CN109113600A - 连续无级钻杆送杆机构及其控制方法 - Google Patents

连续无级钻杆送杆机构及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连续无级钻杆送杆机构及其控制方法，所属钻探机械设备技术领域，包括机架，机架上设有若干与机架相位移式嵌接的提杆旋紧组件，提杆旋紧组件下端设有给进油缸，提杆旋紧组件内设有若干与提杆旋紧组件相活动式套接的高压钻杆，高压钻杆端面设有钻头，钻头与提杆旋紧组件之间设有夹持器，高压钻杆尾端设有与高压钻杆相位移式套接的高压水泵，高压水泵与提杆旋紧组件之间设有与高压钻杆相活动式钳套的送杆组件。具有结构紧凑、钻孔送杆便捷、工作效率高和劳动强度低的优点。其控制方法使得钻杆在送杆、接杆、卸杆过程中实现全程自动化控制，减少了劳动强度，节省人力物力，提高工作效率同时，具有很强实用性能。

Description

连续无级钻杆送杆机构及其控制方法
技术领域
本发明涉及钻探机械设备技术领域，具体涉及一种连续无级钻杆送杆机构及其控制方法。
背景技术
送杆机构的定位技术是远控钻机的关键技术之一，定位***能够满足远控钻机上、下钻杆要求。由于被控***内部属性参数变化或者外部扰动的影响，控制***都可在当前稳态基础上自动调节定位电流以适应以上变化来完成定位，并运行在另一稳态下，从而实现自适应定位过程。
目前，钻机在坑道施工中的钻孔过程中，钻机前后倒杆占用了整个过程的近一半时间，工作效率非常低。在一定程度上增加了钻孔的劳动强度。常见送杆机构由送杆器、托杆器、卡杆器及定心环等部分组成。通常杆体件的送料通过人工送料能够比较协调的完成送料上料工作，但是人力物力都会增加，相对而言比较浪费，另外由于杆体或者是棒状结构的物料的长直状属性，像一些比较常见的带式传动机构，履带传送机构都不是很方便的导送杆体，使杆件的导送送料的工作效率大幅度下降。
中国专利201420492884.2，公开日为2014年12月31日，公开公开了一种全自动输送杆机构,其包括：上杆箱总成、上杆箱座、液压马达、传动齿轮、齿条、滑动架、滑动架座、压板、夹钳油缸、顶杆油缸、顶杆总成、机械手总成及连接轴，所述上杆箱总成与所述上杆箱座连接，所述液压马达与所述传动轴连接，所述传动齿轮套设于所述传动轴的两端上，所述齿条与所述传动齿轮连接，所述液压马达带动传动齿轮与所述齿条配合运动，所述齿条与所述滑动架连接，所述滑动架与滑动架座通过压板固定连接，所述夹钳油缸安装于所述滑动架的侧部，所述机械手总成安装于所述滑动架的前部，所述顶杆油缸与所述顶杆总成连接。该送杆机构机械自动化程度相对落后，劳动强度高，送杆的工作效率相对较低。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在钻杆送杆机构自动化程度低、能源消耗大、维护复杂、使用寿命短及导送送杆工作效率低下等问题。提供一种连续无级钻杆送杆机构及其控制方法，钻杆在送杆、接杆、卸杆过程中实现全程自动化控制，减少了劳动强度，节省人力物力，提高工作效率同时，具有很强实用性能。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种连续无级钻杆送杆机构，包括机架，所述的机架上设有若干与机架相位移式嵌接的提杆旋紧组件，所述的提杆旋紧组件下端设有与机架相法兰式固定的给进油缸，所述的提杆旋紧组件内设有若干与提杆旋紧组件相活动式套接的高压钻杆，所述的高压钻杆端面设有钻头，所述的钻头与提杆旋紧组件之间设有与高压钻杆相活动式触接的夹持器，所述的高压钻杆尾端设有与高压钻杆相位移式套接的高压水泵，所述的高压水泵与提杆旋紧组件之间设有与高压钻杆相活动式钳套的送杆组件。所述的提杆旋紧组件包括变速箱，所述的变速箱上部设有液压马达，所述的变速箱下部设有与高压钻杆相活动式套接的液压卡盘。
液压马达和变速箱为提杆旋紧组件提供旋转动力。给进油缸为提杆旋紧组件在机架上提供前进和后退的动力。液压卡盘和夹持器实现钻机卡夹的功能。
作为优选，所述的送杆组件包括送杆架，所述的送杆架上设有若干机械臂，所述的机械臂前端设有与高压钻杆相活动式钳套的钳抓。
送杆组件通过机械臂驱动钳抓抓取高压钻杆，并推送至预装位置。
作为优选，所述的高压水泵端面上设有与高压水泵呈一体化的出水管，所述的出水管外部设有与高压钻杆相位移式套接的过渡接头，所述的过渡接头与出水管之间设有滚动轴承。
高压水泵通过过渡接头与高压钻杆相套接同步旋转工作，为钻孔过程提供水压。起到防尘和减少钻杆与岩层间的摩擦，提高钻杆的使用周期。
作为优选，所述的变速箱上设有与变速箱相螺栓式固定连接的注油器。
注油器为液压卡盘提供润滑油，减少零部件的磨损，提高使用寿命。
一种连续无级钻杆送杆机构的控制方法，按如下操作步骤：
第一步：将第一根高压钻杆放置与第一台提杆旋紧组件与夹持器内，由第一台提杆旋紧组件与夹持器同时夹紧第一根高压钻杆完成钻头的连接固定。
第二步：由送杆组件将第二根高压钻杆推送至机架上方预装钻杆位，此时第二台提杆旋紧组件打开液压卡盘并后退完成与第二根高压钻杆相套接，接着关闭液压卡盘夹紧高压钻杆，送杆组件松开退回钳取新的高压钻杆。
第三步：第二台提杆旋紧组件夹紧第二根高压钻杆前进与第一根高压钻杆完成旋接，然后由送杆组件再次将第三根高压钻杆推送至机架上方预装钻杆位，第二台提杆旋紧组件打开液压卡盘松开第二根高压钻杆，后退完成与第三根高压钻杆相套接。
第四步：第二台提杆旋紧组件夹紧第三根高压钻杆前进与第二根高压钻杆完成旋接，此时第一台提杆旋紧组件夹紧第二根高压钻杆。
第五步：完成高压钻杆的初步送杆提杆过程后，夹持器和第二台提杆旋紧组件松开，第一台提杆旋紧组件和第二台提杆旋紧组件夹紧已连接的高压钻杆进行钻孔工作。同时高压水泵与第三根高压钻杆相套接送水至钻头处。
第六步：钻进位移达到一根高压钻杆长度时，送杆组件再次将新的高压钻杆推送至机架上方预装钻杆位，第二台提杆旋紧组件与第一台提杆旋紧组件完成高压钻杆旋接工作，同时新的高压钻杆与高压水泵相套接送水。
作为优选，第一台提杆旋紧组件在夹紧高压钻杆打钻给进时，第二台提杆旋紧组件同步松开高压钻杆后退。当第一台提杆旋紧组件打钻位移达到有效长度时，第二台提杆旋紧组件夹紧高压钻杆进行打钻给进，第一台提杆旋紧组件松开高压钻杆后退至初始位置。连续进行第一台提杆旋紧组件与第二台提杆旋紧组件循环打钻过程，利用起了提杆旋紧组件后退的无效时间，实现连续打钻过程，提高了钻孔的效率。
作为优选，第二台提杆旋紧组件与第一台提杆旋紧组件在完成高压钻杆旋接过程中相对旋转方向是相反的，在钻孔过程中第二台提杆旋紧组件与第一台提杆旋紧组件旋转方向是同向的。
作为优选，在旋接高压钻杆过程时，提杆旋紧组件的旋转速度为0.3～0.5m/min；在钻孔过程中，提杆旋紧组件的旋转速度为250～320r/min。
作为优选，给进油缸的伸缩驱动提杆旋紧组件在机架上的位移，给进油缸的位移行程为高压钻杆长度的70%～80%。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种连续无级钻杆送杆机构及其控制方法，与现有技术相比较，具有结构紧凑、钻孔送杆便捷、工作效率高和劳动强度低的特点。其控制方法使得钻杆在送杆、接杆、卸杆过程中实现全程自动化控制，减少了劳动强度，节省人力物力，提高工作效率同时，具有很强实用性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的提杆旋紧组件的结构示意图。
图3是本发明的高压水泵的结构示意图。
图4是本发明的送杆组件的结构示意图。
图中：高压水泵1，送杆组件2，提杆旋紧组件3，高压钻杆4，夹持器5，钻头6，机架7，给进油缸8，液压马达9，变速箱10，注油器11，液压卡盘12，出水管13，滚动轴承14，过渡接头15，送杆架16，机械臂17，钳抓18。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1、图2、图3和图4所示，一种连续无级钻杆送杆机构，包括机架7，机架7上设有2套与机架7相位移式嵌接的提杆旋紧组件3，提杆旋紧组件3下端设有与机架7相法兰式固定的给进油缸8，提杆旋紧组件3内设有3根与提杆旋紧组件3相活动式套接的高压钻杆4，高压钻杆4端面设有钻头6，钻头6与提杆旋紧组件3之间设有与高压钻杆4相活动式触接的夹持器5，高压钻杆4尾端设有与高压钻杆4相位移式套接的高压水泵1，高压水泵1端面上设有与高压水泵1呈一体化的出水管13，出水管13外部设有与高压钻杆4相位移式套接的过渡接头15，过渡接头15与出水管13之间设有滚动轴承14。高压水泵1与提杆旋紧组件3之间设有与高压钻杆4相活动式钳套的送杆组件2，送杆组件2包括送杆架16，送杆架16上设有若干机械臂17，机械臂17前端设有与高压钻杆4相活动式钳套的钳抓18。提杆旋紧组件3包括变速箱10，变速箱10上部设有液压马达9，变速箱10下部设有与高压钻杆4相活动式套接的液压卡盘12，变速箱10上设有与变速箱10相螺栓式固定连接的注油器11。
一种连续无级钻杆送杆机构的控制方法包括如下操作步骤：
第一步：将第一根高压钻杆4放置与第一台提杆旋紧组件3与夹持器5内，由第一台提杆旋紧组件3与夹持器5同时夹紧第一根高压钻杆4完成钻头6的连接固定。
第二步：由送杆组件2将第二根高压钻杆4推送至机架7上方预装钻杆位，此时第二台提杆旋紧组件3打开液压卡盘12并后退完成与第二根高压钻杆4相套接，接着关闭液压卡盘12夹紧高压钻杆4，送杆组件2松开退回钳取新的高压钻杆4，给进油缸8的伸缩驱动提杆旋紧组件3在机架7上的位移，给进油缸8的位移行程为高压钻杆4长度的80%。
第三步：第二台提杆旋紧组件3夹紧第二根高压钻杆4前进与第一根高压钻杆4完成旋接，然后由送杆组件2再次将第三根高压钻杆4推送至机架7上方预装钻杆位，第二台提杆旋紧组件3打开液压卡盘12松开第二根高压钻杆4，后退完成与第三根高压钻杆4相套接。
第四步：第二台提杆旋紧组件3夹紧第三根高压钻杆4前进与第二根高压钻杆4完成旋接，此时第一台提杆旋紧组件3夹紧第二根高压钻杆4。
第五步：完成高压钻杆4的初步送杆提杆过程后，夹持器5和第二台提杆旋紧组件3松开，第一台提杆旋紧组件3和第二台提杆旋紧组件3夹紧已连接的高压钻杆4进行钻孔工作；同时高压水泵1与第三根高压钻杆4相套接送水至钻头6处。完成准备工作后，第一台提杆旋紧组件3在夹紧高压钻杆4打钻给进时，第二台提杆旋紧组件3同步松开高压钻杆4后退。当第一台提杆旋紧组件3打钻位移达到有效长度时，第二台提杆旋紧组件3夹紧高压钻杆4进行打钻给进，第一台提杆旋紧组件3松开高压钻杆4后退至初始位置。连续进行第一台提杆旋紧组件3与第二台提杆旋紧组件3循环打钻过程，利用起了提杆旋紧组件3后退的无效时间，实现连续打钻过程，提高了钻孔的效率。
第六步：钻进位移达到一根高压钻杆4长度时，送杆组件2再次将新的高压钻杆4推送至机架7上方预装钻杆位，第二台提杆旋紧组件3与第一台提杆旋紧组件3完成高压钻杆4旋接工作，同时新的高压钻杆4与高压水泵1相套接送水。
第二台提杆旋紧组件3与第一台提杆旋紧组件3在完成高压钻杆4旋接过程中相对旋转方向是相反的，提杆旋紧组件3的旋转速度为0.5m/min。在钻孔过程中第二台提杆旋紧组件3与第一台提杆旋紧组件3旋转方向是同向的，提杆旋紧组件3的旋转速度为300r/min。送杆组件2的推送速度为1.5m/min。
综上所述，该连续无级钻杆送杆机构，具有结构紧凑、钻孔送杆便捷、工作效率高和劳动强度低的优点。其控制方法使得钻杆在送杆、接杆、卸杆过程中实现全程自动化控制，减少了劳动强度，节省人力物力，提高工作效率同时，具有很强实用性能。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (9)

1.一种连续无级钻杆送杆机构，包括机架（7），其特征在于：所述的机架（7）上设有若干与机架（7）相位移式嵌接的提杆旋紧组件（3），所述的提杆旋紧组件（3）下端设有与机架（7）相法兰式固定的给进油缸（8），所述的提杆旋紧组件（3）内设有若干与提杆旋紧组件（3）相活动式套接的高压钻杆（4），所述的高压钻杆（4）端面设有钻头（6），所述的钻头（6）与提杆旋紧组件（3）之间设有与高压钻杆（4）相活动式触接的夹持器（5），所述的高压钻杆（4）尾端设有与高压钻杆（4）相位移式套接的高压水泵（1），所述的高压水泵（1）与提杆旋紧组件（3）之间设有与高压钻杆（4）相活动式钳套的送杆组件（2）；所述的提杆旋紧组件（3）包括变速箱（10），所述的变速箱（10）上部设有液压马达（9），所述的变速箱（10）下部设有与高压钻杆（4）相活动式套接的液压卡盘（12）。
2.根据权利要求1所述的连续无级钻杆送杆机构，其特征在于：所述的送杆组件（2）包括送杆架（16），所述的送杆架（16）上设有若干机械臂（17），所述的机械臂（17）前端设有与高压钻杆（4）相活动式钳套的钳抓（18）。
3.根据权利要求1或2所述的连续无级钻杆送杆机构，其特征在于：所述的高压水泵（1）端面上设有与高压水泵（1）呈一体化的出水管（13），所述的出水管（13）外部设有与高压钻杆（4）相位移式套接的过渡接头（15），所述的过渡接头（15）与出水管（13）之间设有滚动轴承（14）。
4.根据权利要求1所述的连续无级钻杆送杆机构，其特征在于：所述的变速箱（10）上设有与变速箱（10）相螺栓式固定连接的注油器（11）。
5.根据权利要求3所述的一种连续无级钻杆送杆机构的控制方法，其特征在于按如下操作步骤：
第一步：将第一根高压钻杆（4）放置与第一台提杆旋紧组件（3）与夹持器（5）内，由第一台提杆旋紧组件（3）与夹持器（5）同时夹紧第一根高压钻杆（4）完成钻头（6）的连接固定；
第二步：由送杆组件（2）将第二根高压钻杆（4）推送至机架（7）上方预装钻杆位，此时第二台提杆旋紧组件（3）打开液压卡盘（12）并后退完成与第二根高压钻杆（4）相套接，接着关闭液压卡盘（12）夹紧高压钻杆（4），送杆组件（2）松开退回钳取新的高压钻杆（4）；
第三步：第二台提杆旋紧组件（3）夹紧第二根高压钻杆（4）前进与第一根高压钻杆（4）完成旋接，然后由送杆组件（2）再次将第三根高压钻杆（4）推送至机架（7）上方预装钻杆位，第二台提杆旋紧组件（3）打开液压卡盘（12）松开第二根高压钻杆（4），后退完成与第三根高压钻杆（4）相套接；
第四步：第二台提杆旋紧组件（3）夹紧第三根高压钻杆（4）前进与第二根高压钻杆（4）完成旋接，此时第一台提杆旋紧组件（3）夹紧第二根高压钻杆（4）；
第五步：完成高压钻杆（4）的初步送杆提杆过程后，夹持器（5）和第二台提杆旋紧组件（3）松开，第一台提杆旋紧组件（3）和第二台提杆旋紧组件（3）夹紧已连接的高压钻杆（4）进行钻孔工作；同时高压水泵（1）与第三根高压钻杆（4）相套接送水至钻头（6）处；
第六步：钻进位移达到一根高压钻杆（4）长度时，送杆组件（2）再次将新的高压钻杆（4）推送至机架（7）上方预装钻杆位，第二台提杆旋紧组件（3）与第一台提杆旋紧组件（3）完成高压钻杆（4）旋接工作，同时新的高压钻杆（4）与高压水泵（1）相套接送水。
6.根据权利要求5所述的连续无级钻杆送杆机构的控制方法，其特征在于：第一台提杆旋紧组件（3）在夹紧高压钻杆（4）打钻给进时，第二台提杆旋紧组件（3）同步松开高压钻杆（4）后退；当第一台提杆旋紧组件（3）打钻位移达到有效长度时，第二台提杆旋紧组件（3）夹紧高压钻杆（4）进行打钻给进，第一台提杆旋紧组件（3）松开高压钻杆（4）后退至初始位置；连续进行第一台提杆旋紧组件（3）与第二台提杆旋紧组件（3）循环打钻过程，利用起了提杆旋紧组件（3）后退的无效时间，实现连续打钻过程，提高了钻孔的效率。
7.根据权利要求5所述的连续无级钻杆送杆机构的控制方法，其特征在于：第二台提杆旋紧组件（3）与第一台提杆旋紧组件（3）在完成高压钻杆（4）旋接过程中相对旋转方向是相反的，在钻孔过程中第二台提杆旋紧组件（3）与第一台提杆旋紧组件（3）旋转方向是同向的。
8.根据权利要求6所述的连续无级钻杆送杆机构的控制方法，其特征在于：在旋接高压钻杆（4）过程时，提杆旋紧组件（3）的旋转速度为0.3～0.5m/min；在钻孔过程中，提杆旋紧组件（3）的旋转速度为250～320r/min。
9.根据权利要求5或6或7或8所述的连续无级钻杆送杆机构的控制方法，其特征在于：给进油缸（8）的伸缩驱动提杆旋紧组件（3）在机架（7）上的位移，给进油缸（8）的位移行程为高压钻杆（4）长度的70%～80%。
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