Устройство для хранения и подачи буровых штанг Советский патент 1993 года по МПК E21B19/14 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для хранения, подачи или снятия буровых штанг с резьбовым замковым соединением.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение технологичности устройства.

На фиг.1 показано устройство для хранения и подачи буровых штанг в положении хранения; на фиг.2 - то же, устройство в рабочем положении, когда осуществляется процесс подачи или снятия штанги с бурового става в конечной его фазе; на фиг.З составные элементы устройства для хранения и подачи буровых штанг.

Устройство для хранения и подачи буровых штанг содержит кассету 1 и манипулятор 2, установленный на податчике 3 бурового станка. Кассета 1 включает верхнюю 4 и нижнюю 5 оси, установленные с возможностью вращения в корпусе 6 манипулятора 2, барабан 7, фиксатор 8, выполненный в виде подпружиненного пальца, пружину 9, реверсивный механизм, состоящий из двух храповых зубчатых механизмов, обеспечивающих вращение барабана 7

00

со

00

XI

К)

как по часовой, так и против часовой стрелки и установленных в нижней части кассеты на нижней оси 5, которые состоят из храповых колес 10 и 11, подпружиненных собачек 12 и 13, подпружиненной рукоятки 14. которая имеет возможность устанавливаться с фиксацией только в двух положениях, причем в каждом из возможных положений подпружиненной рукоятки 14, которая жестко связана с осью 15 и рычагом поворота собачек 16, одна из подпружиненных собачек 12 и 13 выводится из зацепления соответственно с храповым колесом 10 и 11, кроме того, храповые механизмы осуществляют стопо- рение барабана 7 через нижнюю ось 5 в заданном направлении. Барабан 7 содержит сепараторы 17 и 18, их рабочая часть выполнена в виде чередующихся выступов и прорезей, расположенных с заданным шагом. В прорезях сепараторов, которые выполняют функции ключа при наращивании или разборке бурового става, размещаются своими размерами под ключ штанги 19, причем прорези сепараторов также изготовлены с размерами под ключ 20, при этом подпружиненные фиксаторы 21 установлены на сепараторах 17 и 18 барабана 7 с возможностью ограничивать положение штанг в радиальном относительно сепара- торов направлении (по глубине прорезей). В верхней части кассеты 1 на верхней оси 4 размещен диск 22 с отверстиями для взаимодействия с фиксатором 8, установленным в корпусе б манипулятора 2, причем шаг отверстий диска 22 соответствует шагу прорезей сепараторов 17 и 18, т.е. шагу расположения штанг в кассете. Верхняя ось 4 имеет паз 23, а нижняя ось 5 - паз 24, которые обеспечивают осевое перемещение барабана 7 кассеты относительно корпуса б манипулятора на величину резьбового замкового соединения штанг при помощи направляющих шпонок 25 и 26, которые жестко соединены с барабаном 7 и участвуют в передаче ему вращения. Пружина 9 установлена в нижней части кассеты в направляющей втулке 27, размещенной на нижней оси 5, с возможностью взаимодействия с барабаном 7 кассеты.

Манипулятор 2 включает силовой цилиндр 28, крышки 29 и 30, корпус 6, цепную передачу, установленную в корпусе б и включающую ведущую звездочку 31 и ведомую звездочку 32. Шток силового цилиндра 28 соединен через ось 33 с податчиком 3 бурового станка, корпус силового цилиндра через опорную ось 34 и размещенное на ней червячное колесо 35 с эксцентрично выполненным отверстием связан с корпусом 6 манипулятора. Червячное колесо 35 взаимодействует с червяком 36, имеющим на своем выходном конце размер под ключ 37. Корпус 6 манипулятора с возможностью вращения соединен осями 38 и 39 с податчиком 3 бурового станка, при этом оси 38 и 39 жестко связаны с податчиком. Ведущая звездочка 31 цепной передачи жестко установлена на оси 38, а ведомая звездочка 32 жестко соединена с верхней осью 4 кассеты, причем

0 цепная передача манипулятора 2 имеет передаточное отношение, которое обеспечивает поворот барабана 7 кассеты вокруг своей оси на один шаг при перемещении устройства из положения хранения в рабо5 чее положение (т.е. при вращении устройства вокруг осей 38 и 39 относительно податчика 3 бурового станка). На крышке 29 расположена внешняя реборда 40, а на крышке 30 - внешняя реборда 41, ограничи0 вающие положение верхних и нижних концов штанг. Кроме того, для прохода последних при установке или снятии штанг с бурового става в крышках 29 и 30, а также внешних ребордах 40 и 41 выполнены про5 рези. Крышки 29 и 30 жестко закреплены на корпусе 6 манипулятора. Буровые штанги 19 подаются или снимаются с оси бурового става 42.

Устройство работает следующим обра0 зом.

Перед наращиванием бурового става устройство занимает положение хранения. При наращивании бурового става перемещение штока силового цилиндра приводит

5 во вращение корпус 6 манипулятора 2 вокруг осей 38 и 39 (т.е. устройство совершает угловое перемещение относительно податчика 3 бурового станка), устанавливает устройство в рабочее положение и подает

0 штангу на ось бурового става 42, при этом процесс вращения корпуса 6 манипулятора сопровождается одновременным вращением барабана 7 со штангами вокруг своей оси и завершается в его конечной фазе, т.е. при

5 установке устройства в рабочее положение, поворотом барабана на один шаг. Фиксатор 8, взаимодействуя с диском 22, предотвращает случайное смещение барабана 7 от посторонних воздействий при его пбвороте

0 на один шаг. Поворот барабана 7, который вращается по. часовой или против часовой стрелки, осуществляет цепная передача через ведущую 31 и ведомую 32 звездочки, верхнюю ось 4 кассеты, которая враща5 ется относительно корпуса 6 манипулятора, и направляющую шпонку 25. Далее барабан 7 передает вращение через направляющую шпонку 26, нижнюю ось 5 кассеты на храповые колеса 10 и 11, входящие соответственно в один из двух храповых механизмов,

составляющих реверсивный механизм устройства, зацепление которых с. одной из двух подпружиненных собачек 12 или 13 определяет характер вращения барабана 7 вокруг своей оси, т.е. вращение по часовой или против часовой стрелки. Вращение подпружиненной рукоятки 14 с фиксированной установкой ее в одном из двух положений вокруг оси 15 вводит в зацепление или выводит из зацепления подпружиненные собачки 12 или 13с храповыми колесами 10 и 11 при помощи рычага поворота собачек 16. Как только штангу выведут на ось бурового става 42, ее верхний резьбовой конец соединяют со штатным устройством, например с верхним ключом для свинчивания и развинчивания штанг (не показан), который установлен на податчике 3 бурового станка и имеет возможность перемещаться rto под- атчику вдоль корпуса 6 манипулятора устройства, при этом прорези сепараторов 17 и 18 барабана 7 играют функции ключа и не дают возможность штанге вращаться вокруг своей оси. Затем верхний ключ для соединения штанг перемещает соединенную с ним штангу, а вместе с ней и барабан 7 с помощью направляющих шпонок 25 и 26 по пазам 23 и 24 верхней 4 и нижней 5 осей кассеты 1 на величину замкового резьбового соединения вдоль корпуса б манипулятора 2, при этом нижний конец штанги соединяется с буровым ставом при помощи штатного устройства, например нижнего ключа для свинчивания и развинчивания штанг (не показан), который устанавливается на податчике 3 бурового станка.

Освобождение штанги осуществляются путем отведения кассеты 1, а вместе с ней и всего устройства в положение хранения. Для этого шток силового цилиндра 28 включают на обратный ход, прорези сепараторов 17 и 18 барабана 7 выходят из зацепления со штангой, скрепленной с буровым ставом, при этом барабан 7, взаимодействуя с пружиной 9, возвращается в исходное положение, кроме того, барабан 7 стопорится относительно своей оси (т.е. барабан 7 не вращается вокруг своей оси) за счет работы установленных на нижней оси 5 двух храповых механизмов, каждый из которых, включенный в данный момент, обеспечивает стопорение барабана в заданном направлении, а корпус 6 манипулятора вращается вокруг осей 38 и 39 и вместе с кассетой Т занимает исходное положение- положение хранения. В результате устройство подготовлено для выполнения очередного цикла подачи штанги для наращивания бурового става.

Вращение червяка 36 за размер под ключ 37 и взаимодействие его с червячным колесом 35 изменяют местоположение эксцентрично выполненного отверстия червяч- 5 него колеса 35 относительно корпуса 6 манипулятора, через которое проходит опорная ось 34 корпуса силового цилиндра 28, и регулируют величину углового перемещения корпуса 6, а вместе с ним и всего

0 устройства, тем самым обеспечивая точность установки (позиционирования) штанги на оси бурового става 42.

Работа устройства при разборке бурового Става осуществляется в обратном на5 правлении. Следует отметить, что при установке устройства из положения хранения в рабочее положение штанга, соединенная с буровым ставом, удерживаемая верхним ключом для свинчивания и развин0 чивая штанг и устанавливаемая с помощью манипулятора 2 в кассету 1 своими размерами под ключ, вступает в контакт с боковыми поверхностями свободных прорезей сепараторов 17 и 18 барабана 7 и вводится в

5 прорези сепараторов, при этом штанга занимает такое положение в прорезях, пр и котором она фиксируется с помощью подпружиненных фиксаторов 21, затем буровая штанга разъединяется с верхним ключом

0 для свинчивания и развинчивания штанг, а также с буровым ставом при помощи нижнего ключа для свинчивания и развинчивания штанг (штанга свободна) и устройство возвращается в положение хранения. Цикл ра5 боты устройства повторяется и очередная свободная прорезь сепараторов барабана кассеты занимает положение для приема следующей штанги.

Поворот корпуса манипулятора, а вме0 сте с ним и всего устройства из положения хранения в рабочее положение, при котором происходит поворот барабана кассеты вокруг своей оси на один шаг за счет кинематического взаимодействия кассеты посредством цепной передачи с податчиком

5 бурового станка, которое завершается выводом штанги на ось бурения, упрощает процесс управления работой устройства, а управление кинематическим взаимодействием барабана кассеты с одним из двух ус0 тановленных на ее нижней оси храповых

механизмов, определяющих направление

вращения барабана кассеты через подпру.жиненную рукоятку, жестко связанные с ней

ось и рычаг поворота собачек, при возврате

5 устройства в исходное положение и стопорение барабана кассеты в нужном направлении позволяют повысить технологичность устройства за смет рациональной заполняе- мости барабана кассеты читангами.

Наличие пазов в верхней и нижней осях кассеты позволяет за счет перемещения кассеты в осевом направлении относительно корпуса манипулятора использовать буровые штанги с резьбовым замковым соединением, а также использовать и другие типы штанг без изменения конструкции устройства, увеличивая тем самым диапазон применяемости устройства в горной промышленности.

Наличие эксцентрично выполненного отверстия на червячном колесе, установленном с возможностью вращения (посредством червяка) относительно корпуса манипулятора, через которое прохбдит опорная ось корпуса силового цилиндра, позволяет изменять величину углового перемещения корпуса манипулятора, а вместе с ним и всего устройства за счет изменения местоположения эксцентрично выполненного отверстия колеса относительно корпуса манипулятора и тем самым, обеспечивать высокую точность установки штанг на ось бурового става и простоту регулировки (вращением выходного конца червяка за размер под ключ)./;//:, ;,-.- :Г:.-:У; ;.; л.-:. - ; ,-

Форм у л а и з о б ре т е н и я

1. Устройство для хранения и подачи буровых штанг, включающее кассету в виде барабана с сепараторами установленного верхней и нижней осью в поворотном относительно оси, параллельной продольной оси барабана, корпусе с возможностью шагового поворота, реверсивный механизм, Связанный с нижней осью барабана, гидро- Нриводной механизм поворота корпуса, це- || чШ-звёздочный механизм поворота барабана, фиксатор шагового поворота барабана и узел регулирования углового смещения барабана, отличаю ще ее я тем, что, с целью упрощения конструкции, оно Ф

||(и§ барабана, узел регулирования угло смещения барабана совмещен с

гидроприводом механизмом поворота корпуса и выполнен в виде червяка с выведенным наружу средством для его принудитель- ного вращения, червячного колеса с выполненным в нем эксцентричным отверстием, устанбвленного с возможностью взаимодействия с червяком, и опорной оси. пропущенной через эксцентричное отверстие червячного колеса и закрепленной на подвижной части силового цилиндра гидроприводного механизма поворота корпуса, цепочно-звездочный механизм поворота барабана выполнен в виде жестко закрепленной на верхней оси барабана ведомой звездочки1и жестко

закрепленной на оси поворота корпуса ведущей звёздочки, охваченных цепью, при этом ось поворота корпуса жестко связана с податчиком бурового станка, верхняя и нижняя оси барабана имеют ограниченноподвижные соединения с его валом, выполненные с возможностью передачи крутя щего момента, компенсатор осевого перемещения барабана выполнен в виде направляющей втулки, установленной на подшипниках на его нижней оси, и пружины сжатия, размещенной между нижним сепаратором и направляющей втулкой, прорези Сепараторов выполнены под профилированные участки буровых штанг для восприятия осевых усилий и крутящего момента, реверсивный механизм выполнен в виде двух храповых колес, жестко закрепленных на нижней оси, и двух поворотных собачек, установленных в корпусе с возможностью

взаимодействия каждой из них с одним из храповых колес поочередно.

2. Устройство по п.1, от ли ч а ю щ е е- с я тем, что ограниченно-подвижное соединение верхней и нижней оси барабана с его

валом выполнено в виде шпонки, пропущенной через продольный паз, выполненный в концёбой части оси, размещенной в осевом отверстий, выполненном в торце вала и за- своими концами в радиальных

отверстиях, выполненных в валу.

Использование: в буровых установках. Сущность изобретения: кассета выполнена в виде барабана с сепараторами. Верхняя и нижняя оси барабана соединены с его валом ограниченно-подвижным соединением, выполненным с возможностью передачи крутящего момента. Оси установлены в поворотном корпусе. Барабан поворачивается на шаг относительно корпуса цепочно- звездочным механизмом при включении гидроприводного механизма поворота для выведения на ось бурения очередной буровой штанги. Имеется фиксатор шагового поворота барабана. Узел регулирования углового смещения барабана выполнен .в виде червячной пары и эксцентричного соединения с подвижной частью силового цилиндра гидроприводного механизма поворота. -Для компенсации осевого перемещения барабана он подпружинен снизу. Прорези сепараторов могут воспринимать крутящий момент и удерживать буровые штанги от осевого перемещения. Реверсивный механизм выполнен в виде храповых колес и поворотных собачек. Устройство обеспечивает работу с буровыми штангами, имеющими резьбовые концы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.