专利名称：水平定向钻机的阻塞系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及地下钻机，更确切地说，本发明涉及水平定向钻机装卸杆用的杆件装卸机。
背景技术：
出于安全和美学的考虑，水、电、燃气、电话和有线电视等公用设施管线通常都敷设在地下。地下公用设施有时可以埋设在随后回填的沟槽内。然而，开沟耗费时间，继而会毁坏现有构筑物或道路。因此，一些可供选择的技术，如水平定向钻孔等技术越来越普及。
一种典型水平定向钻机包括一个机架，其上装有能沿机架纵轴滑动的驱动装置。驱动装置适用于使钻具组(即相互连接的杆的长度)围绕自身的纵轴旋转。驱动装置沿机架的滑动运动和钻具组的旋转共同促使钻具组纵向进入土中或从土中退出。
在一个典型水平定向钻孔程序中，水平定向钻机按与地表面成一定斜角向地面钻孔。在钻孔期间，钻孔用液可以通过钻具组汲送到钻具组端头的整个钻头(例如切割工具或钻探工具)，并可以通过钻孔返回，以清除切割料和污物。在钻头到达理想深度后，钻头随即沿一条基本上水平路径定向，以形成水平孔。在孔钻到期望的长度后，使钻头朝上，穿透地表面。然后起动拉回程序。在进行拉回程序期间，先给钻具组附装一个扩孔钻，再把钻头组通过钻孔拉回。随着钻具组被拉回，扩孔钻扩大该钻孔。通常是把公用设施管线或其他管道附装到钻具组上，这样，这些管线会随扩孔钻一起被牵引而穿过孔。
一台典型的水平定向钻机包括一个杆箱(即杆架或仓)，用来存放组成钻具组的杆(即管子或其他细长杆件)。一个杆输送装置用来在定向钻机的驱动装置和杆箱之间输送杆。在钻孔过程中，杆输送装置把杆由杆箱输送到驱动装置。在拉回程序期间，杆输送装置把杆由驱动装置送回杆箱。
美国专利No.5,607,280公开了一种适用于水平定向钻机的、采用现有技术的杆输送装置。如
图1所示，杆输送装置包括一个具有5个立式竖筒41-45的杆箱24。竖筒41-45的底部是敞开的，以便构成5个单独的卸杆口41a-45a，通过这些卸杆口能够加进杆。在卸杆口41a-45a的下方装有一个选择件50。选择件50具有5个凹槽41b-45b，选择件的功能是检索(index)并将杆20送往杆箱24，或从杆箱检索或送出。例如，在钻孔程序期间，选择件50检索杆20由杆箱24移动至拾取位置，在此处，借助输送臂51逐个托起杆，并输送至钻机的旋转驱动头16。在拉回程序中，输送臂51把杆20由旋转驱动头16带回到拾取位置，选择件50指引杆由拾取位置移回至杆箱24的下方。拾取为了将杆由选择件50移回至杆箱，采用一种提升装置把杆向上推入杆箱24的竖筒51-54。
在典型的钻孔程序中，杆箱先从竖筒45开始卸杆。竖筒45卸完杆后，竖筒44卸杆。随后是竖筒43，竖筒42和竖筒41依次卸杆。在拉回程序(即杆由驱动头16被输送至杆箱24的程序)期间，竖筒按标准顺序装杆，依次从竖筒45开始，到竖筒41终止。一旦竖筒45装满杆，用人工方法将一个阻塞块或塞子插入选择件50的凹槽45b，以防多余的杆被装进竖筒45。此后，竖筒44装杆。一旦竖筒44装满杆，用人工方法将塞子或阻塞块插入选择件50的凹槽44b，以防止多余杆被装进竖筒44。然后竖筒43装杆。竖筒43装满杆后，再把阻塞块或塞子插入选择件的竖筒43b，以防止多余的杆被装进竖筒43，随后是竖筒42装杆。一旦竖筒42完全装满，用人工方法将阻塞块或塞子插入选择件50的凹槽42b，以防止多余的杆被装进竖筒42。然后竖筒41装杆。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种水平定向钻机，包括一个用来容纳多个杆的杆箱。杆箱包括数个用来存放杆的竖筒。每个竖筒都有单独的底口。进给装置位于杆箱的下方。进给装置包括数个上开口凹槽，用来接受来自竖筒的杆。所述水平定向钻机还包括一个或数个传感器，用来在预定数目的杆已装入竖筒时进行探测，进而促使阻塞机构堵塞一个或数个进给装置的凹槽。
本发明的各种优点，一部分将在下面的说明中陈述，一部分将从说明书得出，或可从实施本发明来领会。当然，无论是前面的一般说明，还是下面的详细说明都仅仅是解释性的，不是对提出权利要求的本发明的限制。
附图简述在此包含的附图是构成说明书的一部分，图示说明本发明的若干方面，与说明一起被用来解释本发明的各项原理。附图的简要说明如下图1是采用现有技术的杆输送装置图；图2是根据本发明的原理制造的水平定向钻机的立面图；图3是图2中水平定向钻机的透视图；图4是拆掉杆箱的图2中的水平定向钻机的透视图；图5a-5g说明杆由图2中水平定向钻机的杆箱移动至旋转驱动头的杆输送程序；图6a-6g说明杆由图2中的水平定向钻机的旋转驱动头移动至杆箱的杆输送程序；图7是图2中的水平定向钻机采用的杆提升装置图；图8是图2中的水平定向钻机采用的杆输送装置透视图；图9是图8中的杆输送装置顶视图；图10a-10d说明图8和图9中的杆输送装置在杆往返于杆箱和旋转驱动头之间时是如何使杆沿曲线路径移动的；图11a说明图2中的水平定向钻机采用的杆指引装置的一端；图11b说明图11a中的杆指引装置的另一端；图12a-12f说明图11a和图11b中杆指引装置的阻塞程序，杆指引装置的一些零件已被拆除，进行清洗；图13是一种可供选择的阻塞装置图；图14a是另一种凹槽阻塞系统示意图；
图14b-14d说明图14a中的凹槽阻塞系统的杆装箱程序；图15是另一种水平定向钻机图；图16a-16g说明图15中的定向钻机的杆由杆箱移动至旋转驱动头的杆输送程序；图17a-17c说明图15中的定向钻机的各个阻塞位置；图18a示出适用于图15中定向钻机的阻塞件，图中示出阻塞件处于相应进给件的三个凹槽被阻塞的位置；图18b说明图18a中的阻塞件处于非阻塞位置；图19是沿图18a的剖切线19-19的横断面图。
详细说明现在参照所有相同零部件均采同相同编号的各种附图，提供本发明各种实例方面的说明。
I.定向钻机综述图2-4是根据本发明的各项原理制造的水平定向钻机120图。定向钻机120包括一条长导轨或轨道122，操作员可以把这条导轨置放于相对于地面呈任一斜角的位置。旋转驱动装置124(即驱动头)安装在轨道122上。旋转驱动装置124适用于使钻具组(即一组相互连接的杆)围绕自己的纵向轴线旋转前进和退回。旋转驱动装置124包括一个用来连接旋转驱动装置与钻具组的传动卡盘123。固定夹头150(例如虎钳夹口或扳手)装设在轨道122邻近处，以便用来使杆和传动卡盘123相互联接和脱开。装备有推进装置(未示出)，其功能是1)在钻孔作业过程中向轨道122下方推压旋转驱动装置124，以便把钻具组推压至土壤中；2)在扩孔/拉回作业过程中，向轨道122上方提拉旋转驱动装置124，以便把钻具组由土壤中拉出。
应当理解，上述构件在所述技术上是众所周知的，可以具有许多个不同的结构。具有这种构件的、采用早先技术的实例钻机都是由依阿华州Pella的维米尔(Vermeer)制造公司制造的。
再参看图2和3，水平定向钻机120还包括一个可拆卸的、用来存放杆的杆箱128(即仓或导轨)。如图3所示，杆箱128规定有四个单独的竖向竖筒130a-133a。竖筒130a-133a中的每个竖筒都有一个敞开的下端，以使杆能从杆箱128中卸出和/或能把杆装回到杆箱128中。在图中示出四个竖筒的同时，应当理解，竖筒数量可以是不同的，但这并不违背本发明的原理。
如图3和4明确所示，定向钻机120还包括一套把杆送入和送出杆箱128的循环装置。循环装置包括两个检索组件140。如图3所示，当杆箱128安装到定向钻机120上时，检索组件140定位在杆箱128两个相对端头的下方。在定向钻机120上装有校直机构142，用来参照检索组件140校直杆箱128。
每个检索组件140都包括一个进给件144(即指引件或进给件)和阻塞机构146。每个进给件144都包括数个上开口凹槽。最好是为每个进给件144配备的凹槽数目等于杆箱128内的竖筒数目。例如，如图4所示，每个进给件144具有四个与杆箱128的四个竖筒130a-133a相对应的凹槽130b-133b。凹槽130b-133b的尺寸适于接受和容纳杆。每个进给件144还包括一个阻塞件134，该阻塞件设置在凹槽133b旁或进给件144内。
在钻孔作业过程中，进给件144用来把杆从杆箱128的下面输送出来。在拉回作业过程中，进给件还被用来把杆送回杆箱128的下面。为了在定向钻机120的进给件144和固定夹头150之间输送杆，配装一对输送装置136。应当懂得，这种输送装置可以具有各种不同的结构。定向钻机120还包括一对提升装置138，其功能是使杆从杆箱128落至进给件144上；把杆从进给件144提升至杆箱128。
II.把杆从杆箱输送至旋转驱动装置的程序图5a-5g说明在钻孔作业过程中杆160由杆箱128移动到固定夹头150的输送程序。在图5a中，杆160位于进给件144的凹槽130b内，进给件144处于退回位置，在此位置时凹槽130b-133b直接位于相应竖筒130a-133a的下面。同时，提升装置138下落，杆输送装置136退回。
为了起动输送程序，如图5b所示，使进给件144从图5a中的退回位置移动至延伸位置。退回位置和延伸位置之间的距离最好是约等于一个竖筒的宽度。在延伸位置上凹槽130b不再处于杆箱128的下面。如图5c所示，随着进给件144的延伸，提升装置138上升。杆箱128的杆借助提升装置138的上升也由凹槽130b-133b中提升出来。如图5d所示，随着提升装置138的上升，进给件144退回。随后，提升装置138下落，使杆箱128内最下面的杆落入凹槽130b-133b中，杆160与输送装置136啮合(见图5e)。随后，如图5f所示输送装置136延伸，把杆160置于固定夹头150内。在杆160处于这种位置时，固定夹头150夹持杆160，使其与旋转驱动装置124的传动卡盘123轴向校直。还要使杆160与可能已钻入土壤中的钻具组保持轴向校直。当这样校直时，杆160可与旋转驱动装置124和钻具组分别相连接，从而使杆160推进到土壤内。最后，输送装置136退回(如图5g所示)，可以重复循环这一过程，以便把另一根杆(即保持在凹槽130b内的杆)输送至钻具组。
III.把杆从旋转驱动装置输送到杆箱的程序图6a-6g示出在拉回程序期间把杆160从钻具组送回杆箱128的输送程序。如图6a所示，杆160处于固定夹头150内，进给件144和输送装置136退回，提升装置138下落。为了起动这一程序，如图6b所示，输送装置136延伸，以便与杆160啮合。下一步如图6c所示，输送装置136退回，随后，提升装置138升高，借此，如图6d所示，从进给件144上清除掉杆。如图6e所示，在杆被抬高的情况下，进给件144由退回位置移动至延伸位置。此后，提升装置138下落，从而使杆下落至进给件144的凹槽130b-133b(见图6f)。如图6g所示，提升装置138下落后，进给件144退回，使凹槽130b-133b正好调直在竖筒130a-133a的下方。最后，提升装置138可以再次抬升，以便把所有杆都抬送到杆箱128内。重复这一程序，以便将另外的杆送入杆箱内。
IV.提升装置图7示出一个从水平定向钻机上卸下的提升装置138。所述提升装置可以被任一种普通机构升高和下落。例如，可以用一个或数个液压缸升高和下落提升装置138。提升装置138包括一个具有第一部分164和第二部分166的顶端件162。第一部分164适于对准杆箱128的下方，第二部分166适于横向向外延伸到杆箱128的底部以外。第一部分164规定有四个杆凹槽130c-133c，第二部分166也规定有一个杆凹槽134c。如图5c所示，当杆箱128安装在定向钻机120上时，杆凹槽130c-133c相应地与杆箱128的竖筒130a-133a对准，凹槽134c横向偏离杆箱128。当在进给件144和输送装置136之间输送杆时，把容纳杆的凹槽134c的位置作为杆的中间滞留位置更有利于凹槽的使用。
在凹槽用来容纳或支承提升装置138顶端件162上的杆时，应理解为也可采用其他机构(如夹板、机械钳、法兰、抓手等)卡住杆。例如可使用任选的止动件139。此外，也可采用固定挡板(例如屏障或障碍物)，即将挡板附装在邻近第二部分166端头处支架上。
V.杆输送装置图8和9是从水平定向钻机120上拆下的一个输送装置136的图。所述输送装置136包括一个支架，该支架具有两块相互隔开的、基本上保持平行的支承板168。两块支承板168借助定距棒170相互连接在一起。支承板168规定有两个相互校直的弧形曲线槽172。在两块支承板168之间装有一个驱动缸174。驱动缸174包括缸体部分176和活塞杆部分178。缸体部分176的底端180枢轴连接于支承板168上，活塞杆部分178的自由端182与杆座184相连。如图所示，杆座184具有一块磁铁(例如电磁铁或一块永久磁铁)，磁铁有杆支承凹槽186。可选择的是，杆座可以包括许多各不相同的结构，例如机械夹头，吸力座或实物尺寸槽穴等。应当理解，驱动缸174最好采用液压动力。
输送装置136还包括联动装置190，该装置随驱动缸174延伸。联动装置包括位于驱动缸174对面的细长件192。细长件192与杆座184相连接并平行于活塞杆部分178。延伸部分193从细长件192横向向外伸出。延伸部分193包括辊轮194，该辊轮配装在支承板168上的弧形槽172内。
为了使杆座184由杆箱128移动至钻具组，要延伸驱动缸174。反之，要使杆座184由钻具组返回至杆箱128，驱动缸174要回缩。当驱动缸174延伸或回缩时，辊轮194沿曲线槽172运动，从而使缸体部分176的底端绕枢轴转动，带动杆座184沿弧形路径运动。
图10a-10d说明输送装置136把杆160由提升装置138的杆凹槽134c中移出并输送到固定夹头150的程序。当驱动缸174延伸时，底端180围绕枢轴点191转动。同样，当驱动缸174延伸时，辊轮194在弧形槽172中运动，从而使杆座184沿弧形路径移动。杆座184按弧形路径运动有利于将杆装入侧装式固定夹头。同时，输送装置136可以使杆箱128的底位于固定夹头150的下面，从而降低杆箱128的重心。
VI.检索组件图11a和11b是从水平定向钻机120上拆下的一个检索组件140的图。所述检索组件140包括一个进给件144和一个阻塞机构146。如图11a和11b所示，液压缸195用来保证进给件144在退回位置(见图5a)和延伸位置(见图5b)之间移动。然而应当理解为也可以采用另外类型的驱动装置(如齿条齿轮传动装置，链条传动装置等)。
对某些应用来说，希望阻塞进给件144的凹槽131b-133b中的一个或数个凹槽，以防止杆进入凹槽机构131b-133b。这项功能由阻塞机构146提供。阻塞机构146装设在进给件144和导向件197之间。导向件197基本上与进给件144平行。阻塞机构146包括顶部阻塞表面199，该面最好位于进给件144的顶部。最好是阻塞面199要有足够的长度，或者说其尺寸和形状要足以能同时阻塞除一个凹槽以外的其余所有凹槽(例如凹槽131b-133b)。
阻塞机构146还包括一个销子200，该销子适于配装在进给件144规定的孔201-204内。销子最好采用机械致动(例如由电磁阀或驱动缸)。当销子200插入孔201时，阻塞机构146处于非阻塞位置(见图11a和11b)，在这个位置上，阻塞面199的位置基本上与进给件144的阻塞件134相邻接。在非阻塞位置上，阻塞面199不阻塞任何一个凹槽131b-133b。由于销子200插入孔201内，因而，当进给件144退回或延伸时，阻塞机构146会与进给件144一同移动。
阻塞机构146对杆箱128装杆显得特别实用。例如，在凹槽131b-133b都未被阻塞的情况下向杆箱128装杆时，杆被连续输送到杆箱128的最后竖筒133a。当竖筒133a装满杆时，最理想的是阻塞住凹槽133b，以防更多的杆被送入最后竖筒133a。这要通过从孔201拔出销子200，在阻塞机构146和进给件144之间形成相对运动来完成，相对运动一直要持续到销子200与孔202对准，并把销子200插入孔202时为止。销子200插入孔202内后，阻塞机构146就处于第一阻塞位置，在这个位置上阻塞面199阻塞住凹槽133b。在凹槽133b被阻塞的情况下，送往杆箱128的杆被装入竖筒132a。由于销子200已插入孔202内，当向竖筒132a装杆时，阻塞机构146又一次与进给件144一同移动。
竖筒132a装满杆后，最理想的是阻塞住凹槽142b，以防多余的杆装入竖筒132a。这样，通过下列步骤，阻塞机构146将被移动至第二阻塞位置1)把销子200从孔202中拔出；2)在阻塞机构146和进给件144之间形成相对运动，直到销子200与孔203对准为止；3)把销子200插入孔203。随着销子200插入孔203，阻塞机构146与进给件144一同移动，并完成阻塞凹槽132b和133b的功能。
在阻塞机构146处于第二阻塞位置的情况下，送至杆箱128的杆被装入竖筒131a。一旦竖筒131a装满杆，通过下列步骤，阻塞机构146移动至第三阻塞位置1)把销子200从孔203中拔出；2)形成阻塞机构146和进给件144之间的相对运动，直到销子200与孔204对准为止；3)把销子201插入孔204。在销子200插入孔204的情况下，阻塞机构146与进给件144一同移动，并完成同时阻塞住凹槽131b-133b中的每个凹槽。这样，被输送到杆箱128的杆被装入第一竖筒130a。
图12a-12f说明阻塞机构146由非阻塞位置移动至第一阻塞位置的程序，在第一阻塞位置，阻塞机构146阻塞凹槽133b。如图12a所示，在销子200插入进给件144的孔201的情况下，阻塞机构146处于非阻塞位置。进给件144处于退回位置。要起动该程序，如图12b所示，首先使进给件延伸。随着进给件144的延伸，销子200由孔201中拔出，并插入导向件197上规定的孔205(见图12c)。最理想的是用自动或机械方式(例如电磁阀)完成销子200的运动，但也可以手动完成。在阻塞机构146固定不动时，进给件144退回，产生进给件144和阻塞机构146之间的相对运动。退回后，阻塞机构146处于凹槽机构133b被阻塞的位置(见图12d)。为了把阻塞机构146保持在这个位置，将销子200从导向件197上的孔205中拔出，并插入进给件144上规定的孔202中(见图12e)。此后，当进给件144退回和延伸，向杆箱装另外的杆时，阻塞机构146将与进给件144一同移动。
如上所述，图12a-12f示出了阻塞机构146由非阻塞位置移动至凹槽133b被阻塞的第一阻塞位置的程序。应当理解为要使阻塞机构146移动至与孔203相对应的第二阻塞位置(即凹槽132b和133b都被阻塞时的位置)和移动至与孔204相对应的第三阻塞位置(即凹槽131b-133b三个凹槽都被阻塞时的位置)，可以采用相似的程序。例如，为了使阻塞机构146从第一阻塞位置移动至第二阻塞位置，进给件144延伸，销子200插入导向件197规定的孔206。随后在阻塞机构146驻定不动时，进给件144退回。进给件144最好退回，直到孔203与销子200对准为止。一旦两者对准，销子200便由导向件197上的孔206中拔出，然后插入进给件144的孔203，这样，阻塞机构146就锁定在第二阻塞位置。
为了使阻塞机构146由第二阻塞位置移动到第三阻塞位置，进给件144再次延伸。一旦延伸开来，销子200插入导向件197规定的孔207，以防止阻塞机构146与进给件一同移动。然后，进给件144退回，直到销子200与进给件144的孔204对准为止。最后，销子200从导向件197上的孔207中拔出，插入进给件144的孔204，以便将阻塞机构146锁定在第三阻塞位置。
除完成阻塞功能外，当杆在装入杆箱128时，阻塞机构146还可用来控制杆箱128中要卸出杆的那个竖筒。例如，在典型的卸杆作业过程中，杆首先从竖筒133a中卸出，其次从竖筒132a卸出，而后是从竖筒131a中卸出，最后从130a中卸出。然而，借助阻塞机构146可以有所不同。例如，在杆箱128装满的情况下，阻塞机构146可以置于第三阻塞位置，借此形成开始先从竖筒130a卸出杆。竖筒130a卸空后，阻塞机构146可移动到第二阻塞位置，因此，可以从竖筒131a卸出杆。一旦竖筒131a卸空，阻塞机构146可移动到第一阻塞位置，因此，可以从竖筒132a卸出杆。竖筒132a卸空后，阻塞机构146可移动到非阻塞位置，这样就可从竖筒133a中卸出杆。
VII.阻塞件控制系统图13示出阻塞装置210，包括一个围绕枢轴转动的阻塞件212，阻塞件借助一个致动器214(例如驱动缸，驱动电机或其他类型的驱动装置)在阻塞位置和非阻塞位置之间移动。最好是为凹槽131b-133b中的每一个配备一个单独的阻塞装置210。这样做的一个实施例是每个阻塞装置210与进给件144一同移动，阻塞装置210中的每个装置都能单独致动。
在把阻塞件212作为一个围绕枢轴转动的构件示出时，应当理解为不一定需要围绕枢轴转动运动。可以代之以任何类型的运动使阻塞件在阻塞位置和非阻塞位置之间移动。例如在某些实施例中，阻塞件可以相对于进给件144上下滑动。
图14a示出一种发明的阻塞件控制系统220。阻塞件控制系统220是与前述的杆箱128和进给件144结合在一起示出的。控制系统包括与进给件144协调移动的阻塞件212a-212c。阻塞件212a-212c分别与进给件144的凹槽133b-131b相对应。传感器221-223(例如近距离传感器)装设在杆箱128的顶部。传感器221-223与控制器225相互对接。应当理解为控制器225可以是已知控制器中的任一类型的控制器，如计算机、微处理器、软件驱动控制器、硬件驱动控制器或机械控制器。控制器225也可与阻塞件212a-212c对接。
图14b-14d说明杆箱128装杆的程序。如图14b所示，杆首先装入杆箱128的竖筒133a。当竖筒133a装满杆时，传感器223探测到竖筒133a已装满，同时向控制器225发出信号。随后，控制器225使阻塞件212a动作，以使阻塞件212a防止更多的杆装入凹槽133b。此后，杆装入竖筒132a。当竖筒132a装满时，传感器232探测到最上面的一根杆，并向控制器225发出竖筒132a已装满的信号。然后控制器225向致动器发出信号，使阻塞件212b移动至阻塞位置(见图14c)，从而防止额外的杆进入凹槽132b。此后，杆将装入杆箱128的竖筒131a。当竖筒131a装满时，传感器221向控制器225发出信号。控制器225随后向致动器发出信号，使阻塞件212c阻塞凹槽机构131b，见图14d。在凹槽131b-133b被阻塞住的情况下，杆将装入杆箱128的竖筒130a。
在示出与可单独动作的阻塞件212a-212c结合在一起的控制系统225的同时，还可采用类似的控制系统自动控制在图2-4中的水平定向钻机120的阻塞机构146的位置。例如，当探测到竖筒133a装满时，控制器(例如软件驱动控制器)可使检索组件140自动按程序完成图12a-12f所示的使阻塞机构146由非阻塞位置移动到第一阻塞位置的各个步骤。同样，当竖筒132a装满时，控制器可使检索组件140自动按程序完成使阻塞机构146移动到第二阻塞位置的步骤。此后，当竖筒131a装满时，控制器可使检索组件140按程序完成使阻塞机构146移动至第三阻塞位置的步骤。
应当理解为阻塞机构146也可按上述步骤的反向程序由第三阻塞位置移动至非阻塞位置。
VIII.另一种钻机图15示出另一种水平定向钻机120a，该钻机与前面图2-4所述的水平定向钻机都具有相同的杆箱128，进给件144和旋转驱动装置124。水平定向钻机120a包括一个改进的输送装置136a，该装置包括一个具有杆座184的输送件137。输送装置136a包括一个用来延伸和退回输送件137的驱动装置(例如液压缸)。输送装置136a以能使输送件137与提升装置138同时升降的方法与提升装置138a实现最佳连接。在一个实施例中，输送装置136a包括一个液压缸，液压缸包括与提升装置138a相连接(例如用焊接、紧固件、固定夹、连杆机构等)的缸体部分和构成输送件137的活塞杆部分。与前面的实施例相类似，应当理解为在杆箱128的下方最好装设一对进给件144、输送装置136a和提升装置138a。为了便于解释，每个构件将分别单独叙述。
图16a-16g说明在钻孔作业期间使杆160由杆箱128移动至旋转驱动装置124的输送程序。在图16a中，杆160位于进给件144的凹槽130b中，进给件144定位在退回位置，在这个位置时，凹槽130b-133b直接位于相应竖筒130a-133a的下方。此外，提升装置138a下落，使杆箱128内最下面的一排杆支承在进给件144的凹槽130b-133b内。再者，杆输送件137退回，使杆座184直接位于杆中途(staging)位置127的下方。
为了起动输送程序，使进给件144由图16a的退回位置移动至图16b所示的延伸位置。在延伸位置时，凹槽130b处于中途位置127。中途位置127偏离杆箱128下方的最佳距离至少为一根杆的宽度。在凹槽130b处于中途位置127的情况下，如图16c所示提升装置138a升高。借助提升装置138a的升高，最下面一排杆提升到进给件144的上方，进入杆箱128(即杆从凹槽131b-133b中升高)。当提升装置138a升高时，输送件137也同时升高，从而使杆座184把杆160从凹槽130b处托起。
在提升装置138a升高和杆160被杆座184托住的情况下，杆输送件137由图16c的退回位置移动至图16d的延伸位置。在输送件137伸开的情况下，杆座184托住杆160，使它与旋转驱动装置124保持准直，从而使杆160能与旋转驱动器124连接起来。杆160与旋转驱动装置124连接后，如图16e所示，进给件144退回到杆箱128的下方，同时如图16f所示，提升装置138a下落。借助提升装置138a的下落，输送件137也下落，使杆座184离开杆160。最后，如图16g所示，输送件137退回到退回位置，同时可以重复下一个循环过程，以便将下一根杆(即保持在凹槽130b内的杆)输送到旋转驱动装置。应当理解为这一程序可以反向完成，以便把杆从旋转驱动装置124送回到杆箱128。
在某些实施例中，定向钻机120a可包括一个加长阻塞件146a(见图17a-17c)，阻塞件安装在进给件144内或沿其侧旁安装，用来阻塞凹槽131b-133b中的一个或数个凹槽，这最有利于在拉回循环过程中把杆装回到杆箱128。例如，当一个竖筒装满杆时，与该装满杆的竖筒对应的凹槽就被很好地阻塞住。在图17a-17c中，设定当一个竖简装两根杆时，该箱位就被装满。这样，图17a示出，在竖筒133a装满以后，凹槽133b被阻塞。图17b示出，在竖筒132a和133b装满后，凹槽132b和133b被阻塞。图17c示出，在竖筒131a-133a都装满后，凹槽131b-133b均被阻塞。当阻塞件146a完全退回时，竖筒130b-133b全都开启。
图18a和18b示出阻塞件146a的典型结构。所述阻塞件146a在进给件144中纵向滑动。图18a示出阻塞件146a处于除进给件144的一个凹槽外，其余凹槽都被阻塞的位置。图18b示出阻塞件146a处于非阻塞位置。
如图19所示，装备液压缸是为了使阻塞件能相对于进给件144纵向移动。液压缸149包括与进给件144在连接位置151处相连接的缸体149a和在连接位置153处与阻塞件146a相连接的活塞杆149b。应当理解为液压缸的驱动可以由如图14a-14d所示的控制系统进行控制。
上述技术说明和实例提供了制造和使用本发明的组成部分的完整说明。鉴于在不违反本发明的精神和范围的情况下能够完成许多实施例，本发明的范围由权利要求书确定。
权利要求
1.一种水平定向钻机，包括一个用于容纳多个细长杆的仓，该仓包括多个容纳杆的竖筒，每个竖筒都有独立的底部开口；一个在仓下方移动的进给件，该进给件包括多个接纳杆的上开口凹槽；一个提升装置，其用于从进给件的凹槽穿过竖筒的底口向上提升杆，还用于从竖筒的底口至进给件的凹槽降低杆；至少一个能相对于进给件移动的阻塞件，以便能定位在1)非阻塞位置，在此位置上至少一个阻塞件不阻塞任何凹槽；2)一个或多个阻塞位置，在此位置上至少一个阻塞件阻塞一个或多个凹槽，以防止杆从所述仓降低进入被阻塞的一个或多个凹槽内；一个传感器，其用于在预定数目的杆已装入第一个竖筒时进行探测；一个与传感器连系的控制器，其用于在传感器探测到所述预定数目的杆已装入第一竖筒时，使至少一个阻塞件由非阻塞位置移动到一个或多个阻塞位置。
2.如权利要求1所述的水平定向钻机，其特征在于至少一个所述阻塞件包括多个能被单独致动的阻塞件。
3.如权利要求2所述的水平定向钻机，其特征在于所述阻塞件围绕枢轴上、下转动。
4.如权利要求1所述的水平定向钻机，其特征在于至少一个所述阻塞件包括一个能同时阻塞除一个凹槽以外的所有凹槽的阻塞件。
5.如权利要求1所述的水平定向钻机，其特征在于至少一个所述阻塞件包括一个能相对于所述进给件纵向移动的细长阻塞件。
6.如权利要求5所述的水平定向钻机，其特征在于还包括一个使所述细长阻塞件相对于所述进给件移动的液压缸。
7.如权利要求1所述的定向钻机，其特征在于所述传感器在第一个竖筒装满时进行探测。
8.如权利要求1所述的定向钻机，其特征在于所述仓包括至少四个竖筒；其中，传感器装设在邻近至少三个所述竖筒处。
9.如权利要求8所述的定向钻机，其特征在于所述进给件包括至少四个凹槽；其中，至少一个所述阻塞件能阻塞至少三个所述凹槽。
全文摘要
一种水平定向钻机(120),包括一个容纳多个杆的仓(128)。仓(128)包括多个存放杆的竖筒(130a－133a)。每个竖筒(130a－133a)都有独立的底孔。进给件(144)位于仓(128)的下方。进给件(144)包括多个上开口的凹槽(130b－133b),凹槽尺寸适合接受来自竖筒(130a－133a)的杆。水平定向钻机(120)还包括能自动阻塞进给件(144)的一个或多个凹槽(130b－133b)的阻塞系统(146)。
文档编号E21B19/15GK1383466SQ01801755
公开日2002年12月4日 申请日期2001年6月20日 优先权日2000年6月23日
发明者特雷尔·普赖斯 申请人:维米尔制造公司