用于轴向组合式钻杆的螺纹松紧装置

技术领域

本发明属于市政管线非开挖施工技术领域，具体涉及一种用于轴向组合式钻杆的螺纹松紧装置。

背景技术

非开挖施工是指利用各种岩土钻探设备，直接更换或修复地下管道，不会阻碍交通、破坏绿地和植被。因该项技术具备环境影响小、占地面积小、施工周期短、对交通影响小等诸多优势，目前已被大范围推广使用。

水平导向式顶拉钻设备是非开挖施工的常用设备之一，结构组成主要由钻杆以及驱动钻杆运动的钻机构成。具体施工过程为：将钻机下放至竖向检修井后，钻机驱动长钻杆在地下预钻出水平孔，水平孔需延伸至临近的另一个检修井内，然后在长钻杆的另一端(另一个检修井内)连接扩孔钻头，随后钻机将扩孔钻头从水平孔拖回，使水平孔扩大至所需孔径，即可完成地下管网的非开挖施工。

由于竖向检修井井下空间有限，采用长钻杆在井下施工存在操作困难的问题。为此，申请人拟将长钻杆设计成多段式拼接结构，钻杆前进过程中，随着钻孔深度的增加，逐节增加钻杆；钻杆回退过程中，逐节减少钻杆。在该研发构思中，相邻两段钻杆拟采用螺纹连接，并借住钻机的驱动实现螺纹拧装。由于井下施工环境复杂，借住钻机的旋转驱动力来拧转螺纹，存在诸多不稳定因数。所以，亟需设计一款装置，以辅助钻机在井下稳定地完成钻杆拼装和拆卸。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于轴向组合式钻杆的螺纹松紧装置，旨在辅助钻机完成钻杆的拼接或拆卸。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种用于轴向组合式钻杆的螺纹松紧装置，其关键在于，包括底板，所述底板上设置有第一夹具和第二夹具，所述第一夹具和第二夹具各设有一个同轴正对的中心通孔，中心通孔均用于贯穿安装钻杆，所述第一夹具和第二夹具均用于将钻杆夹紧在对应的中心通孔内；其中，所述第一夹具固定装配在底板上，第二夹具可转动地装配在底板上；

所述底板与第二夹具之间设有旋转驱动机构，该旋转驱动机构包括第一液压缸和第二液压缸，所述第一液压缸和第二液压缸对称布置在第二夹具的径向两侧，所述第一液压缸和第二液压缸的活塞杆端部均转动装配在所述底板上，第一液压缸和第二液压缸的缸座分别转动装配在第二夹具的径向两侧；

所述第一液压缸和第二液压缸同时交替动作，能够驱动第二夹具以中心通孔为轴心线在底板上转动。

优选的，所述第一夹具包括固定装配在底板上的第一座体，该第一座体具有所述中心通孔以及沿该中心通孔周向环绕的安装腔室，所述中心通孔一端设有沿其周向阵列分布的装配缺口，装配缺口内安装有能够沿中心通孔径向滑动的第一夹持块，所述安装腔室内装配有能够沿中心通孔轴向滑动的第一活塞，所述第一活塞往复滑动能够迫使第一夹持块沿中心通孔径向往复移动。

优选的，所述第一活塞对应装配缺口的位置设有滑接槽，该滑接槽相对于中心通孔中心线倾斜设置，所述第一夹持块设有与所述滑接槽滑动套接的滑接块。

优选的，所述第一活塞具有环状部，所述安装腔室对应环状部两侧的空间内分别设有第一油孔和第二油孔。

优选的，所述第一夹持块的内侧设有阵列分布的小凸块。

优选的，所述第一座体包括第一套环以及固定在第一套环两端的第一端板和第二端板，所述第一端板中部具有伸入第一套环内部的第一套筒，所述中心通孔由第一套筒内部空间围成，所述第一套环下部一体成型有矩形底座，矩形底座固装在所述底板上。

优选的，所述第二夹具包括装配在底板上的第二座体，该第二座体具有所述中心通孔以及沿该中心通孔周向环绕的安装腔室，所述中心通孔一端设有沿其周向阵列分布的装配缺口，装配缺口内安装有能够沿中心通孔径向滑动的第二夹持块，所述安装腔室内装配有能够沿中心通孔轴向滑动的第二活塞，所述第二活塞往复滑动能够迫使第二夹持块沿中心通孔径向往复移动。

优选的，所述第二座体包括第二套环以及固定在第二套环两端的第三端板和第四端板，所述第三端板中部具有伸入第二套环内部的第二套筒，所述中心通孔由第二套筒内部空间围成。

优选的，所述底板上固定安装有套环座，所述第二套环转动装配在套环座内，所述第三端板和第四端板分别位于套环座两端，所述套环座下部对称设置有左铰接座和右铰接座，所述第三端板和第四端板两端均设有左铰接耳和右铰接耳，所述第一液压缸的活塞杆铰接在所述左铰接座上，缸座铰接在第三端板和第四端板的左铰接耳上；第二液压缸的活塞杆铰接在所述右铰接座上，缸座铰接在第三端板和第四端板的右铰接耳上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的有益效果：

1、第一夹具和第二夹具同时将组合式钻杆的两根拼接段夹紧后，旋转驱动机构控制第一夹具转动，即可将两根拼接段的螺纹预紧力释放。然后第二夹具释放对相应拼接段的夹持力，再由钻机驱动钻杆旋转，即可将余下的螺纹快速退出，从而完成两根拼接段之间的拆卸工作。

2、当待拆卸位置的两根钻杆段被同时夹紧后，第一液压缸和第二液压缸同时交替动作，即可驱动第二夹具小角度旋转，从而带动相应钻杆拼接段拧转运动，释放其螺纹预紧力，进而保证钻机能够指向性地拆卸目标钻杆拼接段。与此同时，借助两组液压油同时交替伸缩来控制第二夹具小范围拧转运动，具有可控型好、驱动力足的优势，极其适用于卸载螺纹预紧力。

3、螺纹松紧装置结构设计合理，不仅辅助钻机实现了组合式钻杆的拼接和拆卸工作，而且钻机工作时，中心通孔还可以对钻杆起到导向支撑作用，提升钻杆工作的稳定性。

4、组合式钻杆的两根拼接段初步对接后，第一夹具夹持住一根拼接段，然后钻机驱动另一根拼接段旋转，即可快速完成两根拼接段之间的螺纹连接工作。

附图说明

图1为钻机A、组合式钻杆5以及螺纹松紧装置F所构成的旋切盾非开挖设备的结构示意图；

图2为附图1所示非开挖设备的剖视图；

图3为组合式钻杆5中传动段5a的结构示意图；

图4为空心轴套6d的结构示意图；

图5为螺纹松紧装置F的立体结构示意图；

图6为螺纹松紧装置F的剖视图；

图7为螺纹松紧装置F中第一夹具2的爆炸图；

图8为第一夹具2中第一座体2a的剖视图；

图9为展现第二夹具3旋转装配原理的分解结构示意图；

图10为螺纹松紧装置F的端面投影视图；

图11为非开挖设备在井下非开挖施工时的使用状态参考图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

请参附,1所示，一种由钻机A、组合式钻杆5以及螺纹松紧装置F组成的旋切盾非开挖设备。以下对各部分结构逐一展开说明。

钻机A主要涉及平支架6a、基体6b以及装配在基体6b上的液压油缸6c、空心轴套6d和驱动装置7。空心轴套6d转动安装在基体6b内部，驱动装置7则用于驱动空心轴套6d转动。从附图2可以看出，组合式钻杆5包括依次螺纹连接的传动段5a以及若干数量的拼接段5b。从附图4可以看出，空心轴套6d的内孔壁上设有沿其长度方向延伸的条状凸条6d1，从附图3可以看出，传动段5a外表面设有沿其长度方向延伸的条形槽5a1，在条形槽5a1与条状凸条6d1相互配合的作用下，传动段5a以滑动花键方式套设于空心轴套6d内部，基于此，驱动装置7驱动空心轴套6d转动，组合式钻杆5即可随着空心轴套6d同步转动，从而实现钻孔的旋转运动。

进一步的，请参图1，基体6b滑动装配在平支架6a上，液压油缸6c共计两组，对称布置在基体6b两侧，液压油缸6c包括固定在基体6b上的缸体f以及一端伸缩安装在缸体f内的活塞杆g，平支架6a前部设有支撑盘6a3，活塞杆g的外端固定支撑在支撑盘6a3上。传动段5a两端固设有限位部件5c，限位部件5c用以限制传动段5a在空心轴套6d内的滑动范围。基于此，液压油缸6c的活塞杆g伸缩运动，即可带动基体6b相对于平支架6a往复滑动，此过程中，当基体6b滑动至与传动段5a的限位部件5c抵接时，组合式钻杆5即可随着基体6b同步滑动，从而实现钻杆的轴向进给控制。

再如图2所示，组合式钻杆5的传动段5a始终位于空心轴套6d内部，钻杆的总长度则由传动段5a前部拼接的拼接段5b数量决定。当液压油缸6c驱动传动段5a向前进给至极限位置后，将其中两根拼接段5b螺纹分离，然后液压油缸6c驱动钻机A向后复位，再在分离的两根拼接段5b之间重新连接一根拼接段5b，即可实现组合式钻杆5长度扩增。反之，逆向操作则可以实现拼接段5b的减少。

再参图2所示，螺纹松紧装置F则安装在钻机A前部，组合式钻杆5增减拼接段5b时，该螺纹松紧装置F能够辅助钻机A完成拼接段5b的连接和拆卸。具体如下：

如图5和6所示，螺纹松紧装置F包括底板1，底板1上设置有第一夹具2和第二夹具3，第一夹具2和第二夹具3各设有一个同轴正对的中心通孔a，中心通孔a均用于贯穿安装组合式钻杆5的拼接段5b，且第一夹具2和第二夹具3均用于将拼接段5b夹紧在对应的中心通孔a内。第一夹具2固定装配在底板1上，第二夹具3可转动地装配在底板1上，第二夹具3能够绕中心通孔a的中心线旋转。底板1上配置有旋转驱动机构4，旋转驱动机构4驱动第二夹具3转动。请参附图2，具体应用时，螺纹松紧装置F装配在所述钻机A前部，也即是底板1固定在平支架6a前部。

螺纹松紧装置F实现两根拼接段5b分离的工作原理为：初始状态下，第一夹具2和第二夹具3各夹持住一根拼接段5b，然后旋转驱动机构4驱动第二夹具3转动，即可带动左端的拼接段5b相对于右端的拼接段5b转动，从而将螺纹连接的预紧力释放，然后第二夹具3释放对左端拼接段5b的夹持力，再由钻机A驱动传动段5a旋转，即可将余下的螺纹快速退出，从而实现两根拼接段5b之间的分离。借助螺纹松紧装置F进行组合式钻杆5的分段拆卸，可保证松动的是指定拼接段5b。请参图11，因为组合式钻杆5上涉及多处螺纹连接，完全依靠钻机A拆卸，可能拧松位置不在检修井B内，无法增设新的拼接段5b，除此之外，也可能会因为预紧力过大，拆卸失败。而通过旋转驱动机构4将对应的预紧力卸掉，则可以有效规避这些问题。

螺纹松紧装置F实现两根拼接段5b连接的工作原理为：两个拼接段5b初步对接后，第二夹具3夹持住右端的拼接段5b，钻机A驱动左端的拼接段5b旋转，即可快速完成两根拼接段5b的安装。

在本实施例中，第一夹具2实现夹紧的具体结构如下：

请参附图6所示，第一夹具2包括固定装配在底板1上的第一座体2a，结合附图8可以看出，第一座体2a中部形成有中心通孔a，第一座体2a还设有沿该中心通孔a周向环绕的安装腔室b，中心通孔a一端设有沿其周向阵列分布的装配缺口c，装配缺口c内安装有能够沿中心通孔a径向滑动的第一夹持块2b，安装腔室b内装配有能够沿中心通孔a轴向滑动的第一活塞2c。再结合附图7可以看出，第一活塞2c靠近第一夹持块2b的位置设有滑接槽2c1，该滑接槽2c1相对于中心通孔a的中心线倾斜设置，第一夹持块2b设有与滑接槽2c1滑动套接的滑接块2b1。再结合附图6可以看出，第一活塞2c具有环状部2c2，安装腔室b对应环状部2c2两侧的空间内分别设有第一油孔d和第二油孔e。

基于以上结构布置，向第二油孔e注入液压油，即可推动第一活塞2c向左滑动，然后在滑接槽2c1与滑接块2b1的引导作用下，第一夹持块2b沿中心通孔a径向向内移动，从而夹紧钻杆。反之，向第一油孔d注入液压油，即可推动第一活塞2c向右滑动，然后在滑接槽2c1与滑接块2b1的引导作用下，第一夹持块2b沿中心通孔a径向向外移动，从而解除对钻杆的夹持力。

在本实施例中，为了能够提供更好的夹紧效果，第一夹持块2b有四组，圆周阵列分布于第一座体2a的周向，进一步的，第一夹持块2b的内侧均设有阵列分布的小凸块2b2。

再如图8所示，为方便夹具装配，第一座体2a为组合式结构，由第一套环2a1以及固定在第一套环2a1两端的第一端板2a2和第二端板2a3构成，第一端板2a2中部具有伸入第一套环2a1内部的第一套筒2a4，用于穿设钻杆的中心通孔a由第一套筒2a4内部空间围成，第一套环2a1下部一体成型有矩形底座2a11，第一夹具2通过该矩形底座2a11固装在底板1上。

请参图6，在本实施例中，第二夹具3涉及第二座体3a、第二夹持块3b和第二活塞3c等部件，其实现夹紧的工作原理与第一夹具2相同，此处不再重复赘述。因第二夹具3与底板1之间为转动装配关系，所以第二夹具3的第二座体3a与第一夹具2的第一座体2a之间存在不同，具体如下：

如图6和9所示，第二座体3a包括第二套环3a1以及固定在第二套环3a1两端的第三端板3a2和第四端板3a3，第三端板3a2中部具有伸入第二套环3a1内部的第二套筒3a4，中心通孔a由第二套筒3a4内部空间围成。底板1上安装有套环座1a，第二套环3a1为圆形结构，其转动装配在套环座1a内，第三端板3a2和第四端板3a3直径大于第二套环3a1直径，装配完成后，第三端板3a2和第四端板3a3分别位于套环座1a两端，并将第二套环3a1稳定地旋转保持在套环座1a内。在此基础上，旋转驱动机构4驱动第三端板3a2和第四端板3a3转动，即可实现第二夹具3的转动。

如图10所示，套环座1a下部对称设置有左铰接座1b和右铰接座1c，旋转驱动机构4由两组液压缸组成，分别为第一液压缸4a和第二液压缸4b，第一液压缸4a的活塞杆铰接在所述左铰接座1b上，第一液压缸4a的缸座铰接在第三端板3a2和第四端板3a3的左端端部；第二液压缸4b的活塞杆铰接在所述右铰接座1c上，第二液压缸4b的缸座铰接在第三端板3a2和第四端板3a3的右端端部。基于此，第一液压缸4a的活塞杆向外伸出时，第二液压缸4b的活塞杆向内收缩，即可驱动第二夹具3正转。反之，第二液压缸4b的活塞杆向外伸出时，第一液压缸4a的活塞杆向内收缩，即可驱动第二夹具3反转。换言之即，第一液压缸4a和第二液压缸4b同时交替动作，即可驱动第二夹具3相对于套环座1a转动，从而实现螺纹预紧力卸载。

进一步的，为方便转动装配液压缸的缸座，第三端板3a2和第四端板3a3两端均设有左铰接耳g和右铰接耳h，第一液压缸4a的缸座铰接在第三端板3a2和第四端板3a3的左铰接耳g上。第二液压缸4b的缸座铰接在第三端板3a2和第四端板3a3的右铰接耳h上。

在实际应用过程中，拧转拆卸组合式钻杆5的拼接段5b时，钻杆自身存在轴向位移量，所以，传动段5a两端限位部件5c之间的距离大于整个基体6b的长度，螺纹装卸拼接段5b时，该距离差能够确保制传动段5a在空心轴套6d内花键滑动。进一步的，套环座1a底部通过一个能够小距离移动的滑轨组件h设置在底板1上，其用途是吸收旋转驱动机构4卸载螺纹预紧力时，传动段5a小范围内的轴向位移。因该轴向位移通常在1mm内，所以也可以通过夹具的自身变形吸收。

在本实施例中，请参附图2，钻机的驱动装置7包括电机7a和水平传动轴7c，电机7a的输出轴7a1沿竖直方向布置在水平传动轴7c上方，输出轴7a1与水平传动轴7c之间经锥齿轮组7b动力衔接，水平传动轴7c平行布置在空心轴套6d上方，两者之间经圆柱齿轮组7d动力衔接。如此设计，驱动装置7整体以竖向姿态安装在基体6b框体2b内，能够与检修井B的深度结构相适应，进而提升进行组装的便捷性。进一步的，锥齿轮组7b和圆柱齿轮组7d均为减速传动组件，如此考虑，能够对组合式钻杆5提供更大的旋转扭矩，提升非开挖扩孔效率和可靠性。

在本实施例中，请参图1，钻机的平支架6a被构造成矩形框6a1，其由四根矩形钢围成，矩形框6a1内滑动装配有滑移板6a2，基体6b通过螺栓可拆卸地安装在滑移板6a2上。平支架6a的四角位置设有固定座6a4。请参图2，基体6b内竖向安装有传动箱体6b1，水平传动轴7c、锥齿轮组7b以及空心轴套6d通过传动箱体6b1集成装配在基体6b内，电机7a固定在传动箱体6b1顶部。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。