置并与所述工作台连接；

所述伸缩组件包括第一伸缩件和第二伸缩件，于垂直于所述机架的高度方向上，所述第一伸缩件与所述第二伸缩件至少部分重叠并连接，且所述第一伸缩件与所述第二伸缩件适于朝相反的方向伸缩。

可选地，所述第一伸缩件和/或所述第二伸缩件设有多个，至少一个所述第一伸缩件和至少一个所述第二伸缩件组成一个所述伸缩组件。

可选地，该低矮净空大扭矩反井钻机还包括动力机构，所述动力机构适于与所述第一伸缩件或所述第二伸缩件连接，所述动力机构与所述第一伸缩件连接时，所述第二伸缩件与所述工作台连接，所述动力机构与所述第二伸缩件连接时，所述第一伸缩件与所述工作台连接。

可选地，所述升降机构还包括连接组件，于所述机架的高度方向上，所述连接组件与所述伸缩组件远离所述工作台的一端连接并适于安装所述动力机构。

可选地，所述连接组件包括连接座，于所述机架的宽度方向上，两个所述连接座间隔设置以形成供所述动力机构穿过的通道。

可选地，所述连接座包括连接座本体和连接部，于所述机架的长度方向上，所述连接座本体的侧端与所述伸缩组件连接，所述连接部设置在所述连接座本体朝向所述工作台的一侧并适于与所述动力机构连接。

可选地，所述动力机构包括动力头和安装架，所述安装架与所述连接组件连接并适于安装所述动力头。

可选地，所述机架还包括导向柱，所述导向柱沿所述机架的高度方向设置并与所述工作台连接，所述安装架包括滑动结构，所述滑动结构适于与所述导向柱滑动连接。

可选地，所述机架还包括底架和第三伸缩件，所述工作台与所述底架活动连接，所述第三伸缩件的一端与所述底架连接，所述第三伸缩件的另一端与所述工作台连接以调整所述工作台的倾角。

可选地，该低矮净空大扭矩反井钻机还包括抓取机构，所述抓取机构与所述工作台连接并适于抓取钻杆节段。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

通过将第一伸缩件与第二伸缩件沿垂直于机架的高度方向至少部分重叠并连接，且第一伸缩件与第二伸缩件适于朝相反的方向伸缩，使得伸缩组件在收缩时减小自身高度的同时，能够在伸长时发挥出最大的伸长量，将伸缩组件沿机架的高度方向设置并与工作台连接，从而在降低反井钻机整体高度的情况下不影响升降机构的行程，能够避免增加拆装钻杆节段的频次，从而提高施工效率。

附图说明

图1为本发明实施例中低矮净空大扭矩反井钻机的结构示意图；

图2为本发明实施例中低矮净空大扭矩反井钻机另一视角的结构示意图。

附图标记说明：

1-机架、11-工作台、12-导向柱、13-底架、14-第三伸缩件、2-升降机构、21-伸缩组件、211-第一伸缩件、2111-第一固定部、2112-第一活动部、212-第二伸缩件、2121-第二固定部、2122-第二活动部、22-连接组件、221-连接座、2211-连接座本体、2212-连接部、3-动力机构、31-动力头、32-安装架、4-抓取机构。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，附图中“X”的正向代表左方，相应地，“X”的反向代表右方；“Y”的正向代表前方，相应地，“Y”的反向代表后方；“Z”的正向代表上方，相应地，“Z”的反向代表下方，术语“X”、“Y”、“Z”等指示的方位或位置关系为基于说明书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。

术语“第一”、“第二”和“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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

为解决上述问题，本发明的实施例提供一种低矮净空大扭矩反井钻机，包括：机架1，机架1包括工作台11；升降机构2，升降机构2包括伸缩组件21，伸缩组件21沿机架1的高度方向设置并与工作台11连接；伸缩组件21包括第一伸缩件211和第二伸缩件212，于垂直于机架1的高度方向上，第一伸缩件211与第二伸缩件212至少部分重叠并连接，且第一伸缩件211与第二伸缩件212适于朝相反的方向伸缩。

如图1所示，本实施例中，工作台11设置在机架1的底部用于支撑机架1的上部结构以及安装在机架1上的其他机构，升降机构2设置在工作台11上方并与工作台11连接，工作台11可以根据反井钻机的结构形式采用方形、圆形或者其他形状的板状结构，在此不做限制，该板状结构的中部设置有通孔结构，用于供钻杆穿过。

升降机构2的伸缩组件21可以设置一组或多组，伸缩组件21设置在通孔结构的一侧并与工作台11连接，优选地，为了对设置在伸缩组件21上方的动力机构3支撑更加稳定，同时使反井钻机的结构不至过于复杂，伸缩组件21设置两组，两组伸缩组件21沿机架1的长度方向设置在通孔结构的两侧并与工作台11连接。

伸缩组件21包括第一伸缩件211和第二伸缩件212，其中，第一伸缩件211包括第一固定部2111和第一活动部2112，第二伸缩件212包括第二固定部2121和第二活动部2122，第一固定部2111与第二固定部2112沿垂直于机架1的高度方向上重叠并连接，第一活动部2112与第二活动部2122适于朝相反的方向伸缩。

第一伸缩件211和第二伸缩件212均可采用液压缸、气缸或电缸等能够伸缩的结构，本实施例中，第一伸缩件和第二伸缩件均采用液压缸，为了描述方便，可分别称之为第一升降油缸和第二升降油缸，其中，第一升降油缸的缸筒与第二升降油缸的缸筒重叠设置并连接成一个整体，第一升降油缸的缸杆和第二升降油缸的缸杆可分别朝上或朝下伸缩。

需要说明的是，于垂直于机架1的高度方向上，第一伸缩件211与第二伸缩件212至少部分重叠是指，当第一伸缩件211和第二伸缩件212均完全缩回时，第一伸缩件211的上端与第二伸缩件212的上端基本处于齐平状态，和/或，第一伸缩件211的下端与第二伸缩件212的下端基本处于齐平状态。

其中，如图1和图2所示，机架1的高度方向是指Z轴方向，机架1的长度方向是指X轴方向，垂直于机架1的高度方向是指XY面上任一方向。

这样，通过将第一伸缩件211与第二伸缩件212沿垂直于机架1的高度方向至少部分重叠并连接，第一伸缩件211与第二伸缩件212适于朝相反的方向伸缩，使得伸缩组件21在收缩时减小自身高度的同时，能够在伸长时发挥出最大的伸长量，将伸缩组件21沿机架1的高度方向设置并与工作台11连接，从而在降低反井钻机整体高度的情况下不影响升降机构2的行程，能够避免增加拆装钻杆节段的频次，从而提高施工效率。

可选地，第一伸缩件211和/或第二伸缩件212设有多个，至少一个第一伸缩件211和至少一个第二伸缩件212组成一个伸缩组件21。

如图1所示，升降机构2可根据反井钻机动力机构的功率和掘进需求进行相应地设计，通过改变伸缩组件21的数量以及结构形式以获取不同的升降能力，从而与动力机构的功率相匹配，提高掘进效率。

本实施例中，伸缩组件21采用由一个第一伸缩件211和两个第二伸缩件212并联组成的三联油缸，其中，两个第二伸缩件212沿机架1的宽度方向设置在第一伸缩件211的两侧，两个第二伸缩件212的第二固定部2121与第一伸缩件211的第一固定部2111重叠设置并连接，第一伸缩件211的第一活动部2112朝下伸缩，第二伸缩件212的第二活动部2122朝上伸缩。

需要说明的是，以第一伸缩件211和第二伸缩件212均采用圆形液压缸为例，在第一伸缩件211的数量少于第二伸缩件212的数量时，则第一伸缩件211应该采用直径较大，具有更大承载能力的液压缸，以保证伸缩组件21的上下部分具有较为均衡的承载能力，反之亦然。

可选地，该低矮净空大扭矩反井钻机还包括动力机构3，动力机构3适于与第一伸缩件211或第二伸缩件212连接，动力机构3与第一伸缩件211连接时，第二伸缩件212与工作台11连接，动力机构3与第二伸缩件212连接时，第一伸缩件211与工作台11连接，升降机构2还包括连接组件22，于机架1的高度方向上，连接组件22与伸缩组件21远离工作台11的一端连接并适于安装动力机构3，连接组件22包括连接座221，于机架1的宽度方向上，两个连接座221间隔设置以形成供动力机构3穿过的通道。

如图1和图2所示，动力机构3设置在升降机构2上并与伸缩组件21的上部连接，动力机构3可以在升降机构2的带动下升降，动力机构3的底部与钻杆的上端连接，整个钻杆可以在动力机构3的驱动下带动钻头旋转，动力机构3可根据伸缩组件21的结构形式与第一伸缩件211或第二伸缩件212连接。

本实施例中，升降机构2包括两组伸缩组件21和一组连接组件22，两组伸缩组件21分别为第一伸缩组件和第二伸缩组件，第一伸缩组件和第二伸缩组件的底部分别与工作台11的左侧部分和右侧部分连接，连接组件22的左端与第一伸缩组件21的上端连接，连接组件22的右端与第二伸缩组件的上端连接从而形成门形的升降机构2。

第一伸缩组件和第二伸缩组件均采用由一个第一伸缩件211和两个第二伸缩件212重叠并连接的结构形式，两个第二伸缩件212沿机架1的宽度方向设置在第一伸缩件211的两侧，两个第二伸缩件212的第二固定部2121分别与第一伸缩件211的第一固定部2111重叠并连接，第一伸缩件211的第一活动部2112向下伸缩，第二伸缩件212的第二活动部2122向上伸缩。

连接组件22采用由两个连接座221通过左右两个连接梁连接而成的结构，两个连接座221沿机架1的宽度方向间隔设置并形成一个沿机架1高度方向的通道，动力机构3的输出轴等结构可以穿过通道，动力机构3的安装架32等结构与连接座221连接，动力机构3的动力头31等结构设置在连接组件22与工作台11之间。

其中，如图1所示，机架1的宽度方向是指Y轴方向。

可选地，连接座221包括连接座本体2211和连接部2212，于机架1的长度方向上，连接座本体2211的侧端与伸缩组件21连接，连接部2212设置在连接座本体2211朝向工作台11的一侧，动力机构3包括动力头31和安装架32，安装架32与连接部2212连接并适于安装动力头31。

如图1和图2所示，本实施例中，连接座221整体呈鞍形，包括连接座本体2211和设置在连接座本体2211下部的连接部2212，连接座本体2211的左侧部分设有与连接座本体2211一体成型的耳板，可通过铰轴与第一伸缩组件上部的第二伸缩件212的第二活动部2122活动连接，连接座本体2211的右侧部分也设有与连接座本体2211一体成型的耳板，也可通过铰轴与第二伸缩组件上部的第二伸缩件212的第二活动部2122活动连接；连接座本体2211的底部靠近左右两侧的位置处分别向下延伸形成连接部2212，连接部2212上设有孔结构可通过销轴与动力机构3连接。

安装架32采用一个内部中空的环形框架结构，环形框架结构的外壁上设有四个连接柱，连接柱的上部通过销轴与两个连接座221的连接部2212活动连接，动力头31设置在安装架32的内部中空处并通过螺栓等紧固在安装架32上，动力头31的底部向下伸出安装架32之外并适于安装钻杆。

需要说明的是，为了使钻杆的掘进速度与升降机构2的升降速度相匹配，动力头31可采用浮动式动力头，其中，浮动式动力头包括减速机、驱动套和第一卡盘，减速机的壳体底部设置有与减速机的输出轴同心设置的凹槽结构，驱动套设置在凹槽结构内并与输出轴连接，第一卡盘与壳体连接并适于将驱动套限制在凹槽结构内，驱动套的外壁与第一卡盘的内壁键连接，且驱动套适于相对于第一卡盘沿输出轴的长度方向移动。

可选地，机架1还包括导向柱12，导向柱12沿机架1的高度方向设置并与工作台11连接，安装架32包括滑动结构，滑动结构适于与导向柱12滑动连接。

如图1所示，导向柱12可以设置在工作台11的通孔结构前侧、后侧、左侧或右侧，导向柱12的截面形状可以是方形、圆形或者是其结合的各种形状，导向柱12与工作台11之间可以通过焊接、铆接或螺栓连接等方式连接。

滑动结构可以是安装架伸出的可以套装在导向柱上的环状结构，也可以是安装架上伸出的滑块，导向柱上设有沿机架高度方向的滑槽，滑块可以在滑槽内上下滑动，又或者是其他类型的滑动结构，在此不做限制。

本实施例中，由于升降机构2的第一伸缩组件和第二伸缩组件分别设置在工作台11的通孔结构左右两侧，因此，为了使该反井钻机的结构布局更加合理，在工作台11的通孔结构后侧靠近左右两侧的位置处分别设置一个具有圆形截面的导向柱12，并通过螺栓固定在工作台11上，安装架32的后侧设有两个环状的滑动结构，两个环状的滑动结构分别套装在与之对应位置处的导向柱12上。

这样，通过设置导向柱12并通过滑动结构将安装架32与导向柱12滑动连接，可以防止动力机构3随升降机构2升降时向四周晃动，使得反井钻机的掘进更加精准，同时，导向柱12还能对上部结构进行辅助支撑，提高反井钻机的结构强度。

可选地，机架1还包括底架13和第三伸缩件14，工作台11与底架13活动连接，第三伸缩件14的一端与底架13连接，第三伸缩件14的另一端与工作台11连接以调整工作台11的倾角。

如图1所示，本实施例中，底架13包括左纵梁和右纵梁，左纵梁和右纵梁分别沿机架1的宽度方向设置，工作台11的左右两侧靠近中间位置处分别设有转轴，左纵梁和右纵梁上与之对应的位置处分别设有轴孔，工作台11上左右两侧的转轴分别插入左纵梁和右纵梁上的轴孔中。

第三伸缩件14采用液压缸，为了描述方便可称之为调整油缸，调整油缸设有两个，分别为左调整油缸和右调整油缸，左调整油缸的一端与左纵梁朝前的部分铰接，另一端与工作台11朝前部分的左侧铰接，右调整油缸的一端与右纵梁朝前的部分铰接，另一端与工作台11朝前部分的右侧铰接。

这样，通过设置底架13可将反井钻机固定在地面，通过第三伸缩件14的伸缩调整工作台11与底架12之间的夹角，从而调整升降机构2以及动力机构3的角度，以满足斜井施工或坡形地面条件下施工等需求。

可选地，该低矮净空大扭矩反井钻机还包括抓取机构4，抓取机构4与工作台11连接并适于抓取钻杆节段。

如图1所示，本实施例中，抓取机构4包括翻转组件、摆动组件和抓手组件，翻转组件的翻转臂适于在第一平面内翻转，摆动组件的摆动臂与翻转臂垂直设置并活动连接，且摆动臂适于在垂直于翻转臂所在直线的第二平面内摆动，抓手组件与摆动臂远离翻转臂的部分连接并适于夹取钻杆节段。

其中，第一平面是指XZ面，第二平面是动态的，当翻转臂呈水平状态时，第二平面是指YZ面，当翻转臂呈竖直状态时，第二平面是指XY面。

需要说明的是，翻转臂由翻转油缸驱动，翻转油缸的一端与翻转臂铰接，翻转油缸的另一端与安装架铰接，摆动臂由摆动油缸驱动，摆动油缸的一端与翻转臂铰接，摆动油缸的另一端与摆动臂铰接，摆动臂呈弯折状，抓手组件包括第一夹爪、第二夹爪、夹紧油缸和爪齿结构，第一夹爪与摆动臂远离翻转臂的一端连接，第二夹爪与第一夹爪活动连接，夹紧油缸的一端与摆动臂活动连接，夹紧油缸的另一端与第二夹爪活动连接，夹紧油缸适于驱动第二夹爪与第一夹爪配合夹取钻杆节段，多个爪齿结构设置在第一夹爪和/或第二夹爪的内壁上，并沿第一夹爪和/或第二夹爪的内壁周向间隔设置。

这样，通过设置与工作台11连接并适于抓取钻杆节段的抓取机构4，在安装钻杆时，无需人工对钻杆进行吊装和搬运，可直接操控抓取机构抓取和抬升钻杆并翻转至动力头下方进行安装，拆卸钻杆时，可直接操控抓取机构将钻杆从动力头上取下并翻转至存放区，不仅能够快速高效地完成钻杆的拆卸和安装，提高施工效率，并且无需人工近身操作，更加安全。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，包括：

机架(1)，所述机架(1)包括工作台(11)；

升降机构(2)，所述升降机构(2)包括伸缩组件(21)，所述伸缩组件(21)沿所述机架(1)的高度方向设置并与所述工作台(11)连接；

所述伸缩组件(21)包括第一伸缩件(211)和第二伸缩件(212)，于垂直于所述机架(1)的高度方向上，所述第一伸缩件(211)与所述第二伸缩件(212)至少部分重叠并连接，且所述第一伸缩件(211)与所述第二伸缩件(212)适于朝相反的方向伸缩。

2.根据权利要求1所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，所述第一伸缩件(211)和/或所述第二伸缩件(212)设有多个，至少一个所述第一伸缩件(211)和至少一个所述第二伸缩件(212)组成一个所述伸缩组件(21)。

3.根据权利要求1或2所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，还包括动力机构(3)，所述动力机构(3)适于与所述第一伸缩件(211)或所述第二伸缩件(212)连接，所述动力机构(3)与所述第一伸缩件(211)连接时，所述第二伸缩件(212)与所述工作台(11)连接，所述动力机构(3)与所述第二伸缩件(212)连接时，所述第一伸缩件(211)与所述工作台(11)连接。

4.根据权利要求3所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，所述升降机构(2)还包括连接组件(22)，于所述机架(1)的高度方向上，所述连接组件(22)与所述伸缩组件(21)远离所述工作台(11)的一端连接并适于安装所述动力机构(3)。

5.根据权利要求4所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，所述连接组件(22)包括连接座(221)，于所述机架(1)的宽度方向上，两个所述连接座(221)间隔设置以形成供所述动力机构(3)穿过的通道。

6.根据权利要求5所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，所述连接座(221)包括连接座本体(2211)和连接部(2212)，于所述机架(1)的长度方向上，所述连接座本体(2211)的侧端与所述伸缩组件(21)连接，所述连接部(2212)设置在所述连接座本体(2211)朝向所述工作台(11)的一侧并适于与所述动力机构(3)连接。

7.根据权利要求4所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，所述动力机构(3)包括动力头(31)和安装架(32)，所述安装架(32)与所述连接组件(22)连接并适于安装所述动力头(31)。

8.根据权利要求7所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，所述机架(1)还包括导向柱(12)，所述导向柱(12)沿所述机架(1)的高度方向设置并与所述工作台(11)连接，所述安装架(32)包括滑动结构，所述滑动结构适于与所述导向柱(12)滑动连接。

9.根据权利要求1或2所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，所述机架(1)还包括底架(13)和第三伸缩件(14)，所述工作台(11)与所述底架(13)活动连接，所述第三伸缩件(14)的一端与所述底架(13)连接，所述第三伸缩件(14)的另一端与所述工作台(11)连接以调整所述工作台(11)的倾角。

10.根据权利要求1或2所述的低矮净空大扭矩反井钻机，其特征在于，还包括抓取机构(4)，所述抓取机构(4)与所述工作台(11)连接并适于抓取钻杆节段。

Images