专利名称：一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种旋挖钻机、短螺旋钻机的安全装置。
背景技术：
旋挖钻机和短螺旋钻机广泛采用伸縮式钻杆。在钻杆提升过程中可能因为钻杆的变形、 夹石子或者机锁式钻杆不能很好地解锁等多种原因造成中心钻杆和外层钻杆被卡住，在提钻 杆过程中，内层钻杆还没有收縮到位就卡住了外层钻杆，带着外层钻杆一起提升。俗称这种 状态为"挂钻杆"。由于钻杆深入桩基孔中，操作者很难发现是否出现"挂钻杆"的事故征 兆。在这种状态下钻杆被提到一定的高度，因旋转钻杆、机器振动等原因，"挂钻杆"的状 态一旦被消除。不正常提升起来的钻杆会自由下落，数吨的重量从数米高自由落体，重重地 打在动力头上。称这种状态为"摔钻杆"。强大的冲击力可能造成动力头系统损坏的严重后 果。
为了减小摔钻杆后的冲击破坏，己有的技术采取了不少措施在动力头上部安装了缓冲 弹簧，甚至阻尼器；在最外层的钻杆法兰安装了缓冲橡胶垫。都是为了减小形成了摔钻产生 的冲击力和破坏后果。另外， 一般的安全装置，并非必备的工作机构，往往在正常工作时忽 视了检查，元件损坏功能失效后不为人知， 一旦发生事故起不到安全保护作用。 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装置，该安全装置能防止发 生摔钻杆的事故。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是 一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装置，
其特征在于它包括检测环3、第二支架20、第一接近开关IO、第一支架ll、控制报警电路、 电控箱17;
检测环3由第二支架20固定安装在旋挖钻机的随动架4上，旋挖钻机的钻杆提升钢丝 绳18从检测环3的中间穿过，检测环3的内径大于旋挖钻机的旋转器1的外径以及旋挖钻 机的中心钻杆头部2的外径；第一支架11固定在旋挖钻机的弹簧缓冲器12的上，第一支架 11上固定安装有第一接近开关10，当旋挖钻机的钻杆法兰8落在旋挖钻机的弹簧缓冲器12 上时，钻杆法兰8在第一接近开关IO感应范围内；
控制报警电路设置在电控箱17内，电控箱17上设有第一信号输入端口 A、第二信号输 入端口B;检测环3的输出由第一信号线与电控箱17上的第一信号输入端口 A相连，第一接 近开关10的输出由第二信号线与电控箱17上的第二信号输入端口 B相连；
控制报警电路包括第一中间继电器、第二中间继电器、第三中间继电器、第一二极管 Dl、第二二极管D2、蜂鸣器E1、绿色指示灯H1、红色指示灯H2、黄色指示灯H3、手动开关 S3;第一二极管Dl的阴极与电控箱17上的第一信号输入端口 A相连，第一二极管Dl的阳极与第三中间继电器的线圈K3的一端相连，第二二极管D2的阴极与电控箱17上的第二信 号输入端口B相连，第二二极管D2的阳极与第三中间继电器的线圈K3的一端相连，第一中 间继电器的线圈Kl的一端与第一二极管Dl的阴极相连，第二中间继电器的线圈K2的一端 与第二二极管D2的阴极相连，第一中间继电器的线圈K1的另一端、第二中间继电器的线圈 K2的另一端、第三中间继电器的线圈K3的另一端分别与+24V电源相连；第一中间继电器的 常开触头K1/1、第三中间继电器的常闭触头K3/2、第三中间继电器的常开触头K3/1、手动 开关的常开触头分别与+24V电源相连；手动开关的常开触点、第三中间继电器的常开触点分 别与电控箱17上的输出端口 T相连，输出端口 T由信号线与旋挖钻机的控制钻杆上升的电 磁阀相连；第三中间继电器的常开触点与绿色指示灯Hl串联后接地；第三中间继电器的常 闭触点与红色指示灯H2串联后接地，蜂鸣器El与红色指示灯H2并联；第一中间继电器的 常开触点与第二中间继电器的常开触头K2/1相连，第二中间继电器的常开触点与黄色指示 灯H3串联后接地。
检测环3由外环14、内环15、连接杆19、第二接近开关16组成，内环15位于外环14 内，外环14与内环15由连接杆19固定连接，内环15上设有第二接近开关探测孔，外环14 上固定有第二接近开关16，第二接近开关16的探测头位于内环15上的第二接近开关探测孔 内。
检测环3为电磁感应线圈。 电控箱17设在驾驶室内。
本实用新型的有益效果是当提升钻杆出现"挂钻杆"事故征兆时，能及时报警和自动 停止提升危险动作，防止发生摔钻杆的事故；本实用新型的结构简单，均为非接触形式，不 会产生机械磨损。另外，本实用新型可以及时发现本安全装置的电气元件和电路的故障，具 有自诊断功能。
图l是本实用新型在旋挖钻机上的安装位置图； 图2是钻杆在正常提升，钻杆未收回状态的结构图； 图3是钻杆在正常提升，钻杆已收回状态的结构图； 图4是钻杆在挂钻杆状态的结构图5是本实用新型的检测环(采用接近开关形式)的结构图； 图6是图5沿A-A线的剖视图； 图7是本实用新型的电气原理图中1-旋转器，2-中心钻杆头部，3-检测环，4-随动架，5-最外层钻杆，6-中间层钻 杆，7-中心钻杆，8-钻杆法兰，9-缓冲垫，10-第一接近开关，11-第一支架，12-弹簧缓冲 器，13-动力头，14-外环，15-内环，16-第二接近开关，17-电控箱，18-钻杆提升钢丝绳， 19-连接杆，20-第二支架；D1-第一二极管，D2-第二二极管，El-蜂鸣器，HI-绿色指示灯， H2-红色指示灯，H3-黄色指示灯，S3-手动开关。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示， 一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装 置，它包括检测环3、第二支架20、第一接近开关10、第一支架11、控制报警电路、电控 箱17;
检测环3由第二支架20固定安装在旋挖钻机的最外层钻杆5的上端的随动架4上(如 图3所示)，旋挖钻机的钻杆提升钢丝绳18从检测环3的中间穿过，检测环3的内径大于旋 挖钻机的旋转器l的外径以及旋挖钻机的中心钻杆头部2的外径(并留有安全间隙，旋转器 1和中心钻杆头部2穿过该检测环3时不会相碰擦，当旋转器1或中心钻杆头部2进入检测 环3以后能够发出信号);第一支架11固定在旋挖钻机的动力头13的弹簧缓冲器12的上(如 图2所示)，第一支架11上固定安装有第一接近开关10 (第一接近开关10位于弹簧缓冲器 12的上方)，第一接近开关10的安装调整位置为当旋挖钻机的钻杆法兰8落在弹簧缓冲器 12的上时(钻杆法兰8的下端设有缓冲垫9)，钻杆法兰8在第一接近开关10感应范围内(第 一接近开关10由2到3个接近开关组成，其目的在于当外钻杆法兰8落在缓冲器12上时， 进入第一接近开关10的感应区，第一接近开关10导通，当钻杆法兰8进入第一接近开关 IO的感应区时能够发出信号)；
控制报警电路设置在电控箱17内，电控箱17上设有第一信号输入端口 A、第二信号输 入端口B;检测环3的输出由第一信号线与电控箱17上的第一信号输入端口 A相连，第一接 近开关10的输出由第二信号线与电控箱17上的第二信号输入端口 B相连；电控箱17设在 驾驶室内；
控制报警电路包括第一中间继电器、第二中间继电器、第三中间继电器、第一二极管 Dl、第二二极管D2、蜂鸣器E1、绿色指示灯H1、红色指示灯H2、黄色指示灯H3、手动开关 S3;第一二极管D1的阴极(负极)与电控箱17上的第一信号输入端口 A相连，第一二极管 Dl的阳极(正极)与第三中间继电器的线圈K3的一端相连，第二二极管D2的阴极(负极) 与电控箱17上的第二信号输入端口 B相连，第二二极管D2的阳极(正极)与第三中间继电 器的线圈K3的一端相连，第一中间继电器的线圈Kl的一端与第一二极管Dl的阴极相连， 第二中间继电器的线圈K2的一端与第二二极管D2的阴极相连，第一中间继电器的线圈Kl 的另一端、第二中间继电器的线圈K2的另一端、第三中间继电器的线圈K3的另一端分别与 十24V电源相连；第一中间继电器的常开触头K1/1、第三中间继电器的常闭触头K3/2、第三 中间继电器的常开触头K3/1、手动开关的常开触头分别与+24V电源相连；手动开关的常开 触点、第三中间继电器的常开触点与电控箱17上的输出端口T相连，输出端口T由信号线 与旋挖钻机的控制钻杆上升的电磁阀相连；第三中间继电器的常开触点与绿色指示灯Hl串 联后接地；第三中间继电器的常闭触点与红色指示灯H2串联后接地，蜂鸣器E1与红色指示 灯H2并联；第一中间继电器的常开触点与第二中间继电器的常开触头K2/1相连，第二中间 继电器的常开触点与黄色指示灯H3串联后接地。
检测环3的具体实施可以采用多种结构形式的方案，如采用接近开关测取信号的形式结 构如下检测环3由外环14、内环15、连接杆19、第二接近开关16组成，内环15位于外 环14内，外环14与内环15由连接杆19固定连接，内环15上设有第二接近开关探测孔，外环14上固定有第二接近开关16 (如图6所示，为4个，均匀分布在外环的圆周上)，第二 接近开关16的探测头位于内环15上的第二接近开关探测孔内。并联安装4个常开功能的第 二接近开关16，其目的在于当旋转器1进入检测环3时，第二接近开关16发出导通的信号。 内环15用于防止钢丝绳和旋转器碰坏第二接近开关16。
检测环3也可以在以上相同的位置采用电磁感应线圈的形式测取信号，即检测环3为电 磁感应线圈，通过测取电磁感应线圈的电流发生变化量，判断旋转器1是否进入了检测环3。 采用电磁感应线圈的形式的检测环可以不像采用接近开关的检测环受第二接近开关16检测 距离的限制，可以与旋转器l保持更大的安全间隙；另外采用电磁感应线圈的形式的必须做 成整体环形，而采用接近开关的检测环可以做成剖分形式，更便于套入钢丝绳安装。
以上所述检测环3和第一接近开关10均为非接触式的，其目的在于及时检测出钻杆提 升时的工作状况。钻杆由最外层钻杆5、中间层钻杆6、中心钻杆7组成。根据旋挖钻机电 路的接地极性设置第一二极管Dl和第二二极管D2的方向，当第一接近开关10和第二接近 开关16闭合时为导通方向。 工作原理
本实用新型利用了 "挂钻杆"时的特征旋转器1和中心钻杆头部2没有从随动架4的
上方出来，卡住的钻杆就整体向上提升离开弹簧缓冲器12，见图3的状态。在随动架4的上 设置一个检测环3，当旋转器1或中心钻杆头部2进入检测环3后发出信号；在动力头13的 上方设置一个第一接近开关10，用于检测钻杆法兰8的位置，当钻杆法兰8进入第一接近开 关10的感应区时发出接通信号，见图2。
图2为钻杆未收回，钻杆法兰8落在弹簧缓冲器12上提升正常提升状态。图3为钻杆 全部收回，旋转器1或中心钻杆头部2进入检测环3，钻杆法兰8开始离开的正常提升状态； 图4为钻杆未收回，旋转器1或中心钻杆头部2未能进入检测环3，钻杆法兰8离开弹簧缓 冲器12和第一接近开关10的感应区，出现"挂钻杆"事故征兆的状态。
根据以上运动特征，检测环3或第一接近开关10任意一个发出的导通信号就认为钻杆 处于正常状态；如果两组都没有导通信号，说明钻杆出现了 "挂钻杆"的现象。根据这些信 号，靠控制报警电路实现报警和切断危险动作的操作。
另外，在控制报警电路设计上增加了一套自检电路，当中心钻杆正常刚刚提升到位，检 测环3和第一接近开关10同时导通，自检灯亮；钻杆进一步提升，钻杆法兰8离开第一接 近开关10以后，自检灯自动熄灭，如果外部电路有一处出现短路时，就会出现自检灯长期 亮的指示，提醒操作者发现本装置的故障。
报警和自检的工作原理和作用如下
正常提升状态时第一接近开关IO或第二接近开关16任一个导通时，线圈K3得电， 常闭触头K3/2与常闭触点断开，红色指示灯H2和报警蜂鸣器El失电不发出信号，常闭触 头K3/1与常开触点导通，绿色指示灯H1得电，输出电源使得控制钻杆上升的液压电磁阀得 电导通，显示工作正常，可以进行钻杆的上升动作。
出现挂钻杆状态时第一接近开关10或第二接近开关16均不导通时，常闭触头K3/1与常闭触点导通，红色指示灯H2和报警蜂鸣器El得电发出报警信号；同时常开触头K3/1 与常开触点断开，切断输出电源(即输出端口 T)使得控制钻杆上升的液压电磁阀断电，停
止钻杆的提升动作。
自检状态在正常工作状态，第一接近开关10和第二接近开关16大多时间是分别导通，
线圈K1和线圈K2分别得电，常开触头K1/1与常开触点，常开触头K2/1与常开触点接通， 指示灯H3不亮；在钻杆刚刚全部收回时，旋转器1进入检测环3的检测范围内，钻杆法兰8 尚未离开第一接近开关10时，第一接近开关10和第二接近开关16同时导通，常开触头K1/1 与常开触点和常开触头K2/1与常开触点同时接通，指示灯H3发亮，继续提升，第二接近开 关16断开，指示灯H3熄灭。同理在下降过程中也会有一次上述的过程。这样在每次上下工 作循环中，如果本实用新型装置的工作正常，自检黄色指示灯H3都有两次闪烁。如果指示 灯H3没有闪烁，或者某一动作中一直发亮，说明出现了故障，需要检修。
权利要求1. 一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装置，其特征在于它包括检测环(3)、第二支架(20)、第一接近开关(10)、第一支架(11)、控制报警电路、电控箱(17)；检测环(3)由第二支架(20)固定安装在旋挖钻机的随动架(4)上，旋挖钻机的钻杆提升钢丝绳(18)从检测环(3)的中间穿过，检测环(3)的内径大于旋挖钻机的旋转器(1)的外径以及旋挖钻机的中心钻杆头部(2)的外径；第一支架(11)固定在旋挖钻机的弹簧缓冲器(12)的上，第一支架(11)上固定安装有第一接近开关(10)，当旋挖钻机的钻杆法兰(8)落在旋挖钻机的弹簧缓冲器(12)上时，钻杆法兰(8)在第一接近开关(10)感应范围内；控制报警电路设置在电控箱(17)内，电控箱(17)上设有第一信号输入端口A、第二信号输入端口B；检测环(3)的输出由第一信号线与电控箱(17)上的第一信号输入端口A相连，第一接近开关(10)的输出由第二信号线与电控箱(17)上的第二信号输入端口B相连；控制报警电路包括第一中间继电器、第二中间继电器、第三中间继电器、第一二极管D1、第二二极管D2、蜂鸣器E1、绿色指示灯H1、红色指示灯H2、黄色指示灯H3、手动开关S3；第一二极管D1的阴极与电控箱(17)上的第一信号输入端口A相连，第一二极管D1的阳极与第三中间继电器的线圈K3的一端相连，第二二极管D2的阴极与电控箱(17)上的第二信号输入端口B相连，第二二极管D2的阳极与第三中间继电器的线圈K3的一端相连，第一中间继电器的线圈K1的一端与第一二极管D1的阴极相连，第二中间继电器的线圈K2的一端与第二二极管D2的阴极相连，第一中间继电器的线圈K1的另一端、第二中间继电器的线圈K2的另一端、第三中间继电器的线圈K3的另一端分别与+24V电源相连；第一中间继电器的常开触头K1/1、第三中间继电器的常闭触头K3/2、第三中间继电器的常开触头K3/1、手动开关的常开触头、第三中间继电器的常开触头K3/1分别与+24V电源相连；手动开关的常开触点、第三中间继电器的常开触点分别与电控箱(17)上的输出端口T相连，输出端口T由信号线与旋挖钻机的控制钻杆上升的电磁阀相连；第三中间继电器的常开触点与绿色指示灯H1串联后接地；第三中间继电器的常闭触点与红色指示灯H2串联后接地，蜂鸣器E1与红色指示灯H2并联；第一中间继电器的常开触点与第二中间继电器的常开触头K2/1相连，第二中间继电器的常开触点与黄色指示灯H3串联后接地。
2. 根据权利要求1所述的一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装置，其特征在于检测环 (3)由外环(14)、内环(15)、连接杆(19)、第二接近开关(16)组成，内环(15)位于外环(14)内，外环(14)与内环(15)由连接杆(19)固定连接，内环(15)上设有第二 接近开关探测孔，外环(14)上固定有第二接近开关(16)，第二接近开关(16)的探测头 位于内环(15)上的第二接近开关探测孔内。
3. 根据权利要求1所述的一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装置，其特征在于检测环 (3)为电磁感应线圈。
4.根据权利要求1所述的一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装置，其特征在于电控箱 (17)设在驾驶室内。
专利摘要本实用新型涉及一种伸缩式钻杆的旋挖钻机、短螺旋钻机的安全装置。一种防止旋挖钻机摔钻杆的安全装置，其特征在于它包括检测环、第二支架、第一接近开关、第一支架、控制报警电路、电控箱；检测环由第二支架固定安装在旋挖钻机的随动架上，旋挖钻机的钻杆提升钢丝绳从检测环的中间穿过；第一支架固定在旋挖钻机的弹簧缓冲器上，第一支架上固定安装有第一接近开关；控制报警电路设置在电控箱内，控制报警电路包括第一中间继电器、第二中间继电器、第三中间继电器、第一二极管D1、第二二极管D2、蜂鸣器E1、绿色指示灯H1、红色指示灯H2、黄色指示灯H3、手动开关S3。本实用新型能防止发生摔钻杆的事故。
文档编号E21B7/00GK201228521SQ20082006757
公开日2009年4月29日 申请日期2008年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者徐耀钢, 沈德峰, 钟卫斌 申请人:武汉京冶地基基础工程有限责任公司