CN114458189A - 一种自动换杆装置及钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻机换杆装置，具体公开了一种自动换杆装置，包括钻孔装置(1)、储杆装置(2)和驱动器(3)，钻孔装置(1)包括推进梁(11)和推进单元(12)，推进单元(12)连接于推进梁(11)上且能够沿推进梁(11)上下移动；储杆装置(2)对应设于钻孔装置(1)的侧部，储杆装置(2)能够用于安放并排分布的多根钻杆(4)，驱动器(3)能够驱动储杆装置(2)向推进单元(12)处移动或从该推进单元(12)处退回，以在工作过程中向钻孔装置(1)依次逐根地将钻杆(4)输送到位。本发明能够实现钻机的自动换杆，减轻了工人的劳动强度，提升了换杆装杆的速度，且自动换杆装置结构简单故障率低。

Description

一种自动换杆装置及钻机

技术领域

本发明涉及钻机换杆装置，具体地，涉及一种自动换杆装置及钻机。

背景技术

钻机是在勘探或矿产资源(含固体矿、液体矿、气体矿等)开发中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备，又称钻探机。其主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具。可用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。

每个钻杆的长度一般在几米至十几米之间，而为了满足成孔深度一般达十多米到数十米的要求，需要多个钻杆通过工装相互连接，因此在钻探过程中需要进行换杆的操作。

为了减轻工人们的劳动强度，现有的换杆技术中多采用自动换杆的方式，一般是通过储杆装置存储钻杆，并通过储杆装置的移动或进一步结合其它的辅助装置进行换杆，而现有技术中的储杆装置结构复杂质量大，换杆过程中储杆装置以及其它辅助装置的动作幅度也大，使得换杆过程步骤繁多，换杆速度慢；且能耗高，安全性也低。

有鉴于此，需要提供一种自动换杆装置。

发明内容

本发明第一方面所要解决的技术问题是提供一种自动换杆装置，其能够实现自动换杆且其结构简单。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种自动换杆装置，包括钻孔装置、储杆装置和驱动器，所述钻孔装置包括推进梁和推进单元，所述推进单元连接于所述推进梁上且能够沿所述推进梁上下移动；所述储杆装置对应设于所述钻孔装置的侧部，所述储杆装置能够用于安放并排分布的多根钻杆，所述驱动器能够驱动所述储杆装置向所述推进单元处移动或从该推进单元处退回，以在工作过程中向所述钻孔装置依次逐根地将所述钻杆输送到位。

优选地，所述钻孔装置还包括扶杆器和粉尘收集装置，所述扶杆器置于所述推进梁的底端并对应处于所述推进单元下方；所述粉尘收集装置置于所述扶杆器的下方。

具体地，所述储杆装置经由支架与所述钻孔装置连接，所述驱动器连接于所述支架上；所述推进梁上部的左右两侧以及下部的左右两侧各自布置有成对的所述支架，以形成上支架组和下支架组，所述储杆装置能够沿所述支架移动，以能够向所述推进单元处移动或从该推进单元处退回。

进一步具体地，所述储杆装置从上至下依次包括上固定臂、下固定臂和托板，所述上固定臂和下固定臂上均设有多个夹具，以能够用于固定所述钻杆，所述托板与所述推进梁相连接。

进一步具体地，各所述支架上均设有沿横向延伸的支架导轨，所述上固定臂与所述下固定臂上均设有与所述支架导轨相匹配的滑块结构；所述上固定臂经由所述滑块结构与所述上支架组连接，所述下固定臂经由所述滑块结构与所述下支架组连接，所述储杆装置能够沿所述支架导轨所引导的方向移动。

优选地，各所述夹具均配置为能够被控制为独立开合。

更优选地，所述驱动器为液压驱动器、或齿轮齿条驱动器、或涡轮蜗杆驱动器。

具体地，所述推进单元包括推进器和托架组件，所述托架组件上设有用于连接所述钻杆的钻杆套筒。

进一步具体地，所述钻杆套筒与所述托架组件的连接处设有传感器，以能够在工作工程中检测所述储杆装置上的所述钻杆的输送位置。

优选地，所述钻孔装置的下部设有垂直度监测器，以能够在工作过程中监测所述钻杆的垂直度。

具体地，自动换杆装置还包括控制器，该控制器电连接于所述推进单元、所述驱动器、以及所述储杆装置，以能够控制所述钻孔装置和储杆装置的动作。

本发明第二方面提供了一种钻机，包括上述技术方案中任一项所述的自动换杆装置。

通过上述技术方案，本发明第一方面所提供的一种自动换杆装置，其通过设置在钻孔装置侧面的储杆装置存储钻杆，并通过控制器控制驱动器将储杆装置沿着支架导轨的延伸方向(即横向)，向钻孔装置中的推进单元处移动实现钻杆的自动进给或是钻杆的自动收纳，并能够进一步的通过控制器控制推进单元沿推进梁上下移动，将输送到推进单元下方的钻杆向下推进或将地下的钻杆向上抽出，实现了自动换杆，极大地减轻了工人的工作量，且该换杆装置由于结构简单，故而制造成本低，故障率也低；此外，由于换杆过程中储杆装置的动作量较小，使得自动换杆装置的重心位置的变化幅度小，不易引起自动换杆装置的晃动，安全性更高。

本发明第二方面所提供的一种钻机，其具有上述的自动换杆装置，因此其也具备结构简单，故障率低且制造成本低的优点，且在换杆过程中储杆装置的动作量较小，一方面提高了自动换杆的速度，另一方面也使得钻机整体的重心位置变化幅度小，不易引起钻机的晃动，安全性更高。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明自动换杆装置的一个实施例的示意图；

图2是本发明自动换杆装置中推进单元的结构示意图。

附图标记说明

1-钻孔装置 11-推进梁

12-推进单元 121-推进器

122-托架组件 1221-钻杆套筒

1222-传感器 13-支架

131-支架导轨 14-扶杆器

15-粉尘收集装置2-储杆装置

21-上固定臂 22-下固定臂

23-托板 24-夹具

3-驱动器 4-钻杆

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

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“设置”、“连接”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

如图1所示，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，其包括钻孔装置1、储杆装置2和驱动器3，钻孔装置1包括推进梁11和推进单元12，推进单元12连接于推进梁11上且能够沿推进梁11上下移动；储杆装置2对应设于钻孔装置1的侧部，储杆装置2能够用于安放并排分布的多根钻杆4，驱动器3能够驱动储杆装置2向推进单元12处移动或从该推进单元12处退回，以在工作过程中向钻孔装置1依次逐根地将钻杆4输送到位。

本发明中的储杆装置2设置于钻孔装置1的侧部，其内能够并排分布多根钻杆4，在向下钻探的过程中需要加装钻杆4以增加钻探深度时，储杆装置2能够在驱动器3的驱动下向推进单元12处移动，以将距离推进单元12最近的一根钻杆4输送到推进单元12的正下方，由推进单元12完成钻杆4的安装后储杆装置2将在驱动器3的驱动下退回原位，并由推进单元12推动钻杆4继续向下钻探；储杆装置2设置为能够用于安放并排分布的多根钻杆4，该技术方案能够使得储杆装置2以简单的结构即可实现所需的存储功能；另外，储杆装置2仅需在驱动器3的驱动下进行往复运动，即可实现钻杆4的进给以及储杆装置2复位，或是实现钻杆4的收纳以及储杆装置2复位，储杆装置2的动作量小，动作过程简单，换杆效率高，且所需的驱动装置也少，使得自动换杆装置整体的结构简单，既能够降低故障率，也能够节约制造成本；优选地，储杆装置2能够存储7至10根钻杆4，以在保证存储的钻杆4能够完成常见深度的钻探的基础上，尽量地减小储杆装置2的体积与重量，以实现自动换杆装置的小型化与轻量化。

具体地，如图1所示，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，钻孔装置1还包括扶杆器14和粉尘收集装置15，扶杆器14置于推进梁11的底端并对应处于推进单元12下方；粉尘收集装置15置于扶杆器14的下方。设于推进单元12下方的扶杆器14能够对钻杆4起到固定以及导向的作用，具体地，在推进单元12处于推进梁11的底端并需要与处于土层中钻杆4进行连接或是断开连接时，需要扶杆器14夹紧处于土层中钻杆4，对处于土层中钻杆4起到固定的作用，以方便推进单元12与处于土层中钻杆4进行连接或是断开连接；或者在待加装的钻杆4或待回收的钻杆4需要与处于土层中钻杆4进行连接或是断开连接时，需要扶杆器14夹紧处于土层中钻杆4，对处于土层中钻杆4起到固定的作用，以方便待加装的钻杆4或待回收的钻杆4与处于土层中钻杆4进行连接或是断开连接；设置粉尘收集装置15能够对钻杆4从土层中带出的尘土或是泥浆进行收集和清理，一方面能够起到保护环境的作用，另一方面，经粉尘收集装置15清理后的钻杆4由于其杆件表面不附着由泥浆土块，故收回至储杆装置2内时不易出现钻杆4卡止在储杆装置2中的现象，能够方便钻杆4的回收，且能够降低故障率。

进一步具体地，如图1所示，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，储杆装置2经由支架13与钻孔装置1连接，驱动器3连接于支架13上；推进梁11上部的左右两侧以及下部的左右两侧各自布置有成对的支架13，以形成上支架组和下支架组，储杆装置2能够沿支架13移动，以能够向推进单元12处移动或从推进单元12处退回。由于钻杆4的长度较长，通常能够达到几米至十几米，所以储杆装置2加上存储于其中的钻杆4所形成的整体也长，故在推进梁11的上部和下部均设有支架13能够对储杆装置2以及存储于其中的钻杆4提供良好的支撑与连接，使得储杆装置2以及存储于其中的钻杆4在运动过程中不易产生晃动，保证了自动换杆装置的安全性；进一步地，如图1所示，若储杆装置2设于钻孔装置1的右部，则当在需要加装位于储杆装置2上最右侧的钻杆4时，储杆装置2需要向左侧移动至其上的最右侧的钻杆4位于推进单元12的下方，移动距离较大，极易造成储杆装置2从支架13上脱落，而支架13又需要配置为不阻碍推进单元12的运动，故需要优选在钻孔装置1的左部设置与钻孔装置1右部的支架13相对应的支架13，以使得储杆装置2在向左位移距离较大时，其左部能够受到位于钻孔装置1左部的支架13的支撑连接，从而能够防止储杆装置2因移动距离较大而造成的连接不稳，进而保证了自动换杆装置的安全性。

进一步具体地，如图1所示，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，储杆装置2从上至下依次包括上固定臂21、下固定臂22和托板23，上固定臂21和下固定臂22上均设有多个夹具24，以能够用于固定钻杆4，托板23与推进梁11相连接。通过设有多个夹具24的上固定臂21以及下固定臂22分别对钻杆4的上部以及下部进行固定，能够使得钻杆4的固定更加牢固，能够防止钻杆4带动整个储杆装置2甚至自动换杆装置晃动，提高了安全性；而托板23能够对钻杆4的底部进行承托，一方面能够防止因夹具24失效而造成的钻杆4掉落，提升了安全性，另一方面其对钻杆4的底部进行承托能够使得储杆装置2在不进行移动时夹具24仅需要施加少量的压力对钻杆4起到限位的作用即可，使得夹具24不需要长期处于高负载的状态，从而能够既节约能源又能够延长夹具24的使用寿命；具体地，夹具24可优选使用气动夹具，气动夹具能够输出的压力大，同时还能够减轻储杆装置2的整体重量，且较液压夹具相比成本更低。

优选地，如图1所示，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，各支架13上均设有沿横向延伸的支架导轨131，上固定臂21与下固定臂22上均设有与支架导轨131相匹配的滑块结构；上固定臂21经由滑块结构与上支架组连接，下固定臂22经由滑块结构与下支架组连接，储杆装置2能够沿支架导轨131所引导的方向移动。设置支架导轨131不仅能够对储杆装置2的移动起到导向作用，还能够使得置于储杆装置2内的钻杆4在前后方向上的位置相对固定，使得在确定钻杆4是否处于推进单元12正下方时只需要确定钻杆4在左右方向上的位置是否正确即可，从而能够方便钻杆4的定位，并提高了定位精度。

进一步优选地，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，各夹具24均配置为能够被控制为独立开合。由于在向钻孔装置1上加装钻杆4或者在从钻孔装置1上回收钻杆4的过程中，均是一次仅有一根钻杆4需要由相对应的夹具24对其进行夹装的操作，故各夹具24能够独立开合，能够保证其余的钻杆4处于被固定的状态，不会掉落，从而保证了安全性。

进一步优选地，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，驱动器3为液压驱动器、或齿轮齿条驱动器、或涡轮蜗杆驱动器。上述三种驱动器的优点在于，其对于驱动行程的控制精度高，能够满足对于钻杆4的定位精度的要求，进而能够实现自动调整钻杆4位置，以使得钻杆4能够处于推进单元12的正下方。

具体地，如图1所示，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，推进单元12包括推进器121和托架组件122，托架组件122上设有用于连接钻杆4的钻杆套筒1221。推进器121能够经由托架组件122带动钻杆4沿推进梁11上下移动以实现钻杆4向下钻探以及上提回收，具体地托架组件122通过钻杆套筒1221与钻杆4相连接，连接方式可优选为通过内螺纹与外螺纹的配合相螺接(钻杆套筒1221为外螺纹，钻杆4上端为内螺纹)，以方便实现自动化安装拆卸，而且两个钻杆4之间也优选为以该连接方式进行连接(钻杆4上端为内螺纹下端为外螺纹)，以保证相互连接的两个钻杆4的连接处的平顺性，从而能够降低钻杆在土层中运动时的阻力。

进一步具体地，如图2所示，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，钻杆套筒1221与托架组件122的连接处设有传感器1222，以能够在工作工程中检测储杆装置2上的钻杆4的输送位置。如图2所示，传感器1222优选设置两个，且两传感器1222分别布置在钻杆套筒1221沿左右方向的直径的两侧其与，并镶嵌在托架组件122上；具体地，两个传感器1222之间的间距与钻杆4的直径一致，则当两个传感器1222均检测到下方存在物体时，即表示钻杆4以输送到了钻杆套筒1221的正下方，进而能够开始进行钻杆4的安装。

进一步具体地，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，钻孔装置1的下部设有垂直度监测器，以能够在工作过程中监测钻杆4的垂直度。具体地，垂直度监测器能够实时地检测钻杆4与水平面之间的夹角，并将检测结果实时反馈给监控人员，以能够让监控人员对钻杆4与水平面之间的夹角进行调整纠正；垂直度监测器优选设置在推进梁11的下端。

更具体地，在本发明自动换杆装置的某些实施例中，自动换杆装置还包括控制器，该控制器电连接于推进单元12、驱动器3、以及储杆装置2，以能够控制钻孔装置1和储杆装置2的动作。此外，控制器还与控制按钮电连接，控制按钮可具体包括用于发出加装钻杆指令的换杆按钮和用于发出回收钻杆指令的收杆按钮，以能够在收到控制按钮传递的指令信号后控制相应的装置的启停或运动，以实现指令任务。具体地，控制器能够控制推进单元12中的推进器121沿推进梁11上下移动，控制钻杆套筒1221转动以能够将钻杆套筒1221与钻杆4连接或将钻杆4从钻杆套筒1221上卸下，还能够接收传感器1222的信号以判断钻杆4是否输送到位；控制器能够根据控制按钮的指令信号控制驱动器3的开启，并能根据传感器1222的信号控制驱动器3的停止，以将钻杆4输送到位；控制器能够控制储杆装置2上的夹具24，即执行加装钻杆指令时在钻杆4输送到位后控制夹具24松开，执行回收钻杆指令时在钻杆4处于储杆装置2内合适的安装位置处，控制夹具24夹紧，以固定钻杆4。

进一步地，本发明还提供一种钻机，其包括上述任一技术方案中的自动换杆装置，可以理解的是由于该钻机括上述任一技术方案中的自动换杆装置，故其也具有上述任一自动换杆装置的技术方案所具有的技术优点，且由于在换杆过程中储杆装置的动作量较小，故能够使得钻机整体的重心位置变化幅度小，不易引起钻机的晃动，安全性更高。

本发明涉及的控制软件为现有技术。

在上述技术方案的基础上，本发明的自动换杆装置的具体工作过程如下所示：

加装钻杆的步骤：按动换杆按钮，钻杆套筒1221与土层中的钻杆4断开连接，推进单元12上移至推进梁11的顶部，驱动器3驱动储杆装置2左移并在储杆装置2上的待加装的钻杆4处于钻杆套筒1221的正下方时停止，推进单元12下移并由钻杆套筒1221与待加装的钻杆4连接，夹具24松开且储杆装置2退回，推进单元12进一步下移并带动待加装的钻杆4与土层中的钻杆4连接，推进单元12继续下移进行钻探。

回收钻杆的步骤：按动收杆按钮，推进单元12上移至推进梁11的顶部以抽出需要回收的钻杆4，将需要回收的钻杆4与土层中的钻杆4断开连接，驱动器3驱动储杆装置2左移并在需要回收的钻杆4处于储杆装置2内合适的安装位置时停止，夹具24夹紧，钻杆套筒1221与需要回收的钻杆4断开连接，储杆装置2退回完成钻杆4的回收。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种自动换杆装置，其特征在于，包括钻孔装置(1)、储杆装置(2)和驱动器(3)，所述钻孔装置(1)包括推进梁(11)和推进单元(12)，所述推进单元(12)连接于所述推进梁(11)上且能够沿所述推进梁(11)上下移动；所述储杆装置(2)对应设于所述钻孔装置(1)的侧部，所述储杆装置(2)能够用于安放并排分布的多根钻杆(4)，所述驱动器(3)能够驱动所述储杆装置(2)向所述推进单元(12)处移动或从该推进单元(12)处退回，以在工作过程中向所述钻孔装置(1)依次逐根地将所述钻杆(4)输送到位。

2.根据权利要求1所述的自动换杆装置，其特征在于，所述钻孔装置(1)还包括扶杆器(14)和粉尘收集装置(15)，所述扶杆器(14)置于所述推进梁(11)的底端并对应处于所述推进单元(12)下方；所述粉尘收集装置(15)置于所述扶杆器(14)的下方。

3.根据权利要求1所述的自动换杆装置，其特征在于，所述储杆装置(2)经由支架(13)与所述钻孔装置(1)连接，所述驱动器(3)连接于所述支架(13)上；所述推进梁(11)上部的左右两侧以及下部的左右两侧各自布置有成对的所述支架(13)，以形成上支架组和下支架组，所述储杆装置(2)能够沿所述支架(13)移动，以能够向所述推进单元(12)处移动或从该推进单元(12)处退回。

4.根据权利要求3所述的自动换杆装置，其特征在于，所述储杆装置(2)从上至下依次包括上固定臂(21)、下固定臂(22)和托板(23)，所述上固定臂(21)和下固定臂(22)上均设有多个夹具(24)，以能够用于固定所述钻杆(4)，所述托板(23)与所述推进梁(11)相连接。

5.根据权利要求4所述的自动换杆装置，其特征在于，各所述支架(13)上均设有沿横向延伸的支架导轨(131)，所述上固定臂(21)与所述下固定臂(22)上均设有与所述支架导轨(131)相匹配的滑块结构；所述上固定臂(21)经由所述滑块结构与所述上支架组连接，所述下固定臂(22)经由所述滑块结构与所述下支架组连接，所述储杆装置(2)能够沿所述支架导轨(131)所引导的方向移动。

6.根据权利要求4所述的自动换杆装置，其特征在于，各所述夹具(24)均配置为能够被控制为独立开合。

7.根据权利要求1所述的自动换杆装置，其特征在于，所述驱动器(3)为液压驱动器、或齿轮齿条驱动器、或涡轮蜗杆驱动器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动换杆装置，其特征在于，所述推进单元(12)包括推进器(121)和托架组件(122)，所述托架组件(122)上设有用于连接所述钻杆(4)的钻杆套筒(1221)。

9.根据权利要求8所述的自动换杆装置，其特征在于，所述钻杆套筒(1221)与所述托架组件(122)的连接处设有传感器(1222)，以能够在工作工程中检测所述储杆装置(2)上的所述钻杆(4)的输送位置。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的自动换杆装置，其特征在于，所述钻孔装置(1)的下部设有垂直度监测器，以能够在工作过程中监测所述钻杆(4)的垂直度。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的自动换杆装置，其特征在于，其还包括控制器，该控制器电连接于所述推进单元(12)、所述驱动器(3)、以及所述储杆装置(2)，以能够控制所述钻孔装置(1)和储杆装置(2)的动作。

12.一种钻机，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的自动换杆装置。

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