專利名稱：鉆桿自動存取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆桿自動存取系統(tǒng)，適用于礦井、山體斜坡、海底等惡劣環(huán)境下鉆進時實現(xiàn)鉆桿的自動存取。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)大多數(shù)鉆機都沒有配備能實現(xiàn)鉆具自動存取的鉆桿存取系統(tǒng)，鉆具的存取很大程度依賴于人力，勞動強度大，效率低，費時費力。尤其在一些特殊的工作環(huán)境下， 如礦井、山體斜坡、海底等惡劣環(huán)境下的鉆進則更需要一種能實現(xiàn)鉆桿自動存取的系統(tǒng)，以實現(xiàn)鉆探的自動化及遠程控制。目前，已有少數(shù)陸地鉆機建立了鉆桿庫，配備了鉆桿自動存取系統(tǒng)，但鉆桿自動存取系統(tǒng)存在如下不足
1.有的鉆桿自動存取系統(tǒng)只是用于淺孔鉆探過程，系統(tǒng)可容納鉆具量很小。2.有的鉆桿自動存取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于鉆井平臺，不適用于海床式勘探設(shè)備。3.有的鉆桿自動存取系統(tǒng)抓取機構(gòu)工作工位多，控制難度大，精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，鉆具容納量大、使用方便，可實現(xiàn)鉆具存取的無人化操作的鉆桿自動存取的系統(tǒng)。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種鉆桿自動存取系統(tǒng)，包括鉆桿庫、抓取機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)，所述的鉆桿庫設(shè)有兩個，抓取機構(gòu)設(shè)在兩個鉆桿庫的中間，驅(qū)動機構(gòu)設(shè)在鉆桿庫的底部，通過驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動鉆桿庫實現(xiàn)間歇回轉(zhuǎn)；
所述的鉆桿庫由推力軸承、托盤、主軸、機架、支撐梁、卡盤下、卡槽、墊片、卡盤面、螺栓、螺釘和轂構(gòu)成，所述的機架為帶有突出框的矩形框架，矩形框架兩側(cè)設(shè)有左右鉆桿庫， 左右鉆桿庫的底部中心安裝有驅(qū)動機構(gòu)的液壓馬達，所述的托盤固定在液壓馬達主軸上且安裝在推力軸承上方，卡盤下和卡盤面通過螺栓B固定在轂上，轂固定在液壓馬達主軸上，螺釘A、螺釘B和螺釘C擰在卡盤面上，墊片和卡槽依次卡在卡盤下和卡盤面的中間；支撐梁設(shè)在左右兩個鉆桿庫的之間的突出框中；
所述的抓取機構(gòu)安裝在左右兩個鉆桿庫的之間的支撐梁上，抓取機構(gòu)由固定板、4個液壓缸、搖桿、導(dǎo)桿、手爪外殼、滑塊、連桿、手爪、支架和導(dǎo)軌架構(gòu)成，所述的固定板固定在鉆桿庫的支撐梁上，液壓缸A兩端分別與固定板和搖桿鉸接，液壓缸B兩端分別與搖桿和導(dǎo)軌架鉸接，導(dǎo)桿一端固定在支架上，液壓缸C兩端分別固定在支架和導(dǎo)軌架上，液壓缸D —端固定在手爪殼上，一端與滑塊相連，連桿兩端分別與滑塊和手爪鉸接，手爪殼固定在支架上，導(dǎo)軌架一端與固定板鉸接；
所述的驅(qū)動機構(gòu)由液壓馬達、聯(lián)軸器、槽輪和撥盤構(gòu)成，所述的液壓馬達固定于機架底部，通過聯(lián)軸器與撥盤相連，槽輪固定在液壓馬達的主軸上。本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)所述的鉆桿庫的卡盤面和卡盤下為圓形且邊部均勻地開有20個槽，卡槽的材料為橡膠。
本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)，所述的鉆桿庫的墊片和卡槽通過螺釘A、螺釘B和螺釘C的預(yù)緊力固定在卡盤面和卡盤下中間，通過調(diào)節(jié)螺釘A、螺釘B和螺釘C的預(yù)緊力，調(diào)節(jié)卡槽的間距，鉆桿存儲在卡盤面和卡盤下的卡槽中。本發(fā)明所述的鉆桿庫的卡盤面和卡盤下為圓形且邊部均勻地開有20個槽，卡槽的材料為橡膠。本發(fā)明所述的卡盤面和卡盤下之間的卡槽和墊片通過螺釘A、螺釘B和螺釘C的預(yù)緊力固定在卡盤面和卡盤下中間，通過調(diào)節(jié)螺釘A、螺釘B和螺釘C的預(yù)緊力，調(diào)節(jié)卡槽的間距，鉆桿存儲在卡槽中。本發(fā)明所述驅(qū)動機構(gòu)的槽輪邊部開有20個弧形槽，撥盤設(shè)在槽輪的弧形槽中，通過控制撥盤實現(xiàn)鉆桿庫鉆探桿的間歇回轉(zhuǎn)。
本發(fā)明所述的抓取機構(gòu)的液壓缸A的伸縮帶動機械手爪回轉(zhuǎn)60°，液壓缸B的伸縮也可帶動機械手爪回轉(zhuǎn)60°，在固定板、液壓缸A、搖桿、液壓缸B的配合下機械手爪兩次回轉(zhuǎn) 60°準(zhǔn)確地到達左鉆桿庫、右鉆桿庫和動力頭三個工作位置。本發(fā)明所述的抓取機構(gòu)中的機械手由液壓缸D、手爪外殼、滑塊、連桿和手爪構(gòu)成， 抓取機構(gòu)中的機械手有兩個分別固定在支架的兩端，抓取過程中兩個手爪手處于垂直狀態(tài)且同步運行。本發(fā)明所述的鉆桿庫有兩個，主要用于存放各類鉆探桿，每個鉆桿庫能存儲60根鉆探桿；每根鉆探桿卡在卡槽中；動力驅(qū)動機構(gòu)主要用于驅(qū)動鉆桿庫的鉆探桿發(fā)生間歇轉(zhuǎn)動，保證鉆桿庫每次能準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)過一定的角度；抓取機構(gòu)用于實現(xiàn)在左鉆桿庫、右鉆桿庫以及動力頭三個位置之間的運動，實現(xiàn)鉆探桿存取以及鉆探桿的接卸。通過鉆桿庫、驅(qū)動機構(gòu)、抓取機構(gòu)三者之間的配合可以精確地完成鉆探桿的存放、取出、夾持、接卸等動作，實現(xiàn)存取桿過程的自動化控制，無人化操作，提高了工作效率和生產(chǎn)的安全性。本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)具有以下優(yōu)點
1.本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)鉆桿庫容量大，設(shè)有2個對稱布置的鉆桿庫，可容納120 根各類鉆探桿。2.本發(fā)明的卡槽的間距可調(diào)，適應(yīng)容納不同直徑的各類鉆探桿。3.本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)設(shè)計有槽輪機構(gòu)，能準(zhǔn)確控制鉆桿庫的鉆探桿回轉(zhuǎn)角度。4.本發(fā)明通過液壓缸，在固定板、搖桿、導(dǎo)軌架的配合下機械手爪可以兩次回轉(zhuǎn) 60度，從而準(zhǔn)確地從原點位置到達左、右鉆桿庫和動力頭三個工作位置。5.本發(fā)明的機械手爪采用滑塊與連桿結(jié)合的設(shè)計，手爪采用平移式的開合，對不同直徑的鉆桿都能實現(xiàn)準(zhǔn)確的夾緊。6.本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，容量大，性能可靠，可維護性好，可實現(xiàn)鉆具存取的無人化操作，提高了工作效率，增強了生產(chǎn)的安全性。


圖1是本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)的主視示意圖。圖3是本發(fā)明圖2的俯視示意圖。
圖4是圖2 A-A處的剖視示意圖。圖5是圖2 B-B處的剖視示意圖。圖6是本發(fā)明的一種鉆桿自動存取系統(tǒng)中抓取機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的一種鉆桿自動存取系統(tǒng)中卡盤雙重局部剖的結(jié)構(gòu)示意圖。上述圖中1-鉆桿庫，2-抓取機構(gòu)，3-驅(qū)動機構(gòu)，4-液壓馬達，5-聯(lián)軸器，6-槽輪， 7-推力軸承，8-托盤，9-主軸，10-機架，11-鉆桿，12-支撐梁，13-卡盤下，14-卡槽，15-墊片，16-卡盤面，17-螺栓A，18-螺釘A，19-螺釘B，20-螺釘C，21-撥盤，22-固定板，23-液壓缸A，24-搖桿，25-液壓缸B，26-導(dǎo)桿，27-液壓缸C，28-液壓缸D，29-手爪外殼，30-滑塊，31-連桿，32-手爪，33-支架，34-導(dǎo)軌架，35-轂，36-螺栓B、37動力頭。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的一種鉆桿自動存取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在本發(fā)明中，鉆桿庫1有兩個， 抓取機構(gòu)2安裝在左右兩個鉆桿庫的之間的支撐梁上，驅(qū)動機構(gòu)3在鉆桿庫的底部。圖2、3、5和圖7所示，所述的鉆桿庫1由推力軸承7、托盤8、主軸9、機架10、支撐梁12、卡盤下13、卡槽14、墊片15、卡盤面16、螺栓A17、螺釘和轂35構(gòu)成，所述的機架為帶有突出框的矩形框架，矩形框架兩側(cè)設(shè)有左右鉆桿庫，左右鉆桿庫的底部中心安裝有驅(qū)動機構(gòu)的液壓馬達4，所述的托盤8固定在液壓馬達主軸9上且安裝在推力軸承7上方，卡盤下13和卡盤面16通過螺栓B36固定在轂35上，轂固定在液壓馬達主軸上，螺釘A18、螺釘B19和螺釘C20擰在卡盤面16上，墊片15和卡槽14依次卡在卡盤下和卡盤面的中間； 支撐梁12設(shè)在左右兩個鉆桿庫的之間的突出框中。本發(fā)明所述的鉆桿庫的卡盤面16和卡盤下13為圓形且盤邊均勻地開有20個槽， 卡槽14材料為橡膠。通過調(diào)節(jié)螺釘A18、螺釘B19和螺釘C20的預(yù)緊力，調(diào)節(jié)卡槽14的間距，以存儲不同直徑的各類鉆探桿。圖4、6所示，所述的抓取機構(gòu)2由固定板22、4個液壓缸、搖桿24、導(dǎo)桿沈、手爪外殼四、滑塊30、連桿31、手爪32、支架33和導(dǎo)軌架34構(gòu)成，抓取機構(gòu)2的固定板22固定在支撐梁12上，液壓缸A23兩端分別與固定板22和搖桿M鉸接，液壓缸B25兩端分別與搖桿M和導(dǎo)軌架34鉸接，導(dǎo)桿沈一端固定在支架33上，液壓缸C27兩端分別固定在支架33 和導(dǎo)軌架34上，液壓缸擬8 —端固定在手爪外殼四上，一端與滑塊30相連，連桿31兩端分別與滑塊和手爪鉸接，手爪外殼四固定在支架33上，導(dǎo)軌架34 —端與固定板22鉸接。如圖2、5所示，所述的驅(qū)動機構(gòu)3由液壓馬達4、聯(lián)軸器5、槽輪6和撥盤21構(gòu)成， 所述的槽輪6邊部開有20個槽，通過撥盤21帶動槽輪6實現(xiàn)鉆桿庫內(nèi)鉆探桿的間歇回轉(zhuǎn)。 所述的液壓馬達4固定于鉆桿庫的底部，撥盤21通過聯(lián)軸器5與液壓馬達4相連，槽輪6 固定在主軸9上。如圖3所示，本發(fā)明在兩個鉆桿庫1的中間還設(shè)有動力頭37。本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)工作過程是通過鉆桿庫、抓取機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)三者之間的配合，使抓取機構(gòu)可以精確地完成鉆桿從原點位置到達左鉆桿庫、右鉆桿庫以及動力頭三個位置之間夾持、存放、取出、接卸鉆探桿等動作。本發(fā)明的自動存取桿系統(tǒng)的工作過程如下
5下放鉆桿過程工作前，抓取機構(gòu)2處于原點位置。鉆桿11存儲在鉆桿庫內(nèi)，并通過螺釘A18、螺釘B19、螺釘C20調(diào)節(jié)卡槽14間的距離使卡槽對鉆桿11有適當(dāng)?shù)膴A緊力。工作時，液壓缸A23縮回帶動機械手回轉(zhuǎn)60°到達左邊鉆桿庫1位置，液壓缸C27伸長使機械手到達鉆桿位置，液壓缸擬8帶動機械手手爪32夾緊鉆桿。夾緊鉆桿后，液壓缸C27縮回， 液壓缸A23伸長使機械手及其夾持的鉆桿轉(zhuǎn)過60°，液壓缸C27伸長帶動機械手和鉆具送到動力頭下，使動力頭37、鉆桿、孔口處于同一軸線上。然后，動力頭回轉(zhuǎn)旋緊鉆桿，液壓缸 D28帶動機械手手爪32張開，松開鉆桿，液壓缸C27縮回，抓取機構(gòu)2回到原點位置，這樣完成了這一根鉆桿的自動下放鉆桿作業(yè)。動力頭實現(xiàn)鉆桿的給進。當(dāng)需要再次下放鉆桿時， 驅(qū)動機構(gòu)3中的液壓馬達4通過聯(lián)軸器5帶動槽輪6和撥盤21使鉆桿庫轉(zhuǎn)過一定角度，讓下一根鉆桿處于上一鉆桿的位置，抓取機構(gòu)2重復(fù)上桿鉆桿的自動送桿過程。存放鉆桿過程與下放鉆桿過程相反。工作前，抓取機構(gòu)2處于原點位置。當(dāng)需要提鉆時，動力頭提起鉆桿，液壓缸C27伸出，來到孔口，液壓缸擬8帶動機械手爪夾緊鉆桿。 動力頭反轉(zhuǎn)卸開鉆桿，液壓缸C27縮回，液壓缸A23縮回帶動機械手回轉(zhuǎn)60°到達左邊鉆桿庫1位置，液壓缸C27伸出，機械手將鉆桿放入鉆桿庫內(nèi)，液壓缸擬8帶動機械手爪松開鉆桿，液壓缸C27縮回，液壓缸A23伸長使機械手轉(zhuǎn)過60°回到原點位置。這樣完成了這一根鉆桿的自動存放作業(yè)。當(dāng)需要存放下一桿鉆桿時，驅(qū)動機構(gòu)3中的液壓馬達4通過聯(lián)軸器 5帶動槽輪6和撥盤21使鉆桿庫轉(zhuǎn)過一定角度，讓下一個空閑的卡槽處于上一個卡槽的位置，等待下一鉆桿的存放，存放過程與上一根鉆桿的存放過程相同。本發(fā)明的鉆桿自動存取系統(tǒng)建立起可容納120根各類鉆探桿的2個鉆桿庫，通過抓取機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的配合能實現(xiàn)鉆探桿的自動存取，實現(xiàn)無人化操作，提高了工作效率， 增強了生產(chǎn)的安全性，尤其能在一些特殊的工作環(huán)境下，如礦山礦井、山體斜坡、深海勘察等惡劣環(huán)境下實現(xiàn)鉆桿的自動存取或遠程控制。
權(quán)利要求
1.一種鉆桿自動存取系統(tǒng)，包括鉆桿庫、抓取機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于所述的鉆桿庫設(shè)有兩個，抓取機構(gòu)設(shè)在兩個鉆桿庫的中間，驅(qū)動機構(gòu)設(shè)在鉆桿庫的底部，通過驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動鉆桿庫實現(xiàn)間歇回轉(zhuǎn)；所述的鉆桿庫由推力軸承、托盤、主軸、機架、支撐梁、卡盤下、卡槽、墊片、卡盤面、螺栓、螺釘和轂構(gòu)成，所述的機架為帶有突出框的矩形框架，矩形框架兩側(cè)設(shè)有左右鉆桿庫， 左右鉆桿庫的底部中心安裝有驅(qū)動機構(gòu)的液壓馬達，所述的托盤固定在液壓馬達主軸上且安裝在推力軸承上方，卡盤下和卡盤面通過螺栓B固定在轂上，轂固定在液壓馬達主軸上，螺釘A、螺釘B和螺釘C擰在卡盤面上，墊片和卡槽依次卡在卡盤下和卡盤面的中間；支撐梁設(shè)在左右兩個鉆桿庫的之間的突出框中；所述的抓取機構(gòu)安裝在左右兩個鉆桿庫的之間的支撐梁上，抓取機構(gòu)由固定板、4個液壓缸、搖桿、導(dǎo)桿、手爪外殼、滑塊、連桿、手爪、支架和導(dǎo)軌架構(gòu)成，所述的固定板固定在鉆桿庫的支撐梁上，液壓缸A兩端分別與固定板和搖桿鉸接，液壓缸B兩端分別與搖桿和導(dǎo)軌架鉸接，導(dǎo)桿一端固定在支架上，液壓缸C兩端分別固定在支架和導(dǎo)軌架上，液壓缸D — 端固定在手爪殼上，一端與滑塊相連，連桿兩端分別與滑塊和手爪鉸接，手爪殼固定在支架上，導(dǎo)軌架一端與固定板鉸接；所述的驅(qū)動機構(gòu)由液壓馬達、聯(lián)軸器、槽輪和撥盤構(gòu)成，所述的液壓馬達固定于機架底部，通過聯(lián)軸器與撥盤相連，槽輪固定在液壓馬達的主軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆桿自動存取系統(tǒng)，其特征在于所述的鉆桿庫的卡盤面和卡盤下為圓形且邊部均勻地開有20個槽，卡槽的材料為橡膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆桿自動存取系統(tǒng)，其特征在于所述的卡盤面和卡盤下之間的卡槽和墊片通過螺釘A、螺釘B和螺釘C的預(yù)緊力固定在卡盤面和卡盤下中間，通過調(diào)節(jié)螺釘A、螺釘B和螺釘C的預(yù)緊力，調(diào)節(jié)卡槽的間距，鉆桿存儲在卡槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆桿自動存取系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動機構(gòu)的槽輪邊部開有20個弧形槽，撥盤設(shè)在槽輪的弧形槽中，通過控制撥盤實現(xiàn)鉆桿庫鉆探桿的間歇回轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆桿自動存取系統(tǒng)，其特征在于所述的抓取機構(gòu)的液壓缸 A的伸縮帶動機械手爪回轉(zhuǎn)60°，液壓缸B的伸縮也可帶動機械手爪回轉(zhuǎn)60°，在固定板、 液壓缸A、搖桿、液壓缸B的配合下機械手爪兩次回轉(zhuǎn)60°準(zhǔn)確地到達左鉆桿庫、右鉆桿庫和動力頭三個工作位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆桿自動存取系統(tǒng)，其特征在于所述的抓取機構(gòu)中的機械手有兩個分別固定在支架的兩端，抓取過程中兩個手爪手處于垂直狀態(tài)且同步運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆桿自動存取系統(tǒng)，包括鉆桿庫、抓取機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)三部分。鉆桿庫有兩個，主要用于存放各類鉆探桿，每個鉆桿庫能存儲60根鉆桿；驅(qū)動機構(gòu)主要用于驅(qū)動鉆桿庫的鉆桿發(fā)生間歇回轉(zhuǎn)，保證鉆桿庫內(nèi)鉆桿每次能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)過一定的角度；抓取機構(gòu)用于存取鉆探桿以及實現(xiàn)鉆探桿的接卸，實現(xiàn)鉆具在左鉆桿庫、右鉆桿庫以及動力頭三個位置之間的運動。通過鉆桿庫、抓取機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)三者之間的配合可以精確地完成鉆探桿的存放、取出、夾持、接卸等動作，本存取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容量大，操作方便，性能可靠，可維護性好，使用本存取系統(tǒng)實現(xiàn)無人化操作，工作效率高，能在一些特殊的惡劣的工作環(huán)境下實現(xiàn)鉆桿自動存取或遠程控制。
文檔編號E21B19/14GK102242612SQ201110200450
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者丁騰飛, 張偉, 張國棟, 朱文林, 李舉, 李衛(wèi), 李波, 許文藝, 鄒成, 郭文龍 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)