CN103643906B - 一种钻杆库机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻杆库机构，包括机械部分、液压部分和控制部分，机械部分包括旋转盘机构、钻杆输送机构和钻杆夹紧机构；液压控制部分设有由电磁阀A和液压马达组成旋转盘机构控制回路，由输送液压缸、电磁阀B、压力表B和液控单向阀B组成钻杆输送机构控制回路，由夹紧液压缸、压力表C、液控单向阀C、液控单向阀D和电磁阀C组成钻杆夹紧机构控制回路，液控单向阀C、液控单向阀D组成双向液压锁，用于夹紧钻杆。本发明的钻杆库紧贴钻机的钻架，钻杆库一次可携带5根钻杆，钻杆直线排列立于钻杆库机构中。本钻杆库机构使用方法简单，由旋转盘机构将钻杆从钻杆库中依次移出，钻杆夹紧机构将钻杆夹紧后，由钻杆输送机构将钻杆输送到动力头部位。

Description

一种钻杆库机构

技术领域

本发明涉及一种钻杆库机构。

背景技术

从20世纪末至今是钻探技术快速发展的时期，钻探技术的发展与应用普遍受到世界各国的重视，希望通过发展钻探与掘进行业带动其他相关行业的发展。随着世界工业和经济的迅猛发展，确保安全生产、提高工作效率和减少劳动强度已成为首要问题，钻机的高度自动化设计也越来越受到人们的重视。目前自动化作业功能在水平定向钻机上得到了应用，实现了钻杆自动提取输送和回收、钻杆连接、自动润滑、自备式锚固***、防触电等，并在逐渐的改善和发展中。然而适合陆地浅层取样小型钻机的轻便钻杆传送***——钻杆库，尚没有开发出来，还未能在生产中得到应用。钻机在钻进过程中需要不断的装接新的钻杆，才能完成预定孔深的钻进工作。但装接钻杆的装接操作难度大、效率低，工人劳动强度大，而且容易发生危险，因此设计一套自动化换接钻杆的机构就显得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于解决目前还没有适合陆地浅层取样小型钻机的轻便钻杆库机构的问题，而提供一种钻杆库机构，作为一种陆地浅层取样小型钻机的钻杆库及钻杆传送机构。

为了实现上述目的，本发明的采取的技术方案是：提供一种钻杆库机构，包括机械部分和液压控制部分；

所述的机械部分由旋转盘机构、钻杆输送机构和钻杆夹紧机构组成；

所述的旋转盘机构设有液压马达，联轴器，主、从动齿轮，皮带轮，皮带，转轮及转轮连杆，转轴，旋转盘和上、下支撑板，所述的液压马达的主轴上安装有联轴器，联轴器与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮齿合，主动齿轮轴承与从动齿轮轴承均固定在下支撑板上，主动齿轮轴承与从动齿轮轴承的下端分别安装有主动轴皮带轮、从动轴皮带轮，主动轴皮带轮、从动轴皮带轮分别通过主动轮皮带、从动轮皮带与转轮连接，转轮通过转轴安装在下支撑板下方，转轮共有5个，在主动轮皮带一侧有2个转轮，从动轮皮带一侧有3个转轮，下支撑板两侧的转轮分别通过转轮连杆A、转轮连杆B连接，转轮与转轮连杆A、转轮连杆B均通过销轴铰接；所述的转轴有5根，分别通过轴承固定在上、下支撑板中，转轴的中部安装有旋转盘；所述的液压马达为旋转盘机构提供动力，液压马达通过联轴器带动主动齿轮和从动齿轮向相反方向旋转，进而带动主、从动轴皮带轮旋转，主动轴皮带轮通过主动轮皮带、转轮连杆B带动2个转轮旋转，从动轴皮带轮通过从动轮皮带、转轮连杆A带动3个转轮旋转，转轮带动转轴、旋转盘旋转实现钻杆同步移动；

所述的钻杆输送机构安装在旋转盘机构的下支撑板一侧；钻杆输送机构设有输送液压缸，小凸轮，长、短连杆，输送液压缸上的推杆端部与短连杆一端通过销轴铰接，短连杆的另一端与小凸轮通过销轴铰接，小凸轮通过小凸轮轴实现转动，小凸轮轴与长连杆A固定连接，长连杆A另一端与夹紧液压缸通过销轴铰接，长连杆B一端与挡板通过销轴铰接，长连杆B另一端与夹紧液压缸通过销轴铰接，小凸轮轴与短连杆、长连杆A，构成简化的曲柄滑块的机构，长连杆B起平衡作用，将输送液压缸上的推杆作的水平移动转化为长连杆的前后摆动，实现钻杆的输送；

所述的钻杆夹紧机构安装在钻杆输送机构的两根长连杆上；钻杆夹紧机构设有夹紧液压缸、固定块和夹紧液压缸座，夹紧液压缸固定在夹紧液压缸座上，固定块固定在夹紧液压缸上，夹紧液压缸同时作为动力元件和执行元件；

所述的液压控制部分设有油箱，滤油器，液压泵，节流阀，溢流阀，压力表开关A、B，压力表A、B、C,液控单向阀B、C、D,电磁阀A、B、C,其中液压泵通过压力表开关A连接滤油器后与油箱连接；液压泵通过节流阀连接压力表开关B和压力表A；液压泵与溢流阀连接；液压泵还与电磁阀A连接；电磁阀A通过油路与电磁阀B、电磁阀C串接；电磁阀A与液压马达连接；电磁阀B与输送液压缸连接；电磁阀C与夹紧液压缸连接；

所述的转轴设有安装旋转盘的键，安装旋转盘时所述的键卡在旋转盘中心的凹槽中；

所述的上支撑板和下支撑板两侧边构成钻杆库护栏，钻杆在钻杆库护栏中成直线排列，钻杆在钻杆库中每向钻杆输送机构移动一个位置，旋转盘转动120°；

所述的液压控制部分中由电磁阀A和液压马达组成旋转盘机构控制回路，由输送液压缸、电磁阀B、压力表B和液控单向阀B组成钻杆输送机构控制回路，液控单向阀B和压力表B组成保压回路，用于防止***压力过低；由夹紧液压缸、压力表C、液控单向阀C、液控单向阀D和电磁阀C组成钻杆夹紧机构控制回路，液控单向阀C、液控单向阀D组成双向液压锁，用于使钻杆夹紧机构可靠夹紧钻杆。

本发明所述的输送液压缸选择YBG—ZD 20X15N液压薄型缸，夹紧液压缸选择YGG-SB25的液压杠杆缸，夹紧液压缸的角度行程为90度。

本发明还提供使用上述的一种钻杆库机构的方法，操作步骤如下:

步骤一、钻杆在钻杆库中通过旋转盘机构移动到钻杆输送机构端，旋转盘机构控制回路的电磁阀A控制液压马达转向和停止；

步骤二、在钻进过程中装接钻杆时，电磁阀A中的1YA通电，电磁阀A左位导通，液压马达正转，从动轴皮带轮通过转轮连杆A带动其上面3个转轮旋转，带动旋转盘旋转推动钻杆同步移动；钻杆库中的钻杆每移动一个位置，旋转盘转动120°；旋转盘机构将钻杆从钻杆库中移出一位；1YA断电，电磁阀A回到中位，液压马达停止转动；

步骤三、电磁阀C中5YA通电，电磁阀C左位导通，夹紧液压缸动作夹紧钻杆；5YA断电，电磁阀C回到中位，液控单向阀C、液控单向阀D组成双向液压锁锁紧回路，钻杆处于夹紧状态不会松开；

步骤四、电磁阀B中3YA通电，电磁阀B左位导通，输送液压缸的缸杆伸出，推杆水平移动，通过短连杆，带动小凸轮转动一定角度和与之固连的长连杆A带动夹紧液压缸水平移动，将钻杆输送到动力头部位，输送液压缸的缸杆伸出到一定位置后触动行程开关S1，动力头检测到信号后夹紧钻杆；

步骤五、电磁阀C中6YA通电，电磁阀C右位导通，夹紧液压缸放松钻杆；然后4YA通电，电磁阀B右位导通，输送液压缸动作,钻杆输送机构回位；

步骤六、钻杆拆卸入库的过程与上述过程顺序相反。

本发明的钻杆库机构具有的有益效果是：

1、本发明设计的钻杆库机构通过旋转盘机构将钻杆从钻杆库中依次移出，钻杆夹紧机构将钻杆夹紧后，由钻杆输送机构将钻杆输送到动力头部位。整个操作方法简单,操作过程实现自动化控制无需工人参与。

2、本发明在钻机***中设计钻杆库机构，不仅减轻了工人的劳动强度，节约了人力，大大提高了钻探作业的效率，而且大大提高了钻探作业的生产人员和国家财产的安全性。

附图说明

图1为本发明中的钻杆库机构总体结构示意图。

图2为图1右视示意图。

图3为图2的仰视示意图。

图4为本发明中的旋转盘结构示意图。

图5为本发明中的转轴结构示意图。

图6为本发明中的钻杆输送机构示意图。

图7为本发明中的钻杆夹紧机构示意图。

图8为本发明中的钻杆库机构液压控制***图。

上述图中：100—旋转盘机构；200—钻杆夹紧机；300—钻杆输送机构；1—液压马达；2—联轴器；3—主动齿轮；4—从动齿轮；5—从动齿轮轴承；6—从动轴皮带轮；7—从动轮皮带；8—转轮；9—转轮连杆A；10—转轮连杆B；11—转轴；12—旋转盘；13—输送液压缸；14—下支撑板；15—轴承；16—键；17—上支撑板；18—主动轮皮带；19-主动轴皮带轮；20—钻杆；21—凹槽；30—夹紧液压缸座；31—固定块；32—夹紧液压缸；33—小凸轮；34—长连杆A；35—长连杆B；36—推杆；37-短连杆；38—挡板；40—油箱；41—滤油器；42—压力表开关A；43—液压泵；44—节流阀；45—压力表开关B；46—压力表A；47—压力表B；48—液控单向阀B；49—压力表C；50—液控单向阀C；51—液控单向阀D；52—电磁阀A；53—电磁阀B；54—电磁阀C；55—溢流阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详述。

实施例1：本发明提供的一种钻杆库机构，包括机械部分和液压控制部分；

所述的机械部分由旋转盘机构100、钻杆夹紧机构200、钻杆输送机构300组成；如图1所示。

所述的旋转盘机构100是整个钻杆库设计的核心部分。参见图2，旋转盘机构100设有液压马达1，联轴器2，主动齿轮3、从动齿轮4，从动轴皮带轮6，从动轮皮带7，转轮8及转轮连杆A9、转轮连杆B10，转轴11，旋转盘12和上支撑板17、下支撑板14，所述的液压马达1的主轴上安装有联轴器2，联轴器2与主动齿轮3连接，主动齿轮3与从动齿轮4齿合，主动齿轮轴承与从动齿轮轴承5均固定在下支撑板14上。

参见图3，主动齿轮轴承与从动齿轮轴承5的下端分别安装有主动轴皮带轮19、从动轴皮带轮6，主动轴皮带轮19、从动轴皮带轮6分别通过主动轮皮带18、从动轮皮带7与转轮8连接；转轮8通过转轴11安装在下支撑板14下方，转轮8共有5个，在主动轮皮带18一侧有2个转轮8，从动轮皮带7一侧有3个转轮8，下支撑板14两侧的转轮8分别通过转轮连杆A9、转轮连杆B10连接，转轮8与转轮连杆A9、转轮连杆B10均通过销轴铰接；所述的转轴11有5根，分别通过轴承15固定在上、下支撑板中，转轴11的中部安装有旋转盘12，转轴11和旋转盘12的结构参见图4、5，转轴11设有用于安装旋转盘的键16，安装旋转盘12时，转轴11上的键16正好卡在旋转盘12中心的凹槽21中。

所述的液压马达1为旋转盘机构100提供动力，液压马达1通过联轴器2带动主动齿轮3和从动齿轮4向相反方向旋转，从而带动主、从动轴皮带轮旋转，主动轴皮带轮19通过主动轮皮带18、转轮连杆B10带动2个转轮8旋转，从动轴皮带轮6通过从动轮皮带7、转轮连杆A9带动其上面3个转轮8旋转；转轮8带动转轴11、旋转盘12旋转，从而实现钻杆20同步移动。

参见图1、图6，所述的钻杆输送机构300安装在旋转盘机构100的下支撑板14的一侧；钻杆输送机构300设有输送液压缸13，小凸轮33，长连杆A34、长连杆B35，短连杆37。输送液压缸13上的推杆36端部与短连杆37一端通过销轴铰接，短连杆37的另一端与小凸轮33通过销轴铰接，小凸轮33通过小凸轮轴实现转动，小凸轮33固定在挡板38上，小凸轮33与长连杆A 34固定连接；小凸轮轴与短连杆、长连杆A构成曲柄滑块的机构，输送液压缸13上的推杆36推动小凸轮33摆动，小凸轮的摆动，将输送液压缸13的推杆36作的水平移动转化为两根长连杆A、B的前后摆动，使两根长连杆A、B成为摇杆，实现钻杆20的输送。

受整体尺寸的限制输送液压缸13外形尺寸不能太大。根据设计要求及尺寸限制，选择输送液压缸行程为15mm，输送液压缸推动小凸轮轴的运动可以简化为曲柄滑块机构，根据钻杆移动行程，确定长连杆摇摆的极限位置夹角为120°，曲柄滑块机构的偏心距为10mm。为简化设计、减轻结构自重，输送液压缸选择YBG—ZD 20X15N液压薄型缸。

参见图7，所述的钻杆夹紧机构200安装在钻杆输送机构的两根长连杆A34和长连杆B35上；钻杆夹紧机构设有夹紧液压缸32、固定块31和夹紧液压缸座30，夹紧液压缸32固定在夹紧液压缸座30上，固定块31固定在夹紧液压缸32上。钻杆夹紧机构设计较为简单，直接选用夹紧液压缸32同时作为动力元件和执行元件；夹紧液压缸32的角度行程为90度；考虑到整体尺寸要求，夹紧液压缸32选择YGG-SB 25液压杠杆缸。选择YGG-SB 25液压缸杆缸，既节省了空间又简化了机构结构，使得整体结构可靠紧凑，同时也符合浅层取样钻机轻便灵巧的结构要求。

所述的液压控制部分设有油箱40，滤油器41，液压泵43，节流阀44，溢流阀55，压力表开关A、B，压力表A、B、C，液控单向阀B、C、D，电磁阀A、B、C。参见图8，其中液压泵43通过压力表开关A42连接滤油器41后与油箱40连接；液压泵43通过节流阀44连接压力表开关B45和压力表A46；液压泵43与溢流阀55连接；液压泵43还与电磁阀A52连接；电磁阀A52通过油路与电磁阀B53、电磁阀C54串接；电磁阀A52与液压马达1连接；电磁阀B53与输送液压缸13连接；电磁阀C54与液压杠杆缸32连接。

本发明所设计的液压控制部分，对于钻杆库机构来说，液压控制的优点可以使钻杆库机构的控制元件灵活布局，减小整个机构的体积。对钻机来说液压控制安全可靠，使用寿命更长。液压控制部分主要是控制旋转盘机构、夹紧机构和钻杆输送机构。对于旋转盘机构是要能够控制其转向，对于钻杆夹紧机构要求能够调节控制夹紧力大小，对于钻杆输送机构要求能够严格控制摇杆的摆动角度。

本发明所设计的钻杆库紧贴钻机的钻架，钻杆库一次最多携带5根钻杆。本发明的钻杆库机构直接用螺栓连接固定在钻架上，所述的钻杆库机构的上支撑板和下支撑板两侧边之间构成钻杆库护栏，钻杆在钻杆库护栏中成直线排列，5个旋转盘可以将钻杆固定在钻杆库中，因此钻杆在钻杆库中不会随意移动。钻杆在钻杆库中每向钻杆输送机构移动一个位置，旋转盘就转动120°。这样的设计使钻杆库占用空间小、功耗小，钻杆库机构的结构体积小，整个机构的重量轻，特别适合与陆地浅层取样小型钻机配套使用。

本发明中钻杆输送机构和钻杆夹紧机构一起构成机械手，实现钻杆自动输送。

本发明的钻杆库机构其使用方法是：按如下步骤操作：

步骤一、首先钻杆在钻杆库中必须通过旋转盘机构100移动到钻杆输送机构300端，旋转盘机构控制回路由电磁阀A52和液压马达1组成，电磁阀A52控制液压马达1转向和停止。钻杆输送机构控制回路由输送液压缸13、电磁阀B53、压力表B47和液控单向阀B48组成，液控单向阀B48和压力表B47组成保压回路，防止***压力过低。钻杆夹紧机构控制回路由夹紧液压缸32、压力表C49、液控单向阀C50、液控单向阀D51和电磁阀C54组成，液控单向阀C50、液控单向阀D51组成双向液压锁，使钻杆夹紧机构夹紧动作更加可靠。

步骤二、在钻进过程中需要装接钻杆20时，电磁阀A52中的1YA通电，电磁阀A52左位导通，液压马达正转，从动轴皮带轮6通过转轮连杆A9带动其上面3个转轮8旋转，从而带动旋转盘12旋转推动钻杆同步移动。钻杆库中的钻杆20每移动一个位置，旋转盘12需要转动120°。旋转盘机构将钻杆从钻杆库中移出一位；1YA断电，电磁阀A52回到中位，液压马达1停止转动。

步骤三、电磁阀C54中5YA通电，电磁阀C54左位导通，夹紧液压缸32动作夹紧钻杆20；5YA断电，电磁阀C54回到中位，液控单向阀C50、液控单向阀D51组成双向液压锁锁紧回路，钻杆20处于夹紧状态不会被松开。

步骤四、电磁阀B53中3YA通电，电磁阀B53左位导通，输送液压缸13的缸杆伸出，推杆36水平移动，通过短连杆37，带动小凸轮33转动一定角度和与之固连的长连杆A34带动夹紧液压缸32水平移动，将钻杆20输送到动力头部位，输送液压缸13的缸杆伸出到一定位置后触动行程开关S1，动力头检测到信号后夹紧钻杆20。

步骤五、电磁阀C54中6YA通电，电磁阀C54右位导通，夹紧液压缸32放松钻杆；然后4YA通电，电磁阀B53右位导通，输送液压缸13动作,钻杆输送机构回位。

步骤六、钻杆拆卸入库的过程与上述过程顺序相反。这里不再赘述。

Claims (2)

1.一种钻杆库机构，包括机械部分和液压控制部分，其特征在于：

所述的机械部分由旋转盘机构、钻杆输送机构和钻杆夹紧机构组成；

所述的旋转盘机构设有液压马达，联轴器，主、从动齿轮，皮带轮，皮带，转轮及转轮连杆，转轴，旋转盘和上、下支撑板，所述的液压马达的主轴上安装有联轴器，联轴器与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮齿合，主动齿轮轴承与从动齿轮轴承均固定在下支撑板上，主动齿轮轴承与从动齿轮轴承的下端分别安装有主动轴皮带轮、从动轴皮带轮，主动轴皮带轮、从动轴皮带轮分别通过主动轮皮带、从动轮皮带与转轮连接，转轮通过转轴安装在下支撑板下方，转轮共有5个，在主动轮皮带一侧有2个转轮，从动轮皮带一侧有3个转轮，下支撑板两侧的转轮分别通过转轮连杆A、转轮连杆B连接，转轮与转轮连杆A、转轮连杆B均通过销轴铰接；所述的转轴有5根，分别通过轴承固定在上、下支撑板中，转轴的中部安装有旋转盘；所述的液压马达为旋转盘机构提供动力，液压马达通过联轴器带动主动齿轮和从动齿轮向相反方向旋转，进而带动主、从动轴皮带轮旋转，主动轴皮带轮通过主动轮皮带、转轮连杆B带动2个转轮旋转，从动轴皮带轮通过从动轮皮带、转轮连杆A带动3个转轮旋转，转轮带动转轴、旋转盘旋转实现钻杆同步移动；

所述的钻杆输送机构安装在旋转盘机构的下支撑板一侧；钻杆输送机构设有输送液压缸，小凸轮，长、短连杆，输送液压缸上的推杆端部与短连杆一端通过销轴铰接，短连杆的另一端与小凸轮通过销轴铰接，小凸轮通过小凸轮轴实现转动，小凸轮轴与长连杆A固定连接，长连杆A另一端与夹紧液压缸通过销轴铰接，长连杆B一端与挡板通过销轴铰接，长连杆B另一端与夹紧液压缸通过销轴铰接，小凸轮轴与短连杆、长连杆A，构成简化的曲柄滑块的机构，长连杆B起平衡作用，将输送液压缸上的推杆作的水平移动转化为长连杆的前后摆动，实现钻杆的输送；

所述的钻杆夹紧机构安装在钻杆输送机构的两根长连杆上；钻杆夹紧机构设有夹紧液压缸、固定块和夹紧液压缸座，夹紧液压缸固定在夹紧液压缸座上，固定块固定在夹紧液压缸上，夹紧液压缸同时作为动力元件和执行元件；

所述的液压控制部分设有油箱，滤油器，液压泵，节流阀，溢流阀，压力表开关A、B，压力表A、B、C,液控单向阀B、C、D,电磁阀A、B、C,其中液压泵通过压力表开关A连接滤油器后与油箱连接；液压泵通过节流阀连接压力表开关B和压力表A；液压泵与溢流阀连接；液压泵还与电磁阀A连接；电磁阀A通过油路与电磁阀B、电磁阀C串接；电磁阀A与液压马达连接；电磁阀B与输送液压缸连接；电磁阀C与夹紧液压缸连接；

所述的转轴设有安装旋转盘的键，安装旋转盘时所述的键卡在旋转盘中心的凹槽中；

所述的上支撑板和下支撑板两侧边构成钻杆库护栏，钻杆在钻杆库护栏中成直线排列，钻杆在钻杆库中每向钻杆输送机构移动一个位置，旋转盘转动120°；

所述的液压控制部分中由电磁阀A和液压马达组成旋转盘机构控制回路，由输送液压缸、电磁阀B、压力表B和液控单向阀B组成钻杆输送机构控制回路，液控单向阀B和压力表B组成保压回路，用于防止***压力过低；由夹紧液压缸、压力表C、液控单向阀C、液控单向阀D和电磁阀C组成钻杆夹紧机构控制回路，液控单向阀C、液控单向阀D组成双向液压锁，用于使钻杆夹紧机构可靠夹紧钻杆。

2.一种使用权利要求1所述的一种钻杆库机构的方法,其特征在于：操作步骤如下:

步骤一、钻杆在钻杆库中通过旋转盘机构移动到钻杆输送机构端，旋转盘机构控制回路的电磁阀A控制液压马达转向和停止；

步骤二、在钻进过程中装接钻杆时，电磁阀A中的1YA通电，电磁阀A左位导通，液压马达正转，从动轴皮带轮通过转轮连杆A带动其上面3个转轮旋转，带动旋转盘旋转推动钻杆同步移动；钻杆库中的钻杆每移动一个位置，旋转盘转动120°；旋转盘机构将钻杆从钻杆库中移出一位；1YA断电，电磁阀A回到中位，液压马达停止转动；

步骤三、电磁阀C中5YA通电，电磁阀C左位导通，夹紧液压缸动作夹紧钻杆；5YA断电，电磁阀C回到中位，液控单向阀C、液控单向阀D组成双向液压锁锁紧回路，钻杆处于夹紧状态不会松开；

步骤四、电磁阀B中3YA通电，电磁阀B左位导通，输送液压缸的缸杆伸出，推杆水平移动，通过短连杆，带动小凸轮转动一定角度和与之固连的长连杆A带动夹紧液压缸水平移动，将钻杆输送到动力头部位，输送液压缸的缸杆伸出到一定位置后触动行程开关S1，动力头检测到信号后夹紧钻杆；

步骤五、电磁阀C中6YA通电，电磁阀C右位导通，夹紧液压缸放松钻杆；然后4YA通电，电磁阀B右位导通，输送液压缸动作,钻杆输送机构回位；

步骤六、钻杆拆卸入库的过程与上述过程顺序相反。