SE523654C2

SE523654C2 - Device for drilling units

Info

Publication number: SE523654C2
Application number: SE9801519A
Authority: SE
Inventors: Bo Sjoeberg
Original assignee: Hardab Sweden Ab
Priority date: 1998-04-29
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 2004-05-04
Also published as: SE9801519L; SE9801519D0; EP1075585B1; DE69911763T2; EP1075585A1; DE69911763D1; WO1999058812A1

Abstract

This invention relates to a device of a rig for ground drilling, which rig comprises a chassis (10) and a drill mast (22) which is arranged with a drill head (24), which drill mast (22) is pivotally attached to the chassis (10) about a mainly horizontal pivoting axis (26), substantially parallelly arranged in relation to one short end of the chassis, between a lying position (I) and an upright position (II), whereby the drill head is positioned adjacent the short end of the chassis at the side of the drill mast, at least one storage space (36) for storing drill pipes (33) in a substantially horizontal position, and a feeding arrangement (50, 58) comprising a gripping device (56) for transport of drill pipes (33) between the storage space (36) and the drill mast (22), i.e. from a substantially horizontal position to an upright position and vice versa, characterised in that the centre (C) of the drill head (24) in the working position of the drill mast, as well as the device for gripping (56), but not the drill mast (22), are arranged in one and the same substantially vertical plane (P) and whereby the drill pipes, during feeding, are moved within set plane (P) without any need for making any circulating or twisting movements of the drill pipes in order to get them into position at the drill head.

Description

523 654 2 . . .. . .. .. "Plßlll . m... .. Hm... ........ . 523 654 2. . ... .. .. "Plßlll. M ..... Hm ... .........

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning har som uppgift att minimera olägenheterna vid frammatning av borrör till borraggregat för markborrning samt erhålla en mer kontinuerlig operation.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the present invention is to minimize the inconveniences of feeding drilling pipes to drilling units for ground drilling and to obtain a more continuous operation.

Detta uppnås enligt en aspekt av uppfinningen med en anordning enligt inledningen, kännetecknad av att borrhuvudets centrum vid borrmastens arbetsposition, samt griporganen, men ej borrmasten, är anordnade i ett och samma huvudsakligen vertikala plan och varvid borrören, vid förﬂyttning, förﬂyttas i nämnda plan, utan att behöva göra cirkel- eller vridningsrörelser med borrören för att få dessa på plats vid borrhuvudet.This is achieved according to an aspect of the invention with a device according to the preamble, characterized in that the center of the drill head at the working position of the drilling mast, and the gripping means, but not the drilling mast, are arranged in one and the same substantially vertical plane. without having to make circular or rotational movements with the drill pipes to get them in place at the drill head.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen kännetecknas denna av att denna även innefattar en hållardon i stånd att hålla borrör i en huvudsakligen horisontell position för gripning av griporganen, samt förﬂyttningsorgan i stånd att förﬂytta borrör från magasinet till stödanordningen, varvid stödanordningen är anordnad i nämnda plan, Med en anordning enligt uppfinningen erhålles flera fördelar. Genom att aggregatet är anordnat med ett magasin samt att griporganen och borrhuvudets centrum är anordnade i ett vertikalt plan, kan en rak rörelse av borrören från en liggande till en upprest position mellan magasinet och borrhuvudet utföras av matningsorganet, vilket ger en enkel och tillförlitlig konstruktion utan att behöva göra cirkel- eller vridningsrörelser med borrören för att få dessa på plats vid borrhuvudet.According to another aspect of the invention, it is characterized in that it also comprises a holding device capable of holding drill pipes in a substantially horizontal position for gripping the gripping means, and for surface means capable of moving drill pipes from the magazine to the support device, the support device being arranged in said plane. With a device according to the invention several advantages are obtained. Because the assembly is arranged with a magazine and the gripping means and the center of the drill head are arranged in a vertical plane, a straight movement of the drill pipes from a horizontal to an upright position between the magazine and the drill head can be performed by the feeding means, which provides a simple and reliable construction without to have to make circular or rotational movements with the drill pipes to get them in place at the drill head.

Dessutom kan nästa borrör plockas av förﬂyttningsorganets griporgan medan föregående borrör borras ner i marken. Tack vare att frammatningen av borrör automatiseras och att borrören förvaras i magasin på aggregatet, försvinner det tunga manuella arbetet med hanteringen av dessa.In addition, the next drill pipe can be removed from the gripping means of the surface means while the previous drill pipe is drilled into the ground. Thanks to the fact that the feeding of drill pipes is automated and that the drill pipes are stored in magazines on the unit, the heavy manual work of handling them disappears.

Dessa och andra aspekter på samt fördelar med uppﬁnningen kommer att framgå av den detaljerade beskrivningen av en föredragen utföringsform samt av de efterföljande patentkraven.These and other aspects and advantages of the invention will be apparent from the detailed description of a preferred embodiment and from the appended claims.

KORT FIGURBESKRIVNING I följande beskrivning av en föredragen utföringsform kommer att hänvisas till bifogade ritningsﬁgurer, av vilka Fig. 1 visar en sidovy av aggregatet enligt uppﬁnningen, Fig. 2 visar en vy ovariifrån av aggregatet enligt Fig. 1, och Fig. 3 en detaljvy tagen längs linjen III-III i Fig. 2. 523 654 3 ...Jïsêii n o . n | u: BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Aggregatet som visas i Figurerna innefattar ett rektangulärt chassi 10 med två långsidor 12 och två kortändar 14. Till chassiets långsidor är drivband 16 anordnade. Ett driv- aggregat 18 i stånd att driva aggregatet via drivbanden, är anordnat på chassit. I vardera hörnet på chassit är Stödben 20 anordnade, vilka Stödben dels är förskjutbara i horisontell ledd, Fig. 2, samt förlängbarai vertikal ledd, Fig. l. Ett borrtorn 22 med ett borrhuvud 24 är vridbart anbringat till ena kortänden av chassit, runt en huvudsakligen horisontell axel 26, huvudsakligen parallell med chassits ena kortände. En hydraulcylinder 28 är anordnad mellan borrtornet och chassit för att vrida bontornet mellan en liggande, vilo- och transportposition I, till en upprest arbetsposition II. Såsom framgår av Fig. 2 är borxtornet anordnat så på chassit att dess borrhuvud är placerat i anslutning till aggregatets ena kortända vid upprest borrmast. I övre änden på borrtornet är en kranarm 30, eller jibb, anordnad.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following description of a preferred embodiment, reference will be made to the accompanying drawings, of which Fig. 1 shows a side view of the assembly according to the invention, Fig. 2 shows a top view of the assembly according to Fig. 1, and Fig. 3 a detailed view taken along the line III-III in Fig. 2. 523 654 3 ... Jïsêii no. n | u: DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT The assembly shown in the Figures comprises a rectangular chassis 10 with two long sides 12 and two short ends 14. Drive belts 16 are arranged for the long sides of the chassis. A drive unit 18 capable of driving the unit via the drive belts is arranged on the chassis. In each corner of the chassis, support legs 20 are arranged, which support legs are partly displaceable in horizontal joint, Fig. 2, and extendable vertical joints, Fig. 1. A drilling rig 22 with a drilling head 24 is rotatably mounted to one short end of the chassis, around a substantially horizontal axis 26, substantially parallel to one short end of the chassis. A hydraulic cylinder 28 is arranged between the rig and the chassis to turn the rig between a horizontal, rest and transport position I, to an upright working position II. As can be seen from Fig. 2, the drill tower is arranged on the chassis so that its drill head is placed adjacent to one short end of the unit at the raised mast. At the upper end of the rig is a crane arm 30, or jib, arranged.

Till aggregatet är ett forsta magasin 32 för borrstänger 33 anordnat, Fig. 2 och 3, häreñer benämnt huvudmagasin, vilket sträcker sig längs aggregatets ena långsida.A first magazine 32 for drill rods 33 is arranged for the unit, Figs. 2 and 3, hereinafter referred to as the main magazine, which extends along one long side of the unit.

Huvuclmagasinet innefattar två armar 34 anbringade till chassit, samt lutande inåt mot aggregatet med en viss vinkel ot till vertikalplanet. En hållardel 36 är vridbart anordnad till armarnas övre ändar runt huvudsakligen horisontella vridningsaxlar 38, vilka axlar är huvudsakligen parallella med aggregatets långsidor. Hållardelen är utformad som en vagga öppen uppåt med inre och yttre sidostyrningar 40, 42, varav den yttre 42 är huvudsakligen vertikal samt den inre 40 har huvudsakligen samma lutning som armarna.The main magazine comprises two arms 34 attached to the chassis, and inclined inwards towards the unit at a certain angle ot to the vertical plane. A holder part 36 is rotatably arranged to the upper ends of the arms about substantially horizontal axes of rotation 38, which axes are substantially parallel to the long sides of the assembly. The holder part is designed as a cradle open upwards with inner and outer side guides 40, 42, of which the outer 42 is substantially vertical and the inner 40 has substantially the same inclination as the arms.

Sidostyrningarna är anbringade till bottenbalkar 44. Borrören 33 ligger horisontellt på bottenbalkarna samt mellan sidostyrningarna. En hydraulcylinder 46 är anordnad mellan chassit och huvudmagasinets hållardel, i stånd att vrida denna runt vridningsaxlarna. I övre änden på armarna är hållardon 48 anordnade.The side guides are attached to the bottom beams 44. The drill pipes 33 lie horizontally on the bottom beams and between the side guides. A hydraulic cylinder 46 is arranged between the chassis and the holder part of the main magazine, capable of rotating it about the axes of rotation. At the upper end of the arms, holding means 48 are arranged.

En matararm 50 är vridbart anordnad till chassit runt en vridningsaxel 26, vilken axel sammanfaller med boritornets vridningsaxel. Matararmen är anordnad med en teleskopiskt förskjutbar del 52 samt en hydraulcylinder 54 i stånd att förlänga respektive förkorta matararmen. På den törskjutbara delen av matararmen är två griporgan 56 anordnade för lösbar gripning av borrstänger. En hydraulcylinder 58 är anordnad mellan chassit och matararmen, i stånd att vrida denna mellan en huvudsakligen horisontell position och en upprest position. 525 654 4 Borrhuvudets 24 centrum C, hållardonen 48 samt matararmens gripdon 56 är anordnade så på aggregatet att de är anordnade i ett huvudsakligen vertikalt plan P, vilket i den visade utföringsförmen är huvudsakligen parallellt med aggregatets längdriktníng.A feed arm 50 is rotatably mounted to the chassis about an axis of rotation 26, which axis coincides with the axis of rotation of the drill tower. The feed arm is provided with a telescopically displaceable part 52 and a hydraulic cylinder 54 capable of lengthening and shortening the feed arm, respectively. On the dry-slidable part of the feed arm, two gripping means 56 are arranged for releasable gripping of drill rods. A hydraulic cylinder 58 is disposed between the chassis and the feed arm, capable of rotating it between a substantially horizontal position and an upright position. The center C of the drill head 24, the holding means 48 and the gripper 56 of the feed arm are arranged on the assembly so that they are arranged in a substantially vertical plane P, which in the embodiment shown is substantially parallel to the longitudinal direction of the assembly.

Aggregatet är företrädesvis även anordnat med ett andra fast magasin 60 för borrstänger, anordnat längs aggregatets andra långsida, vilket magasin är utformat som två U-proﬁler öppna uppåt, i vilka U-proﬁler borrstängema ligger horisontellt.The assembly is preferably also arranged with a second fixed magazine 60 for drill rods, arranged along the second long side of the assembly, which magazine is designed as two U-profiles open upwards, in which U-profiles the drill rods lie horizontally.

Aggregatet fungerar enligt följande. Aggregatet körs fram till borrplatsen, varvid stödbenen 20 skjuts ut och fälls ner för att stabilisera aggregatet. Sedan reses borrtornet 22 från den liggande positionen I till en upprest position II med hjälp av hydraulcylindern 28. Borrhuvudet 24 körs upp i toppen av masten i väntan på ett borrör. Matararmen 50 vrids med hjälp av dess cylinder 58 till ett upprest läge. Huvudmagasinet 36 aktiveras varvid hållardelen vrids med hjälp av dess hydraulcylinder upp till en position IV, streckat visad i Fig. 3. Vridningen av hållardelen medför att borrstängerna i huvud- magasinet rullar in mot hållardonen 48, varvid ett borrör 331 positioneras i dessa.The unit works as follows. The unit is driven to the drilling site, whereby the support legs 20 are pushed out and folded down to stabilize the unit. Then the drill tower 22 is raised from the lying position I to an upright position II by means of the hydraulic cylinder 28. The drill head 24 is driven up to the top of the mast while waiting for a drill pipe. The feed arm 50 is rotated by means of its cylinder 58 to an upright position. The main magazine 36 is activated, the holder part being rotated by means of its hydraulic cylinder up to a position IV, dashed line shown in Fig. 3. The rotation of the holder part causes the drill rods in the main magazine to roll towards the holder means 48, a drill pipe 331 being positioned therein.

Hållardelen vrids sedan tillbaka varvid övriga borrör rullar tillbaka ner i hållardelen, förutom det borrör som nu ligger i hållardonen samt i läge för gripning. Matararmen 50 aktiveras nu återigen och vrids ner mot borröret samt greppar detta. Beroende på hur borrören ligger i magasinet samt vinkeln på borrmasten i dess uppresta läge kan borrören behöva greppas på olika lägen längs deras längd. Därvid justeras matararmens längd med hjälp av den förskjutbara delen 52 och dess hydraulcylinder 54.The holder part is then turned back, whereby the other drill pipes roll back down into the holder part, in addition to the drill pipe which is now in the holder means and in position for gripping. The feed arm 50 is now activated again and turned down towards the drill pipe and grips it. Depending on how the drill pipes are located in the magazine and the angle of the drill mast in its upright position, the drill pipes may need to be gripped in different positions along their length. The length of the feed arm is then adjusted by means of the displaceable part 52 and its hydraulic cylinder 54.

Matararmen vrids nu återigen uppåt varvid borröret förs från en horisontell position till en upprest position. Tack vare att borrhuvudet så att säga är placerat på sidan av borrtornet, d v s i anslutning till aggregatets kortända, samt att hållardonen, giiporganen och borrhuvudets centrum är anordnade i samma vertikala plan P, kommer det uppresta borröret att dels föras i nämnda plan, dels direkt positioneras vertikalt i linje med borrhuvudets centrum C.The feed arm is now turned upwards again, the drill pipe being moved from a horizontal position to an upright position. Due to the fact that the drill head is placed on the side of the drill tower, i.e. in connection with the short end of the unit, and that the holding means, the gripping means and the center of the drill head are arranged in the same vertical plane P, the raised drill pipe will be guided in said plane. vertically in line with the center of the drill bit C.

När borröret är på plats börjar aggregatet att borra. Samtidigt aktiveras huvudmagasinet på nytt så att ett nytt borrör förs fram till hållardonen på ovan beskrivet sätt. Matararmen går så ner och greppar nästa rör. När det föregående röret är nerborrat törs borrhuvudet upp i toppen av masten, nästa borrör förs på plats samt anbringas till föregående rör och borrningen fortsätter. Den ovan beskrivna cykeln fortsätter tills dess att önskat borrdjup erhålles. Skulle ﬂer borrör krävas än vad som ryms i huvudmagasinet, kan kranarmen 30 525 654 5 _ .. ._ .. .Pom , nu n ~ IQ I IO i 0 Öl OQO!! *IF U I: DIIVIII I I vi I bl!! I ' Û v I I I I I 0 O ll I l U I I t! Dani It ln l u i borrmasten användas för att lyfta över borrör från det andra magasinet 60 till huvud- magasinet 3 6.When the drill pipe is in place, the unit starts drilling. At the same time, the main magazine is reactivated so that a new drill pipe is advanced to the holding means in the manner described above. The feed arm then goes down and grabs the next tube. When the previous pipe has been drilled down, the drill head is dried up in the top of the mast, the next drill pipe is moved in place and attached to the previous pipe and drilling continues. The cycle described above continues until the desired drilling depth is obtained. Should ﬂ your drill pipe be required than what fits in the main magazine, the tap arm 30 525 654 5 _ .. ._ .. .Pom, now n ~ IQ I IO i 0 Beer OQO !! * IF U I: DIIVIII I I vi I bl !! I 'Û v I I I I I I 0 O ll I l U I I t! Dani It ln l u in the drill mast is used to lift over drill pipes from the second magazine 60 to the main magazine 3 6.

Den omvända proceduren, d v s borttagning av borrör vid avslutad borrning, är snarlik.The reverse procedure, i.e. removal of drill pipe at the end of drilling, is similar.

Det uppborrade borröret greppas av matararmen och förs ner till hållardonen där den släpps och förs över till magasinet. Därvid kan man tänka sig någon form av aktivator (ej visad), som så att säga ger borröret en knuff från hållardonen så att röret faller ner i magasinet. Samtidigt som borröret förs ner till magasinet går borrhuvudet ner och för upp nästa borrör, varvid proceduren upprepas.The drilled drill pipe is gripped by the feed arm and carried down to the holding device where it is released and transferred to the magazine. In this case, one can imagine some form of activator (not shown), which, so to speak, gives the drill pipe a push from the holder means so that the pipe falls into the magazine. At the same time as the drill pipe is lowered to the magazine, the drill head goes down and raises the next drill pipe, whereby the procedure is repeated.

En variant av infästningen av matararmen och dess vridningsrörelse framgår av streckade linjen V i Fig. 2, varvid det vertikala plan som hållardonen, griporganen samt borr- huvudets centrum är anordnade i, ej är parallellt med aggregatets längdriktning. Matar- armens vridningsaxel kan vara något vriden, såsom framgår av den för att på så sätt minska aggregatets bredd genom att magasinet och hållardonen kan ﬂyttas inåt.A variant of the attachment of the feed arm and its rotational movement is shown in the dashed line V in Fig. 2, the vertical plane in which the holding means, the gripping means and the center of the drill head being arranged are not parallel to the longitudinal direction of the unit. The axis of rotation of the feed arm can be slightly rotated, as can be seen from it, in order to reduce the width of the unit by allowing the magazine and the holding devices to be moved inwards.

En ytterligare variant är att matararmen förskjuts längs dess vridningsaxel, såsom framgår av pilen VI i Fig. 2, under dess matningsrörelse, d v s det vertikala plan som rören förﬂyttas i är anordnat parallellt med aggregatets längdriktning, men förskjuts tvärs längdriktningen under matningsrörelsen.A further variant is that the feed arm is displaced along its axis of rotation, as shown by the arrow VI in Fig. 2, during its feeding movement, i.e. the vertical plane in which the tubes are moved is arranged parallel to the longitudinal direction of the unit, but is displaced transversely during the feeding movement.

Det skall förstås att uppfinningen inte är begränsad till den ovan beskrivna och på ritningsﬁgurerna visade utföringsformen utan kan modiﬁeras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Utformningen av magasin, hållardon samt griporgan, kan utformas på en mängd sätt med samma ﬁmktion.It is to be understood that the invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings but may be modified within the scope of the appended claims. The design of magazines, holding devices and gripping means can be designed in a number of ways with the same function.

Claims

10 15 20 25 30 35 523 654 __ _ _P1314 6 I Q u o »nu PATENTKRAV

1. Device for ground drilling units, which unit comprises a chassis (10) and a drill bit (22) provided with a drilling head (24) rotatably mounted to the chassis (10) about a substantially horizontal axis of rotation (26), substantially parallel to the chassis one short end, between a horizontal position (I) and an upright working position (II), the drill head being located adjacent to the short end of the chassis next to the rig, at least one magazine (36) for storing drill pipe (33) in a substantially horizontal position, and feed means (50, 58) provided with gripping means (56) for moving drill pipe (33) between the magazine (36) and the drill mast (22), i.e. from a substantially horizontal position to an upright position and vice versa, k ä characterized in that the center (C) of the drill head (24) at the working position of the drill mast, and the gripping means (56), but not the drill mast (22), are arranged in one and the same substantially vertical plane (P) and wherein the drill pipes, when moving, moved in said plane, without having to make circular or rotational movements with the drill pipes to get them in place at the drill head.

Device according to claim 1, characterized in that it also comprises a holding device (48) capable of holding drill pipes in a substantially horizontal position for gripping the gripping means, and for organ means (40, 46) capable of moving drill pipes from the magazine to the holding device, the holding device being arranged in said plane (P).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the feed member (50, 58) is rotatably arranged around a axis of rotation (26) which coincides with the axis of rotation of the drill mast.

Device according to claim 2, characterized in that the holding device (48) is arranged in connection with the magazine (36), that the connecting means comprises a hydraulic cylinder (469 connected between the assembly and the magazine, that the magazine is rotatably arranged around a substantially horizontal axis (3 8), substantially parallel to the drill pipes (3 3) in the magazine and substantially parallel to said plane G), wherein upon activation of the hydraulic cylinder, the magazine is rotated and a drill pipe is moved to the holding device.

Device according to claim 1, characterized in that said chassis (10) comprises two long sides (12) and two short ends (14), the long sides (12) of the chassis being provided with drive belts (16).

Device according to Claim 5, characterized in that support legs (20) are arranged in each corner of the chassis. 523 654 1 .Pm

Device according to claim 6, characterized in that said support legs are displaceable in the horizontal joint, and extendable in the vertical joint.

Device according to claim 1, characterized in that the drilling mast (22) consists of only one continuous unit, so that the drilling head (24) is positioned next to it.