装卸钻杆的装置和方法与流程

1.本发明属于钻孔设备技术领域，具体涉及一种装卸钻杆的装置和方法。


背景技术：

2.在现代矿井中经常需要钻进不同功能的钻孔，例如抽放瓦斯、排水、取岩芯等，为工作面安全回采提供服务。
3.目前，井下钻进作业通常采用全液压动力钻机,其具有转速范围宽、扭矩大以及便于搬迁等优点。例如，zdy3200s钻机。
4.通常，在井下钻进作业中，为运输方便、安装便捷，其钻杆的长度均为1m，钻杆与钻杆之间的连接通过螺纹连接。在钻进作业时，需要人工将钻杆一根根接上。钻进结束后，还需人工将钻杆一根根拆卸下来。装、卸钻杆的过程是整个钻进过程中最耗费时间的一个环节之一，并且连续的作业会造成人员的疲劳，影响钻孔效率。因此研发一种装卸钻杆的装置和方法是非常有必要的，该装置和方法尤其适用于zdy3200s钻机。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种装卸钻杆的装置和方法。该装卸钻杆的装置能实现机械化装卸钻杆，从而提高钻杆的装卸效率，降低工人的劳动强度。
6.根据本发明的一方面，提供了一种装卸钻杆的装置，包括：
7.连接板，所述连接板用于连接钻机的尾部平台，
8.设置在所述连接板的纵向的第一端的纵向延伸的料板，
9.设置在所述连接板上的旋转卡盘组件，所述旋转卡盘组件包括：
10.与所述连接板固定的卡盘支架，
11.设置在所述卡盘支架并与所述卡盘支架旋转式连接的旋转盘，
12.与所述旋转盘固定连接的筒状的固定卡盘，所述固定卡盘的内腔用于与所述料板连通，
13.与所述固定卡盘可移动式设置的卡爪，所述卡爪用于调整所述固定卡盘的内腔的大小。
14.在一个实施例中，在所述料板的横向的第一侧设置钻杆容纳箱，所述钻杆容纳箱的第二侧设置有朝向所述料板的钻杆进出口。
15.在一个实施例中，在所述料板的第一侧设置有斜面状的支撑板，所述钻杆容纳箱的第二侧与所述料板铰接，并在所述支撑板与所述钻杆容纳箱之间设置用于调整所述钻杆进出口相对于所述料板的位置的升降钻杆容纳箱液压缸。
16.在一个实施例中，在所述钻杆进出口处设置与所述钻杆容纳箱铰接的弧状挡板，所述弧状挡板用于相对于所述钻杆进出口旋转。
17.在一个实施例中，在所述料板的第一端设置纵向上延伸的开口，并在所述开口处
设置推板，所述推板用于在推进钻杆液压缸促动下沿着所述开口移动。
18.在一个实施例中，在所述料板的第二端设置钻杆驱动装置，所述钻杆驱动装置具有水平放置的第一滚轮和两个竖直放置地第二滚轮，所述第一滚轮用于绕着横向延伸的轴向转动，两个所述第二滚轮在横向上相对式设置为位于所述第一滚轮的第二端，所述第二滚轮用于绕着竖向延伸的轴向转动。
19.在一个实施例中，所述第二滚轮在横向上的距离可调。
20.在一个实施例中，所述料板的上表面设置横向截面为弧形的纵向延伸的内凹槽，所述内凹槽的第二侧相对于第一侧高。
21.在一个实施例中，在所述内凹槽的槽底板上设置贯穿孔，在所述贯穿孔处设置用于相对于贯穿孔竖向移动的滑块，所述滑块的上端面为第一侧相对于第二侧低的倾斜面，并且所述滑块通过设置在所述料板的下表面的升降滑块液压缸驱动。
22.根据本发明的另一方面，提供一种利用上述装置进行钻杆装卸的方法，包括：
23.在进行安装钻杆时，待安装的钻杆从钻杆容纳箱内出来并落到所述料板上，通过促动推板将钻杆送入到第一滚轮处，依次在第一滚轮和第二滚轮的作用下，钻杆插入到所述固定卡盘的内腔中，在所述卡爪的加紧作用下，所述旋转盘带动固定卡盘旋转，从而将待安装的钻杆连接到上一根钻杆上，
24.在进行钻杆拆卸时，待拆卸的钻杆插入到所述固定卡盘的内腔中，在所述卡爪的加紧作用下，所述旋转盘带动固定卡盘旋转，从而将待拆卸的钻杆由上一根钻杆上拆卸下来，在第二滚轮和第一滚轮的作用下，被拆卸下来的钻杆被输送到所述料板上，在滑块顶伸作用下，被拆卸下来的钻杆横向滚动并回到钻杆容纳箱内。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：该装卸钻杆的装置结构紧凑，能实现机械化装卸钻杆，从而提高钻杆的装卸效率，降低工人的劳动强度。
附图说明
26.下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
27.图1显示了根据本发明的一个实施例的装卸钻杆的装置的立体图以及与钻机连接的示意图；
28.图2显示了根据本发明的一个实施例的旋转卡盘组件和料板等结构图；
29.图3显示了根据本发明的一个实施例的旋转卡盘组件和料板等结构图；
30.图4显示了根据本发明的一个实施例的钻杆容纳箱；
31.图5显示了根据本发明的一个实施例的第一滚轮和第二滚轮等结构。
32.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绘制。
具体实施方式
33.为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
34.本发明的实施例提出了一种装卸钻杆的装置。如图1所示，装卸钻杆的装置包括连
接板1、料板2和旋转卡盘组件。其中，连接板1为板状，用于连接钻机的尾部平台6。料板2设置在连接板1的第一端，自身为纵向延伸板件，用于存放钻杆10。旋转卡盘组件设置在连接板1上。再看图2，旋转卡盘组件包括与连接板1固定的卡盘支架7、旋转盘18、固定卡盘17和卡爪19。卡盘支架7与连接板1固定连接，主要起到支撑作用。旋转盘18设置在卡盘支架7上，并能相对于卡盘支架7旋转。同时，旋转盘18的轴线纵向延伸。固定卡盘17与旋转盘18固定连接，用于在旋转盘18带动下进行旋转运动。该固定卡盘17自身为筒状以用于钻杆10穿过其内腔。卡爪19设置在固定卡盘17上，并能沿着固定卡盘17的径向移动，用于调整固定卡盘17的内腔的大小，从而加紧或者放开钻杆。例如，卡爪19为多个，例如三个，并在周向上均匀分布。
35.在工作过程中，连接板1搭接在尾部平台6上。同时，在连接板1上设置有螺纹孔5，以用于将连接板1固定在尾巴平台6上。可以理解地，连接板1和料板2的上平面不在同一平面上，用于方便料板2与固定卡盘17的内腔的供卸钻杆。例如，连接板1和料板2通过竖向板4连接。
36.在料板2的横向的第一侧设置钻杆容纳箱16。例如，钻杆容纳箱16自身为方形的箱式结构，用于收纳存储钻杆，并为钻机提供钻杆或者回收来自钻机的钻杆。如图4所示，钻杆容纳箱16的第二侧设置有朝向料板2的钻杆进出口23，用于向料板2供给钻杆或者接收来自料板2的钻杆。同时，还可以在钻杆容纳箱16的壁上设置钻杆取放口24，用于钻杆的取放操作。
37.如图2和3所示，在料板2的第一侧设置有斜面状的支撑板14。钻杆容纳箱16的第二侧与料板2铰接，用于使得钻杆容纳箱16能相对于料板2相对运动，从而调整钻杆进出口23相对于料板2的朝向位置。在支撑板14与钻杆容纳箱16之间设置升降钻杆容纳箱液压缸28。该升降钻杆容纳箱液压缸28可以穿过设置在支撑板14上的上下贯穿孔15进行设置，用于促动钻杆容纳箱16相对于支撑板14升高或者降低，从而调整钻杆容纳箱16相对于支撑板14的角度，进而调整钻杆进出口23相对于料板2的朝向，进一步实现钻杆容纳箱16中的钻杆在不同角度情况下受重力影响进出钻杆容纳箱16。
38.更加具体地，在升降钻杆容纳箱液压缸28的靠近钻杆容纳箱16的那侧设置容纳箱支座31，用于方便地固定钻杆容纳箱16。在钻杆容纳箱16的下端面上设置有滑槽25。连接过程中，该容纳箱支座31的下端可以铰接到升降钻杆容纳箱液压缸28上。同时，该容纳箱支座31的上端为平板状，并与滑槽25相对滑动式卡接。通过设置容纳箱支座31，可以方便地将钻杆容纳箱16连接到升降钻杆容纳箱液压缸28上。同时，由于容纳箱支座31与滑槽25可以滑动式连接，可以方便地调整钻杆容纳箱16与容纳箱支座31之间的位置，并方便连接。
39.如图4所示，在钻杆进出口23处设置弧状挡板36。该弧状挡板36与钻杆容纳箱16铰接。同时，在钻杆容纳箱16上设置液压泵37。该液压泵37与弧状挡板36连接，用于驱动弧状挡板36在钻杆进出口23处进行旋转。通过弧状挡板36运动，扫动钻杆运动，从而使得钻杆进入或者放出钻杆容纳箱16。例如，通过液压泵37驱动弧状挡板36正转和反转，进而控制驱动钻杆进入或者钻杆放出。
40.在料板2的第二端设置钻杆驱动装置8。具体地，如图5所示，钻杆驱动装置8包括水平放置的第一滚轮20和两个竖直放置地第二滚轮。第一滚轮20用于绕着横向延伸的轴向转动。在第一滚轮20的第二端设置竖直放置的两个第二滚轮22。第二滚轮22在横向上相对式
设置，第二滚轮22用于绕着竖向延伸的轴向转动。通过第一滚轮20和第二滚轮22可以控制钻杆进入于固定卡盘17。例如，料板2上的钻杆，通过第一滚轮20的滚动将钻杆带到第二滚轮22之间，接着第二滚轮22加紧钻杆，并通过第二滚轮22的滚动以将钻杆传递到固定卡盘17。可以理解的，在从固定卡盘17到料板2的方向上，第一滚轮20和第二滚轮22的转动方向相反，使得钻杆先通过第二滚轮22，并在第二滚轮22的带动下传递到第一滚轮20上，并通过第一滚轮20的转动将钻杆传递到料板2上。
41.优选地，两个第二滚轮22在横向上的距离可调，用于适应不同直径的钻杆。而驱动装置21用于驱动第一滚轮20和第二滚轮22运动，其中，驱动装置21可以为电机。例如，驱动装置可以封装在方形的盒子内，用于方便对接。
42.料板2的上表面设置有内凹槽9。该内凹槽9的横向截面为弧面，并且内凹槽9沿着纵向延伸，以用于与钻杆配合，放置钻杆滚轮料板2。优选地，内凹9槽的第二侧相对于第一侧高，这种设置可以防止在从钻杆容纳箱16出来后滚落，进一步保证钻杆在料板2上的稳定性。
43.在料板2的第一端设置纵向上延伸的开口11。在开口11处设置推板34。推板34与推进钻杆液压缸30连接。在工作中，通过推进钻杆液压缸30可以带动推板34在开口11处运动，从而推动处于内凹槽9内的钻杆向第二端移动。
44.优选地，在内凹槽9的槽底板上设置贯穿孔13。在贯穿孔13处设置用于相对于贯穿孔竖向移动的滑块33。在料板2的下表面上设置升降滑块液压缸29，用于促动滑块33进行竖向移动。优选地，滑块33的上端面为第一侧相对于第二侧低的倾斜面。进一步优选地，在内凹槽9的槽底板上设置至少两个贯穿孔13，且这两个贯穿孔13纵向间隔式分布。在各贯穿孔13处分别设置有滑块33。不同的滑块33通过连接梁32连接。由此，可以通过升降滑块液压缸29驱动多个滑块33一同运动。在回收钻杆过程中，待钻杆到料板2上后，启动升降滑块液压缸29，然后顶伸钻杆。由于滑块33的上表面为倾斜面，则使得钻杆向钻杆容纳箱16滚去，并通过钻杆进出口23进入到钻杆容纳箱16内。
45.装卸钻杆的装置还包括控制系统，用于获取钻机钻进状态的数据信息并控制此装置完成钻杆10的自动装卸。
46.下面根据图1到5详细叙述利用装卸钻杆的装置进行钻杆装卸的方法。
47.首先，将该装卸钻杆的装置设置在机架39上，并位于例如zdy3200s钻机的第一端。具体地，将装卸钻杆地装置的连接板1放置到钻机尾部平台6上，并通过螺丝固定。接通液压管路，将带有钻头的钻杆装入钻机，其他钻杆装入钻杆容纳箱16中。启动升降钻杆容纳箱液压缸28，升出液压支柱推动钻杆容纳箱16到合适的角度，使钻杆可以在重力的作用下从钻杆进出口23滚动出。通过控制部件获取钻机状态的数据信息，钻进前的准备工作就绪后，开始进行钻进作业。
48.通过控制液压泵37进而控制弧状挡板36，将钻杆从钻杆容纳箱16中转动出来。钻杆进入料板2的内凹槽9中。推进钻杆液压缸30缩回，带动推板34运动而推动位于料板2上的钻杆10，使钻杆10进入第一滚轮20处，第一滚轮20滚动将钻杆带入两竖直的第二滚轮22之间，第二滚轮22将钻杆夹紧并转动从而促动钻杆进入固定卡盘17的内腔内。
49.当钻杆进入旋转卡盘组件并与带有钻头的钻杆的尾部接触时，卡爪19相对于固定卡盘17径向向内运动将钻杆夹紧。启动旋转盘18，并带动固定卡盘17旋转，进而使得钻杆相
对于带有钻头的钻杆旋转，从而将两根钻杆螺纹拧紧。旋转盘18停止转动，卡爪19相对于固定卡盘17径向向外运动松开钻杆，钻机开始钻进工作，钻杆逐渐钻入岩层中。当钻杆的尾部离开旋转卡盘组件并距固定卡盘17一定距离时，钻机的回转器35停止转动，夹持器40夹紧钻杆，回转器35松开钻杆并沿给进装置38的滑道退回。此时，装卸钻杆的装置已经将下一根钻杆10准备就绪。以上述的同样的方法安装钻杆，继续开始钻进，直到达到设定钻孔深度。
50.钻进结束后，启动升降钻杆容纳箱液压缸28，收回液压支柱使得钻杆容纳箱16到达合适的角度，钻杆可以从钻杆进出口23滚入钻杆容纳箱16。钻机开始退出钻杆10，退出的第一根钻杆进入旋转卡盘组件7。
51.当钻杆之间接口处位于回转器35和固定卡盘17之间时，钻机的回转器35停止在当前位置，卡爪19加紧钻杆，旋转盘18反向旋转将连接的两个钻杆拧开。旋转盘18停止旋转，卡爪19松开钻杆，第二滚轮22和第一滚轮20反向转动带动钻杆进入料板2的内凹槽9处。
52.启动升降滑块液压缸29，两滑块33分别从贯穿孔13伸出，钻杆在重力作用下从滑块33的斜面滚向钻杆进出口23。控制液压泵37反向转动弧状挡板36，将钻杆装入钻杆容纳箱16，如此循环完成拆卸钻杆。
53.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
54.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。