移动式钻机的制作方法

本申请是于2015年5月4日提交的美国序列号14/702，853的部分继续申请，并且要求于2014年9月25日提交的美国申请序列号为62/055，158以及于2015年2月23日提交的美国临时申请序列号62/119，316的权益。

技术领域

本申请涉及用于在地下钻孔的钻机，且更具体地涉及可穿越陆地到为了各种目的将孔钻入地面的位置，即创建油井或水井，用于获得岩芯样本等的移动式钻机。

背景技术：

这种移动式钻机是已知的，但是不太适合于横穿许多道路条件并且安全地越过具有陡峭坡度的区域的崎岖地形。

这种钻机通常在可能的钻孔深度方面受到限制，因为钻孔装置不能充分稳定以允许深井被钻探，并且当尝试深钻孔时垂直反作用力变得相当大。

这种钻机由于其复杂性而趋向于建设和维护起来相当昂贵。

本发明的目的是提供通用目的的移动式钻机，比起先前的移动式钻机，其能够容易且安全地越过更崎岖的地形和变化的表面条件，允许支撑钻头的直立桅杆的通用定位，钻头可以沿着桅杆的长度快速移动，并且允许其侧向倾斜和向前倾斜，以使倾斜的地形钻出成角度的孔适应到地下。

本发明的另一个目的是提供移动式钻机，其可以用于通过牢固地稳定钻机以防倾翻运动而钻出比常规移动钻机更深的孔。

本发明的另一个目的是提供一种移动式钻机，其可以相对便宜地制造和维护，并且可以适于各种各样的现场条件和用途。

本发明的又一个目的是提供一种移动式钻机，其设置有用于操作者的可伸缩座，该可伸缩座允许在进行操作钻井的位置之间在钻机的钻井和运动期间具有良好的可见性。

技术实现要素：

本发明的上述目的和本领域技术人员将理解的其它目的通过模块化构造的移动式钻机来实现。驱动底盘(其可由各种类型的行走装置支撑和驱动)包括车轮、再循环轨道或雪地驱动器，驱动底盘支撑搁置在驱动机架顶部上的主机架，并且由于仅需要移除或安装几个紧固件，快速地附接或从其拆卸。

主机架由固定在一起的细长构件制成，其可以形成X形，每个构件在其一端具有伸缩式延伸部，从而能够延伸细长构件以增加主机架的稳定性。

垂直支撑件安装到每个伸缩式延伸部的端部，该垂直支撑件也是可延伸的，以使主机架升高或降低到地面和驱动底盘之上。

支撑钻头的细长桅杆在桅杆枢轴支撑件上安装到主机架的一端上，该桅杆枢轴支撑件允许桅杆从在主机架上方延伸的水平位置摆动回到在主机架的正前方的位置处的垂直钻孔位置。

当垂直定向时，桅杆也可在桅杆支撑件上进行上下移动，或当处于收起的水平位置时进行前后移动。

钻头可沿着桅杆的长度可进行移动，优选地通过动力缸和机械移动装置移动，所述机械移动配置加速了其相对于动力缸的运动的移动。

滑动底盘支撑动力设备，动力设备包括引擎和一个或多个液压泵、燃料箱，用于液压流体的储水器和为液压操作的各种致动器提供动力所需的其它部件，以及用于驱动支撑在行走装置上的驱动底盘，诸如通过车轮，再循环轨道或雪地驱动。

自提供动力平板卡车可以可选地用作驱动机架，在这种情况下，动力设备不用于推进钻机，而是仅用于操作各种致动器和钻机发动机。

滑动底盘可移动地位于一对轨道上，所述一对轨道在其另一端处从桅杆支撑件附接到主机架，以被定位在距离主机架的另一端可变的距离处。

动力设备的滑动运动有助于促进引擎和其他动力设备部件的维护和/或更换，以及在如下所述传输时增加钻机的稳定性。

主机架可以在轮式或履带式驱动底盘上传输。

如上所述，钻头通过由双作用动力缸操作的机械运动被提供动力，以在桅杆上的上下方向(以及当桅杆处于水平位置时是前后移动)移动，该动力缸在其任一端具有成对的链轮，每对链轮中的每个链轮与绕过相应链轮组的相应链环啮合。

动力气缸致动器的通过气缸杆在任一端固定到桅杆。由于当气缸被加压时，气缸沿着桅杆在任一方向移动，所以链轮将链环推进的距离远大于气缸的行程距离。钻头附接到每个链环的一个段，并且与那些链段一起在桅杆的引导表面上移动。每个链环的另一个段锚定到桅杆。

根据本发明的一个重要方面，动力设备、桅杆和桅杆上的钻头的前后水平运动可以在当钻机在向上或向下倾斜的地形上被驱动时通过操作相关联的致动器帮助保持稳定性。

也可以感测到由于处于上坡或下坡而引起的移动式钻机的重心的任何移动，并且桅杆/钻机头/动力装置然后水平自动移动，并且桅杆/钻机头/动力设备然后自动地进行水平移动，使得钻机的重心的任何移动通过致动各个相关联的动力缸而进行补偿，以便在合适的方向上移动这些部件的位置。

也就是说，当钻机下坡时，换档移动到后方，而当钻机上坡时，移动为向前，以保持重心尽可能接近钻机的重心。

操作者座椅可以安装到钻机，从主机架的一侧摆出并且当钻机将被操作以允许操作者操作各种致动器时向前移动。

附图说明

图1是根据本发明的移动式钻机的示图，其示出了通常安装在动力设备上无盖板的情况。

图1A是在图中1示出的移动式钻机的侧立面视图。

图2是在图1和图1A示出的移动式钻机的仰视图。

图3是包括在图1和1A中示出的由动力设备提供动力的移动式钻机中的驱动底盘的示图。

图3A是移动式钻机的驱动底盘的示意图，为了清楚起见，其示出了通常安装在其上的无盖板情况的驱动底盘机架。

图4是包括在图1中示出移动式钻机中的驱动底盘的俯视图。

图5是包括在图1中示出移动式钻机中的主机架的示图。

图6是在图5中示出的主机架的减小尺寸的俯视图，其中用于操作者座椅的结构支撑构件处于缩回状态。

图7是如图6所示的主机架的俯视图，但是其中用于操作员座椅的操作员座椅结构支撑构件向外摆出和伸展。

图8是在图5中示出的主机架的缩小尺寸的视图，其中在没有操作者座椅结构支撑构件的情况下，其中垂直端部支撑件和水平延伸部都处于缩回位置。

图9是如图8所示的主机架的示意图，其中垂直端部支撑件完全延伸。

图10是水平延伸部完全移出的主机架的平面图。

图11是安装到从其完全延伸的主机架的滑动底盘的俯视图，为了清楚起见，其上支撑有部件。

图12是从主机架完全延伸的滑动底盘的局部俯视图。

图13是从主机架完全延伸的滑动底盘的侧立面视图，其中在适当位置示出所有主要部件，并且以虚线的形式示出液压软管导向架。

图14是从主机架完全延伸的滑动底盘的局部俯视图，并且在图11中省略的支撑的部件示出在适当位置。

图14A是在主机架上示出处于完全缩回位置的滑动底盘的示意图。

图14B是在主机架上处于完全缩回位置的滑动底盘的俯视图。

图15是用于滑动底盘的配合导轨部件的局部放大局部剖视图。

图16是包括在图1的钻机中的桅杆枢轴支撑件的主视图。

图16A是在图16中示出的桅杆枢轴支撑件从前部放大的示意图。

图17是图16中的截面A-A的视图。

图18是桅杆枢轴支撑件的缩小尺寸的俯视图，其中桅杆在垂直方向上位于其上适当的位置上。

图19是其上安装有减摩覆盖物的桅杆枢轴支撑件的后板的端部后视图。

图20是枢转支撑件和桅杆的主视图。

图21是如图20所示的枢转支撑件和桅杆的侧视图。

图22是如图20所示的枢转支撑件和桅杆的主视图，其中桅杆向左倾斜。

图23是如图所示的枢转支撑件和桅杆的侧视图。

图24是滑动底盘和主机架的一部分的缩小尺寸的局部视图，其中桅杆和桅杆枢轴支撑件处于完全倾斜的右侧位置。

图25是滑动底盘和主机架的缩小尺寸的侧视图，其中桅杆处于水平位置。

图26是主机架的局部视图，其中枢转支撑件和桅杆处于垂直位置。

图27是主机架的局部视图，其中桅杆和枢转支撑件处于过垂直倾斜位置。

图28是桅杆枢轴支撑件、桅杆和钻头的示意性后视图，其中桅杆在桅杆枢轴支撑件上抬高。

图29是桅杆枢轴支撑件、桅杆和钻头的示意性后视图，其中桅杆在枢转支撑件上处于降低的位置。

图30是桅杆枢轴支撑件、桅杆和钻头的俯视图。

图31是钻头驱动装置的局部示意性图解视图，用于在桅杆处于水平方向的情况下实现钻头在桅杆上的增加的移动。

图32是在图31中示出的描述驱动装置钻头和桅杆的放大图解表示。

图33是根据本发明下降坡度的移动式钻机的图解表示，其中可移动部件在下降坡度时移动以增加钻机的稳定性。

图34是在图32中示出的钻机沿着坡度升高的图解表示，其中可移动部件定位成当在上坡方向上越过坡度时增加钻机的稳定性。

图35是操作者座椅和工业控制器的示意图，其具有用于操作各种致动器的控制阀和用于操作移动式钻机的驱动部件的控制器手柄以及可选的遥控器的框图描述。

图36是钻机的侧立面视图，其示出了常规平板车作为驱动底盘的使用。

图37是示出了使用履带式驱动器底盘的钻机的侧立面视图。

图38是使用图37所示的履带驱动底盘的钻机的仰视图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，为了清楚起见，将使用某些特定术语，并且根据35USC 112的要求描述特定实施例，但是应当理解，这些术语并不旨在是限制性的，并且不应当应被如此解释，因为本发明能够在所附权利要求的范围内采取许多形式和变型。

参照附图，且特别参考图1-图5，根据本发明的优选实施例的移动式钻机10包括四个主要组件。

其可容易地彼此分离用于维护和维修或更换任何这些组件，这些组件需要维修或者具有不同配置的版本。

这些组件包括由以下描述的动力设备16提供动力的驱动底盘12类型，其是安装有其搁置在地面或路面上的元件的行走装置的钢架13，这里示出为包括四个多个双轮组15A、15B的轮式驱动底盘。每组中的轮子的数量被示出为两个，但是可以通过插入装置改变，其在上文引用的于2015年5月4日提交的母案美国专利申请序列号14/702，853中示出。

驱动底盘12支撑主机架14，主机架14通常由限定大致X形构造(图5)的交叉构件25而被构造，并且通过容纳在附接板40(图4)中的孔中的八个螺纹紧固件(未示出)附接到驱动底盘12。

支撑在主机架14的左端的是滑动底盘16，滑动底盘16又安装动力装置18，动力装置18优选地包括柴油发动机17，柴油发动机17驱动提供液压压力源的一个或多个液压泵19，燃料箱52和液压流体储水器54(图1A)。液压动力用于驱动车轮并操作其它液压装置，主要为本文所述的许多致动器。液压管线(未示出)可以通过截面大致为矩形的虚线所示的轨道T，以在滑动底盘移动时引导线。

支撑在主机架14的右端上的是细长的桅杆20，当桅杆20垂直定位时(如图1-图3所示)或水平定位时(图25)，其承载钻头22可移动地沿着桅杆20的长度。桅杆20枢转地安装在桅杆枢轴支撑件21上，桅杆枢转支撑件21枢转地连接到固定在主机架14的一端上的一对短直立梁21A。

钻头22具有一个或多个钻机发动机24，每个钻机发动机24驱动钻机(未示出)，该钻机(未示出)随着每个钻孔段的钻孔进行而在桅杆20上向下推进。

应当注意，为了清楚起见，在附图中省略了许多常规的细节，诸如具有支撑件、线路、阀门等的液压管线。

驱动底盘12包括常规的变速箱26和支撑在机架13下面的液压发动机组件28，机架13可以包括多个泵。常规的前差速器30和后差速器32由分别从变速箱28(图2)的任一侧延伸的驱动轴34、36驱动。

轮组15A、15B的对准对由相应的常规差速器30、32驱动。

前差速器30以及相关联的轮轴和轮组被支撑在能够通过枢转连接件48在机架13的一端上枢转的副机架38(图3和3A)上。

前轮组15B通过由动力气缸44和齿条46以及连杆47操作的常规转向联动装置50为可转向的。

制动优选地通过液压发动机(未示出)中的内部回路而进行，但是也可以采用通过液压致动器的常规摩擦而制动(未示出)。

四个安装板40用紧固件(未示出)连接到机架13的顶部，紧固件(未示出)容纳在每个板40中的成对的孔57中，以将主机架14固定在覆盖驱动器底盘12(图4)的机架13的板56顶上的适当位置。

如上文引用的专利申请中所述，轮胎组15A、15B附接到轮毂58。

参考图5-图10，示出了主机架14的细节，其包括以大致X形式焊接在一起的细长构件25，在中心交叉。

连接梁60、62加强右端并支撑一对保持桅杆20的桅杆枢轴支撑件21的直立柱21A。

在立柱21A的顶部具有孔65的轴承板64设置为包括在桅杆枢轴支撑件21中的大致U形结构66，如下文进一步描述。

轴承座68固定到横梁60上，用于安装用于在下文所述的枢转结构66的大动力缸70(图1)。

每个构件25具有在其外端处伸缩在其中的延伸部72，该延伸部72连接到液压双作用致动器缸74输出杆76，输出杆76可选择性地制动以向外移动延伸部72以增加构件25的有效长度，用于增加稳定性以抵抗对钻机操作的反应，如在图10中示出。

每个延伸部72具有安装到其上的可调节高度的支柱，其包括垂直安装的动力缸78，动力缸78具有附接到输出杆82的脚板80，以允许倾斜用来牢固地停靠在地面上。如图9所示，杆82可以垂直延伸以在钻孔时选择性地抬高主机架14，或者如用轨道驱动更换或维修驱动器底盘12。

可以提供液压软管导轨85以在延伸部72以公知的方式移入和移出时控制液压软管(未示出)的移动，其中轨道保持件86、87分别固定到构件74和延伸部72以用于该目的。

主机架14还包括由动力气缸90操作的一个构件25上的座椅摆动连杆88和滑动件92，滑动件92使座椅支撑结构94向外和向前摆动，如图6和7所示。这使操作者具有对可移动部件(包括钻机的驱动和钻井操作)的良好视觉。

图11-图15示出了滑动底盘16在主机架14顶上的安装和移动的详细情况。

一对平行的滑动通道96固定到主机架构件25上，并且可滑动地容纳一对滑动底盘构件98，其中插入的减摩层100围绕箱梁102和通道96。

在部件98之间固定延伸的交叉件104、106、108的阵列为动力设备18、燃料箱52和54提供支撑。大型液压缸110在主机架14的上方纵向延伸，缸主体112在其端部固定到主机架14，其中输出杆114连接到底盘16。这使得滑动底盘16能够被推动到图11-图14所示的延伸位置(或者被完全移除)或移动到图14A、14B所示的完全缩回位置。

这使得包括动力设备部件的安装和更换的服务更简单和更快捷。

此外，这种换档动作用于在向上或向下坡度时增加钻机的稳定性，如下文将进一步详细描述。

参见图16-图23，可以看到桅杆20到桅杆枢轴支撑件21的可滑动安装的详细情况。

包括焊接到枢转连接器板65的一对板63的桅杆枢轴支撑结构66固定到主机架14，枢转地连接到主机架14(图1)的一端处的直立构件21A。

每个侧板63上的凸台116被容纳在固定到主机架14(图5)的直立构件21A的上端处的板64中的孔65中。

动力缸70输出杆71(图1)具有容纳在相应的管状保持器118中的连接器轴73的端部，以允许当动力缸70被致动时进行枢转支撑结构66的枢转，(如在图24-图27中示例出)以使桅杆20从垂直(或稍微过垂直)部分摆动回到主机架14和滑动底盘16上方延伸的水平位置。

固定到其上的板63和枢轴65不能旋转，因为通过允许枢转到前方或后方但防止向其侧面的运动的连接而安装到机架构件21，如图16所示。

板65具有形成在其中的孔，其允许固定到枢转背板122的旋转筒120以突出到侧板63之间的空间中。旋转筒120允许枢转背板122在板65上的任一侧旋转。固定到板65和端盖120B的外管120A包围旋转管120。

一对辐射状覆盖件124A、124B固定到在连接器板65的上边缘和下边缘上延伸的枢转背板122。

一对动力缸126各自具有输出杆128，输出杆128在其上端通过枢轴130连接到固定连接器板65的相应侧。

每个气缸体131的下端通过安装延伸板132和枢轴134而附接到枢转板122的相应侧。

枢轴背板122具有固定到其背侧的由减摩材料制成的一对方形片材136，其中一对桅杆保持板138附接在间隔件136上。这产生了一对空间137，用于可滑动地容纳桅杆后板142的端部。

在桅杆后板142和枢转背板122之间插入有减小摩擦材料的平坦间隔片材140。

因此，如图18所示，桅杆20可滑动地安装到枢转支撑件21，使得能够根据桅杆20绕其枢转轴线的方向来引导桅杆20的垂直或水平移动。同时，这使得桅杆20与枢转背板122一起旋转，使得桅杆20能够在任一方向上侧向限制倾斜。

一对长动力缸144(最好参见图20和图22，但也在图21、图28和图29中)包括输出杆146和主体150，输出杆146附接到固定到桅杆20的横杆148，主体150通过枢轴支撑件152(图21和图23)附接到桅杆枢轴支撑件21以相对于桅杆枢轴支撑件21向上或向下(或前后)滑动桅杆20。

双作用动力缸126A、126B被相反地致动(如图22所示)以使得桅杆能够沿图22中所示的左侧的任一方向倾斜。

倾斜于右边在图24中示出。

如图25和图26所示，桅杆20可以定位在水平或垂直方向，同时具有能够在纵向方向上水平或垂直移动的能力。

如在图27中示出，桅杆20可以倾斜越过竖直方向到有限的程度。

图28-图32示出了钻头22在桅杆20上的安装的详细情况，其允许钻头22沿着桅杆20的长度前进和缩回移动。

机械运动本包括在内以使钻头22能够以致动器运动的速度的两倍的速度前行。

双作用动力缸152安装在桅杆20内，并且具有从缸体156的任一端突出的输出杆154，每个端部锚定到桅杆20的端壁158。以众所周知的方式，通过向双作用缸152适当地施加液压压力，缸体156在桅杆20内沿任一方向纵向移动。

在缸体156的每一端，一对可旋转链轮160安装成可围绕与缸体56的移动方向垂直的公共轴线旋转。

应当注意，在图28、29中仅可见在缸体156的每一端上的两个链轮160中的一个。

相应的链环162A、162B围绕每个链轮以正驱动接合的方式延伸，使得每个链环的两个段168A、168B在每个相应的接合的链轮之间延伸。

三钻头22详细说明不形成本发明的一部分，并且在这里被描述以说明本发明的钻机10不仅可用于单个头部而且可用于各种类型的钻机设计以及钻机保持器和驱动器。

底板164可以设置成将钻头22的部件安装在一起并沿着桅杆20的侧部行进。

一对I型梁引导构件166A、166B固定在板162下方，其中腹板接合并被桅杆20的每一侧上的台阶166特征捕获。

当钻头22沿着桅杆20的长度移动时，优选地提供抗摩擦覆盖物以最小化配合表面之间的摩擦。

如图30的图解所示，上部链段168A用连接器170附接到钻头22，使得当缸主体156在缸主体156内的活塞(图中未示)的一侧加压时沿任一方向移动时，钻头22与上部链段168A一起移动。

下部链段168B通过连接器172被固定在相对静止的结构的一点。

这使得上部链段168A比气缸主体156更快地移动，但是在相同的方向上移动。

参考图32和图33，滑动底盘16在主机架14(固定到驱动器底盘12)上的运动能力、在桅杆枢轴支撑件21上的桅杆20以及在桅杆20上的钻头22可用于在上坡或下坡时提高钻机10的稳定性。

也就是说，当上坡度时(如图32所示)，滑动底盘16、桅杆20和钻头22相对于驱动底盘12在向上方向上移动。当倾斜坡度时，这抵消了发生的钻机10的重心的移动。

这将减少钻机由于移动到钻机10的后部而导致翻转的趋势。

图33示出了下降坡道的钻机10，并且滑动底盘16、桅杆20以及钻头22向上移动。这种重新平衡减小了钻机10将向后翻倒的趋势。

这些移动可以通过相关联的致动器的手动操作来执行，或者可以通过包括重心传感器174和对其作出响应的致动器控制176来自动执行。这将自动地执行到所需的程度和方向的移位，以限制由于被穿过的坡度而引起的钻机10的重心的移动。

图35描述了邻近操作者座位178的工业控制器176的使用，使得操作者在座位178中时能够制动各种致动器。

此外，可以可选地使用市售的无线遥控器177，以允许操作者站在钻机10旁边的某处。

连接到阀门的驱动控制器180也可以设置成通过操作连接的阀门的手柄182的运动来操作，以便增加或减小速度，或者向右或向左转。合适的这种控制器是已知的并且是可商购的。

独立的制动脚踏板184也可以与驱动控制器180进行相互作用，以便以常规方式便于进行制动。

应当理解，可以通过拆卸轮式驱动器底盘并安装安装轨道或雪地驱动的另一个驱动底盘来使用轨道或雪地驱动。

动力设备能够通过分离相同的动力设备并安装另一个发动机等进行快速更换或维修。

取代结合有由动力设备提供动力的驱动底盘的钻机，针对钻机10A独立独立地向平板卡车提供动力，如在图36中示出。这在长距离传输时可能是必要的。

如图所示，滑动底盘16(示出为具有适当位置的盖板186)优选地移动到其在主机架14上的缩回位置。

支撑构件188固定到平台车184的底座190和主机架14。

钻孔操作可以使用卡车184来执行，或者集成的驱动底盘12可以独立地运输以用于在现场支撑主机架。

图37和图38示出了通过固定到轨道板196(图38)的构件194连接到主机架14的再循环轨道驱动机架192。