用于钻机的臂架以及钻机的制作方法

本发明涉及钻机技术领域，特别是涉及一种用于钻机的臂架。本发明还涉及一种包含上述臂架的钻机。

背景技术：

钻机是用来进行钻进作业的装置。在地质钻探、管棚作业、锚固作业和城市地基钻孔等作业中都需要应用到钻机。

然而，目前还不存在一种钻机适用于上述多种作业过程。也就是说，在进行各项作业时，都必须使用专门为其来设计的、符合该作业的钻进方向、钻进姿态等特点的钻机来进行钻进。显然，这是非常耗费成本且不方便的。尤其是，对于生产钻机的厂商来说，其必须针对各个客户的特定需求来设计并制造钻机。这使得钻机的生产非常耗费人力，具有较高的成本，并且需要占有较大的场地。

因此，希望具有一种适应性较高的钻机，来避免针对不同的钻进作业必须使用特定的、不同的钻机来进行。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种用于钻机的臂架，这种臂架使得钻机的适应性较高。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于钻机的臂架，其包括：推进梁，在所述推进梁的前端上连接有钻头；滑架，所述滑架支撑在所述推进梁下方，所述滑架包括沿着所述推进梁所延伸的方向而延伸的、与所述推进梁滑动式配合的滑架缸筒，以及沿着所述推进梁所延伸的方向进行延伸的滑架活塞杆，所述滑架活塞杆的一端插入到所述滑架缸筒内并与所述滑架缸筒滑动式配合，所述滑架活塞杆的另一端延伸到所述滑架缸筒之外并与所述推进梁固定相连；主臂，所述主臂设置在所述滑架之下并支撑所述滑架和所述推进梁；以及偏转机构，所述偏转机构设置在所述滑架的滑架缸筒和所述主臂之间，并构造为能驱动所述滑架相对于所述主臂发生在横向方向上的偏转。

该臂架的安装有钻头的推进梁可以相对于主臂进行在横向方向上的给进和后退，以及在横向方向上的偏转。这种活动方式较为灵活，并由此使得使用该臂架的钻机的适应性较高，能够适用于多种不同的作业类型，并能适用于许多不同的具体作业情况。

在一个实施例中，所述偏转机构包括：旋转支座，所述旋转支座连接在所述主臂与所述滑架缸筒之间，所述滑架缸筒的下方构造有沿着纵向方向延伸的旋转销轴，在所述旋转支座上构造有沿着纵向方向延伸的旋转套筒，所述旋转销轴插入到所述旋转套筒内以使得所述滑架缸筒能相对于所述旋转支座而在横向方向上发生转动。

在一个实施例中，所述旋转支座还包括沿第一方向构造于所述旋转套筒的侧部的偏转连接部，所述偏转机构还包括：偏转驱动器，所述偏转驱动器包括在所述推进梁的固定位置与所述推进梁铰接的偏转缸筒，所述偏转缸筒在横向方向上延伸，所述偏转驱动器还包括在横向方向上延伸的偏转活塞杆，所述偏转活塞杆的一端插入到所述偏转缸筒内并与所述偏转缸筒滑动式配合，所述偏转活塞杆的另一端伸出到所述偏转缸筒之外，并与所述偏转连接部相铰接。

在一个实施例中，所述偏转连接部包括在垂直于所述第一方向的第二方向上彼此间隔开的第一偏转连接部和第二偏转连接部，所述偏转活塞杆通过与第一偏转连接部或所述第二偏转连接部选择性相连而使得所述滑架缸筒和所述推进梁具有不同的偏转范围。

在一个实施例中，所述旋转支座包括在第一方向上对称地设置在所述旋转套筒两侧的两个第一偏转连接部，以及在第一方向上设置在所述旋转套筒的一侧的一个第二偏转连接部，所述第二偏转连接部在第二方向上与所述旋转套筒对齐，所述第二偏转连接部在第二方向上更加靠近所述偏转缸筒，所述偏转缸筒相对于所述滑架缸筒更加靠近所述推进梁的前端。

在一个实施例中，所述旋转支座构造有沿第一方向相对于所述旋转套筒延伸出去的连接翼板，所述偏转连接部构造于所述连接翼板上，所述连接翼板具有三角形或平行四边形的轮廓。

在一个实施例中，所述旋转支座还包括沿着第一方向而设置在所述旋转套筒两侧的两个支撑板，所述两个支撑板沿着第二方向延伸，所述主臂与所述两个支撑板铰接，在所述两个支撑板之间设置有在第一方向上延伸以连接所述两个支撑板的加强板，所述加强板在第二方向上延伸至其一端与所述旋转套筒相连，另一端为自由端，在所述自由端的中部构造有凹槽部分。

在一个实施例中，所述臂架还包括设置在所述主臂之下的主臂俯仰油缸，所述主臂俯仰油缸包括主臂俯仰缸筒和主臂俯仰活塞杆，所述主臂俯仰缸筒的一端与所述主臂间隔开地铰接在相对于所述主臂固定的位置上，所述主臂俯仰缸筒的另一端被所述主臂俯仰活塞杆的一端插入，并与所述主臂俯仰活塞杆的一端滑动式配合，所述主臂俯仰活塞杆的另一端在所述主臂的中部与所述主臂铰接。

在一个实施例中，所述臂架还包括设置在所述主臂之上的旋转支座俯仰油缸，所述旋转支座俯仰油缸包括旋转支座俯仰缸筒和旋转支座俯仰活塞杆，所述旋转支座俯仰缸筒的一端在所述主臂的中部与所述主臂铰接，所述旋转支座俯仰缸筒的另一端被所述旋转支座俯仰活塞杆的一端插入，并与所述旋转支座俯仰活塞杆的一端滑动式配合，所述旋转支座俯仰活塞杆的另一端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述旋转支座铰接，并且所述连杆的与所述旋转支座铰接的另一端位于所述主臂与所述旋转支座铰接的位置之上，所述臂架还包括限制杆，所述限制杆的一端铰接在所述旋转支座俯仰活塞杆与所述连杆相连的位置，所述限制杆的另一端铰接在所述主臂上，所述限制杆构造为使所述连杆和所述旋转支座俯仰活塞杆保持具有向上的夹角。

根据本发明的第二方面，提出了一种钻机，所述钻机包括上述臂架，以及承载所述臂架的车体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该臂架的安装有钻头的推进梁可以相对于主臂进行在横向方向上的给进和后退，以及在横向方向上的偏转。这种活动方式较为灵活，并由此使得使用该臂架的钻机的适应性较高，能够适用于多种不同的作业类型，并能适用于许多不同的具体作业情况。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的一个实施方案的用于钻机的臂架的示意性结构图；

图2和图3显示了图1中的臂架的旋转支架的一个实施例；

图4和图5分别显示了臂架处于不同构型下的示意性结构图；

图6显示了根据本发明的一个实施方案的钻机的示意性结构图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的臂架100的一个实施例。臂架100包括推进梁110，该推进梁的前端111用于安装钻头(未显示)。

在推进梁110的下方安装有滑架，该滑架包括滑架缸筒121和滑架活塞杆122。滑架缸筒121大体上沿着与推进梁110的延伸方向相同的方向延伸，其靠近推进梁110的前端111的一端支撑推进梁110并与推进梁110滑动式配合，其远离推进梁110的前端111的一端(即，另一端)容纳滑架活塞杆122的一端，并与该滑架活塞杆122的一端滑动式配合。该滑架活塞杆122的另一端背向推进梁110的前端111延伸并连接到推进梁110的一个固定位置上(例如，可固定连接，也可铰接)。通过这种设置，在滑架活塞杆122相对于滑架缸筒121而伸缩时，可实现推进梁带着钻头而前进和回缩。

另外，在滑架的下方设置有旋转支座130。图2和图3更加详细地显示了该旋转支座130的结构。旋转支座130包括旋转套筒131。在滑架缸筒121的下方固定设置有旋转销轴123(参见图4和图5)。旋转套筒131和旋转销轴123均沿着纵向方向延伸，并且旋转销轴123插入到旋转套筒131内。由此，允许旋转销轴123与旋转套筒131转动配合。臂架100包括与钻机200的车体210相连的主臂150。该主臂150与旋转支座130连接成不允许旋转支座130相对于主臂150在横向方向上转动。由此，在旋转销轴123相对于旋转套筒131转动时，推进梁110和钻头可相对于主臂150而在横向方向上进行转动。

为了驱动旋转销轴123相对于旋转套筒131而进行转动，臂架100包括偏转驱动器，该偏转驱动器包括设置在推进梁110之下的偏转缸筒141。偏转缸筒141的一端在推进梁110的一个固定位置处与推进梁相连，另一端相对于这一端而背向推进梁110的前端111延伸。偏转驱动器还包括偏转活塞杆142，其一端插入到偏转缸筒141内，并与该偏转缸筒141滑动式配合，另一端延伸到偏转缸筒141之外。在旋转套筒131的沿第一方向的侧部构造有偏转连接部。上述偏转活塞杆142的另一端与偏转连接部铰接。在偏转活塞杆142相对于偏转缸筒141而进行伸缩移动时，偏转活塞杆142与旋转支座130的偏转连接部之间相互推动，并由此使得偏转缸筒141和推进梁110相对于旋转支座130发生偏转。

在图2和图3所示的实施例中，偏转连接部通过以下方式而形成。在旋转套筒131的沿第一方向的侧部向外延伸而设置有在纵向方向上彼此间隔开的连接翼板。在图示的实施例中，在旋转套筒131的一侧设置有彼此平行的两个连接翼板133，在旋转套筒131的另一侧设置有彼此平行的两个连接翼板132。在两个连接翼板133上设置有对齐的两个孔，在两个孔之间可插入相应的销轴。由此来形成第一偏转连接部134a。该第一偏转连接部134a的销轴可与偏转活塞杆142铰接。设置在连接翼板132上的两个偏转连接部(即，第一偏转连接部134b和第二偏转连接部134c)可通过大致相同的方式来形成。

在这里，第二偏转连接部134c与旋转套筒131在横向方向上对齐。在这里，表现为它们的中心对齐。第一偏转连接部134a和134b在第二方向上与第二偏转连接部134c间隔开，并相对于第二偏转连接部134c更加远离推进梁110的前端111。

偏转活塞杆142可选择性地与第一偏转连接部134a、134b和第二偏转连接部134c相连。由此，使得推进梁110的可旋转范围发生变化。

图4显示了偏转活塞杆142与第二偏转连接部134c相连的情况。在这种情况下，如图4所示，推进梁110从最初位置(即，其与主臂150对齐的位置)顺时针旋转和逆时针旋转的范围大致上相同，例如可以达到45°。也就是说，以推进梁110的最初位置为零点，该推进梁110的转动范围大致上为-45°(逆时针)至+45°(顺时针)。

图5显示了偏转活塞杆142与第一偏转连接部134b相连的情况。在这种情况下，如图5所示，推进梁110可从最初位置沿逆时针转动较大的范围，但沿顺时针方向顶多能转动非常小的范围。这是因为向顺时针方向转动会存在干涉。因此，例如，以最初位置为零点，推进梁110的转动范围大致上为-90°(逆时针)至+15°(顺时针)。

相应地，若偏转活塞杆142连接到第一偏转连接部134a，那么推进梁的转动范围大致上为-15°(逆时针)至+90°(顺时针)。

当然，实际的转动范围可根据具体的设计而发生变化。然而，从原理上来看，第一偏转连接部134a和134b使得推进梁110在一个方向上能够比较自由地转动，但在另一个方向上均基本上不能转动；第二偏转连接部134c使得推进梁110沿顺时针和逆时针两个方向的转动均具备一定的自由度。

由此，根据实际钻进过程所需要的转动范围，作业人员可以选择相应的偏转连接部进行连接，以使作业过程得以简化。即是说，在钻进既需要顺时针转动也需要逆时针转动且转动范围都不是非常大的情况下，作业人员可使偏转活塞杆142与第二偏转连接部134c相连。由此，在钻进过程中，不需要为了改变转动方向而频繁地改变偏转活塞杆142的连接关系。

在图2和图3所示的实施例中，设置有第一偏转连接部134a的连接翼板133具有大致上呈三角形的形状，优选为直角三角形的形状。该直角三角形的一条直角边沿着第二方向延伸而形成与支撑板(参见下文)相连的连接边，另一条直角边为靠近推进梁110的前端111的侧边，斜边为远离该前端111的侧边。设置有第一偏转连接部134b和第二偏转连接部134c的连接翼板132具有大致上呈平行四边形的形状。

另外，旋转支座130还包括沿着第一方向设置在旋转套筒131两侧的两个支撑板135。这两个支撑板135沿着第二方向延伸。加强板138沿第一方向而在两个支撑板135之间延伸，以连接并支撑两个支撑板135。该加强板138沿着第二方向延伸，其一端与旋转套筒131相连，另一端形成为自由端。优选地，在该自由端的中部构造有凹槽部分139。凹槽部分139能够消除加强板138上的应力集中。

如图1所示，臂架还包括设置在主臂150之下的主臂俯仰油缸。该主臂俯仰油缸包括主臂俯仰缸筒161和主臂俯仰活塞杆162。主臂150和主臂俯仰缸筒161的一端均铰接在回转支座190上，并且主臂俯仰缸筒161与主臂150间隔开地铰接在主臂下方的固定位置上。回转支座190使得主臂150能围绕横向的轴线转动。也就是说，在图1中，回转支座190能使得主臂150垂直于纸面转动。主臂俯仰缸筒161的另一端被主臂俯仰活塞杆162的一端插入，并与主臂俯仰活塞杆162的一端滑动式配合。主臂俯仰活塞杆162的另一端在主臂150的中部与主臂铰接。由此，在主臂俯仰活塞杆162相对于主臂俯仰缸筒161进行伸缩移动时，可实现主臂150的与旋转支座130相连的一端的上抬和下落。

此外，臂架100还可包括设置在主臂150之上的旋转支座俯仰油缸。旋转支座俯仰油缸包括旋转支座俯仰缸筒171和旋转支座俯仰活塞杆172。旋转支座俯仰缸筒171的一端在主臂150的中部与该主臂150铰接；旋转支座俯仰缸筒171的另一端被旋转支座俯仰活塞杆172的一端插入，并与该旋转支座俯仰活塞杆172的一端滑动式配合。旋转支座俯仰活塞杆172的另一端与连杆173的一端铰接，连杆173的另一端与旋转支座130铰接。具体地，连杆173通过旋转支座130的支撑板135上的第一连接孔136而与旋转支座130进行铰接，使得连杆173能相对于旋转支座130在竖直的平面内转动。主臂150通过旋转支座130的支撑板135上的第二连接孔137而与旋转支座130进行铰接，使得主臂150能相对于旋转支座130而在竖直的平面内转动。第一连接孔136位于第二连接孔137的上方并与第二连接孔137间隔开。优选地，在第二方向上，第二连接孔137比第一连接孔136更加靠近推进梁110的前端111。通过旋转支座俯仰活塞杆172相对于旋转支座俯仰缸筒171的伸缩移动，可实现旋转支座130相对于主臂150的俯仰移动。

在上述旋转支座俯仰油缸和主臂俯仰油缸的综合作用下，可有效地实现推进梁110的高度位置的变化，以及推进梁110在竖直平面内的取向的变化。

优选地，臂架100还包括限制杆180。限制杆180的一端铰接在旋转支座俯仰活塞杆172与连杆173相连的位置，另一端铰接在主臂150上。限制杆180构造为使连杆173和旋转支座俯仰活塞杆172保持具有向上的夹角。由此可确保连杆173与旋转支座俯仰活塞杆172之间不存在死点。

另外，还优选地，如图3所示，支撑板135具有朝向推进梁110的前端110的一侧的弧形的轮廓边缘135a。这种形状的支撑板135具有更好的支撑效果，并由此使得臂架100的使用寿命更长。

本发明的钻机200包括上述臂架100，以及承载该臂架100的车体210。钻机200构造为臂架100的重心始终能够落在其与车体210的安装位置附近。

本发明的臂架100和钻机200的灵活性较高，可满足许多不同的施工工况要求。例如，臂架100和钻机200可适用于超前地质钻探钻孔作业、管棚作业、锚固作业、城市地基的钻孔作业等。

本发明中所使用的方位用语(例如，上、下等)均是为了便于理解而提出。应当理解的是，根据需要，这些方位有可能会发生变化。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明范围的情况下，可以对其进行改进并且可以用等效物替换其中的部件。只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。