与凿岩钻机相关的用于操纵钻柱部件的装置及凿岩钻机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及与凿岩钻机相关的用于操纵钻柱部件的装置，所述装置包括用于抓持第一钻柱部件的夹持装置，该第一钻柱部件待螺纹连接到第二钻柱部件上或者待与第二钻柱部件断开螺纹连接，该第二钻柱部件包括在部分地钻凿到岩层中的钻柱中。本发明还涉及包括这种装置的钻机。
【背景技术】
[0002]现今，对钻柱部件的关于将新部件接合至钻柱以及释放钻柱的操纵在很大程度上手动地执行。由此，将待与钻柱接合的新钻柱部件放置在钻柱位置中，于是，首先手动地对该新钻柱部件进行螺纹连接并且随后通过钻机的旋转器装置进行最终的螺纹连接。在将钻柱拆卸成单独的部件期间一一例如在更换钻头或完成钻凿期间，执行相反的过程。
[0003]出于勘查钻探目的的取芯钻探通常执行到较大的深度并且具有非常长的如数千米或更长的钻孔。单独的钻柱部件一一在此通常为钻管一一通常具有例如3米的长度。由于必须相对频繁地执行钻头的更换，因此为了替换钻头，需要大量对钻柱部件的关于将其从钻孔取出以及在下降期间的操纵。
[0004]US 6,634,443 B1是【背景技术】的示例。此文献描述了一种用于钻柱部件的操纵装置，其中，待接合至钻柱的钻柱部件在装载位置与钻柱位置之间传送。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种根据以上内容的装置和方法，该装置和方法允许钻柱部件的与钻机相关的更安全且更有效的操纵，并且还以更大的灵活性允许不同的应用，使得特别是可以使将钻柱在钻孔中提升及降低期间的整个过程较少地受到即将发生的有问题的情况的影响，借此可以执行总体上更有效的钻探。
[0006]与根据以上内容的装置有关的目的因以下方面得以实现:操纵单元包括辅助接合装置，该辅助接合装置用于在钻柱位置中接合所述第二钻柱部件，具有所述辅助接合装置的操纵单元适于将所述所抓持的第一钻柱部件引导并对准成与由所述第二钻柱部件限定的轴向方向基本一致，所述辅助接合装置和所述抓持装置布置在共同的承载件上，以及所述抓持装置和所述辅助接合装置能够在保持所抓持的钻柱部件的对准的情况下调节成用于抓持不同尺寸的钻柱部件。
[0007]由此以有效的方式实现了下述方面:意在用于接合的第一钻柱部件实际上与位于钻孔中的钻柱的最上部的钻柱部件对准，使得在实践中可以获得对准的螺旋接合，从而使得实际上按预期执行螺纹连接在一起，以及使得钻柱部件的易损坏的螺纹部不必经受斜向载荷并且由此不必经受损坏。获得了对钻柱部件的不同尺寸的非常适当且有效的适应。
[0008]这是因为在许多操作情况下已显示，位于钻孔中的钻柱的所述最上部的钻柱部件与例如钻机的进给梁之间存在角度偏差。这种角度偏差的大小可能使得试图关于进给梁的方向或钻机中的任何其他方向螺纹连接在一起会失败。在最好的情况下，这种损坏使得无论如何可以实现螺纹接合，但是，微小的损坏也会导致钻柱部件的工作寿命缩短并且由此导致不必要的花费。
[0009]因此，通过本发明借助于辅助接合装置提供了将所抓持的第一钻柱部件对准成与第二钻柱部件的最外面的区域一致或者至少基本一致的可能性，其中，该第二钻柱部件为钻孔中的钻柱的最上部的钻柱部件。
[0010]由于通过本发明确保了这种对准，因此有助于螺纹连接在一起，并且损坏钻柱部件的上述问题以及试图接合失败得以避免。
[0011]为了达到好的效果，所述辅助接合装置设置成与第二钻柱部件的的部分接合，定位成彼此相距一定的轴向距离或至少具有至少一定的轴向长度。所述辅助接合装置的变体适当地由来自下述组的具有夹持表面的单个夹持装置构成:在沿所抓持的钻柱部件的轴向方向观察时定位成彼此相距一定距离的接合元件比如夹持脊状部，延伸越过所抓持的钻柱部件的在轴向方向上的部分的接合元件——比如，在沿所述轴向方向观察时具有与钻柱部件的至少直径大致对应的宽度的爪。
[0012]所述辅助接合装置和所述抓持装置适当地布置在共同的承载件上，这非常有助于对准。该承载件连同所述辅助接合装置和所述抓持装置有助于角度的改变以及对准。
[0013]优选地，出于调节的目的，所述抓持装置和所述辅助接合装置能够相对于摆动轴线移位。可动性适当地发生在下述方向/多个方向上:该方向/多个方向与相对于摆动轴线径向地延伸的方向偏离。优选地，所述抓持装置和所述辅助接合装置由所述承载件以可移位且固定的方式支承。可固定性适当地借助于孔和锁定元件，其中，所述孔在充分复位时彼此对齐，所述锁定元件随后被引入到这些对齐的孔中。在保持所抓持的钻柱部件的对准的情况下，抓持空间能够进一步进行适当地调节成适于所述抓持装置以及所述辅助接合装置。
[0014]优选地，每个抓持装置均包括可驱动的旋转轮以及自由旋转的旋转辊，该旋转轮用于所抓持的钻柱部件的螺纹旋转，其中，至少一个旋转辊能够相对于旋转轮进行调节。
[0015]适当地，所述辅助接合装置包括固定爪和可动爪。特别地，所述固定爪包括V形凹部，其中，该凹部沿所述辅助接合装置的摆动方向指向以用于抓持钻柱部件。
[0016]优选地，承载件绕摆动轴线枢转，该摆动轴线与所抓持的钻柱部件的轴向方向基本平行。
[0017]所述辅助接合装置适当地由来自下述组的具有夹持表面的夹持装置构成:在沿所抓持的钻柱部件的轴向方向观察时彼此相距一定距离定位的接合元件、延伸越过所抓持的钻柱部件的在轴向方向上的部分的接合元件。
[0018]优选的是，用于改变角度的所述装置包括接头装置，该接头装置在其部分之间具有游隙或挠曲。所述接头装置在其部分之间在径向方向上适当地形成有游隙或挠曲以及/或者在旋转方向上适当地形成有屈服。还优选的是，接头装置的各部分之间的所述游隙或挠曲以及屈服适于抵抗弹性元件或多个元件的作用。用于改变角度的所述装置优选地包括分开的支承臂，该支承臂定位在所述支承装置与所述抓持装置之间，并且该支承臂在支承臂的部分之间包括至少一个弹性元件。
[0019]非常优选的是，所述抓持装置设置成使所抓持的第一钻柱部件经受同将所抓持的第一钻柱部件与第二钻柱部件螺纹连接在一起或与该第二钻柱部件断开螺纹连接有关的轴向运动。
[0020]所述支承装置优选地包括用于紧固至钻机的本体，所述本体支承呈用于使操纵单元在钻柱位置与装载位置之间摆动的摆动马达的形式的旋转致动器。
[0021]所述抓持装置设置成使所抓持的第一钻柱部件经受同将所述第一钻柱部件与所抓持的第二钻柱部件螺纹连接在一起或与该第二钻柱部件断开螺纹连接有关的轴向运动，比如旋转与该轴向运动相关以适应于当前螺纹的节距。
[0022]在本发明的范围内，支承装置包括滑动梁，该滑动梁设置成与钻机的进给梁基本平行，并且滑动件能够在该滑动梁上来回驱动，其中，操纵单元连接至此滑动件。这使得可以针对普遍情况和要求设定装载位置。优选地，操纵单元通过下述角度调节装置以可移动的方式连接至所述滑动件以使带有所抓持的钻柱部件的操纵单元在和钻柱位置平行的位置与水平装载位置之间摆动:该角度调节装置包括旋转马达，该旋转马达具有定位在与滑动梁的纵向轴线垂直的平面中的旋转轴线。由此有助于装载并且特别是简化了自动装载，借此，根据本发明的钻机连接有具有水平地定位的钻柱部件的匣仓。应当理解的是，对于根据本发明的装置来说，还可以存在竖向装载位置和倾斜装载位置。
[0023]优选的是，操纵单元能够移位成在钻柱位置中与用于接纳岩芯试样的内管接合。这通过下述方面来实现:操纵单元能够移位成使得所述辅助接合装置在钻柱位置中将轴向地终止于固定在钻柱位置中的钻柱部件的上方，以便而是能够在内管被从固定的钻柱部件拉出时接合所述内管。如在不同类型的钻柱部件的对应操纵中那样，操纵内管可以在完成提取之后执行。
[0024]根据本发明的凿岩钻机包括本发明的操作装置。此凿岩钻机适当地构造成