[发明专利]一种钻机换杆装置及换杆方法

权利要求书

1.一种钻机换杆装置，其特征在于：包括钻机主体、钻杆库、换杆单元、控制系统；所述钻机主体包括支撑架和能够沿支撑架升降的动力头；所述钻杆库用于盛放钻杆且包括直线状的第一库槽和第二库槽；所述第二库槽与第一库槽相通且两者呈一定预设角度的夹角；所述第一库槽内设有用于使钻杆保持直立的限位组件；所述限位组件有多个且沿第一库槽长度延伸方向分布；所述第二库槽远离第一库槽的端部与钻机主体邻接；所述换杆单元包括挑选机构和移位机构；所述挑选机构安装在第一库槽上，且能够在控制系统的作用下将其中一限位组件移动至第一目标位置；所述移位机构位于钻机主体和第一库槽之间，且能够驱动待换的钻杆沿着第二库槽长度延伸方向移动至第一目标位置或者第二目标位置；

所述第二库槽为通槽形；所述第一库槽底设有穿行孔；所述第二库槽底开设有沿其长度方向延伸且贯穿第二库槽底面的穿行通道；所述穿行通道的一端与穿行孔相通；所述移位机构包括第二直线驱动组件和装夹组件；所述装夹组件用于限位待换的钻杆且能够沿穿行孔轴线穿行；所述装夹组件的一端安装在第二直线驱动组件的移动部；

所述装夹组件通过安装臂安装在第二直线驱动组件的移动部；所述第二直线驱动组件安装在支撑架上；当所述安装臂的一端移动至第二直线驱动组件靠近支撑架的位置时，所述装夹组件远离第二库槽且移动至第二目标位置；

所述装夹组件包括升降卡入头、升降驱动、罩箱；所述升降卡入头包括外套筒、内套杆、连接臂；所述外套筒滑动连接在内套杆的外侧；所述连接臂位于内套杆内部，且一端连接在外套筒的顶部，另一端与升降驱动的驱动轴相连；所述罩箱罩在升降驱动的外侧，且与第二直线驱动组件相连；所述外套筒能够穿过穿行孔；所述内套杆能够沿着穿行通道移动且背离外套筒的一端安装在罩箱的顶板上。

2.根据权利要求1所述的一种钻机换杆装置，其特征在于，所述限位组件为弧形抱臂；所述弧形抱臂的个数大于位于第一库槽内钻杆的数量；所述第一库槽和第二库槽的宽度与钻杆的外径相适配；所述挑选机构为第一直线驱动组件；所述限位组件安装在第一直线驱动组件的移动部。

3.根据权利要求1所述的一种钻机换杆装置，其特征在于，所述穿行孔的直径小于钻杆外径且大于装夹组件的外径。

4.根据权利要求1所述的一种钻机换杆装置，其特征在于，所述钻杆端部的螺纹连接段直径大于钻杆中部的直径；在所述钻杆的螺纹连接段设有限位孔；所述外套筒内设有防转组件；当所述升降卡入头收缩后，所述防转组件能够插入限位孔。

5.根据权利要求4所述的一种钻机换杆装置，其特征在于，所述内套杆有多个且呈环状分布；所述外套筒内部设有导向块；所述内套杆能够沿着导向块直线移动；所述外套筒设有与限位孔相对的安装孔；所述防转组件为弹簧销；所述弹簧销水平安装在安装孔内且靠近连接臂的端部为倾斜块；所述内套杆背离罩箱的端部设有滚珠；当所述内套杆朝向外套筒移动时，所述滚珠按压倾斜块，以便弹簧销的一端卡入限位孔内。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种钻机换杆装置，其特征在于，所述限位组件与钻杆的接触面上安装有压力传感器；所述动力头上设有正对第二目标位置的位置传感器；所述控制系统接收压力传感器和位置传感器的信号，并驱动挑选机构、动力头、移位机构动作；所述控制系统包括操作面板，所述操作面板上设有数字按钮；多个所述限位组件的顺序与数字按钮的数字编号一一对应；按压其中一所述数字按钮，与其相对应的限位组件移动至第一目标位置。

7.一种钻机换杆方法，其特征在于，基于上述权利要求5所述的一种钻机换杆装置，所述换杆方法包括以下步骤：

自动拆杆：

S1：当需要进行换杆操作时，动力头带动使用过的钻杆上行，脱离与其相连的位于地面内的钻杆；当动力头带动使用过的钻杆上行至支撑架最顶部时，装夹组件在第二直线驱动组件的作用下移动至第二目标位置；

S2：升降驱动动作带动外套筒背离内套杆，弹簧销回位至外套筒内；动力头带动使用过的钻杆下行，直至使用过的钻杆套设在外套筒的外侧；升降驱动动作带动外套筒靠近内套杆，弹簧销卡入限位孔内；动力头在自身动力作用下旋转，从而使动力头脱离使用过的钻杆；

S3：在动力头脱离使用过的钻杆过程中，人为操作操作面板，从而使一空载的限位组件移动至第一目标位置；

S4:第二直线驱动组件动作，带动使用过的钻杆向第二库槽移动，在移动过程中升降驱动背离内套杆，弹簧销回位；第二直线驱动组件持续动作，直至使用过的钻杆到达第一库槽并与限位组件接触；

自动装杆：

D1：人为操作操作面板，从而使一需求的限位组件移动至第一目标位置；

D2：升降驱动动作带动外套筒背离内套杆，且外套筒卡入待换的钻杆内；第二直线驱动组件带动待换的钻杆沿着第二库槽移动；

D3：当待换的钻杆到达第二目标位置后，升降驱动动作带动外套筒靠近内套杆，弹簧销卡入限位孔内；动力头下降并在自身的旋转作用下，与待换的钻杆完成连接；

D4：外套筒远离内套杆，此时弹簧销远离限位孔，动力头上行，装夹组件移动至第一目标位置待命。