CN115559675A - 一种钻杆装配装置及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻杆装配装置及装配方法，装配装置包括机架、钻机、钻杆存放架、夹持组件、翻转组件、转动组件、行程组件。钻杆存放架内阵列有一排钻杆；翻转组件设于机架其中一个外壁，夹持组件、转动组件、行程组件均设于翻转组件外端，翻转组件用于使夹持组件公转90°，转动组件用于使夹持组件自转180°；当夹持组件位于公转0°位置时，连接头、夹持组件、钻井位于同一竖直线上；当夹持组件位于公转90°位置时，一排钻杆与夹持组件位于同一直线上；行程组件用于将一排钻杆依次移动至夹持组件处，夹持组件用于夹持钻杆。实现钻杆自动输送、自动夹持、自动转移、自动装配，省去人工操作的步骤，提高装配效率。

Description

一种钻杆装配装置及装配方法

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种钻杆装配装置及装配方法。

背景技术

现有技术中的钻井设备包括机架、钻机，机架底板上设有钻井，钻机通过绳索升降组件上下滑动配合于机架内，钻机底部设有连接头，用于连接钻杆，钻机顶部设有电机，用于驱动连接头。装配钻杆时，由工作人员拿取钻杆，并手扶钻杆保持竖直，钻杆底部对着钻井，顶部对着连接头，连接头向下转动完成与钻杆的连接，当连接头持续向下转动，即可将该钻杆与前一个钻杆连接并打入钻井。上述过程中，人工拿取钻杆费时费力；手扶钻杆时无法确保完全竖直，存在装配倾斜错位的风险，也存在安全隐患。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种钻杆装配装置及装配方法，实现钻杆自动输送、自动夹持、自动转移、自动装配，省去人工操作的步骤，提高装配效率。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种钻杆装配装置，包括机架、钻机，机架底板上设有钻井，钻机通过绳索升降组件上下滑动配合于机架内，钻机底部设有连接头，顶部设有第一电机，第一电机用于驱动连接头，还包括钻杆存放架、夹持组件、翻转组件、转动组件、行程组件。

钻杆存放架平行设于机架外，钻杆存放架内阵列有一排钻杆，钻杆底部高于钻井；

翻转组件设于机架其中一个外壁，夹持组件、转动组件、行程组件均设于翻转组件外端，翻转组件用于使夹持组件公转90°，转动组件用于使夹持组件自转180°；

当夹持组件位于公转0°位置时，连接头、夹持组件、钻井位于同一竖直线上；当夹持组件位于公转90°位置时，一排钻杆与夹持组件位于同一直线上；

行程组件用于将一排钻杆依次移动至夹持组件处，夹持组件用于夹持钻杆。

进一步的，翻转组件包括液压伸缩杆、转动柱、转动板，液压伸缩杆两端分别转动连接于支架、转动板内端，转动柱顶部及底部转动连接于基座，支架、基座均设于机架外壁，转动板中段连接转动柱外壁。

进一步的，转动板外端设有凹槽，转动组件包括第二电机、第一齿轮、第一连接柱，第一连接柱顶部转动配合于凹槽，底部连接第一齿轮，夹持组件连接于第一连接柱，第二电机通过支撑板连接于转动板，第二电机用于驱动第一齿轮。

进一步的，钻杆存放架包括多个限位组件、外框、滑动配合于外框的内框，外框、内框朝向夹持组件的一端开口设置，一排钻杆阵列于内框内，多个限位组件阵列于内框顶部的横梁内部，横梁底部阵列有一排通孔，限位组件依次穿过对应的通孔、钻杆，以使钻杆固定。

进一步的，横梁顶部与底部同样位置处也阵列有一排通孔，外框开口端的顶部设有限位孔，限位孔与横梁顶部第一个通孔对应，每一个限位组件均包括第三电机、限位柱、第二齿轮，第三电机通过支撑座设于横梁内，其输出轴连接第二齿轮，限位柱外壁阵列有环状凸起，第二齿轮与环状凸起啮合，限位柱上下滑动配合于通孔，用于限位钻杆。

进一步的，行程组件包括第三齿轮、第四齿轮、第二连接柱，第二连接柱上下贯穿转动板，第二电机输出轴连接第二连接柱底部，第三齿轮、第四齿轮均设于第二连接柱上，第三齿轮用于啮合第一齿轮，第四齿轮位于转动板顶部，横梁底部设有齿条，第四齿轮用于啮合齿条，第三齿轮、第四齿轮外周预设范围内设有锯齿，且两者锯齿所在预设范围未重合。

一种钻杆装配方法，采用所述的钻杆装配装置，方法包括以下步骤：

准备阶段：内框的第一个限位柱向上插入限位孔，以固定内框；将一排钻杆阵列于内框，其余的限位柱向下插入对应的钻杆内，以限位钻杆；

一次转动阶段：翻转组件使夹持组件公转90°，转动组件使夹持组件自转180°；

夹持阶段：第一个限位柱脱离限位孔，行程组件将内框移动预设距离，以保证夹持组件夹持第一个钻杆；

二次转动阶段：限位柱脱离第一个钻杆，且该限位柱向上插入限位孔，翻转组件使夹持组件逆向公转90°，转动组件使夹持组件逆向自转180°，此时，夹持组件夹持的钻杆位于钻井正上方；

装配阶段：通过绳索升降组件使钻机下移，同时第一电机驱动连接头，使连接头螺纹连接第一个钻杆；夹持组件脱离第一个钻杆，从一次转动阶段执行下一个循环，同时连接头持续向下转动，将第一个钻杆打入钻井，之后钻机上移至原位，以备下一个循环。

进一步的，一次转动阶段：

液压伸缩杆收缩，使转动板、夹持组件围绕转动柱公转90°；第二电机驱动第三齿轮，当第三齿轮啮合第一齿轮结束，夹持组件围绕第一连接柱自转180°。

进一步的，夹持阶段中，行程组件将内框移动预设距离的方法是：当第三齿轮啮合第一齿轮结束，第二电机继续驱动第三齿轮，此时，第四齿轮才开始啮合齿条，使内框移动预设距离。

本发明的有益效果在于：

1、通过钻杆存放架、行程组件的配合实现钻杆的自动输送，通过夹持组件实现钻杆的自动夹持并保持钻杆竖直，通过翻转组件、转动组件的配合实现钻杆的自动转移至预设位置，通过钻机实现钻杆的自动装配，整个过程省去了人工操作，降低人工操作的失误及安全风险，提高了装配效率。

2、第三电机驱动第二齿轮，因为第二齿轮与环状凸起啮合，从而使限位柱上下滑动配合于通孔；当限位柱向下插入钻杆，用于限位钻杆；当限位柱向上移动，可以脱离钻杆，便于夹持组件夹持转移钻杆；当需要防止内框滑动时，限位柱可以向上插入限位孔。

3、在液压伸缩杆的作用下，夹持组件公转至°位置，此时，第四齿轮外周光滑区域接触齿条，第三齿轮的锯齿区域啮合第一齿轮；所以当第二电机驱动第三齿轮，使夹持组件自转180°后，夹持组件的夹持口对准钻杆，此时，第三齿轮的锯齿区域脱离第一齿轮，第四齿轮的啮齿区域开始啮合齿条，第二电机继续驱动第三齿轮，通过第四齿轮与齿条的啮合，从而使内框移动预设距离，便于夹持组件夹持钻杆，所以行程组件、转动组件共用一个动力源，通过三个齿轮的巧妙配合，实现了钻杆自动输送及自动夹持。

附图说明

图1为实施例的装配装置前视状态图一；

图2为实施例的翻转组件结构状态图一；

图3为图2中A处局部放大图；

图4为实施例的钻杆存放架透视图；

图5为实施例的钻杆存放架右视图；

图6为图5中C处局部放大图；

图7为实施例的内框结构图；

图8为实施例的转动组件结构状态图一；

图9为图8中B处局部放大图；

图10为实施例的转动组件结构状态图二；

图11为图10中D处局部放大图；

图12为装配装置前视状态图二；

图13为实施例的装配方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，展示了现有技术中的钻井设备，包括机架1、钻机2，机架1底板上设有钻井，钻机2通过绳索升降组件上下滑动配合于机架1内，绳索升降组件为常规组件，附图中并未具体展示，钻机2底部设有连接头21，连接头21具有螺纹外壁，用于连接钻杆，钻机2顶部设有第一电机22，用于驱动连接头21。

本实施例提供了一种钻杆装配装置，如图1所示，在钻井设备的基础上，还包括钻杆存放架3、夹持组件4、翻转组件5、转动组件6、行程组件7。

具体的，钻杆存放架3平行设于机架1外，钻杆存放架3内阵列有一排钻杆34，钻杆34底部高于钻井。

具体的，翻转组件5设于机架1其中一个外壁，夹持组件4、转动组件6、行程组件7均设于翻转组件5外端，翻转组件5用于使夹持组件4公转90°，转动组件6用于使夹持组件4自转180°。当夹持组件4位于公转0°位置时，连接头21、夹持组件4、钻井位于同一竖直线上；当夹持组件4位于公转90°位置时，一排钻杆34与夹持组件4位于同一直线上。

具体的，行程组件7用于将一排钻杆34依次移动至夹持组件4处，夹持组件4用于夹持钻杆34。

上述方案实施时：翻转组件5使夹持组件4从0°位置公转至90°位置，转动组件6使夹持组件4自转180°，使夹持组件4的夹持口朝向钻杆34；行程组件7将一排钻杆34移动预设距离，夹持组件4夹持位于第一个的钻杆34；翻转组件5使夹持组件4逆向公转至0°位置，转动组件6使夹持组件4逆向自转180°，此时夹持组件4所夹持的钻杆34，正位于连接头21、钻井之间；通过绳索升降组件使钻机2下移，同时第一电机22驱动连接头21，使连接头21向下螺纹连接钻杆34，夹持组件4脱离钻杆34后，连接头21持续向下转动，将该钻杆34连接于前一个钻杆34并打入钻井，之后钻机2上移至原位，以备下一个循环。

本实施例利用钻杆存放架3按照一定间距存放一排钻杆34，并利用行程组件7将一排钻杆34依次移动至夹持组件4处，夹持组件4每次夹持一个钻杆34，在翻转组件5、转动组件6的作用下，夹持组件4及其上的钻杆34被转移至钻井正上方，整个过程实现了钻杆34的自动输送、自动转移、自动装配，省去了人工操作的步骤，提高了装配效率。

更具体的，如图1~图3所示，翻转组件5包括液压伸缩杆51、转动柱52、转动板53，液压伸缩杆51一端转动连接于支架511，另一端转动连接于转动板53内端，转动柱52顶部及底部转动连接于基座521内，支架511、基座521均设于机架1外壁，转动板53中段连接转动柱52外壁。

使用时，液压伸缩杆51收缩，拉动转动板53的内端，因为转动板53中段连接于转动柱52，所以转动板53会围绕转动柱52转动，从而使夹持组件4从0°位置公转至90°位置；反之，当液压伸缩杆51伸长，推动转动板53的内端，转动板53会围绕转动柱52反向转动，从而使夹持组件4从90°位置公转至0°位置。

更具体的，如图1、图8、图9所示，转动板53外端设有凹槽531，转动组件6包括第二电机61、第一齿轮62、第一连接柱63，第一连接柱63顶部转动配合于凹槽531，底部连接第一齿轮62，夹持组件4连接于第一连接柱63，第二电机61通过支撑板611连接于转动板53，第二电机61用于驱动第一齿轮62。使用时，第二电机61驱动第一齿轮62，从而使夹持组件4围绕第一连接柱63自转180°。

更具体的，如图4、图7所示，钻杆存放架3包括10个限位组件33、外框31及滑动配合于外框31的内框32，外框31、内框32朝向夹持组件4的一端开口设置，9个钻杆34阵列于内框32内，内框32顶部为横梁321，10个限位组件33阵列于横梁321内部，横梁321底部阵列有一排通孔322，限位组件33依次穿过对应的通孔322、钻杆34，以使钻杆34固定。

更具体的，横梁321顶部与底部同样位置处也阵列有一排通孔322，如图4~图6所示，外框31开口端的顶部设有一个限位孔311，限位孔311与横梁321顶部第一个通孔322对应，每一个限位组件33均包括第三电机331、限位柱332、第二齿轮333，第三电机331通过支撑座3311设于横梁321内，其输出轴连接第二齿轮333，限位柱332外壁阵列有环状凸起3321，第二齿轮333与环状凸起3321啮合，限位柱332上下滑动配合于通孔322，用于限位钻杆34。

使用时，第三电机331驱动第二齿轮333，因为第二齿轮333与环状凸起3321啮合，从而使限位柱332上下滑动配合于通孔322；当限位柱332向下插入钻杆34，用于限位钻杆34；当限位柱332向上移动，可以脱离钻杆34，便于夹持组件4夹持转移钻杆34；当需要防止内框32滑动时，与限位孔311对应的限位柱332可以继续向上插入限位孔311。

更具体的，如图1、图8、图9所示，行程组件7包括第三齿轮71、第四齿轮72、第二连接柱73，第二连接柱73上下贯穿转动板53，第二连接柱73可在贯穿孔内转动，第二电机61输出轴连接第二连接柱73底部，第三齿轮71、第四齿轮72均设于第二连接柱73上，第三齿轮71用于啮合第一齿轮62，第四齿轮72位于转动板53顶部，如图4所示，横梁321底部沿其长轴方向设有齿条323，第四齿轮72用于啮合齿条323，第三齿轮71、第四齿轮72外周预设范围内设有锯齿，且两者锯齿所在预设范围未重合，也就是说行程组件7、转动组件6共用一个动力源，通过三个齿轮的巧妙配合，是为了实现第三齿轮71啮合第一齿轮62，第四齿轮72啮合齿条323两个过程错开进行，并不能同时进行。

使用时，在液压伸缩杆51的作用下，夹持组件4公转至90°位置，此时，第四齿轮72外周光滑区域接触齿条323，第三齿轮71的锯齿区域啮合第一齿轮62；所以当第二电机61驱动第三齿轮71，使夹持组件4自转180°后，夹持组件4的夹持口对准钻杆34，此时，第三齿轮71的锯齿区域脱离第一齿轮62，第四齿轮72的啮齿区域开始啮合齿条323，第二电机61继续驱动第三齿轮71，通过第四齿轮72与齿条323的啮合，从而使内框移动预设距离，便于夹持组件4夹持钻杆34，注意，第四齿轮72与齿条323啮合的过程中，因为第三齿轮71外周的光滑区域接触第一齿轮62，所以夹持组件4并不会转动。夹持组件4为自动夹持的常规组件，本实施例并未具体展示。

作为方法实施例，如图13所示，钻杆装配方法包括以下步骤：

准备阶段：如图1、图4所示，内框32的第一个限位柱332向上插入限位孔311，以固定内框32；将9个钻杆34阵列于内框32，9个限位柱332向下插入对应的钻杆34内，以限位钻杆34。

一次转动阶段：液压伸缩杆51收缩，使转动板53、夹持组件4围绕转动柱52公转90°；第二电机61驱动第三齿轮71，当第三齿轮71啮合第一齿轮62结束，夹持组件4围绕第一连接柱63自转180°，如图8、图9为夹持组件4公转、自转之前的结构图，图10、图11为夹持组件4公转、自转之后的结构图。

夹持阶段：第一个限位柱332脱离限位孔311，便于内框32移动；当第三齿轮71啮合第一齿轮62结束，第二电机61继续驱动第三齿轮71，此时，第四齿轮72才开始啮合齿条323，使内框32移动预设距离，以保证夹持组件4夹持第一个钻杆34，如图12所示。

二次转动阶段：夹持后，限位柱332脱离第一个钻杆34，且该限位柱332向上插入限位孔311，再次固定内框32；液压伸缩杆51伸长使夹持组件4逆向公转90°，此时，因为第四齿轮72脱离齿条323，所以第二电机61可以反向驱动第三齿轮71，使夹持组件4逆向自转180°，夹持组件4夹持的钻杆34位于钻井正上方。

装配阶段：通过绳索升降组件使钻机2下移，同时第一电机22驱动连接头21，使连接头21螺纹连接第一个钻杆34；夹持组件4脱离第一个钻杆34，从一次转动阶段执行下一个循环，同时钻机2持续下移，将第一个钻杆34打入钻井，之后钻机2上移至原位，以备下一个循环。

综上，本实施例通过钻杆存放架3、行程组件7的配合实现钻杆34的自动输送，通过夹持组件4实现钻杆34的自动夹持并保持钻杆34竖直，通过翻转组件5、转动组件6的配合实现钻杆34的自动转移至预设位置，通过钻机2实现钻杆34的自动装配，整个过程省去了人工操作，降低人工操作的失误及安全风险，提高了装配效率。

以上实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种钻杆装配装置，包括机架（1）、钻机（2），机架（1）底板上设有钻井，钻机（2）通过绳索升降组件上下滑动配合于机架（1）内，钻机（2）底部设有连接头（21），顶部设有第一电机（22），第一电机（22）用于驱动连接头（21），其特征在于，还包括钻杆存放架（3）、夹持组件（4）、翻转组件（5）、转动组件（6）、行程组件（7）；

钻杆存放架（3）平行设于机架（1）外，钻杆存放架（3）内阵列有一排钻杆（34），钻杆（34）底部高于钻井；

翻转组件（5）设于机架（1）其中一个外壁，夹持组件（4）、转动组件（6）、行程组件（7）均设于翻转组件（5）外端，翻转组件（5）用于使夹持组件（4）公转90°，转动组件（6）用于使夹持组件（4）自转180°；

当夹持组件（4）位于公转0°位置时，连接头（21）、夹持组件（4）、钻井位于同一竖直线上；当夹持组件（4）位于公转90°位置时，一排钻杆（34）与夹持组件（4）位于同一直线上；

行程组件（7）用于将一排钻杆（34）依次移动至夹持组件（4）处，夹持组件（4）用于夹持钻杆（34）。

2.根据权利要求1所述的钻杆装配装置，其特征在于，翻转组件（5）包括液压伸缩杆（51）、转动柱（52）、转动板（53），液压伸缩杆（51）两端分别转动连接于支架（511）、转动板（53）内端，转动柱（52）顶部及底部转动连接于基座（521），支架（511）、基座（521）均设于机架（1）外壁，转动板（53）中段连接转动柱（52）外壁。

3.根据权利要求2所述的钻杆装配装置，其特征在于，转动板（53）外端设有凹槽（531），转动组件（6）包括第二电机（61）、第一齿轮（62）、第一连接柱（63），第一连接柱（63）顶部转动配合于凹槽（531），底部连接第一齿轮（62），夹持组件（4）连接于第一连接柱（63），第二电机（61）通过支撑板（611）连接于转动板（53），第二电机（61）用于驱动第一齿轮（62）。

4.根据权利要求3所述的钻杆装配装置，其特征在于，钻杆存放架（3）包括多个限位组件（33）、外框（31）、滑动配合于外框（31）的内框（32），外框（31）、内框（32）朝向夹持组件（4）的一端开口设置，一排钻杆（34）阵列于内框（32）内，多个限位组件（33）阵列于内框（32）顶部的横梁（321）内部，横梁（321）底部阵列有一排通孔（322），限位组件（33）依次穿过对应的通孔（322）、钻杆（34），以使钻杆（34）固定。

5.根据权利要求4所述的钻杆装配装置，其特征在于，横梁（321）顶部与底部同样位置处也阵列有一排通孔（322），外框（31）开口端的顶部设有限位孔（311），限位孔（311）与横梁（321）顶部第一个通孔（322）对应，每一个限位组件（33）均包括第三电机（331）、限位柱（332）、第二齿轮（333），第三电机（331）通过支撑座（3311）设于横梁（321）内，其输出轴连接第二齿轮（333），限位柱（332）外壁阵列有环状凸起（3321），第二齿轮（333）与环状凸起（3321）啮合，限位柱（332）上下滑动配合于通孔（322），用于限位钻杆（34）。

6.根据权利要求5所述的钻杆装配装置，其特征在于，行程组件（7）包括第三齿轮（71）、第四齿轮（72）、第二连接柱（73），第二连接柱（73）上下贯穿转动板（53），第二电机（61）输出轴连接第二连接柱（73）底部，第三齿轮（71）、第四齿轮（72）均设于第二连接柱（73）上，第三齿轮（71）用于啮合第一齿轮（62），第四齿轮（72）位于转动板（53）顶部，横梁（321）底部设有齿条（323），第四齿轮（72）用于啮合齿条（323），第三齿轮（71）、第四齿轮（72）外周预设范围内设有锯齿，且两者锯齿所在预设范围未重合。

7.一种钻杆装配方法，其特征在于，采用如权利要求6所述的钻杆装配装置，方法包括以下步骤：

准备阶段：内框（32）的第一个限位柱（332）向上插入限位孔（311），以固定内框（32）；将一排钻杆（34）阵列于内框（32），其余的限位柱（332）向下插入对应的钻杆（34）内，以限位钻杆（34）；

一次转动阶段：翻转组件（5）使夹持组件（4）公转90°，转动组件（6）使夹持组件（4）自转180°；

夹持阶段：第一个限位柱（332）脱离限位孔（311），行程组件（7）将内框（32）移动预设距离，以保证夹持组件（4）夹持第一个钻杆（34）；

二次转动阶段：限位柱（332）脱离第一个钻杆（34），且该限位柱（332）向上插入限位孔（311），翻转组件（5）使夹持组件（4）逆向公转90°，转动组件（6）使夹持组件（4）逆向自转180°，此时，夹持组件（4）夹持的钻杆（34）位于钻井正上方；

装配阶段：通过绳索升降组件使钻机（2）下移，同时第一电机（22）驱动连接头（21），使连接头（21）螺纹连接第一个钻杆（34）；夹持组件（4）脱离第一个钻杆（34），从一次转动阶段执行下一个循环，同时连接头（21）持续向下转动，将第一个钻杆（34）打入钻井，之后钻机（2）上移至原位，以备下一个循环。

8.根据权利要求7所述的钻杆装配方法，其特征在于，一次转动阶段：

液压伸缩杆（51）收缩，使转动板（53）、夹持组件（4）围绕转动柱（52）公转90°；第二电机（61）驱动第三齿轮（71），当第三齿轮（71）啮合第一齿轮（62）结束，夹持组件（4）围绕第一连接柱（63）自转180°。

9.根据权利要求8所述的钻杆装配方法，其特征在于，夹持阶段中，行程组件（7）将内框（32）移动预设距离的方法是：当第三齿轮（71）啮合第一齿轮（62）结束，第二电机（61）继续驱动第三齿轮（71），此时，第四齿轮（72）才开始啮合齿条（323），使内框（32）移动预设距离。

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