自动钻杆扶正器的制作方法

1.本发明涉及钻机器械领域，尤其是涉及一种自动钻杆扶正器。


背景技术：

2.目前大型钻机在工作时由于打桩深度很深，需要不停地向钻头连接钻杆。大型钻机的钻杆又特别长，所以通常需要使用机械方式运输钻杆。运输到钻机处的钻杆一般为横向状态，钻杆扶正器用于将钻杆转动至竖直状态，并且让新钻杆与已经伸入地下的钻杆对齐。上杆的过程就是将钻杆从库中取出，运输至已经伸入地下的钻杆顶部，与钻杆对齐后通过钻杆连接器将两根钻杆固定。
3.上述中的现有技术方案存在以下缺陷：目前钻杆扶正器还需要人工遥控或使用控制台控制，需要工人一直盯着钻机施工，费时费力。


技术实现要素：

4.为了实现钻杆自动上杆，本申请提供一种自动钻杆扶正器。
5.本申请提供的一种自动钻杆扶正器采用如下的技术方案：一种自动钻杆扶正器，包括主支架和控制系统，主支架固定连接有第一安装座，第一安装座上铰接有转动主轴，转动主轴远离第一安装座一端转动连接有两根第一弧形杆，第一安装座转动连接有第一驱动液压缸的缸体，第一驱动液压缸的活塞杆转动连接于转动主轴上，当第一驱动液压缸的活塞杆收缩出时，转动主轴处于竖直状态，转动主轴上固定连接有第二驱动液压缸的缸体，第二驱动液压缸的活塞杆固定连接有第一顶块，当第二驱动液压缸的活塞杆伸出时，第一顶块和两个第一弧形杆能够共同抵接钻杆；主支架一侧连接有推动钻杆向转动主轴竖直状态下的第一弧形杆方向移动的上杆组件；所述控制系统检测上杆组件推动钻杆的距离，当距离值达到距离设定值时，控制第二驱动液压缸的活塞杆伸出，然后控制第一驱动液压缸的活塞杆收缩，第一驱动液压缸的活塞杆完全伸出后控制第二驱动液压缸的活塞杆收回。
6.通过采用上述方案，钻杆由上一器械运到上杆组件处，上杆组件带动钻杆向靠近第一弧形杆方向移动，钻杆此时处于水平状态，第一驱动液压缸的活塞杆处于收缩状态，钻杆到达两根第一弧形杆之间，控制系统自动控制两根第一弧形杆和第一顶块共同夹紧钻杆，第一驱动液压缸拉动转动主轴转动为水平状态，此时钻杆由水平状态转动至竖直状态，松开第一弧形杆使钻杆下落，完成自动上杆，不需要人工操作，自动化程度高，并且控制系统能够准确计算上杆组件推动钻杆的距离，保证第一弧形杆能够夹到每根钻杆的相同位置，不用担心与其他物体发生碰撞，上杆准确度较高。
7.优选的，主支架对应第一安装座上方位置处固定连接有第二安装座，第二安装座固定连接有第一固定主轴，第一固定主轴远离第二安装座一端转动连接有两根第二弧形杆，第一固定主轴固定连接有第一推动液压缸的缸体，第一推动液压缸的活塞杆固定连接
有第二顶块，当第一推动液压缸的活塞杆伸出时，第二顶块和两个第二弧形杆能够共同抵接钻杆；主支架对应第一安装座下方位置处固定连接有第三安装座，第三安装座滑动连接有第二固定主轴，第三安装座固定连接有第二推动液压缸的缸体，第二推动液压缸的活塞杆沿水平方向设置，第二推动液压缸的活塞杆固定连接有第三顶块，第二固定主轴远离第三安装座一端转动连接有两根第三弧形杆，当第二推动液压缸的活塞杆伸出时，两个第三弧形杆能够共同抵接钻杆；所述控制系统在第一驱动液压缸的活塞杆完全伸出后，先控制第一推动液压缸的活塞杆和第二推动液压缸的活塞杆伸出设定距离，然后控制第一驱动液压缸的活塞杆和第二驱动液压缸的活塞杆复位，控制系统检测钻杆的下落速度，当下落速度大于速度设定值时，控制第一推动液压缸的活塞杆和第二推动液压缸的活塞杆继续伸出，当下落速度小于速度设定值时，控制第一推动液压缸的活塞杆和第二推动液压缸的活塞杆缓慢收缩。
8.通过采用上述方案，当钻杆被第一弧形杆夹住并处于竖直状态时，控制系统会通过控制第一推动液压缸和第二推动液压缸来让第二弧形杆和第三弧形杆夹住钻杆另外两个位置，通过三个夹紧位保证钻杆位置与竖直状态，然后第一弧形杆与钻杆分离，工人预先设好第二弧形杆和第二弧形杆的初始位置，第二弧形杆和第三弧形杆让钻杆慢慢下落，控制系统通过控制第一推动液压缸和第二推动液压缸来控制钻杆的下落速度。
9.优选的，两个第一弧形杆均转动连接有第一控制杆，两根第一控制杆另一端均转动连接于第二驱动液压缸的活塞杆上；两个第二弧形杆均转动连接有第二控制杆，两根第二控制杆另一端均转动连接于第一推动液压缸的活塞杆上；第三弧形杆靠近第二推动液压缸一端均固定连接有拨动杆，第三顶块远离第三安装座一侧开设有弧形面，两个拨动杆均抵接于第三顶块的弧形面上。
10.通过采用上述方案，第二驱动液压缸通过拉动第一控制杆带动第一弧形杆转动，第一推动液压缸通过拉动第二控制杆带动第二弧形杆转动，第二推动液压缸推动第三顶块移动，第三顶块通过弧形面推动两个拨动杆向两侧转动，使得第三弧形杆转动夹紧钻杆。
11.优选的，所述控制系统包括上料检测模块、启动控制模块、第一控制模块、第二控制模块和下落检测模块；所述上料检测模块包括安装于上杆组件上的计米器，计米器检测钻杆在上杆组件处的移动距离获得距离值，上料检测模块将距离值发送给启动控制模块；所述启动控制模块接收到距离值后将距离值与距离设定值比较，当距离值大于等于距离设定值时，启动模块向第一控制模块传输启动信号；所述第一控制模块接收启动信号后控制第二驱动液压缸的活塞杆伸出、第一驱动液压缸的活塞杆收缩、第一推动液压缸的活塞杆和第二推动液压缸的活塞杆伸出设定距离，同时第一控制模块向第二控制模块发送延时信号；所述第二控制模块接收延时信号后进行计时，当计时达到设定时间后控制控制第一驱动液压缸的活塞杆伸出、第二驱动液压缸的活塞杆收缩；所述下落检测模块包括固定连接于第二顶块上的第一线速度传感器和固定连接于第三顶块上的第二线速度传感器，第一线速度传感器和第二线速度传感器均能够抵接钻
杆并检测钻杆的下落速度，当下落速度大于速度设定值时，控制第一推动液压缸的活塞杆和第二推动液压缸的活塞杆继续伸出，当下落速度小于速度设定值时，控制第一推动液压缸的活塞杆和第二推动液压缸的活塞杆缓慢收缩。
12.通过采用上述方案，控制系统通过计米器检测钻杆上料时的移动距离，老保证第一弧形杆能够夹到钻杆固定位置。控制系统通过第一线速度传感器和第二线速度传感器同时监测钻杆的下落速度，保证检测准确且反应迅速。
13.优选的，上杆组件包括转动连接于主支架一侧的主动滚轮，主支架靠近主动滚轮位置处固定连接有主动电机，主动电机的输出轴固定连接于主动滚轮上，主支架对应主动滚轮正上方位置处转动连接有让位支杆，让位支杆靠近主动滚轮一端转动连接有从动滚轮，当让位支杆位于竖直状态下时，主动滚轮与从动滚轮之间的距离等于钻杆的直径。
14.通过采用上述方案，主动电机带动主动滚轮转动，钻杆经过主动滚轮和从动滚轮，被主动滚轮带动移动，从动滚轮将钻杆压紧在主动滚轮上，保证钻杆移动速度稳定。
15.优选的，计米器连接于主支架靠近主动滚轮位置处，主支架对应计米器正下方位置处固定连接有连接壳体，连接壳体内固定连接有竖直设置的弹簧，弹簧顶部固定连接有v型槽体，弹簧给v型槽体向上的力，v型槽体由具有铁磁性的材料制成，连接壳体内部底面固定连接有电磁铁；所述控制系统还包括自动抵紧模块，所述自动抵紧模块监测计米器，当计米器开始记录距离值后自动抵紧模块控制电磁铁失电，当计米器停止记录距离值后控制电磁铁得电。
16.通过采用上述方案，v型槽体能够在弹簧带动下将钻杆抵紧在计米器上，保证计米器检测准确，同时在没有钻杆时控制系统能够自动控制电磁铁得电将v型槽体吸下，避免v型槽体位置过高影响下一根钻杆的运输。
17.优选的，主支架对应让位支杆远离从动滚轮一端固定连接有让位电机，让位电机的输出轴固定连接于让位支杆上；第一控制模块接收启动信号后控制让位电机转动，直至让位支杆转动预设角度。
18.通过采用上述方案，控制系统在第一弧形杆夹紧钻杆后，控制让位电机启动，带动让位支杆转动，让从动滚轮离开原来的位置，避免转动主轴带动钻杆转动时碰到从动滚轮。
19.优选的，计米器位于从动滚轮远离第一安装座一侧，让位支杆靠近从动滚轮附近转动连接有转动架，计米器固定连接于转动架远离让位支杆一端，让位支杆靠近转动架位置处转动连接有让位液压缸的缸体，让位液压缸的活塞杆固定连接于转动架靠近计米器一端；所述第一控制模块接收启动信号后控制让位液压缸的活塞杆收缩。
20.通过采用上述方案，计米器在主动滚轮前能够先记录钻杆移动距离，使得控制更容易提前。控制系统在第一弧形杆夹紧钻杆后还会让让位液压缸拉动转动架转动，使计米器离开钻杆，避免让位支杆转动时计米器与钻杆发生挤压。
21.优选的，控制系统还包括误测避免模块，所述误测避免模块监测第二驱动液压缸，当第二驱动液压缸的活塞杆处于伸出状态时，误测避免模块阻止下落检测模块工作。
22.通过采用上述方案，误测避免模块能够防止钻杆在静止状态下影响控制系统的判断，保证第二弧形杆和第三弧形杆一直夹紧钻杆，在第一弧形杆松开后再调整夹紧力度，避
免钻杆发生高速下落，第二弧形杆和第三弧形杆来不及夹紧钻杆。
23.优选的，所有第一弧形杆、第二弧形杆和第三弧形杆均套设有具有弹性的软套，第一顶块和第二顶块的两侧均转动连接有能够与钻杆抵接的滑轮。
24.通过采用上述方案，软套和滑轮能够减少钻杆移动时对第一弧形杆、第二弧形杆和第三弧形杆的损伤。
25.综上所述，本发明具有以下有益效果：1.不需要人工操作，自动化程度高，并且控制系统能够准确计算上杆组件推动钻杆的距离，保证第一弧形杆能够夹到每根钻杆的相同位置，不用担心与其他物体发生碰撞，上杆准确度较高。
26.2. 通过三个夹紧位保证钻杆位置与竖直状态，控制系统通过控制第一推动液压缸和第二推动液压缸来控制钻杆的下落速度，保证钻杆不会下落过快，同时由于钻杆扶正器可以夹到钻杆偏端部位置，能够留出更大空间。
附图说明
27.图1是本申请实施例自动钻杆扶正器的整体结构示意图。
28.图2是本申请实施例自动钻杆扶正器上杆组件的示意图；。
29.图3是图2中a部分的放大图；图4是本申请实施例自动钻杆扶正器第一安装座部分的示意图；图5是本申请实施例自动钻杆扶正器第二安装座部分的示意图；图6是本申请实施例自动钻杆扶正器第三安装座部分的示意图；图7是本申请实施例自动钻杆扶正器第三安装座、第二固定主轴和第三顶块的爆炸图；图8是本申请实施例自动钻杆扶正器控制系统的模块框图。
30.附图标记说明：1、主支架；2、上杆组件；21、主动滚轮；22、主动电机；23、让位支杆；231、从动滚轮；232、计米器；233、转动架；234、让位电机；235、让位液压缸；24、连接壳体；241、弹簧；242、v型槽体；243、电磁铁；3、第一安装座；31、转动主轴；32、第一弧形杆；321、第一控制杆；322、软套；33、第一驱动液压缸；34、第二驱动液压缸；341、第一顶块；342、滑轮；4、第二安装座；41、第一固定主轴；42、第一推动液压缸；421、第二顶块；43、第二弧形杆；431、第二控制杆；5、第三安装座；51、第二固定主轴；511、t型滑槽；512、t型滑块；52、第二推动液压缸；521、第三顶块；522、弧形面；53、第三弧形杆；531、拨动杆；6、控制系统；61、上料检测模块；62、启动控制模块；63、第一控制模块；64、第二控制模块；65、下落检测模块；651、第一线速度传感器；652、第二线速度传感器；66、误测避免模块；67、复位模块；68、自动抵紧模块。
具体实施方式
31.以下结合附图1
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8对本申请作进一步详细说明。
32.本申请实施例公开一种自动钻杆扶正器，如图1所示，包括主支架1，主支架1一侧连接有上杆组件2，主支架1上固定连接有第一安装座3、第二安装座4和第三安装座5，第二安装座4位于第一安装座3上方，第三安装座5位于第一安装座3下方。
33.如图1和图2所示，上杆组件2包括转动连接于主支架1一侧的主动滚轮21，主支架1靠近主动滚轮21位置处固定连接有主动电机22，主动电机22的输出轴固定连接于主动滚轮21上。主支架1对应主动滚轮21正上方位置处转动连接有让位支杆23，让位支杆23靠近主动滚轮21一端转动连接有从动滚轮231，当让位支杆23位于竖直状态下时，主动滚轮21与从动滚轮231之间的距离等于钻杆的直径。主支架1对应让位支杆23远离从动滚轮231一端固定连接有让位电机234，让位电机234的输出轴固定连接于让位支杆23上。主动电机22带动主动滚轮21转动，钻杆经过主动滚轮21和从动滚轮231，被主动滚轮21带动移动，从动滚轮231将钻杆压紧在主动滚轮21上，保证钻杆移动速度稳定。让位电机234带动让位支杆23转动，让从动滚轮231离开原来的位置，避免从动滚轮231阻挡钻杆。
34.如图1和图2所示，让位支杆23靠近从动滚轮231附近转动连接有转动架233，转动架233远离让位支杆23一端固定连接有计米器232。计米器232位于从动滚轮231远离第一安装座3一侧。让位支杆23靠近转动架233位置处转动连接有让位液压缸235的缸体，让位液压缸235的活塞杆转动连接于转动架233靠近计米器232一端。让位液压缸235拉动转动架233转动，使计米器232离开钻杆，避免让位支杆23转动时计米器232与钻杆发生挤压。
35.如图2和图3所示，主支架1对应计米器232正下方位置处固定连接有连接壳体24。连接壳体24内固定连接有竖直设置的弹簧241，弹簧241顶部固定连接有v型槽体242，弹簧241给v型槽体242向上的力。v型槽体242由具有铁磁性的材料制成，连接壳体24内部底面固定连接有电磁铁243。v型槽体242能够在弹簧241带动下将钻杆抵紧在计米器232上，保证计米器232检测准确。
36.如图4所示，第一安装座3上铰接有转动主轴31，转动主轴31远离第一安装座3一端转动连接有两根第一弧形杆32。第一安装座3转动连接有第一驱动液压缸33的缸体，第一驱动液压缸33的活塞杆转动连接于转动主轴31上，当第一驱动液压缸33的活塞杆收缩时，转动主轴31处于竖直状态。转动主轴31上固定连接有第二驱动液压缸34的缸体，第二驱动液压缸34的活塞杆固定连接有第一顶块341。两个第一弧形杆32均转动连接有第一控制杆321，两根第一控制杆321另一端均转动连接于第二驱动液压缸34的活塞杆上。当第二驱动液压缸34的活塞杆伸出时，第一顶块341和两个第一弧形杆32能够共同抵接钻杆。第二驱动液压缸34的活塞杆伸出会带动两个第一控制杆321转动并向远离第二驱动液压缸34方向移动，从而推动两个第一弧形杆32转动，使得两个第一弧形杆32相互靠近，从而夹紧钻杆。钻杆由上一器械运到上杆组件2处，上杆组件2带动钻杆向靠近第一弧形杆32方向移动，钻杆到达两根第一弧形杆32之间后，第二驱动液压缸34的活塞杆伸出，推动第一弧形杆32夹紧钻杆，第一驱动液压缸33的活塞杆伸出，拉动转动主轴31转动为水平状态，此时钻杆由水平状态转动至竖直状态。
37.如图5所示，第二安装座4固定连接有第一固定主轴41，第一固定主轴41远离第二安装座4一端转动连接有两根第二弧形杆43，第一固定主轴41固定连接有第一推动液压缸42的缸体，第一推动液压缸42的活塞杆固定连接有第二顶块421。两个第二弧形杆43均转动连接有第二控制杆431，两根第二控制杆431另一端均转动连接于第一推动液压缸42的活塞杆上。当第一推动液压缸42的活塞杆伸出时，第二顶块421和两个第二弧形杆43能够共同抵接钻杆。第一推动液压缸42的活塞杆伸出会带动两个第二控制杆431转动并向远离第一推动液压缸42方向移动，从而推动两个第二弧形杆43转动，使得两个第二弧形杆43相互靠近，
从而夹紧钻杆。推动当钻杆被转动主轴31带动竖起后，第一推动液压缸42的活塞杆伸出，夹住钻杆顶部。
38.如图4和图5所示，第一顶块341和第二顶块421的两侧均转动连接有能够与钻杆抵接的滑轮342。滑轮342能够将钻杆被抵紧过程中受到的滑动摩擦变为滚动摩擦，并且滑轮342与钻杆抵接比第一顶块341和第二顶块421直接与钻杆抵接活动余量更大，滑轮342能够减少钻杆移动时对第一弧形杆32、第二弧形杆43和第三弧形杆53的损伤。
39.如图6和图7所示，第三安装座5滑动连接有第二固定主轴51，第三安装座5开设有沿第二固定主轴51长度方向设置的t型滑槽511，第二固定主轴51固定连接有t型滑块512，t型滑块512滑动连接于t型滑槽511内。第三安装座5固定连接有第二推动液压缸52的缸体，第二推动液压缸52的活塞杆沿水平方向设置，第二推动液压缸52的活塞杆固定连接有第三顶块521，第二固定主轴51远离第三安装座5一端转动连接有两根第三弧形杆53。第三弧形杆53靠近第二推动液压缸52一端均固定连接有拨动杆531，第三顶块521远离第三安装座5一侧开设有弧形面522，两个拨动杆531均抵接于第三顶块521的弧形面522上。当第二推动液压缸52的活塞杆伸出时，两个第三弧形杆53能够共同抵接钻杆。第二推动液压缸52的活塞杆伸出，首先第三顶块521抵接第三弧形杆53后推动第二固定主轴51滑动，让第三弧形杆53移动至钻杆处，钻杆从两根第二弧形杆43之间卡入两根第三弧形杆53之间，使得钻杆有三个夹紧位，保证钻杆保持竖直状态。第二固定主轴51在上杆过程中先处于收起状态，能够避免钻杆被转到竖直状态的过程中被撞到。所有第一弧形杆32、第二弧形杆43和第三弧形杆53均套设有具有弹性的软套322。软套322除了能够减少钻杆移动时对第一弧形杆32、第二弧形杆43和第三弧形杆53的损伤，还能够让钻杆更容易保持缓速下落。
40.如图8所示，主支架1连接有控制系统6，控制系统6包括上料检测模块61、启动控制模块62、第一控制模块63、第二控制模块64、下落检测模块65、第一线速度传感器651、第二线速度传感器652、误测避免模块66、复位模块67和自动抵紧模块68。
41.如图8所示，自动抵紧模块68监测计米器232，当计米器232开始记录距离值后自动抵紧模块68控制电磁铁243失电，当计米器232停止记录距离值后控制电磁铁243得电。在没有钻杆时控制系统6能够自动控制电磁铁243得电将v型槽体242吸下，避免v型槽体242位置过高影响下一根钻杆的运输。
42.如图8所示，上料检测模块61连接计米器232，计米器232检测钻杆在上杆组件2处的移动距离获得距离值，上料检测模块61将距离值发送给启动控制模块62。启动控制模块62接收到距离值后将距离值与距离设定值比较，当距离值大于等于距离设定值时，启动模块向第一控制模块63传输启动信号。
43.如图8所示，第一控制模块63接收启动信号后控制第二驱动液压缸34的活塞杆伸出、第一驱动液压缸33的活塞杆收缩、第一推动液压缸42的活塞杆和第二推动液压缸52的活塞杆伸出设定距离，第二推动液压缸52的活塞杆伸出后收缩极短距离，极短距离可以控制为5毫米。同时第一控制模块63向第二控制模块64发送延时信号。第二控制模块64接收延时信号后进行计时，当计时达到设定时间后控制控制第一驱动液压缸33的活塞杆伸出、第二驱动液压缸34的活塞杆收缩同时向复位模块67发送复位信号。在钻杆到达第一弧形杆32位置处时，控制系统6会自动控制第二驱动液压缸34的活塞杆伸出，让第一弧形杆32夹到钻杆，第一驱动液压缸33的活塞杆收缩，让转动主轴31带动钻杆由水平状态转为竖直状态。然
后控制系统6再控制第一推动液压缸42的活塞杆和第二推动液压缸52的活塞杆伸出，夹住钻杆。第二推动液压缸52的活塞杆在伸出设定距离后再收回极短距离，让第三弧形杆53轻微放松，使钻杆更容易卡入两根第三弧形杆53之间。然后控制系统6控制第一驱动液压缸33的活塞杆伸出和第二驱动液压缸34的活塞杆收缩，使第一弧形杆32松开钻杆，转动主轴31转回竖直状态。
44.如图5和图8所示，下落检测模块65包括固定连接于第二顶块421上的第一线速度传感器651和固定连接于第三顶块521上的第二线速度传感器652(参见图7)，第一线速度传感器651和第二线速度传感器652均能够抵接钻杆并检测钻杆的下落速度，当下落速度大于速度设定值时，控制第一推动液压缸42的活塞杆和第二推动液压缸52的活塞杆继续伸出，当下落速度小于速度设定值时，控制第一推动液压缸42的活塞杆和第二推动液压缸52的活塞杆缓慢收缩。控制系统6通过第一线速度传感器651和第二线速度传感器652同时监测钻杆的下落速度，保证检测准确且反应迅速。
45.如图8所示，误测避免模块66监测第二驱动液压缸34，当第二驱动液压缸34的活塞杆处于伸出状态时，误测避免模块66阻止下落检测模块65工作。误测避免模块66能够防止钻杆在静止状态下影响控制系统6的判断，保证第二弧形杆43和第三弧形杆53一直夹紧钻杆，在第一弧形杆32松开后再调整夹紧力度，避免钻杆发生高速下落，第二弧形杆43和第三弧形杆53来不及夹紧钻杆。
46.如图8所示，复位模块67接收到复位信号后进行计时，当计时达到预设时间后控制第一推动液压缸42的活塞杆和第二推动液压缸52的活塞杆收回。复位模块67在钻杆完成上杆后放松第二弧形杆43和第三弧形杆53，同时让第二固定主轴51退回原来位置。
47.本申请实施例一种自动钻杆扶正器的实施原理为：钻杆由上一器械运到上杆组件2处，上杆组件2带动钻杆向靠近第一弧形杆32方向移动，钻杆此时处于水平状态，第一驱动液压缸33的活塞杆处于收缩状态，钻杆到达两根第一弧形杆32之间，控制系统6自动控制两根第一弧形杆32和第一顶块341共同夹紧钻杆，第一驱动液压缸33拉动转动主轴31转动为水平状态，此时钻杆由水平状态转动至竖直状态。然后控制系统6通过控制第一推动液压缸42和第二推动液压缸52来让第二弧形杆43和第三弧形杆53夹住钻杆另外两个位置，然后第一弧形杆32与钻杆分离，钻杆慢慢下落，完成上杆。不需要人工操作，自动化程度高。
48.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。