一种地质钻探钻杆自动移摆装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种地质钻探钻杆自动移摆装置，包括桅杆、滑动平台、升降驱动机构、旋转机构和钻杆抓取机构；所述桅杆上设置有沿着桅杆轴向的导轨；所述滑动平台安装在导轨上且可沿所述导轨移动；所述升降驱动机构与所述滑动平台驱动连接；所述旋转机构一端安装在所述滑动平台上，所述钻杆抓取机构安装在所述旋转机构的另一端。本发明的有益效果是：通过滑动平台、升降驱动机构、旋转机构和钻杆抓取机构实现钻杆全方位旋转及沿桅杆上下移动，实现起下钻工序的自动化，节约人力资源；采用全电动的驱动方式，在野外作业中能源供应问题更易解决，可以适应较为恶劣的环境，且结构简单，便于维护。
【专利说明】
一种地质钻探钻杆自动移摆装置
技术领域
[0001]本发明属于地质钻探领域，尤其是涉及一种地质钻探钻杆自动移摆装置。
【背景技术】
[0002]深部勘探的主要方法是深部岩心钻探。深部钻探具有:技术难度大、劳动强度大、成本高、风险高、钻杆规格大和起、下钻次数多等特点。钻探过程中需要将大量钻杆由其摆放架运移到井口，作业结束后还需再将钻杆由井口运移回钻杆摆放架。传统的人工移摆钻杆操作方式有诸多弊端。首先，由于深部钻探钻杆最长可达9米，最重可达300千克，数量动辄可达二、三百根，完成如此沉重、数量之多的钻杆的运移工作，劳动强度非常大。另外，钻杆运移工作对工人的素质要求很高，既需要强健的体魄，又需要娴熟的技术，增加了用工成本，提高了钻探工作的成本。最后，工人和钻杆直接接触，稍不注意就可能酿成安全事故。据钻井协会提供的数据显示，30?52%的钻探事故是在起、下钻过程中发生的，严重影响钻探作业的周期，增加钻探的风险和成本。为了解决深部岩心钻探起、下钻效率低、劳动强度大和安全性差等技术难题，提升我国地质钻探装备的技术水平，亟需开发一种地质钻探钻杆自动移摆装置。
[0003]有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种地质钻探钻杆输送装置，实现自动抓取移摆，解放人力。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是:
一种地质钻探钻杆自动移摆装置，包括桅杆、滑动平台、升降驱动机构、旋转机构和钻杆抓取机构；
所述桅杆上设置有沿着桅杆轴向的导轨;所述滑动平台安装在导轨上且可沿所述导轨移动；
所述升降驱动机构与所述滑动平台驱动连接；
所述旋转机构一端安装在所述滑动平台上，所述钻杆抓取机构安装在所述旋转机构的另一端。
[0006]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，所述旋转机构的包括水平旋转机构和竖立旋转机构；
所述水平旋转机构的一端与所述滑动平台枢转连接，另一端与所述竖立旋转机构的一端相对固定，所述竖立旋转机构的另一端上安装钻杆抓取机构。
[0007]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，所述水平旋转机构包括减速电机、上静支撑耳、下静支撑耳和旋转轴;所述上静支撑耳和下静支撑耳固定安装在所述滑动平台上且上下对置;所述旋转轴穿过所述上静支撑耳和下静支撑耳;所述旋转轴能够在所述减速电机的驱动下相对于所述上静支撑耳和下静支撑耳绕旋转轴的轴线转动;所述旋转轴与所述竖立旋转机构固定连接。
[0008]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，所述竖立旋转机构包括动支撑耳、转动臂架体、转动轴和驱动电机；
所述动支撑耳固定安装在所述转动臂架体上且与所述水平旋转机构的旋转轴固定连接；
所述转动轴安装在所述转动臂架体上且能够绕转动轴轴线旋转且所述转动轴的轴线处于水平;所述驱动电机与所述转动轴驱动连接;所述钻杆抓取机构与所述转动轴相对固定。
[0009]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，所述竖立旋转机构还包括轴承座和蜗轮蜗杆减速器;所述驱动电机通过所述蜗轮蜗杆减速器与所述转动轴驱动连接;所述轴承座安装在所述转动臂架体上，所述转动轴安装在所述轴承座上。
[0010]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，所述升降驱动机构包括升降电机、驱动支撑架和沿桅杆轴向设置在所述桅杆上的直线导轨;所述滑动平台与所述驱动支撑架相对固定且能够沿所述直线导轨滑动；所述桅杆上设有齿条，驱动支撑架上设置有与所述齿条啮合的齿轮，所述升降电机与所述齿轮驱动连接。
[0011 ]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，所述滑动平台的两侧边缘设置有滑动平台压板，所述直线导轨卡在所述滑动平台与所述滑动平台压板形成的缝隙中。
[0012]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，所述桅杆为桁架结构，桅杆的截面呈“U”形。
[0013]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，所述动支撑耳和静支撑耳的截面均呈“T”形。
[0014]上述地质钻探钻杆自动移摆装置，钻杆抓取机构包括驱动电机、钻杆抓取机构支架和机械爪;所述机械爪设置在所述钻杆抓取机构支架上;所述钻杆抓取机构支架安装在所述旋转装置上。
[0015]采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、通过滑动平台、升降驱动机构、旋转机构和钻杆抓取机构实现钻杆全方位旋转及沿桅杆上下移动，实现起下钻工序的自动化，节约人力资源；
2、采用全电动的驱动方式，在野外作业中能源供应问题更易解决，可以适应较为恶劣的环境，且结构简单，便于维护；
3、完成一次起、下钻作业只需50s，提高取心钻井作业的效率，保障了工人的安全，降低了钻井成本；
4、各机构设计中均考虑自身的自锁性，在意外情况发生时，可以通过自身的机械自锁性保证装置安全可靠；
5、桅杆采用桁架结构和“U”形设计，极大的减少了桅杆的自重，增加了桅杆的稳定性和承载能力；
6、可以根据需求随时调整装置所移摆的最大钻杆长度和重量，采用模块化设计，方便野外的搬运和组装。
【附图说明】
[0016]图1是本发明地质钻探钻杆自动移摆装置的结构示意图。
[0017]图2为本发明桅杆的结构示意图。
[0018]图3为图2中AA方向的剖面图。
[0019]图4为本发明水平旋转机构的结构示意图。
[0020]图5为图4中AA方向的剖面图。
[0021 ]图6为本发明竖立旋转机构的结构示意图。
[0022]图7为图6中AA方向的剖面图。
[0023]上述附图中，1、桅杆;2、滑动平台；3、升降驱动机构;4、水平旋转机构;6、转动臂；
7、竖立旋转机构；8、钻杆抓取机构；101、直线导轨；102、驱动支撑架；104、滑动平台压板；105、升降电机；106、蜗轮蜗杆减速器；107、齿轮;501、减速电机;502、上静支撑耳;503、旋转轴;504、下静支撑耳;602、转动臂架体;603、驱动电机;604、蜗轮蜗杆减速器;605、轴承座；606、转动轴。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
[0025]参见图1至图7，本发明提供了一种地质钻探钻杆自动移摆装置，包括桅杆1、滑动平台2、升降驱动机构3、旋转机构和钻杆抓取机构8;所述桅杆I上设置有沿着桅杆I轴向的导轨;所述滑动平台2安装在导轨上且可沿所述导轨移动;所述升降驱动机构3与所述滑动平台2驱动连接;所述旋转机构一端安装在所述滑动平台2上，所述钻杆抓取机构8安装在所述旋转机构的另一端。所述桅杆I为桁架结构，桅杆I的截面呈“U”形，桁架结构及“U”形设计有利于增加桅杆I的刚性，在工作中不易变形，增加承重能力。通过桅杆I底座的地脚螺栓固定在地面基础上，外加支撑杆来确保系统在运行过程中的稳定性。
[0026]所述升降驱动机构3包括升降电机105、驱动支撑架102和沿桅杆I轴向设置在所述桅杆I上的直线导轨101;所述滑动平台2与所述驱动支撑架102相对固定且能够沿所述直线导轨101滑动;桅杆I上设有齿条，驱动支撑架102上设置有与所述齿条啮合的齿轮107，所述升降电机105与所述齿轮107驱动连接。驱动支撑架102的刚性接触面上均加装防磨板。齿条安装在桅杆I上，齿轮107通过蜗轮蜗杆减速器106与齿条啮合，在运动时齿条位置保持不变，升降电机105带动减速器转动进而带动齿轮107转动，将齿轮107的转动转化为沿桅杆I方向的直线运动，由于齿轮107安装在减速器轴上，减速器安装在与滑动平台2—体的驱动支撑架102上，则滑动平台2随齿轮107的上下移动而上下进给。齿条安装在齿条安装架上，如有磨损可以更换。为了减小滑动平台2和直线导轨101之间的摩擦，在二者接触面上衬有聚四氟乙烯板。滑动平台2的两侧边缘设置有滑动平台压板104，滑动平台2与滑动平台压板104之间为螺钉连接;所述直线导轨101卡在所述滑动平台2与所述滑动平台压板104形成的缝隙中。升降电机105经蜗轮蜗杆减速器106减速后驱动齿轮107旋转实现升降。利用所述蜗轮蜗杆减速器106的自锁性和所述升降电机105的断电刹车功能，保证及时断电，所述滑动平台2安全的停靠在桅杆I上，保证作业安全。
[0027]所述旋转机构的包括水平旋转机构4和竖立旋转机构7；所述水平旋转机构4的一端与所述滑动平台2枢转连接，另一端与所述竖立旋转机构7的一端相对固定，所述竖立旋转机构7的另一端上安装钻杆抓取机构8。
[0028]水平旋转机构4包括减速电机501、上静支撑耳502、下静支撑耳504和旋转轴503;所述上静支撑耳502和下静支撑耳504通过螺钉固定安装在所述滑动平台2上且上下对置；减速电机501安装于上静支撑耳502上，旋转轴503通过上静支撑耳502中的深沟球轴承和下静支撑耳504的推理球轴承穿过所述上静支撑耳502和下静支撑耳504上;所述旋转轴503能够在所述减速电机501的驱动下相对于所述上静支撑耳502和下静支撑耳504绕旋转轴503的轴线转动;所述旋转轴503与所述竖立旋转机构7固定连接。减速电机501的输出轴直插入旋转轴503中，通过键来传递扭矩和运动，所述旋转轴503通过键驱动转动臂6上安装的动支撑耳旋转，进而带动转动臂6在空间内转动，能够将钻杆自钻杆排放架移动到井口。直插的安装形式使结构简化，支撑耳平行交错安装可使结构承受更大的弯矩和载荷，减少机构形变。
[0029]竖立旋转机构7包括动支撑耳、转动臂架体602、转动轴606和驱动电机603;转动臂架体602由钢板焊接而成，内部预留出一定空间用来安装其他部件，动支撑耳安装在转动臂6的一侧，另一侧用来安装所述钻杆抓取机构8，为方便内部零件拆卸，转动臂架体602的侧面设置有盖板。驱动电机603经蜗轮蜗杆减速器604减速后驱动转动轴606，转动轴606末端装有法兰，钻杆抓取机构8安装在该法兰上，当转动轴606转动时，法兰与钻杆抓取机构8同时进行转动，使钻杆在空间中由水平转动为竖立。板式结构能够减少加工误差，三角形的整体架构增加机构的强度和稳定性，内部预留安装空间减小了装置整体的体积。所述动支撑耳固定安装在所述转动臂架体602上且与所述水平旋转机构4的旋转轴503固定连接;所述转动轴606安装在所述转动臂架体602上且能够绕转动轴606轴线旋转且所述转动轴606的轴线处于水平;所述驱动电机603与所述转动轴606驱动连接;所述钻杆抓取机构8与所述转动轴606相对固定。竖立旋转机构7还包括轴承座605和蜗轮蜗杆减速器604;所述驱动电机603通过所述蜗轮蜗杆减速器604与所述转动轴606驱动连接;所述轴承座605安装在所述转动臂架体602上，所述转动轴606安装在所述轴承座605上。所述蜗轮蜗杆减速器604具有自锁性，在转动完成后可以保证钻杆的稳定。
[0030]钻杆抓取机构8包括驱动电机、钻杆抓取机构支架和机械爪;所述机械爪设置在所述钻杆抓取机构支架上;所述钻杆抓取机构支架安装在所述旋转装置上。
[0031]上述实施例中，所述动支撑耳和静支撑耳的截面均呈“T”形。在支撑耳的不干涉面加装肋板形成T形结构，有利于保证所述支撑耳的强度，在工作中不易变形，增加运动的精确性，减小工作中摩擦。
[0032]通过上述各个部件配合，本发明的地质钻探钻杆自动移摆装置能够使所抓取的钻杆自钻杆摆放架进行竖立、升降和旋转到井口等几个运动，完成自动移摆钻杆的任务。
[0033]在上述实施例中，本地质钻探钻杆自动移摆装置可以移摆的钻杆长度长达9m，可通过钻杆抓取位置的变化和所述桅杆I的增高来改变适于抓取持钻杆的长度。可以移摆的负载重量高达300Kg，可以通过加装平衡锤的形式来增加最大负载能力。
[0034]本实施例的有益效果如下:第一、采用全电动的驱动方式，在野外作业中能源供应问题更易解决，可以适应较为恶劣的环境，且结构简单，便于维护;第二，明移摆钻杆完成一次起、下钻作业只需50s，提高取心钻井作业的效率，保障了工人的安全，降低了钻井成本；第三，在各机构设计中均考虑自身的自锁性，在意外情况发生时，可以通过自身的机械自锁性保证装置安全可靠;第四，桅杆I采用桁架结构和“U”形设计，极大的减少了桅杆I的自重，增加了桅杆I的稳定性和承载能力；第五，预先考虑到不同的应用情况，可以根据需求随时调整装置所移摆的最大钻杆长度和重量，采用模块化设计，方便野外的搬运和组装。
[0035]升降驱动机构3的主要功能是完成水平放置在排放架上的钻杆到动力头所在位置的往复升降；水平旋转机构4，主要功能是实现钻杆由排放架位置到井口位置的往复移摆；竖立旋转机构7，主要功能是完成钻杆由水平状态到竖直状态的往复转动。通过上述三个机构，完成钻杆移摆工作需要的抓取、移摆、旋转和升降等动作工序。
[0036]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，包括桅杆、滑动平台、升降驱动机构、旋转机构和钻杆抓取机构； 所述桅杆上设置有沿着桅杆轴向的导轨;所述滑动平台安装在导轨上且可沿所述导轨移动； 所述升降驱动机构与所述滑动平台驱动连接； 所述旋转机构一端安装在所述滑动平台上，所述钻杆抓取机构安装在所述旋转机构的另一端。2.根据权利要求1所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，所述旋转机构的包括水平旋转机构和竖立旋转机构； 所述水平旋转机构的一端与所述滑动平台枢转连接，另一端与所述竖立旋转机构的一端相对固定，所述竖立旋转机构的另一端上安装钻杆抓取机构。3.根据权利要求2所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，所述水平旋转机构包括减速电机、上静支撑耳、下静支撑耳和旋转轴;所述上静支撑耳和下静支撑耳固定安装在所述滑动平台上且上下对置;所述旋转轴穿过所述上静支撑耳和下静支撑耳;所述旋转轴能够在所述减速电机的驱动下相对于所述上静支撑耳和下静支撑耳绕旋转轴的轴线转动;所述旋转轴与所述竖立旋转机构固定连接。4.根据权利要求3所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，所述竖立旋转机构包括动支撑耳、转动臂架体、转动轴和驱动电机； 所述动支撑耳固定安装在所述转动臂架体上且与所述水平旋转机构的旋转轴固定连接； 所述转动轴安装在所述转动臂架体上且能够绕转动轴轴线旋转且所述转动轴的轴线处于水平;所述驱动电机与所述转动轴驱动连接;所述钻杆抓取机构与所述转动轴相对固定。5.根据权利要求4所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，所述竖立旋转机构还包括轴承座和蜗轮蜗杆减速器;所述驱动电机通过所述蜗轮蜗杆减速器与所述转动轴驱动连接;所述轴承座安装在所述转动臂架体上，所述转动轴安装在所述轴承座上。6.根据权利要求1所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，所述升降驱动机构包括升降电机、驱动支撑架和沿桅杆轴向设置在所述桅杆上的直线导轨;所述滑动平台与所述驱动支撑架相对固定且能够沿所述直线导轨滑动；所述桅杆上设有齿条，驱动支撑架上设置有与所述齿条啮合的齿轮，所述升降电机与所述齿轮驱动连接。7.根据权利要求6所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，所述滑动平台的两侧边缘设置有滑动平台压板，所述直线导轨卡在所述滑动平台与所述滑动平台压板形成的缝隙中。8.根据权利要求1所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，所述桅杆为桁架结构，桅杆的截面呈“U”形。9.根据权利要求4所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，所述动支撑耳和静支撑耳的截面均呈“T”形。10.根据权利要求1所述的地质钻探钻杆自动移摆装置，其特征在于，钻杆抓取机构包括驱动电机、钻杆抓取机构支架和机械爪;所述机械爪设置在所述钻杆抓取机构支架上;所述钻杆抓取机构支架安装在所述旋转机构上。
【文档编号】E21B19/14GK106050168SQ201610587920
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月25日 公开号201610587920.7, CN 106050168 A, CN 106050168A, CN 201610587920, CN-A-106050168, CN106050168 A, CN106050168A, CN201610587920, CN201610587920.7
【发明人】胡远彪, 刘宝林, 王晓龙, 王田青
【申请人】中国地质大学（北京）