CN109184595B - 一种钻杆后置自动加接钻进装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿液压钻机技术领域，涉及一种钻杆后置自动加接钻进装置，包括机架、相对机架滑动的倒装式动力头、固定在动力头上的浮动夹持器、连接在浮动夹持器上的钻杆、安装在钻杆下方的钻杆送进装置、连接在钻杆后端的水辫和安装在机架上的水辫伸缩防转动机构，钻杆前端安装有夹持器，通过采用后卡盘动力头结构、移动制动式水辫技术、钻杆随动夹持技术、钻杆自动导向技术、同步加接技术实现钻杆快速后置加接，解决了现有钻杆后置加接方式只能手动加接，不能机械化加接或自动化加接的问题。

Description

一种钻杆后置自动加接钻进装置

技术领域

本发明属于煤矿液压钻机技术领域，涉及一种钻杆后置自动加接钻进装置，尤其涉及一种用于煤矿井下瓦斯抽采钻孔的钻杆后置自动加接钻进装置。

背景技术

目前矿用钻机钻杆加接方法主要有两种：后置加接或前置加接两种方式。

现有机械化加接或自动化加接钻杆，均为前置加接方式，采用机械手将钻杆送至相应位置进行加接。优点是能够实现钻杆自动化化加接与拆卸，劳动强度低。不足方面是：钻杆加接空间、储存空间小，钻杆箱只能装几支钻杆；钻杆短，须小于动力头推进行程；钻杆加接机构复杂，需采用提升架、机械手和双夹持器三大主要部件才能实现钻杆加接；钻杆加接和拆卸程序复杂，效率低；钻杆接头磨损达；定向钻机无法实现钻杆的机械化或自动化加接。

钻杆后置加接是钻杆从动力头后方进行加接，其特点能充分利用钻机后方的空间，实现钻杆长于钻机推进行程的加接，也可一次加接多支钻杆，效率高，操作安全，钻进稳定性高，也是定向钻机主要的钻杆加接方式。由于采用钻杆不动，转动水辫进行钻杆加接，进行手动加接，全程加接需要手动拆下水辫，搬运钻杆至加接位置，旋转动力头加接钻杆，最后再装上水辫，劳动强度大、手动加接危险性大、不能进行机械化加接或自动化加接。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有钻杆后置加接方式只能手动加接，不能机械化加接或自动化加接的问题，提供一种钻杆后置自动加接钻进装置，该钻进装置采用后卡盘动力头结构、移动制动式水辫技术、钻杆随动夹持技术、钻杆自动导向技术、同步加接技术实现钻杆快速后置加接。

为达到上述目的，本发明一种钻杆后置自动加接钻进装置，包括机架、相对机架滑动的倒装式动力头、固定在动力头上的浮动夹持器、连接在浮动夹持器上的钻杆、安装在钻杆下方的钻杆送进装置、连接在钻杆后端的制动式水辫和安装在机架上的水辫伸缩防转动机构，浮动夹持器安装在动力头前端，动力头后端安装有夹持钻杆的夹持器；

钻杆包括固定夹持在夹持器内的工作钻杆和夹持在浮动夹持器上的待加接钻杆；

动力头依次包括提供动力头转动的减速器、连接在减速器前端且用来导向工作钻杆的导向套和用来夹持工作钻杆以实现工作钻杆装拆、制动式水辫装拆以及实现扭矩传递的卡盘，减速器能将液压能转换成动力头主轴的旋转动能；

浮动夹持器包括与动力头连接的夹持器座、安装在夹持器座上且用来夹持待加接钻杆的夹持器卡瓦和固定安装在夹持器卡瓦底部的浮动弹簧；

钻杆送进装置包括用来夹持待加接钻杆的卡爪、安装在机架上的支座和安装在支座上且用来推动卡爪移动的推进机构，整个钻杆送进装置完成待加接钻杆的侧向送进；

制动式水辫包括水辫体、将水辫体固定在水辫伸缩防转动机构上的水辫支座、与钻杆可拆卸连接且安装在水辫体内的水辫主轴和安装在水辫主轴外侧的钳式刹车盘，水辫主轴能够相对水辫体密封转动，实现外界高压水向水辫主轴的供给以及在刹车系统作用下实现水辫主轴静止不动；

水辫伸缩防转动机构包括连接在水辫支座上的水辫伸缩油缸Ⅰ、连接在机架上的水辫伸缩油缸Ⅱ和用来连接水辫伸缩油缸Ⅰ和水辫伸缩油缸Ⅱ的水辫移动座。

进一步，水辫体同动力头之间连接有水辫防转轴，实现水辫体同动力头之间的相对移动而不发生相对转动。

进一步，机架包括长方形的底架、固定安装在底架上的导轨和滑动安装在导轨上的拖板，所述动力头下端固定在拖板上。

进一步，水辫主轴上套设有密封装置，所述密封装置为密封圈，水辫主轴上套装盘式制动器。

进一步，底架与导轨通过钢板进行固定。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的钻杆后置自动加接钻进装置，利用动力头和夹持器实现待加接钻杆同工作钻杆的连接与拆卸，实现水辫的自动装拆；利用动力头同制动式水辫装置实现水辫同钻杆的连接与拆卸；利用水辫自动加接装置，在钻进中，水辫与动力头同步前行，在钻杆加接过程中，水辫自动后移，留出钻杆加接空间；移动式浮动夹持器和后导向轮结构，实现钻杆钻进和下次加接钻杆的同步移动，同钻杆夹持送进装置一起，完成钻杆的连续快速送进、同步加接。该装置具有加接钻杆长，充分利用钻机后置空间，钻杆容量大，结构简单，钻杆加接效率高，钻杆接头磨损小，可广泛用于各种钻杆的加接，采用同一机架，不同水辫伸缩油缸行程，就可完成不同长度钻杆的加接，优化钻机结构。

2、本发明所公开的钻杆后置自动加接钻进装置，具有以下优点：

(1)空间利用率高，充分利用动力头后部空间完成钻杆加接。

(2)适应能力强，可适应各种不同长度钻杆的加接以及各种不同巷道的钻进。

(3)安全性高，操作人员远离钻进工作界面，安全性高。

(4)效率高，采用加接钻杆与钻进钻杆同步前行，实现钻杆连续加接；可使用长钻杆进行生产，一人便可钻进与加接同步操作。

(5)钻机结构紧凑，可用相同推进行程，完成不同钻杆长度的加接。

(6)钻机性价比高，使用简单的自动送进机构组合，便可完成钻杆加接。

(7)技术延展性强，增加自动控制装置，便可实现钻机自动钻进功能。

(8)使用范围广，可的对常规钻机进行自动加接钻杆或半自动钻杆加接改造，提高劳动效率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明钻杆后置自动加接钻进装置的结构示意图；

图2为本发明钻杆后置自动加接钻进装置的纵向剖视图；

图3为本发明钻杆后置自动加接钻进装置的主视图；

图4为本发明钻杆后置自动加接钻进装置的横向剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

说明书附图中的附图标记包括：

水辫伸缩防转动机构1、水辫伸缩油缸Ⅰ1-1、水辫伸缩油缸Ⅱ1-2、水辫移动座1-3、水辫防转轴1-4、制动式水辫2、水辫主轴2-1、钳式刹车盘2-2、水辫体2-3、水辫支座2-4、动力头3、导向套3-1、减速器3-2、卡盘3-3、钻杆4、待加接钻杆4-1、工作钻杆4-2、夹持器5、浮动夹持器6、浮动弹簧6-1、夹持器卡瓦6-2、夹持器座6-3、钻杆送进装置7、卡爪7-1、推进机构7-2、支座7-3、机架8、拖板8-1、底架8-2、导轨8-3。

如图1～4所示的钻杆后置自动加接钻进装置，包括机架8、相对机架8滑动的倒装式动力头3、固定在动力头3上的浮动夹持器6、连接在浮动夹持器6上的钻杆4、安装在钻杆4下方的钻杆送进装置7、连接在钻杆4后端的制动式水辫2和安装在机架8上的水辫伸缩防转动机构1，水辫伸缩防转动机构1能够实现制动式水辫2在机架8上的前后移动，不发生相对转动功能，提高水辫的稳定性，浮动夹持器6安装在动力头3前端，动力头3后端安装有夹持钻杆的夹持器5。

钻杆4包括固定夹持在夹持器5内的工作钻杆4-2和夹持在浮动夹持器6上的待加接钻杆4-1，位于动力头3一侧的待加接钻杆4-1在钻进中，同浮动夹持器6连接在一起，随同动力头3一起向前移动，工作钻杆4-2实现钻杆4的钻进作用。

倒装式动力头3依次包括提供动力头转动的减速器3-2、连接在减速器3-2前端且用来导向工作钻杆4-2的导向套3-1和用来夹持工作钻杆4-2以实现工作钻杆4-2装拆、制动式水辫2装拆以及实现扭矩传递的卡盘3-3，减速器3-2能将液压能转换成动力头3主轴的旋转动能。导向套3-1能够实现工作钻杆4-2送进的导向，同时避免钻进中挠度过大，动力头3的卡盘3-3朝向水辫方向，卡盘3-3同夹持器5配合来夹持工作钻杆4-2进而实现工作钻杆4-2以及水辫的加接与拆卸。

浮动夹持器6包括与动力头3连接的夹持器座6-3、安装在夹持器座6-3上且用来夹持待加接钻杆4-1的夹持器卡瓦6-2和固定安装在夹持器卡瓦6-2底部的浮动弹簧6-1，其中夹持器座6-3同动力头3相连，实现浮动夹持器6同动力头3的一起移动，夹持器卡瓦6-2用来夹持待加接钻杆4-1，浮动弹簧6-1用来确保夹持器5中心同钻杆4中心平行，整个浮动夹持器6固定在动力头3上，同钻杆4推进装置一道，实现待加接钻杆4-1的送进，并随同动力头3一起移动，将钻杆4送至钻杆加接位置的侧方。

钻杆送进装置7包括用来夹持待加接钻杆4-1的卡爪7-1、安装在机架8上的支座7-3和安装在支座上且用来推动卡爪7-1移动的推进机构7-2，整个钻杆送进装置7完成待加接钻杆的侧向送进。

制动式水辫2包括水辫体2-3、将水辫体2-3固定在水辫伸缩防转动机构1上的水辫支座2-4、与钻杆4可拆卸连接且安装在水辫体2-3内的水辫主轴2-1和安装在水辫主轴2-1外侧的钳式刹车盘2-2，其中刹车钳同水辫体2-3相连，刹车盘同水辫主轴2-1相连，通过液压油实现对刹车盘的抱紧，从而可选择性地阻止水辫主轴2-1的相对转动。水辫主轴2-1上套设有密封装置，密封装置为密封圈，水辫主轴上套装盘式制动器。其中水辫主轴2-1在动力头3旋转的情况下，向钻杆4供给高压清洗水，且水辫主轴2-1能够相对水辫体2-3密封转动，实现外界高压水向水辫主轴2-1的供给，水辫支座2-4实现水辫体2-3与水辫伸缩防转动机构1的刚性连接。

水辫伸缩防转动机构1包括连接在水辫支座2-4上的水辫伸缩油缸Ⅰ1-1、连接在机架8上的水辫伸缩油缸Ⅱ1-2和用来连接水辫伸缩油缸Ⅰ1-1和水辫防转轴1-4的水辫移动座1-3，水辫体2-3同动力头3之间连接有水辫防转轴1-4，其中水辫伸缩油缸Ⅰ1-1和水辫伸缩油缸Ⅱ1-2通过水辫移动座1-3连接在一起，水辫伸缩油缸Ⅰ1-1和水辫伸缩油缸Ⅱ1-2行程综合为最长钻杆4加接长度，两支油缸也可合成一支油缸，实现油缸行程的合成。

机架8完成装置各部分功能的连接与支撑，并完成动力头3的推进作用。机架8包括长方形的底架8-2、固定安装在底架8-2上的导轨8-3和滑动安装在导轨8-3上的拖板8-1，动力头3下端固定在拖板8-1上，随拖板8-1一起移动，导轨8-3完成拖板8-1的导向功能，底架8-2与导轨8-3通过钢板进行固定。

实施例1

对于钻杆长度多倍于推进行程的钻杆后置自动加接钻进装置，只能采用卡盘传递扭矩和推进力，其使用方法包括：

A、钻进：倒装式动力头夹持工作钻杆旋转，拖板在液压推力的作用下向前推进，完成钻进功能。

B、水辫拆卸：在拖板推进到预定位置后，拖板停止移动，动力头继续正转，启动水辫刹车，水辫从工作钻杆旋出。

C、钻杆加接：(夹持器夹持工作钻杆，防止工作钻杆后移)

a、水辫后移：水辫伸缩油缸Ⅰ回退，退回到极限位置，水辫伸缩油缸Ⅱ伸出到指定位置，水辫主轴同工作钻杆距离满足待加接钻杆长度；

b、钻杆推进：卡爪夹持住待加接钻杆，推进机构向前推进，待加接钻杆到达动力头中心位置；

c、水辫加接：动力头向后移动，卡盘夹持待加接钻杆，水辫刹车处于工作状态，动力头主轴反转，伸缩机构同动力头做相向移动，水辫加接完成；

d、钻杆加接：水辫刹车松开，待加接钻杆同水辫主轴连成一体，动力头卡盘继续夹持待加接钻杆，主轴正转并在拖板作用下向前移动，待加接钻杆同工作钻杆连接。

D、钻进循环：长于推进行程部分钻杆的钻进，钻机钻进完成一个推进行程后，夹持器夹紧工作钻杆，卡盘打开，动力头向后移动，卡盘夹持待加接钻杆，松开夹持器，待加接钻机进行第二推进行程钻进工作，水辫伸缩油缸Ⅱ浮动伸缩。

E、待加接钻杆送进：当钻机需完成最后一个推进行程时，水辫伸缩油缸Ⅱ行程使用完毕，无法继续回缩卡盘距离水辫主轴端部20-50mm处，浮动夹持器打开，夹持住从钻机尾端送来的待加接钻杆，动力头完成最后一个推进行程钻进工作，待加接钻杆随动力头一起移动，直至钻进行程完毕，此时待加接钻杆在浮动夹持器和钻杆送进装置的作用下，同动力头主轴平行。当倾斜钻进时，利用浮动夹持器卡瓦的开度，实现夹角钻杆间的夹持，利用推进中的位置的变化，最终达到待加接钻杆同主轴中心的平行。

F、钻杆的拆卸

a、水辫拆卸：在拖板推进到预定位置后，拖板停止移动，动力头继续正转，启动水辫刹车，水辫从工作钻杆旋出，水辫在伸缩油缸的作用下，移动至最末端位置，为拆卸工作钻杆预留空间；

b、钻杆拆卸：动力卡盘夹持工作钻杆，往复后移，将拆卸钻杆移动至距离水辫主轴端部20-50mm处，动力头移动至指定位置，主轴反转，相邻钻杆分离，钻杆送进机构工作，夹持钻杆，动力头继续前移，拆卸钻杆接头离开卡盘；

c、钻杆退出：利用钻杆送进装置夹持钻杆，将钻杆移出动力头中心；

d、重复步骤F中的b和c，实现钻杆的拆卸，最终全部拆除钻杆。

实施例2

对于钻杆长度等倍于推进行程的钻杆后置自动加接钻进装置，使用卡盘夹紧钻杆进行扭矩和推进力的传递，使用制动式水辫时其使用方法见实施例1，使用非制动式水辫时，其使用方法包括：

A、钻进：倒装式动力头夹持钻杆旋转，拖板在液压推力的作用下向前推进，完成钻进功能。

B、水辫拆卸：在拖板推进到预定位置后，夹持器夹持工作钻杆，动力头后移一定距离，夹持水辫主轴，动力头反转，水辫主轴脱离工作钻杆，松开卡盘。

C、钻杆加接：(夹持器夹持工作钻杆，防止钻杆后移，动力头卡盘保持打开位置)

a、水辫后移：水辫后移至指定位置，满足待加接钻杆长度；

b、钻杆放置：动力头向前移动，工作钻杆尾端露出卡盘，工作钻杆放置到卡盘中心，动力头后移，并夹持工作钻杆；

c、钻杆连接：正转动力头，并向前推移，实现工作钻杆和待加接钻杆连接；

d、水辫连接：动力头向后移动，卡盘夹持水辫，动力头正转，连接水辫主轴与待加接钻杆，完成水辫连接。

D、钻进循环：动力头卡盘打开，并向后移动至指定位置，夹持工作钻杆，夹持器松开，动力头正转，拖板推进，完成钻进循环工作，水辫伸缩油缸浮动移动；钻机钻进完成一个推进行程后，重复步骤A进行操作。

E、待加接钻杆送进：当水辫移到最后位置时，浮动夹持器打开，夹持住从钻机尾端送来的待加接钻杆，动力头钻进工作，待加接钻杆随动力头一起移动，直至钻进行程完毕，此时待加接钻杆在浮动夹持器和钻杆送进装置的作用下，同动力头主轴平行。当倾斜钻进时，利用浮动夹持器卡瓦的开度，实现夹角钻杆间的夹持，利用推进中的位置的变化，最终达到钻杆同主轴中心的平行。

F、钻杆的拆卸

a、水辫拆卸：在拖板推进到预定位置后，夹持器夹持钻杆，动力头后移一定距离，夹持水辫主轴，动力头反转，水辫主轴脱离钻杆，松开卡盘。

b、钻杆拆卸：动力头夹持钻杆，将相邻钻杆接头移动到水辫拆卸位置处，动力头前移到水辫拆卸位置处，动力头反转，拆卸钻杆；

c、钻杆退出：利用推进机构夹持钻杆，将钻杆移出动力头中心；

d、重复步骤F中的b和c，实现钻杆的拆卸，最终全部拆除钻杆。

本发明所公开的钻杆后置自动加接钻进装置中，钻机动力头方向为动力头与水辫相向装配，水辫同夹持器位于动力头两端，并固定于钻机机架，水辫同机架可做轴向相对移动，不相对转动，利用水辫主轴与动力头旋转，实现水辫、钻杆加接，卡盘夹持钻杆，卡盘端盖同水辫做非圆装配，实现扭矩与推进分离传递，卡盘同水辫做非圆配合传递扭矩，扭矩不受卡盘结构限制，可实现对各种不同硬度的岩石钻进。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种钻杆后置自动加接钻进装置，其特征在于，包括机架、相对机架滑动的倒装式动力头、固定在动力头上的浮动夹持器、夹持在浮动夹持器上的待加接钻杆、安装在待加接钻杆下方的钻杆送进装置、连接在待加接钻杆后端的制动式水辫和安装在机架上的水辫伸缩防转动机构，浮动夹持器安装在动力头前端，动力头后端安装有夹持工作钻杆的夹持器；

所述动力头依次包括提供动力头转动的减速器、连接在减速器前端且用来导向工作钻杆的导向套和用来夹持工作钻杆以实现工作钻杆装拆、制动式水辫装拆以及实现扭矩传递的卡盘，减速器能将液压能转换成动力头主轴的旋转动能；

所述浮动夹持器包括与动力头连接的夹持器座、安装在夹持器座上且用来夹持待加接钻杆的夹持器卡瓦和固定安装在夹持器卡瓦底部的浮动弹簧；

所述钻杆送进装置包括用来夹持待加接钻杆的卡爪、安装在机架上的支座和安装在支座上且用来推动卡爪移动的推进机构，整个钻杆送进装置完成待加接钻杆的侧向送进；

所述制动式水辫包括水辫体、将水辫体固定在水辫伸缩防转动机构上的水辫支座、与钻杆可拆卸连接且安装在水辫体内的水辫主轴和安装在水辫主轴外侧的钳式刹车盘，水辫主轴能够相对水辫体密封转动，实现外界高压水向水辫主轴的供给以及在刹车系统作用下实现水辫主轴静止不动；

所述水辫伸缩防转动机构包括连接在水辫支座上的水辫伸缩油缸Ⅰ、连接在机架上的水辫伸缩油缸Ⅱ和用来连接水辫伸缩油缸Ⅰ和水辫伸缩油缸Ⅱ的水辫移动座。

2.如权利要求1所述的钻杆后置自动加接钻进装置，其特征在于，所述水辫体同动力头之间连接有水辫防转轴，实现水辫体同动力头之间的相对移动而不发生相对转动。

3.如权利要求2所述的钻杆后置自动加接钻进装置，其特征在于，所述机架包括长方形的底架、固定安装在底架上的导轨和滑动安装在导轨上的拖板，所述动力头下端固定在拖板上。

4.如权利要求3所述的钻杆后置自动加接钻进装置，其特征在于，所述水辫主轴上套设有密封装置，所述密封装置为密封圈，所述水辫主轴上套装盘式制动器。

5.如权利要求4所述的钻杆后置自动加接钻进装置，其特征在于，所述底架与导轨通过钢板进行固定。

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