一种钻杆拧卸机构

技术领域

本发明涉及全液压钻机技术领域， 尤其是一种钻机在钻孔作业过程中可对钻杆进 行拆装 作业时使用的钻杆拧卸机构。 背景技术

钻杆拧卸机构是全液压钻机的关键部件之一， 主要是承担钻杆上扣和卸扣功能， 夹持孔 内的钻杆， 防止钻杆及钻具滑移， 大型钻机钻杆拆卸扣扭矩能达到十几万牛米， 因此钻杆拧 卸机构的性能的好坏将直接影响钻机的钻进与 拆钻效率。 目前， 全液压钻机采用的钻杆拧卸 机构有单钻杆拧卸机构和双钻杆拧卸机构两种 ， 由底座、 油缸和卡爪等主要部件构成。 双钻 杆拧卸机构的主要功能就是自动上、 下钻杆， 从而使操作简单， 劳动强度降低。 现有技术的 钻杆拧卸机构如图 1所示， 包括定位夹持油缸 4及其前端的夹具组件 3， 翻转油缸 2的一端 铰接在底座 9上， 另一端通过销轴 1铰接在翻转夹持体的后端。 其拧入钻杆的动作原理是， 在拧入一根钻杆时， 先是固定夹持体里的夹持油缸 4的活塞杆伸出， 推动夹具组件 3夹紧钻 杆一 （施工过程中已经钻进的钻杆） 的母丝端， 再由翻转夹持体里的夹持油缸的活塞杆伸出 推动夹具组件将钻杆二 （新拧入的钻杆） 的公丝端夹紧， 然后利用动力头旋转扭矩将动力头 公丝旋入钻杆二的母丝端， 完成后翻转夹持体里的夹持油缸松幵， 同时动力头前进、 旋转， 将前面的钻杆二的公丝端旋入固定夹持体的钻 杆一的母丝端； 其拆卸钻杆的动作原理是， 在 拆卸一根钻杆时， 先是动力头后退带动钻杆一公丝端至翻转夹持 体， 并由翻转夹持体的夹持 油缸夹紧该钻杆一的公丝端， 而由固定夹持体的夹持油缸夹紧与须拆卸钻杆 一相连的钻杆二 母丝端， 然后翻转油缸活塞伸出， 翻转夹持体向上翻转， 以固定夹持体的中心孔为中心， 翻 转夹持体上安装的前后定位圈与中间孔配合， 从而拧松翻转夹持体夹紧的钻杆一， 紧接着翻 转夹持体的夹持油缸松开钻杆， 由动力头旋转带动钻杆一丝扣全部松开。 两钻杆端松开后， 翻转夹持体的夹持油缸再夹紧钻杆一公丝端， 利用动力头旋转扭矩旋出钻杆一的母丝端与动 力头的连接螺纹。 上述动作是通过电控系统实现远距离操作的， 从而实现自动拆装钻杆。 在 上述工作中， 钻杆拧卸机构工作频繁， 夹持钻杆时定位要求非常高。 而实际工作中， 由于油 管长度、 阻力不一样， 尽管夹持组件有很多摩擦件， 翻转夹持体夹紧的钻杆往往与固定夹持 体夹紧的钻杆不同心， 使得装卸时丝扣磨损严重。

现有技术中， JP特开 2003-074286A公幵了一种钻杆夹持设备， 为解决左右夹持体夹持 说 明 书

钻杆 5时产生钻杆中心偏移的问题，率先由大直径� �夹持油缸 2驱动夹持爪 24前移并停止在 预定的中心位置， 然后小直径的夹持油缸 3驱动另一夹持爪 34前移夹持住钻管 5。 上述技术 方案有其缺陷， 就是夹持油缸的夹持力一大一小， 在夹持时需要让大直径夹持油缸和小直径 的夹持油缸的夹持力相等， 使得油路控制复杂化， 在工作过程中左右夹持卡瓦受力不均容易 再次偏心， 受小直径夹持油缸的夹持力的限制， 夹持设备的公称夹持力受到限制。

在现有技术中， 左右夹持油缸的安装都是相对于钻管的中心轴 线对称安装在支架上， 如 图 2所示， 夹持时容易偏离中心线。

在上述现有技术缺陷的基础上， 申请人经过改进， 提出了结构简单， 不易偏心， 对中时 间短， 油路控制简单化的拧卸机构。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题， 本发明的目的是提供一种结构简单、 很难产生钻杆不同 心的问题， 对中时间短， 油路控制简单化的钻杆拧卸机构。

本发明是这样实现的， 一种钻杆拧卸机构， 包括安装在固定支架上的前夹持体和后夹持 体， 所述前夹持体和后夹持体包括夹持中心线两侧 的相对设置的定位夹持机构和夹紧执行机 构， 所述固定支架包括第一固定支架和第二固定支 架； 所述前夹持体通过后固定轴安装在第 一固定支架中， 所述后夹持体通过后固定轴安装在第二固定支 架的翻转支架中， 所述定位夹 持机构和夹紧执行机构固定与固定支架上， 翻转支架的后下端铰接于翻转油缸的活塞前端 ， 所述前夹持体和后夹持体的定位夹持机构和夹 紧执行机构为非对称式结构， 所述定位夹持机 构的安装尺寸 B， 夹紧执行机构的安装尺寸 A， 满足 B=A+b， 其中 b为夹紧执行机构夹紧钻杆 时的夹紧量， 所述安装尺寸 B定义为定位夹持机构前行到极限位置时保证� �位夹持机构的夹 持中心与拧卸机构的中心重合， 此时定位夹持机构的后固定轴的中心到钻杆的 中心之间的距 离； 所述安装尺寸 A定义为夹紧执行机构伸出到接触钻杆并施加� �定的夹紧力将钻杆完全夹 紧时， 夹紧执行机构的后固定轴的中心到夹持中心之 间的距离。

进一步地， 所述前夹持体和后夹持体的定位夹持机构包括 定位夹持油缸及其活塞前端固 定安装的卡瓦， 所述夹紧执行机构包括夹紧执行油缸及其活塞 前端固定安装的卡瓦。

进一步地， 所述前夹持体和和后夹持体的定位夹持机构为 连杆机构， 包括前连杆、 后连 杆和中连杆， 所述后连杆的一端通过第一铰接轴安装在固定 支架上， 所述前连杆的一端通过 第二铰接轴与卡瓦连接， 所述前连杆的另一端通过第三铰接轴与后连杆 的另一端连接， 所述 中连杆的一端铰接于第三铰接轴， 所述中连杆的另一端与油缸活塞连接。

进一步地， 所述定位夹持油缸和夹紧执行油缸的油路设计 为， 油泵的油液入口通过管路 说 明 书

与油箱相连， 油泵的油液出口通过管路与换向阀的入口相连 ， 换向阀的出口连接第一液控单 向阀其中第一液控单向阀 V3的出口并联接入所述定位夹持油缸和夹紧执� ��油缸的进油口；其 中，在夹紧执行油缸的进油路上， 所述第一液控单向阀 V3经顺序阀与夹紧执行油缸的进油口 连接， 所述定位夹持油缸和夹紧执行油缸的出油口并 联连接第二液控单向阀 V6， 所述第二液 控单向闽 V6连接换向阀。 在夹紧钻杆时， 操纵换向阀使第一液控单向阀 V3打幵， 同时液控 油将第二液控单向阀 V6打开， 定位夹持油缸 BC无杆腔直接进油从而活塞杆开始伸出， 而夹 紧执行油缸 AC由于单向阀 V5处于封闭，顺序阀 V4没达到设定压力没打开压力油不能通往夹 紧执行油缸 AC因而没有动作， 当定位夹持油缸 BC无杆腔直接进油从而活塞杆完全伸出， 油 路压力上升至顺序阀 V4设定压力，顺序阀 V4打幵，夹紧执行油缸 AC无杆腔进油活塞杆伸将 钻杆夹紧； 在松开钻杆时， 操纵换向阀使第二液控单向阀 V6打开， 同时液控油将第一液控单 向阀 V3打开， 压力油同时进入定位夹持油缸和夹紧执行油缸 的有杆腔， 回油由于单向阀 V5 打开所以两边油缸可同时松开， 从而提高效率。

本发明的有益效果是： 可简单实现钻杆正好在夹持器中心孔的中心， 保证夹紧时的钻杆 定位， 钻杆拧卸机构的保持在夹持器中心孔的中心的 实现结构简单， 简化了夹持器的结构。 附图说明

图 1为本发明实施例 1的钻杆拧卸机构的 c_c主剖视图及油缸安装尺寸图。

图 2为本发明实施例 1的钻杆拧卸机构的侧视图。

图 3为本发明实施例 1的钻杆拧卸机构的俯视图。

图 4为本发明实施例 1的钻杆拧卸机构的夹持油缸油路图。

图 5为发明实施例 2的钻杆拧卸机构的定位夹持机构的连杆机构� �开状态图。

图 6为发明实施例 2的钻杆拧卸机构的定位夹持机构的连杆机构� �縮状态图。

图 7为现有技术的钻秆拧卸机构的主视图及油缸� �装尺寸图。

图 8为现有技术的钻杆拧卸机构的侧视图。

图 9为现有技术的另一种钻杆拧卸机构。

上述图中的附图标记：

1 销轴， 2 翻转油缸及销轴， 3 卡瓦， 40定位夹持油缸， 41 夹紧执行油缸， 5 前定位 圈， 6翻转支架， 7后定位圈， 80第一固定支架， 81第二固定支架， 9翻转油缸底座 A夹 紧执行机构安装尺寸， B定位夹持机构安装尺寸

10后连杆， 11 第一铰接轴， 12前连杆， 13第二铰接轴， 第三铰接轴， 15 中连杆， 16 油缸活塞 说 明 书

P油泵， VI 溢流阀， V2 换向阀， V3 第一液控单向阀， V4顺序阀， V5 单向阀， V6第 二液控单向阀， AC定位夹持油缸， BC夹紧执行油缸， J0 前夹持体， J1 后夹持体， JC夹持 中心线 具体实施方式

以下实施例用来说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。

实施例 1

如图 1-3所示， 本发明钻机的钻杆拧卸机构包括前夹持体 J0、 后夹持体 Jl、 固定支架 8 和翻转支架 6， 在钻杆拧卸时， 前夹持体 J0夹住钻杆接头两端的前钻杆， 后夹持体 J1夹住 钻杆接头两端的后钻杆， 前夹持体固定不动， 后夹持体绕钻杆中心线摆动一定角度， 拧松或 拧紧螺紋。 拧卸机构具有自动拧卸钻杆的功能， 因此， 采用上述双夹持体拧卸机构的钻机可 不用设置液压卡盘， 可大大简化钻机结构， 提高钻机的可靠性。

在上述钻杆拧卸机构中， 在大梁 P中心线一侧的安装尺寸为 B的所述前夹持体的油缸和 所述后夹持体的油缸其功能为确定夹持中心， 所以称为定位夹持机构， 而与定位夹持机构相 对的安装尺寸为 A的前夹持体的油缸及后夹持体的油缸， 其功能为确定夹持中心后与定位夹 持机构共同作用夹持钻管， 所以称为夹紧执行机构。

以上各元件之间的连接关系如下： 在钻机的大梁 P上方固定安装固定支架 8, 包括第一 固定支架 80和第二固定支架 81; 所述前夹持体 J0通过后固定轴安装在第一固定支架 80中， 后夹持体 J1通过后固定轴安装在第二固定支架 81的翻转支架 6中，其中前夹持体 J0包括定 位夹持油缸 40、与该油缸活塞杆相连的卡瓦 3，还包括在夹持中心线 JC另一恻相对设置的夹 紧执行油缸 41和与油缸活塞杆相连的卡瓦 3, 实现对钻杆在所述中心线的夹紧固定。 所述后 夹持体 J1包括定位夹持油缸 40、 与该油缸活塞杆相连的卡瓦 3, 还包括翻转支架 6, 翻转支 架 6旋转固定在第二固定支架 81中， 翻转支架 6具有销轴 1, 后夹持体 J1的定位夹持油缸 40和夹紧执行油缸 41安装在翻转支架 6中， 翻转支架的后下端通过销轴铰接于翻转油缸 2 的活塞前端， 所述翻转油缸 2的另一端铰接于翻转油缸底座 9， 翻转油缸底座 9固定安装于 钻机大梁 P—侧， 并通过翻转油缸 2和翻转支架 6带动夹紧执行油缸 41和定位夹持油缸 40 及钻管的整体共同绕夹持中心线 JC旋转， 完成钻管的拧卸工作。

由此， 定位夹持机构和夹紧执行机构的夹持中心就是 卡瓦 3的中心。

为保证在夹紧时钻杆保持在夹持器中心孔的中 心， 改进后的夹紧执行油缸和定位夹持油 缸设计成非对称式， 即定位夹持油缸的安装尺寸为 B， 所述安装尺寸 B定义为定位夹持油缸 说 明 书

前行到极限位置时保证卡瓦的中心与拧卸机 构的中心线 JC重合，此时定位夹持油缸的后固定 轴的中心到卡瓦的中心之间的距离为 B， 所述安装尺寸 B保证定位夹持油缸伸出到极限位置 时钻杆的中心正好在夹持器中心孔的中心； 而夹紧执行油缸的安装尺寸为 A，所述安装尺寸 A 定义为夹紧执行油缸的活塞伸出到接触到钻杆 后进一步施加额定的夹紧力夹紧钻杆时， 夹紧 执行油缸的后固定轴的中心到卡瓦中心之间的 距离为 A。 所述安装尺寸 B和安装尺寸 A的关 系为： B = A + b， b为施加额定夹紧力后的夹紧量。

为保证在夹紧时钻杆保持在夹持器中心孔的中 心， 同时在夹持体的液压系统中也有相应 配合改进， 如图 4所示， 定位夹持油缸和夹紧执行油缸的油路系统如下 ， 油泵 P的油液入口 通过管路与油箱相连， 油泵 P的油液出口通过管路与换向阀 V2的入口相连， 换向阀 V2的出 口连接液控单向阀 V3, 所述第一液控单向阀 V3的出口并联接入所述定位夹持油缸 40和夹紧 执行油缸 41的进油口； 其中， 在夹紧执行油缸的进油路上， 所述第一液控单向阀 V3经顺序 阀 V4及与顺序阀 V4并联连接的单向阀 V5都与夹紧执行油缸 AC的进油口连接， 所述定位夹 持油缸和夹紧执行油缸的出油口并联连接第二 液控单向阀 V3， 所述第二液控单向阀 V3连接 换向阀 V2。 所述第一液控单向阀 V3经顺序阀与夹紧执行油缸的进油口连接， 所述定位夹持 油缸和夹紧执行油缸的出油口并联连接第二液 控单向阀 V6, 所述第二液控单向阀 V6连接换 向阀。

在夹紧钻杆时， 操纵换向阔使第一液控单向阀 V3打开， 同时液控油将第二液控单向阀 V6打开， 定位夹持油缸 BC无杆腔直接进油从而活塞杆开始伸出， 而夹紧执行油缸 AC由于单 向阀 V5处于封闭，顺序阀 V4没达到设定压力没打开压力油不能通往夹紧� ��行油缸 AC因而没 有动作， 当定位夹持油缸 BC无杆腔直接进油从而活塞杆完全伸出， 油路压力上升至顺序阀 V4设定压力， 顺序阀 V4打开， 夹紧执行油缸 AC无杆腔进油活塞杆伸将钻杆夹紧； 在松开钻 杆时， 操纵换向阀使第二液控单向阀 V6打开， 同时液控油将第一液控单向阀 V3打开， 压力 油同时进入定位夹持油缸和夹紧执行油缸的有 杆腔，回油由于单向阔 V5打开所以两边油缸可 同时松开， 从而提高效率， 从而保证夹紧时定位左右夹持油缸不移位。

实施例 2

如图 5、 6所示， 为保证在夹紧时钻杆保持在夹持器中心孔的中 心， 对定位夹持机构进行 了改进， 与卡瓦连接的定位夹持机构为连杆式， 后连杆 10的一端通过第一铰接轴 11安装在 固定支架上， 所述前连杆 12的一端通过第二铰接轴 13与夹具连接瓦一体的杆连接， 所述前 连杆 12的另一端通过第三铰接轴 14与后连杆 10的另一端铰接， 中连杆 15—端铰接于第三 铰接轴 14上， 另一端与油缸活塞 16连接。 说 明 书

油缸活塞 16回退则带动中连杆 15向上运动， 同时将第三铰接轴 14向上拉起， 前连杆 12带动卡瓦后退， 松开钻管， 如图 6所示； 而油缸活塞 16下行则带动中连杆 15向下运动， 将连杆的第三铰接轴 14向下压， 直到两连杆成一直线， 如图 5所示， 此时定位夹持机构为极 限位置， 卡瓦的中心正好在夹持器的夹持中心线 JC， 如果钻管被夹在卡瓦内， 也能够保证钻 杆的中心正好与夹持器中心线 JC重合。

同理， 在实施例 2中， 定位夹紧机构和夹紧执行机构仍然设计成非对 称式， 即定位夹持 机构的安装尺寸为 B， 所述安装尺寸 B定义为定位夹持机构前行到极限位置时保证� �瓦的中 心与拧卸机构的夹持中心线 JC重合，此时定位夹紧机构的后固定轴（在实� ��例 2中为第一铰 接轴 11 )的中心到卡瓦的中心之间的距离， 所述安装尺寸 B保证定位夹紧机构伸出到极限位 置时钻杆的中心正好与钻管拧卸机构的夹持中 心线 JC重合;而夹紧执行机构的安装尺寸为 A, 所述安装尺寸 A定义为夹紧执行机构伸出到接触到钻杆后进� �步施加额定的夹紧力夹紧钻杆 时， 夹紧执行夹机构的后固定轴 （在实施例 2中为销轴 1 ) 的中心到卡瓦的中心之间的距离。 所述安装尺寸 B和安装尺寸 A的关系为： B = A + b， b为施加额定夹紧力后的夹紧量。

本发明通过夹持机构的非对称式设计， 结合液压油缸油路系统的改进或者采用连杆机 构 来定位安装尺寸 B， 可简单实现钻杆中心与夹持器中心线 JC重合， 保证夹紧时的钻杆中心定 位， 上述钻杆拧卸机构实现中心定位， 并简化了结构。