CN115506731A - 一种凿岩机快速换杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凿岩机快速换杆装置，包括：钻杆夹持机构，具有至少一个可夹紧或放松钻杆的夹口，用于固定或释放钻杆；夹持动力机构，与钻杆夹持机构传动相连，驱动钻杆夹持机构夹紧或释放钻杆；护杆机构，具有可收纳钻杆端部的环形槽，环形槽上设有缺口；连接轴，与钻杆夹持机构、护杆机构相连，且与钻杆夹持机构之间为固定配合、与护杆机构之间为转动配合；换杆动力机构，与连接轴传动相连，以驱动连接轴转动，并带动钻杆夹持机构上钻杆的前端和/或尾端运动至环形槽内对应缺口的位置。本发明应用于凿岩机技术领域，不仅具有夹持与换杆同步工作的功能，在换杆过程中保障钻杆前端与尾端的同步性，从而实现快速换杆，具有更高的快速换杆稳定性。

Description

一种凿岩机快速换杆装置

技术领域

本发明涉及凿岩机技术领域，具体是一种凿岩机快速换杆装置。

背景技术

目前，市面上钻进设备的钻杆钻进深度多为固定长度，当钻杆长度与钻进深度相差长度较大时，只能更换推进梁总成或更多部件达到所需深度的钻进，多长度的钻进深度无法灵活切换。需要通过增加装夹多个钻杆，对钻杆长度、对钻进深度进行调节。

参考专利公开号CN101903614A所公开的用于在钻凿和锚杆支撑中操纵杆状工件的方法和装置可知，其通过设置有螺杆表面的进给构件，换杆时使进给构件绕其旋转轴线旋转，因此在螺杆表面的影响下钻杆根据旋转方向在钻杆仓中向进给位移动，随后完成换杆操作。这一结构设计的同轴接杆性能较差，钻杆前端与尾端同步性不便于控制或控制要求较高，难以实现当前钻杆与上一根钻杆以及推进梁之间的对准，造成快速换杆不稳定的问题。除此螺杆推进换杆的结构外，其它设备大多甚至都采用人工对接换杆，不仅人工劳动强度大、操作不安全，而且借用辅助设施较多，造成设备冗余、增加成本。

发明内容

针对上述现有技术中快速换杆不稳定的问题，本发明提供一种凿岩机快速换杆装置，具有更高的快速换杆稳定性，匹配夹持功能，从而实现快速换杆，相对更稳定可靠。

为实现上述目的，本发明提供一种凿岩机快速换杆装置，包括：

钻杆夹持机构，具有至少一个可夹紧或放松钻杆的夹口；

夹持动力机构，与所述钻杆夹持机构传动相连，以驱动所述钻杆夹持机构夹紧或释放钻杆；

护杆机构，具有可收纳钻杆前端和/或尾端的环形槽，且所述环形槽上设有与所述环形槽连通的缺口；

连接轴，与所述钻杆夹持机构、所述护杆机构相连，且所述连接轴与所述钻杆夹持机构之间为固定配合，所述连接轴与所述护杆机构之间为转动配合；

换杆动力机构，与所述连接轴传动相连，以驱动所述连接轴转动，并带动所述钻杆夹持机构上钻杆的前端和/或尾端运动至所述环形槽内对应所述缺口的位置。

在其中一个实施例，所述钻杆夹持机构包括夹持器支座以及转动连接在所述夹持器支座上的夹持器；

所述夹持器支座与所述连接轴固定相连，所述夹持器与所述夹持动力机构传动相连；

所述夹持器支座上具有第一弧形口，所述夹持器上设有与所述第一弧形口位置对应的第二弧形口，所述夹口由所述第一弧形口与对应所述第二弧形口围成。

在其中一个实施例，所述第一弧形口与所述第二弧形口的数量均为两个。

在其中一个实施例，所述夹持动力机构为夹持油缸；

所述夹持油缸的固定端连接在所述夹持器支座上，所述夹持油缸的伸缩端与所述夹持器铰接。

在其中一个实施例，所述夹持器支座、所述夹持器均套设在所述连接轴上，且所述夹持器与所述连接轴之间为转动配合。

在其中一个实施例，所述护杆机构包括：

前护杆器，具有一所述环形槽与所述缺口，用于收纳钻杆的前端；

尾护杆器，具有一所述环形槽与所述缺口，用于收纳钻杆的尾端；

所述前护杆器上的所述缺口与所述尾护杆器上的所述缺口位于同一直线上。

在其中一个实施例，所述钻杆夹持机构的数量为两个：

其中一个所述钻杆夹持机构位于所述前护杆器与所述尾护杆器之间且靠近所述前护杆器的位置；

另一个所述钻杆夹持机构位于所述前护杆器与所述尾护杆器之间且靠近所述尾护杆器的位置。

在其中一个实施例，所述换杆动力机构为换杆油缸；

所述换杆油缸的第一端连接在所述护杆机构上，所述换杆油缸的第二端与所述连接轴传动相连。

在其中一个实施例，凿岩机快速换杆装置还包括换杆臂，所述换杆臂的一端与所述连接轴固定配合，另一端与所述换杆油缸的第二端铰接。

在其中一个实施例，所述前护杆器、所述尾护杆器均包括：基架、侧挡板以及弧形结构的弧形板；

所述弧形板固定连接在所述基架上，所述缺口开设在所述弧形板上；

所述前护杆器上的所述侧挡板覆盖在所述环形槽上且远离所述尾护杆器的一侧，以防止钻杆前端受到额外的冲击力；

所述尾护杆器上的所述侧挡板覆盖在所述环形槽上且远离所述前护杆器的一侧，以防止钻杆尾端受到额外的冲击力。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

1、本发明通过设置钻杆夹持机构、护杆机构以及连接轴，使得快速换杆装置具有夹持与换杆同步工作的功能；

2、本发明采用同一连接轴连接两组钻杆夹持机构，并通过夹持器支座的夹持油缸驱动夹持器旋转，可使两组钻杆夹持机构之间具有良好的同步性；

3、本发明相较于现有技术中的螺旋推送钻杆结构，由于设置有两组钻杆夹持机构保障钻杆前端与尾端的同步性，更加稳定可靠；

4、本发明在夹持换杆过程，护杆机构可对钻杆进行实时保护，从而快速换杆更安全；

5、本发明相较于人工对接换杆，不仅操作更安全，而且节约了人力成本与冗余设备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中快速换杆装置的正向轴测图；

图2为图1中的局部放大示意图；

图3为本发明实施例中快速换杆装置的背向轴测图；

图4为图3中的局部放大示意图；

图5为本发明实施例中快速换杆装置的侧视图

图6为本发明实施例中前护杆器或尾护杆器的轴测图；

图7为本发明实施例中前护杆器或尾护杆器的正视图；

图8为本发明实施例中钻杆夹持机构的正视图；

图9为本发明实施例中夹持器支座的结构示意图；

图10为本发明实施例中夹持器的结构示意图；

图11为本发明实施例中换杆臂的轴测图；

图12为本发明实施例中环形槽钻杆的换杆示意图。

附图标号：环形槽101、缺口102、前护杆器103、尾护杆器104、基架105、侧挡板106、弧形板107、夹口201、夹持器支座202、夹持器203、夹持油缸3、连接轴4、换杆油缸5、换杆臂6、套筒601、键槽602、连接柱603、钻杆7、护杆器支座8、第一铰链801、装杆油缸9、第二铰链901、第三铰链902、推进梁10。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-5所示为本实施例公开的一种凿岩机快速换杆装置，其主要包括护杆机构、钻杆夹持机构、连接轴4、夹持动力机构与换杆动力机构。

参考图1-7，护杆机构主要用于在换杆操作的前后收纳、保护待换钻杆7。具体地，护杆机构上具有可收纳钻杆7前端和/或尾端的环形槽101，且环形槽101上设有与环形槽101连通的缺口102，缺口102的宽度大于钻杆直径且小于2倍钻杆直径，环形槽101可使钻杆7沿着环形槽101进行固定位置的移动，同时钻杆7可通过缺口102进出环形槽101，且一次有且只有一根钻杆能够进出环形槽101，即在换杆时一根钻杆7端部部旋转到缺口102位置，另一根钻杆7的端部则处在环形槽101内的封闭位置，因此环形槽101可以对另一根钻杆7进行限位，防止其掉落，带缺口102的环形槽101可以保证在上杆过程中精准的送出一根钻杆7。

进一步具体地，护杆机构包括前护杆器103与尾护杆器104，前护杆器103与尾护杆器104的结构相同且相对设置，两者均设置有一环形槽101与一缺口102，且前护杆器103上的缺口102与尾护杆器104上的缺口102位于同一直线上。其中，前护杆器103用于收纳钻杆7的前端，尾护杆器104用于收纳钻杆7的尾端。在具体收纳时，钻杆7的前端与尾端均位于环形槽101轴向的中部位置，即钻杆7的前端或尾端从环形槽101的一端伸入环形槽101但不穿过环形槽101，以通过前护杆器103、尾护杆器104来防止钻杆7前端、尾端受到额外的冲击力，保护钻杆7免受损伤。

前护杆器103和尾护杆器104具有足够的强度和支撑挡面，以对钻杆7起到保护作用。在具体实施过程中，前护杆器103、尾护杆器104均包括：基架105、侧挡板106以及弧形结构的弧形板107。弧形板107通过焊接的方式固定连接在基架105上，环形槽101即位于基架105与弧形板107之间，缺口102则开设在弧形板107的中部位置。侧挡板106与基架105、弧形板107之间均焊接固定，且侧挡板106覆盖在环形槽101的一侧，同时侧挡板106上对应缺口102的位置出具有一凹口。在本实施例中，前护杆器103上的侧挡板106覆盖在环形槽101上且远离尾护杆器104的一侧，以防止钻杆7前端受到额外的冲击力的同时防止钻杆7收纳在前护杆器103上时从环形槽101侧部滑出；尾护杆器104上的侧挡板106覆盖在环形槽101上且远离前护杆器103的一侧，以防止钻杆7尾端受到额外的冲击力的同时防止钻杆7收纳在尾护杆器104上时从环形槽101侧部滑出。

参考图1-5与图8-10，钻杆夹持机构具有至少一个可夹紧或放松钻杆7的夹口201，其主要用于在钻杆7换杆过程中对钻杆7起到夹持固定的作用，同时在换杆过程中确保钻杆7前端与尾端的同步性，保障整个快速换杆装置的同轴接杆性能。

本实施例中，钻杆夹持机构包括夹持器支座202以及转动连接在夹持器支座202上的夹持器203，夹持动力机构与夹持器203传动相连，以驱动夹持器203在夹持器支座202上转动。夹持器支座202上具有至少一个第一弧形口，夹持器203上设有与第一弧形口位置对应的第二弧形口，夹口201由第一弧形口与对应第二弧形口围成。在夹持动力机构的驱动下，使得夹持器203在夹持器支座202上转动实现第一弧形口与对应第二弧形口的相互靠近或相互远离，即实现了夹口201的张开和闭合形态的切换，以实现对钻杆7的松开或夹紧两种状态。

具体到本实施例中，第一弧形口与第二弧形口的数量均为两个，即一套钻杆夹持机构可同时夹持两根钻杆7。

本实施例中，夹持动力机构为夹持油缸3，夹持油缸3的固定端通过铰链或销轴等机构连接在夹持器支座202上，夹持油缸3的伸缩端与夹持器203铰接。当夹持油缸3伸缩运动时，夹持器203即可与夹持器支座202发生相对转动，进而实现夹口201的张开和闭合形态的切换。其中优选地，钻杆夹持机构的数量为两个，其中一个钻杆夹持机构位于前护杆器103与尾护杆器104之间且靠近前护杆器103的位置，用于夹紧钻杆7的前端；另一个钻杆夹持机构位于前护杆器103与尾护杆器104之间且靠近尾护杆器104的位置，用于夹紧钻杆7的尾端，以保障换杆过程中钻杆7前端与尾端的同步性，更加稳定可靠。

参考图1-5与图11，连接轴4与换杆动力机构主要用于将环形槽101内的钻杆7转移至缺口102位置，以为装杆操作做好准备工作。具体地，连接轴4的一端与尾护杆器104转动配合，另一端穿过两组钻杆夹持机构的夹持器支座202、夹持器203后与前护杆器103转动配合，连接轴4穿过前护杆器103和/或连接轴4穿过尾护杆器104。其中，连接轴4与夹持器支座202之间为固定配合，连接轴4与夹持器203之间为转动配合，换杆动力机构设置在前护杆器103上远离尾护杆器104的一侧(即设在前护杆器103的侧挡板106上)，和/或换杆动力机构设置在尾护杆器104上远离前护杆器103的一侧(即设在尾护杆器104的侧挡板106上)，且换杆动力机构与连接轴4传动相连，以驱动连接轴4转动。其中，转动配合通过轴承或间隙配合的方式实现，固定配合可通过焊接、平键加键槽的方式实现。

进一步具体地，换杆动力机构为换杆油缸5，换杆油缸5的第一端铰接在护杆机构上，换杆油缸5的第二端与传动轴传动相连。

在具体实施过程中，换杆油缸5的数量可设置为一个或两个：

当换杆油缸5的数量为一个时，换杆油缸5的固定端铰接在前护杆器103或尾护杆器104的侧挡板106上，换杆油缸5的伸缩端与连接轴4传动相连，换杆油缸5的伸缩带动连接轴4的转动；

当换杆油缸5的数量为两个时，其中一个换杆油缸5的固定端铰接在前护杆器103的侧挡板106上，伸缩端与连接轴4的一端传动相连；另一个换杆油缸5的固定端铰接在尾护杆器104的侧挡板106上，伸缩端与连接轴4的另一端传动相连，两个换杆油缸5的同步伸缩带动连接轴4的转动。

在上述换杆油缸5的两个实施方式中，均通过换杆臂6连接换杆油缸5的伸缩端与连接轴4，具体地，连接轴4上设有平键，换杆臂6的一端设置有与连接轴4配置的套筒601，且套筒601上设置与平键配置的键槽602，换杆臂6通过平键、键槽602与连接轴4固定相连，换杆臂6的另一端设置有连接柱603，连接柱603通过铰链换杆油缸5的伸缩端铰接，因此当换杆油缸5带动换杆臂6以连接轴4为中心摆动时，换杆臂6是可以带动连接轴4转动的。当然，在具体实施过程中也可采用焊接或其它紧固装置来连接换杆臂6与连接轴4。需要注意的是，在具体应用过程中，也可以通过焊接或插销等其它固定方式替代换杆臂6与连接轴4之间的平键加键槽连接。

当换杆油缸5驱动连接轴4转动时，由于连接轴4与前护杆器103、尾护杆器104之间为转动配合，因此前护杆器103、尾护杆器104以及环形槽101、缺口102均不动。由于连接轴4与夹持器支座202固定连接，因此连接轴4带动夹持器支座202转动，夹持器支座202转动而夹持油缸3不动时，换杆油缸5推动夹持器203与夹持器支座202一起转动，即连接轴4带动两组夹持器支座202同步转动，钻杆7由夹持器203与夹持器支座202夹住，因此夹持器203与夹持器支座202带动钻杆7一起转动，即能使环形槽101内的一根钻杆7运动至缺口102位置，以便于完成后续的换杆操作。

在具体应用时，前护杆器103与尾护杆器104的底端均通过第一铰链801转动连接在凿岩机的护杆器支座8上，且护杆器支座8上对应前护杆器103与尾护杆器104的位置均设置有装杆油缸9，装杆油缸9的固定端通过第二铰链901与护杆器支座8转动相连，装杆油缸9的伸缩端则通过第三铰链902与前护杆器103、尾护杆器104转动相连，通过驱动两个装杆油缸9的伸缩来驱动前护杆器103与尾护杆器104在护杆器支座8上转动。在此基础上，本实施例中快速换杆装置的工作过程具体为：

当凿岩机上的钻杆正在钻进时，此时不需要装杆，因此此时前护杆器103、尾护杆器104的顶端均向远离凿岩机上推进梁10的方向偏移，此时环形槽101内收纳有两根钻杆7，两根钻杆7均处于环形槽101内缺口102以外的位置，且被两组夹持器203、夹持器支座202夹紧固定；

当凿岩机上的上一根钻杆钻进完成需换杆时，则通过装杆油缸9驱动前护杆器103、尾护杆器104转动，使得前护杆器103、尾护杆器104的缺口102落在推进梁10的换杆工位上，这一过程中连接轴4、钻杆7、夹持器203、夹持器支座202与前护杆器103、尾护杆器104同步运动，环形槽101内的钻杆7相对环形槽101不动；

当前护杆器103、尾护杆器104的缺口102落在推进梁10的换杆工位后，装杆油缸9停止运动，随后启动换杆油缸5，使得环形槽101内的两根钻杆7沿环形槽101运动，直至一根钻杆7位于缺口102位置再停止换杆油缸5，此时另一个钻杆7仍被环形槽101收纳，即图12所示；这一过程中前护杆器103、尾护杆器104不动，连接轴4、钻杆7、夹持器203、夹持器支座202同步运动；

随后将缺口102内的钻杆7与上一根钻进完成的钻杆的钻头连接固定后，启动夹持油缸3，使夹持器203、夹持器支座202松开缺口102内的钻杆7后停止夹持油缸3；

随后再次启动装杆油缸9驱动前护杆器103、尾护杆器104复位后停止装杆油缸9，最后再次启动夹持油缸3，使得夹持器203、夹持器支座202夹紧另一根钻杆7后停止夹持油缸3；

至此完成了一次换杆操作，并等待下一次的换杆。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种凿岩机快速换杆装置，其特征在于，包括：

钻杆夹持机构，具有至少一个可夹紧或放松钻杆的夹口；

夹持动力机构，与所述钻杆夹持机构传动相连，以驱动所述钻杆夹持机构夹紧或释放钻杆；

护杆机构，具有可收纳钻杆前端和/或尾端的环形槽，且所述环形槽上设有与所述环形槽连通的缺口；

连接轴，与所述钻杆夹持机构、所述护杆机构相连，且所述连接轴与所述钻杆夹持机构之间为固定配合，所述连接轴与所述护杆机构之间为转动配合；

换杆动力机构，与所述连接轴传动相连，以驱动所述连接轴转动，并带动所述钻杆夹持机构上钻杆的前端和/或尾端运动至所述环形槽内对应所述缺口的位置。

2.根据权利要求1所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，所述钻杆夹持机构包括夹持器支座以及转动连接在所述夹持器支座上的夹持器；

所述夹持器支座与所述连接轴固定相连，所述夹持器与所述夹持动力机构传动相连；

所述夹持器支座上具有第一弧形口，所述夹持器上设有与所述第一弧形口位置对应的第二弧形口，所述夹口由所述第一弧形口与对应所述第二弧形口围成。

3.根据权利要求2所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，所述第一弧形口与所述第二弧形口的数量均为两个。

4.根据权利要求2所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，所述夹持动力机构为夹持油缸；

所述夹持油缸的一端连接在所述夹持器支座上，所述夹持油缸的另一端与所述夹持器铰接。

5.根据权利要求2所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，所述夹持器支座、所述夹持器均套设在所述连接轴上，且所述夹持器与所述连接轴之间为转动配合。

6.根据权利要求1至5任一项所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，所述护杆机构包括：

前护杆器，具有一所述环形槽与所述缺口，用于收纳钻杆的前端；

尾护杆器，具有一所述环形槽与所述缺口，用于收纳钻杆的尾端；

所述前护杆器上的所述缺口与所述尾护杆器上的所述缺口位于同一直线上。

7.根据权利要求6所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，所述钻杆夹持机构的数量为两个：

其中一个所述钻杆夹持机构位于所述前护杆器与所述尾护杆器之间且靠近所述前护杆器的位置；

另一个所述钻杆夹持机构位于所述前护杆器与所述尾护杆器之间且靠近所述尾护杆器的位置。

8.根据权利要求6所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，所述换杆动力机构为换杆油缸；

所述换杆油缸的第一端连接在所述护杆机构上，所述换杆油缸的第二端与所述连接轴传动相连。

9.根据权利要求8所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，还包括换杆臂，所述换杆臂的一端与所述连接轴固定配合，另一端与所述换杆油缸的第二端铰接。

10.根据权利要求6所述的凿岩机快速换杆装置，其特征在于，所述前护杆器、所述尾护杆器均包括：基架、侧挡板以及弧形结构的弧形板；

所述弧形板固定连接在所述基架上，所述缺口开设在所述弧形板上；

所述前护杆器上的所述侧挡板覆盖在所述环形槽上且远离所述尾护杆器的一侧，以防止钻杆前端受到额外的冲击力；

所述尾护杆器上的所述侧挡板覆盖在所述环形槽上且远离所述前护杆器的一侧，以防止钻杆尾端受到额外的冲击力。

Images