起吊结构及钻机的制作方法

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种起吊结构及钻机。

背景技术：

车载/拖车式深井钻机是广泛应用于深水井、煤层气井、地热井、救援井等钻进作业的多功能车载式钻机，具有转场快、模块化程度高的特点。起重臂是车载/拖车式深井钻机中起吊钻机用各种钻具的重要组成部分，现场施工作业时，起吊各种钻具非常频繁，钻机车随车配备起重臂是必须的。所有的起吊工作一般均由随车配备的起重臂完成。起重臂的长度和形式直接影响钻机起吊的范围、稳定性及使用的安全及方便性，运输是否超高和美观问题。

图1为目前钻机上的起重臂结构示意图，起重臂100的臂支座400焊接在钻塔300上，其他结构采用螺栓连接安装到臂支座400上，通过回转支承的运动，实现起重臂100回转，其伸缩动作由液压油缸实现。

在需要起吊作业时，起重臂100处于水平状态，伸缩油缸带动起重臂100伸缩。需要运输时，将起重臂100转至竖直状态。起重臂100的起吊能力与起重臂100的高度成正比。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：为避免运输时起重臂超高，起重臂的伸缩行程是有限制的，且运输时起重臂需摆到指定位置，容易被操作手忽略。但是伸缩量又导致起重臂的起吊范围有限，较远处的钻具无法起吊。起重臂在工作过程中，由于操作疏忽，可能造成过起吊，或摆动过程中与动力头或钻具碰撞，引发安全事故，现有方案无任何保护措施。现有的钻机上的起重臂放置不当，存在易超高及起重臂长度不够用等问题。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的是提出一种起吊结构及钻机，用以优化现有钻机起重臂的结构，提高钻机起吊能力。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种起吊结构，包括起吊部、回转臂和可伸缩的伸缩臂，所述伸缩臂与所述回转臂可转动连接，所述起吊部的一端与所述回转臂连接，所述起吊部的另一端绕过所述伸缩臂的一端；其中，所述伸缩臂能在折叠位置和工作位置之间切换，所述折叠位置是所述伸缩臂与所述回转臂贴合的位置，所述工作位置是所述伸缩臂处于起吊作业时的位置。

在可选的实施例中，起吊结构还包括限位装置，所述伸缩臂、所述限位装置和所述回转臂形成三角结构，所述限位装置能将所述伸缩臂限定在设定的俯仰角且能折叠所述伸缩臂，所述俯仰角是所述伸缩臂与所述回转臂之间的夹角。

在可选的实施例中，所述伸缩臂的一端与所述回转臂可转动连接，所述伸缩臂的另一端与所述限位装置的一端可转动连接，所述限位装置的另一端与所述回转臂可转动连接；所述伸缩臂的另一端的位置低于所述限位装置的另一端的位置。

在可选的实施例中，所述限位装置包括折叠油缸。

在可选的实施例中，所述折叠油缸为双级油缸或两个串联的单级油缸。

在可选的实施例中，起吊结构还包括回转角度检测装置，所述回转角度检测装置用于检测所述回转臂相对于钻塔的回转角度并在所述回转臂回转至动力头的运动路径上时，向控制器发出控制信号以停止所述动力头的动作直至所述回转臂摆出所述动力头的运动路径。

在可选的实施例中，起吊结构还包括伸缩臂俯仰角检测装置，所述伸缩臂俯仰角检测装置用于检测所述伸缩臂的俯仰角。

在可选的实施例中，所述伸缩臂俯仰角检测装置包括角度接近开关。

在可选的实施例中，起吊结构还包括伸缩行程检测装置，所述伸缩行程检测装置用于检测所述伸缩臂的伸缩行程。

在可选的实施例中，起吊结构还包括重物位置检测装置，所述重物位置检测装置用于检测起吊物与所述伸缩臂的一端之间的距离。

在可选的实施例中，所述重物位置检测装置包括重锤和重锤位置检测部件，所述重锤设于所述起吊部，所述重锤位置检测部件设于所述伸缩臂的一端，所述重锤位置检测部件用于检测所述重锤的位置进而判断所述起吊物与所述伸缩臂的一端之间的距离。

在可选的实施例中，所述重物位置检测装置与控制器电连接，所述控制器用于在所述重物位置检测装置检测到的距离小于阈值时停止起吊。

在可选的实施例中，所述伸缩臂包括基本臂、一节臂和驱动油缸，所述基本臂与所述回转臂可转动连接，所述一节臂套设于所述基本臂，所述驱动油缸与所述一节臂驱动连接，以带动所述一节臂相对于所述基本臂伸出、回缩。

本发明另一实施例提供一种钻机，包括本发明任一技术方案提供的起吊结构。

在可选的实施例中，所述回转臂设于所述钻机的钻塔的顶部，所述回转臂与钻塔可回转连接，且所述回转臂的纵向与所述钻塔纵向一致。

在可选的实施例中，蜗轮蜗杆式回转支承与所述回转臂驱动连接，以驱动所述回转臂相对于所述钻塔回转；或者，回转减速机与所述回转臂驱动连接，以驱动所述回转臂相对于所述钻塔回转。

本发明另一实施例提供一种钻机，包括本发明任一技术方案提供的钻机。

在可选的实施例中，所述回转臂设于所述钻机的钻塔的顶部，所述回转臂用于与钻塔可回转连接，且所述回转臂与所述钻塔纵向一致。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案提供的起吊结构，包括起吊部、回转臂和伸缩臂，实际起吊时，只有伸缩臂与钻塔本体形成夹角，回转臂则起到连接和保持稳定性的作用；运输时，伸缩臂能折叠至与回转臂基本贴合的位置，这样可以使得整个起吊部分能与钻塔本体的纵向一致，即便增加伸缩臂的长度也不会出现超高问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中钻机上的起重臂结构示意图；

图2为本发明实施例提供的钻机处于工作状态的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的钻机起吊装置主视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的钻机起吊装置剖视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的钻机起吊装置折叠后处于运输状态的示意图；

图6为本发明实施例提供的钻机安全检测部分的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的钻机安全检测逻辑控制示意图。

附图标记：

1、起吊部；2、回转臂；3、伸缩臂；4、限位装置；5、回转角度检测装置；6、伸缩臂俯仰角检测装置；7、伸缩行程检测装置；8、重物位置检测装置；9、钻塔；10、回转减速机；11、钢丝绳；12、吊钩；13、滑轮；15、液压绞车；20、动力头；21、上支架，22、下支座，23、托架，25、第一滑块；26-第二滑块；31、基本臂；32、一节臂；33、驱动油缸；40、折叠油缸；41、第一油缸；42、第二油缸；81、重锤；82、重锤位置检测部件；200、控制器；100、起重臂；300、钻塔；400、臂支座。

具体实施方式

下面结合图2～图7对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

本发明实施例提供了一种起吊结构，应用于车载/拖车式钻机领域，尤其是深井钻机、煤层气钻机、页岩气钻机的钻具起吊装置。

参见图2，该起吊结构包括起吊部1、回转臂2和可伸缩的伸缩臂3，伸缩臂3与回转臂2可转动连接。其中，伸缩臂3能在折叠位置和工作位置之间切换，折叠位置是伸缩臂3与回转臂2贴合的位置，工作位置是伸缩臂3处于起吊作业时的位置。

参见图3，起吊部1包括钢丝绳11、吊钩12以及滑轮13。滑轮13固定在伸缩臂3的一端，钢丝绳11绕过滑轮13，一端与回转臂2固定，钢丝绳11另一端设置吊钩12以起吊物品。

上述技术方案提供的起吊结构包括回转臂2和伸缩臂3，回转臂2作为连接部件，本身可不具备伸缩功能。回转臂2用于与钻机的钻塔9回转连接，且能够带动伸缩臂3一同回转。伸缩臂3作为起吊部件，其长度直接影响起吊量。由于伸缩臂3能在折叠位置和工作位置之间切换，正常起吊时，伸缩臂3处于工作位置，伸缩臂3与回转臂2之间有夹角，该夹角也称为俯仰角。伸缩臂3的俯仰角是范围值，比如可以介于30度至90度之间。在伸缩臂3的伸缩量一定时，不同的俯仰角对应了不同起吊能力。需要运输时，将伸缩臂3转动至折叠状态，此状态下，伸缩臂3与回转臂2贴合，两者纵向基本一致，回转臂2与钻塔9的纵向一致，故伸缩臂3的纵向也与钻塔9的纵向一致，这样就能避免因两者纵向不一致导致的超高问题。采用该种形式的起重臂结构，可加长伸缩臂3的伸缩长度，从而增加起吊结构的起吊工作半径。

参见图2，在可选的实施例中，起吊结构还包括限位装置4，伸缩臂3、限位装置4和回转臂2形成三角结构，限位装置4能将伸缩臂3限定在设定的俯仰角且能折叠上述的伸缩臂3。俯仰角是指伸缩臂3与回转臂2之间的夹角。

限位装置4有多种实现方式，本实施例中以采用油缸为例，但不限于此。限位装置4主要用于与伸缩臂3、回转臂2形成三角结构，该三角结构中，伸缩臂3和限位装置4的长度都是可变的，回转臂2的长度不变。三角结构使得起吊结构受力更加稳定。当伸缩臂3和限位装置4的长度都一定时，伸缩臂3的俯仰角是一定的。当伸缩臂3和限位装置4任一一个的长度变化时，伸缩臂3的俯仰角会改变。

参见图2，在可选的实施例中，伸缩臂3的一端与回转臂2可转动连接，伸缩臂3的另一端与限位装置4的一端可转动连接，限位装置4的另一端与回转臂2可转动连接；伸缩臂3的另一端的位置低于限位装置4的另一端的位置。

参见图4，在可选的实施例中，限位装置4包括折叠油缸40。

参见图4，具体地，折叠油缸40为双级油缸或两个串联的单级油缸。本实施例中采用了两个油缸：第一油缸41、第二油缸42。两个油缸的截面积尺寸不同，这样使得油缸动作有先后顺序。当然，亦可采用两个相同截面积的油缸，或者直接采用双级油缸。在起吊量较小时，折叠油缸40亦可采用一个单级油缸。

为了保证回转臂2动作的安全性，参见图6和图7，在可选的实施例中，起吊结构还包括回转角度检测装置5，回转角度检测装置5用于检测回转臂2相对于钻塔9的回转角度并在回转臂2回转至动力头20的运动路径上时，向控制器200发出控制信号以停止动力头20的动作直至回转臂2摆出动力头20的运动路径。

参见图6和图2，为了保证回转臂2动作的安全性，起吊结构还包括伸缩臂俯仰角检测装置6，伸缩臂俯仰角检测装置6用于检测伸缩臂3的俯仰角。俯仰角与起吊能力相关，可以根据俯仰角确定起吊结构的起吊能力，以保证起吊作用的安全性。

可选地，伸缩臂俯仰角检测装置6包括角度接近开关。

在可选的实施例中，起吊结构还包括伸缩行程检测装置7，伸缩行程检测装置7用于检测伸缩臂3的伸缩行程。伸缩臂3的伸缩行程与起吊能力相关，可以根据伸缩行程确定起吊结构的起吊能力，以保证起吊作用的安全性。

在可选的实施例中，起吊结构还包括重物位置检测装置8，重物位置检测装置8用于检测起吊物与伸缩臂3的一端之间的距离。

参见图2，在可选的实施例中，重物位置检测装置8包括重锤81和重锤位置检测部件82，重锤81设于伸缩臂3的一端的吊绳上，重锤位置检测部件82设于伸缩臂3的一端，重锤位置检测部件82用于检测重锤81的位置进而判断起吊物与伸缩臂3的一端之间的距离。

在可选的实施例中，重物位置检测装置8与控制器200电连接，控制器200用于在重物位置检测装置8检测到的距离小于阈值时停止起吊，以防止过卷，保证起吊的安全性。

下面结合图2至图7介绍一个具体实施例。

参见图2和图3，该钻机用起吊结构由回转减速机10、起重臂主体、上支架21、下支架22、起重臂托架23、液压绞车15组成。起重臂主体包括回转臂2、伸缩臂3和限位装置4。回转臂2安装于外层钻塔9上的上支架21和下支架22之间。上支架21和下支架22均焊接在外层钻塔9上。

起重臂主体主要有回转臂2、伸缩臂3、驱动油缸33及折叠油缸40等组成。

回转臂2主要用于安装伸缩臂3，驱动油缸33伸缩，与伸缩臂3配合完成起重臂的伸缩。

回转臂2主要用于实现辅助起重臂的回转，回转臂2上部安装回转减速机10，通过回转减速机10上面的马达驱动回转臂2，从而实现回转臂2的回转。

参图2至图4，该起重臂的伸缩动作主要通过驱动油缸33的伸缩实现，驱动油缸33缸筒端与回转臂2的耳板连接，活塞杆端与伸缩臂3采用销轴连接。伸缩臂3装配到回转臂2矩形管内部，伸缩臂3和回转臂2之间为了减小摩擦，在回转臂2上、下两侧分别安装了第一滑块25，在其左右两侧安装了第二滑块26，保证起重臂伸缩时的平顺性以及受力均匀。驱动油缸33的缸筒端连接到回转臂2后部的耳板上，活塞杆端连接到伸缩臂3上的矩形管上，驱动油缸33设计安装在伸缩臂3的矩形管内部，在保证伸缩行程的情况下，减小了驱动油缸33的安装距离。起重臂的伸缩动作增加了起吊范围，实现远距离处钻具的起吊。

参图2至图4，该起重臂俯仰角度的调整动作主要通过折叠油缸40实现，该折叠油缸40与回转臂2、伸缩臂3整体构成三角结构，使得起吊结构受力更加稳定。该折叠油缸40由两种不同的油缸通过结构件的连接实现两级液压缸的作用。该折叠油缸40的缸筒端与回转臂2上的连接板连接，活塞杆端与回转臂2上端的耳板连接。该折叠油缸40动作时，由于两种第一油缸41和第二油缸42的截面积大小不同，使得油缸动作有先后顺序。如果是伸出动作，先由截面积较大的第二油缸42伸出调整起重臂的角度，完全伸出后，截面积小的第一油缸41开始伸出动作。如果是从运输状态到达工作状态，则油缸动作的先后顺序相反。运输时，第一油缸41、第二油缸42均完全伸出，使得起重臂与钻塔9方向一致，起重臂落到起重臂托架23上，避免因为起重臂结构过长导致整车超高。

该起重臂的回转动作主要由回转减速机10驱动回转臂2实现，回转臂2的上端与回转减速机10通过平键与起重臂主体的回转臂2连接，回转减速机10通过螺栓与上支架21进行固定连接；起重臂主体的下端通过轴承与下支架22装配连接。回转减速机10上的马达带动整个起重臂实现回转运动。

另外，基于安全考虑，在起重臂上设计了安全检测系统，保证起重臂作业安全。具体检测原理是：

(1)、起重臂旋转过程中回转臂2旋转角度被检测，把相应的检测信号反馈到控制器200，控制器200控制钻机的动力头20。当起重臂旋转到了动力头20的运动路径上时，检测到该旋转位置的角度，控制器200控制动力头20，保证动力头20停止运动，直到起重臂摆出动力头20的运动路径，控制器200控制动力头20可以运动。起重臂作业时在钻塔9顶端部位，观察不方便，基于安全操作考虑，在起重臂回转臂2上安装角度检测传感器，防止起重臂与动力头20碰撞。在回转臂2上安装位移传感器，检测起重臂的伸缩状态防止过载起吊。

(2)、伸缩臂3的俯仰角度检测。起重臂俯仰角度的不同，直接影响起重臂的起吊能力，因此进行起重臂俯仰角度检测是十分必要的。采用角度接近开关进行俯仰角度检测，把检测的角度信号反馈到控制器200，控制器200控制俯仰油缸的伸缩量。不同的俯仰角度，起重臂对应不同的起吊能力。

(3)、伸缩臂3的伸缩行程检测。起重臂不同的伸缩量也影响起重臂的起吊能力，因此必须检测起重臂的伸缩情况。在起重臂的回转臂2前端，安装限位开关，伸缩臂3上安装吊臂伸缩检测板，当伸缩臂3伸缩，吊臂伸缩检测板触发限位开关工作，从而检测出起重臂是否伸出，根据不同的伸出状态进而控制起重臂不同的起吊能力，防止由于超载起吊，导致可能的安全事故。

(4)、液压绞车上的防过卷检测。由于起吊结构安装在钻塔9的上端，施工操作时很容易疏忽起吊重物与起重臂之间的距离，可能导致起重臂起吊重物超过安全距离，起吊重物撞击起重臂，造成重物坠落或是钢丝绳11被拉断。因此安装防过卷距离检测，在伸缩臂3的前端安装一个重锤限位传感器，检测重物与伸缩臂3的安全距离，当重物接触到重锤限位传感器的下端重锤81时，把检测信号反馈到控制器200，控制器200控制液压绞车15的马达停止工作，避免由于疏忽，导致起吊重物与起重臂结构件发生碰撞，使得起重臂的操作更加安全，更加人性化。

上述技术方案提供的起吊结构，适用于车载/拖车式钻机，其是可折叠的，运输时起重臂与钻塔9方向一致，增大起重臂长度的同时有效降低运输高度；工作时三角支撑结构，结构稳定性好。

本发明另一实施例提供一种钻机，包括本发明任一技术方案提供的钻机。

在可选的实施例中，回转臂2设于钻机的钻塔9的顶部，回转臂2用于与钻塔9可回转连接，且回转臂2与钻塔9纵向一致。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。