一种非开挖定向铺管钻机的自动装卸钻杆装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种非开挖定向铺管钻机的自动装卸钻杆装置，包括两套上料机构、分设于两套上料机构外侧的两个钻杆托手、钻杆箱和用于定位的各位置传感器，上料机构包括手臂支座和与其滑动配合的机械手臂，机械手臂包括手臂安装架、与手臂安装架枢转连接的转臂、带动转臂转动的转臂油缸、与转臂枢转连接的旋转钩和带动旋转钩转动的转钩油缸，旋转钩具有供钻杆嵌入的圆弧槽；钻杆托手包括托手部和带动其升降的升降机构，托手部具有与各钻杆槽内的最下部的钻杆配合的圆弧形凹槽。本实用新型可自动完成钻杆的装卸工序，基本无需人工参与，省时省力。
【专利说明】一种非开挖定向铺管钻机的自动装卸钻杆装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及非开挖定向钻进铺管钻机的上杆装置，尤其涉及一种自动装卸钻杆装置。
【背景技术】
[0002]非开挖定向铺管钻机用于非开挖铺设各种管线工程施工，在钻机施工过程中，会频繁装卸钻杆，因此，上杆装置是非开挖铺管钻机的关键部件，其性能好坏直接影响钻机的使用性能，在钻机钻进、回拖的过程中，需要将钻杆与动力头中心线对齐，以便钻杆与动力头钻铤螺纹拧紧，这称为上杆过程。在目前国内的非开挖铺管钻机的上杆机构多为翻转式，每次只能装载一根钻杆且需要人工装载钻杆，自动化程度低，费时、费力。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种可在电气控制系统的控制下自动装卸定位的自动装卸钻杆装置。
[0004]本实用新型采用的技术方案是:一种非开挖定向铺管钻机的自动装卸钻杆装置，包括在第一水平方向上并排设置的两套上料机构、在第一水平方向上分设于两套上料机构外侧的两个钻杆托手和安装于上料机构上方的钻杆箱，所述钻杆箱具有供钻杆从上至下沿第一水平方向堆栈式排列于其内的钻杆槽；所述上料机构包括手臂支座、与手臂支座沿第二水平方向滑动配合安装的机械手臂和带动机械手臂移动的驱动单元，所述第一和第二水平方向正交；
[0005]所述机械手臂包括手臂安装架、与手臂安装架枢转连接的转臂、带动转臂转动的转臂油缸、与转臂枢转连接的旋转钩和带动旋转钩转动的转钩油缸，所述转臂和旋转钩的枢转轴沿第一水平方向设置，所述旋转钩具有供钻杆嵌入的圆弧槽，所述转臂油缸的油缸本体和活塞杆分别与手臂安装架和转臂枢转连接，所述转钩油缸的油缸本体和活塞杆分别与转臂和旋转钩枢转连接，所述转臂油缸和转钩油缸的各枢转轴均沿第一水平方向设置；
[0006]所述钻杆托手包括托手部和带动托手部升降的升降机构，所述托手部具有与各钻杆槽内的最下部的钻杆配合的圆弧形凹槽，以从最下方托住钻杆槽内的所有钻杆；以及，
[0007]所述自动装卸钻杆装置还包括用于检测所述圆弧槽的中心与圆弧形凹槽的中心是否上下对齐的位置传感器及用于检测机械手臂在第二水平方向上的位置的移动位置传感器。
[0008]优选的是，所述钻杆箱具有沿第二水平方向排列的至少两个钻杆槽。
[0009]优选的是，所述驱动单元包括安装于手臂支座上的马达，由马达驱动的传动齿轮、与传动齿轮啮合的齿条，所述齿条固定安装于手臂安装架上，所述传动齿轮的传动轴沿第一水平方向设置。
[0010]优选的是，两套上料机构的手臂安装架通过沿第一水平方向设置的连接横梁连接
在一起。[0011]优选的是，所述升降机构包括托手外壁、套设于托手外壁内的托手内壁，所述托手内壁与托手外壁沿竖直方向滑动配合安装，所述托手油缸的油缸本体固定安装于托手外壁的内腔中，所述托手油缸的活塞杆与托手内壁固定连接；所述托手部固定安装于托手内壁上。
[0012]本实用新型的有益效果在于:本实用新型的自动装卸钻杆装置可在电气控制系统的控制下自动完成钻杆的装卸工序，基本无需人工参与，省时省力。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为根据本实用新型的非开挖定向铺管钻机的自动装卸钻杆装置的一种实施结构的主视图；
[0014]图2为图1中手臂支座和机械手臂部分的主视图；
[0015]图3为图1和2中机械手臂的侧视图；
[0016]图4为图1中钻杆托手的剖视图；
[0017]图5为机械手臂抓取钻杆时的示意图；
[0018]图6为机械手臂运送钻杆到位的示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细的说明:
[0020]如图1至6所示，本实用新型的自动装卸钻杆装置包括在第一水平方向上并排设置的两套上料机构、在第一水平方向上分设于两套上料机构外侧的两个钻杆托手I和安装于上料机构上方的钻杆箱4，钻杆箱4在如图5和6所示的实施例中具有四个钻杆槽，在此，钻杆槽的数量可根据实际情况设定，钻杆槽具有供钻杆从上至下沿第一水平方向堆栈式排列的堆栈式结构。上料机构包括手臂支座5、与手臂支座5沿第二水平方向滑动配合安装的机械手臂6和带动机械手臂6在第二水平方向上移动的驱动单元，其中的第一和第二水平方向正交，手臂支座5与机械手臂6例如是通过滑轨和滑槽51的配合实现滑动配合。在此，两套上料机构可关于沿第二水平方向的竖直面镜像布置。如图2所示，该驱动单元可包括安装于手臂支座5上的马达71，由马达71驱动的传动齿轮72、与传动齿轮72啮合的齿条73，该齿条73固定安装于手臂安装架61上，传动齿轮72的传动轴沿第一水平方向设置。以上上料机构、钻杆托手I和钻杆箱4均安装于支撑架2上。
[0021]另外，两套上料机构的手臂安装架可通过至少一根沿第一水平方向设置的连接横梁3连接在一起，以进一步保证二者运动的同步性，这也可在一定程度上降低对两套驱动单元的动作同步性的要求。
[0022]如图3所示，机械手臂包括手臂安装架61、与手臂安装架61通过转臂转轴63枢转连接的转臂62、带动转臂62转动的转臂油缸64、与转臂62通过转钩转轴66枢转连接的旋转钩67和带动旋转钩67转动的转钩油缸65，作为转臂62和旋转钩67的枢转轴的转臂转轴63和转钩转轴66均沿第一水平方向设置。旋转钩67具有供钻杆嵌入的圆弧槽671，转臂油缸64的油缸本体和活塞杆分别与手臂安装架61和转臂62枢转连接，转钩油缸65的油缸本体和活塞杆分别与转臂62和旋转钩67枢转连接，转臂油缸64和转钩油缸67的各枢转轴同样沿第一水平方向设置。[0023]如图4所示，钻杆托手I包括托手部13和带动托手部升降的升降机构，托手部13具有与各钻杆槽内的最下部的钻杆配合的圆弧形凹槽，以从最下方托住钻杆槽内的所有钻杆。该升降机构可包括托手外壁12、套设于托手外壁12内的托手内壁14，托手内壁14与托手外壁12沿竖直方向滑动配合安装,托手油缸11的油缸本体固定安装于托手外壁12的内腔中，在此托手油缸位于托手内壁14的内腔中，托手油缸11的活塞杆与托手内壁14固定连接，例如与托手内壁14的内表面固定连接。以上托手部13固定安装于托手内壁14上。
[0024]自动装卸钻杆装置还要包括用于检测旋转钩67圆弧槽671的中心与托手部13的各圆弧形凹槽的中心是否上下对齐的位置传感器及用于检测机械手臂在第二水平方向上的位置的移动位置传感器。
[0025]如图5和6所示，本实用新型的自动装卸钻杆装置的工作原理为:钻机在钻孔时，当孔的距离增加时，钻杆会退回来再安装一根钻杆，此时钻杆托手I将钻杆箱4中的所有钻杆托起；机械手臂6上旋转钩67的圆弧槽671的中心停在钻杆箱4中第一排钻杆的中心线上，即与第一排钻杆对应的托手部的圆弧形凹槽的中心上下对齐，停止位置由位置传感器与机械手臂6的各油缸的液压控制器控制；钻杆托手I落下，此时第一排中最下面一根钻杆落入旋转钩67的圆弧槽中，旋转钩67旋转夹紧钻杆；机械手臂6向钻机动力头方向移动，在移动位置传感器与液压控制器控制下在指定点停止；之后，转臂62向下转动(此旋转角度人为刚性限定)，此时钻杆中心线与动力头中心线重合，动力头向前运动拧紧钻杆。完成拧紧动作后，旋转钩67旋转松开钻杆；钻杆托手I升起将钻杆箱4中钻杆托起；机械手臂6回缩到原位置准备装载下一根钻杆(回缩过程中当旋转钩67离开钻杆时，转臂14应回原位)，动力头开始钻进。第一排钻杆用完，通过位置传感器与液压控制器的控制使机械手臂6停在第二排钻杆处进行拿取，依次递进。
[0026]非开挖钻机在回托管道时需要将钻杆放入空的钻杆箱4中的过程与上述安装钻杆过程操作相逆，在此不再赘述。
[0027]综上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本实用新型的技术范畴。
【权利要求】
1.一种非开挖定向铺管钻机的自动装卸钻杆装置，其特征在于:包括在第一水平方向上并排设置的两套上料机构、在第一水平方向上分设于两套上料机构外侧的两个钻杆托手和安装于上料机构上方的钻杆箱，所述钻杆箱具有供钻杆从上至下沿第一水平方向堆栈式排列于其内的钻杆槽；所述上料机构包括手臂支座、与手臂支座沿第二水平方向滑动配合安装的机械手臂和带动机械手臂移动的驱动单元，所述第一和第二水平方向正交； 所述机械手臂包括手臂安装架、与手臂安装架枢转连接的转臂、带动转臂转动的转臂油缸、与转臂枢转连接的旋转钩和带动旋转钩转动的转钩油缸，所述转臂和旋转钩的枢转轴沿第一水平方向设置，所述旋转钩具有供钻杆嵌入的圆弧槽，所述转臂油缸的油缸本体和活塞杆分别与手臂安装架和转臂枢转连接，所述转钩油缸的油缸本体和活塞杆分别与转臂和旋转钩枢转连接，所述转臂油缸和转钩油缸的各枢转轴均沿第一水平方向设置； 所述钻杆托手包括托手部和带动托手部升降的升降机构，所述托手部具有与各钻杆槽内的最下部的钻杆配合的圆弧形凹槽，以从最下方托住钻杆槽内的所有钻杆；以及， 所述自动装卸钻杆装置还包括用于检测所述圆弧槽的中心与圆弧形凹槽的中心是否上下对齐的位置传感器及用于检测机械手臂在第二水平方向上的位置的移动位置传感器。
2.根据权利要求1所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于:所述钻杆箱具有沿第二水平方向排列的至少两个钻杆槽。
3.根据权利要求1所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于:所述驱动单元包括安装于手臂支座上的马达，由马达驱动的传动齿轮、与传动齿轮啮合的齿条，所述齿条固定安装于手臂安装架上，所述传动齿轮的传动轴沿第一水平方向设置。
4.根据权利要求1所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于:两套上料机构的手臂安装架通过沿第一水平方向设置的连接横梁连接在一起。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的自动装卸钻杆装置，其特征在于:所述升降机构包括托手外壁、套设于托手外壁内的托手内壁，所述托手内壁与托手外壁沿竖直方向滑动配合安装，所述托手油缸的油缸本体固定安装于托手外壁的内腔中，所述托手油缸的活塞杆与托手内壁固定连接；所述托手部固定安装于托手内壁上。
【文档编号】E21B19/18GK203403841SQ201320433624
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】花蓉, 刘广, 张光烈, 袁明昕, 肖志强, 王朝建, 韦海瑞, 余俊勋, 李志康, 王舒婷 申请人:中国地质科学院勘探技术研究所, 地质矿产廊坊聚力岩土工程科技开发公司