一种剖分式桅杆结构、其组装方法及钻机

技术领域

本发明涉及水井钻机技术领域，具体涉及一种剖分式桅杆结构、其组装方法及钻机。

背景技术

水井钻机要求桅杆结构紧凑、抗弯性能好。目前，公知的水井钻机桅杆结构为内外滑移式结构，具体如图1和图2所示，目前两种水井钻机桅杆结构：外层为左右分体式外塔1a，其结构依靠分布式横梁连接成U型，在U型结构的内侧加工有滑移槽。内侧为可滑移式内塔1c，内塔1c的侧面安装有滑块和导轮，内塔1c前侧安装有工作装置的滑轨。其内外塔连接依靠内塔侧面的滑块和导轮沿外塔内侧的滑移槽上下滑移，通过滑块滑槽导轮组件1b使内外塔相对滑移。外塔的下端焊接有起升油缸安装座，起升油缸1d一端安装在外塔底端，另外一端连接到内塔上，油缸伸缩实现内塔桅杆的伸缩。起升油缸1d也可以安装在两侧外塔内，推动内塔升降。

目前现有技术中的桅杆结构，其由于外塔与内塔并排布置，为确保整机的稳定性，外塔需要较大的尺寸，且外塔需要关于内塔对称布置，使得外塔的数量需要两个。因此，桅杆结构整体尺寸大、重量重、结构紧凑性差；另外，该形式的桅杆结构作为驱动件的油缸需要嵌入内塔或者外塔进行安装，安装及维修均不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种剖分式桅杆结构、其组装方法及钻机，以解决现有技术中桅杆结构尺寸大、重量重及驱动件安装维修不便的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本申请公开了一种剖分式桅杆结构，包括驱动件和桅杆主体，所述桅杆主体垂直于长度方向的截面为方框状，所述桅杆主体包括一个后侧桅杆和位于所述后侧桅杆外，且通过侧面的导轨滑槽组件沿后侧桅杆长度方向滑动设置的一个前侧桅杆；

所述前侧桅杆和后侧桅杆的相对面上均设有沿其长度方向的容纳半槽，所述驱动件设置在两个容纳半槽形成的容纳槽体内，一端固定在后侧桅杆的容纳半槽内，另一端连接至前侧桅杆的顶端，以驱动前侧桅杆和后侧桅杆进行相对运动；

所述前侧桅杆远离所述后侧桅杆的一侧面上设有随前侧桅杆运动的工作装置。

进一步地，所述驱动件为起升油缸，所述起升油缸的缸筒端固定在后侧桅杆的容纳半槽内，活塞杆端连接至前侧桅杆的顶端。

进一步地，所述后侧桅杆的容纳半槽内连接有油缸安装座，所述起升油缸的缸筒端和所述油缸安装座固定连接，活塞杆端连接至前侧桅杆顶端突出的油缸铰接孔处。

进一步地，所述导轨滑槽组件包括导轨和抱爪，所述抱爪上设有和所述导轨相适配的滑槽；

所述导轨沿所述前侧桅杆的长度方向布置在前侧桅杆的侧面，所述后侧桅杆侧面顶端固定的抱爪和所述前侧桅杆上的导轨滑动连接；

所述导轨沿后侧桅杆的长度方向布置在后侧桅杆的侧面，所述前侧桅杆侧面的底端固定的抱爪和所述后侧桅杆上的导轨滑动连接。

进一步地，所述前侧桅杆的顶端连接有提升滑轮组，所述前侧桅杆侧面的底部连接有加压滑轮；

所述工作装置通过滑块滑动连接在沿前侧桅杆长度方向设置的工作导轨上，所述工作装置的顶面通过提升钢丝绳绕过提升滑轮组与后侧桅杆的顶部相连接，所述工作装置的底面通过加压钢丝绳绕过加压滑轮与后侧桅杆的顶部相连接。

进一步地，所述驱动件的轴线位于所述容纳槽体的中心，所述提升滑轮组的中心和所述驱动件的轴线重合。

进一步地，所述前侧桅杆和后侧桅杆的相对面均包括连接平面，所述连接平面位于所述容纳半槽的两侧；

所述前侧桅杆的连接平面和后侧桅杆连接平面相连接。

进一步地，所述后侧桅杆内设有加强筋板。

第二方面，一种用于第一方面任一项所述的剖分式桅杆结构的组装方法，包括：

将驱动件的一端固定在后侧桅杆的容纳半槽内，另一端和前侧桅杆具有容纳半槽一侧面的顶端相连接；

将前侧桅杆的相对面和后侧桅杆的相对面连接，以使前侧桅杆的容纳半槽和后侧桅杆的容纳半槽形成的容纳驱动件的容纳槽体；

通过前侧桅杆和后侧桅杆侧面的导轨滑槽组件配合连接，使前侧桅杆和后侧桅杆相对滑动；

在前侧桅杆远离所述后侧桅杆的一侧面上安装工作装置。

第三方面，本申请公开了一种钻机，包括第一方面任一项所述的剖分式桅杆结构。

根据上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、本申请的桅杆主体呈方框状，其包括一个后侧桅杆和一个前侧桅杆，两者通过侧面的导轨滑槽组件滑动设置，此设计使得后侧桅杆和前侧桅杆可滑动，两个剖分式的桅杆结构、结合桅杆主体呈方框状的设计形式使桅杆稳定性好，截面尺寸大大减小；在同等型号的产品中，相较于传统的外塔式桅杆，其截面的尺寸由540×1500可缩减至520×765，整体重量相差2.7吨；

2、本申请设计了滑动在后侧桅杆外的前侧桅杆，并在前侧桅杆和后侧桅杆的相对面上设计容纳半槽，驱动件一端连接至后侧桅杆的容纳半槽内，另一端连接至前侧桅杆的顶端，此设计形式使得驱动件相对于后侧桅杆和前侧桅杆均为外置安装，相对于传统起升油缸需要伸至内塔内部进行安装，本申请的驱动件装配和维修方便简单。

附图说明

图1为现有技术一种桅杆结构的示意图；

图2为现有技术另一种桅杆结构的示意图；

图3为本发明桅杆结构的截面剖视图；

图4为本发明桅杆结构整体的主视图；

图5为本发明前侧桅杆和后侧桅杆连接处的示意图；

图6为本发明起升油缸和前侧桅杆的连接示意图；

图7为图6不同视角的示意图；

图8为本发明抱爪滑轨的示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

经分析，目前内外滑移式结构的水井钻机桅杆除了背景技术中提到的缺陷外，其还具有如下缺点：偏大偏重的工作装置占用了更多有限的空间、需要消耗更多的能量进行工作。内外塔的连接较弱，由于内外塔的连接依靠滑轮滑块与滑移槽的配合实现，其连接点较少，连接性能及抗弯性能较弱。工作装置加压提升滑轮机构均需要布置在内侧，其安装及维修均不方便。

本申请的目的在于解决背景技术中提到的问题，此外本申请通过进一步方案的设置还尝试上述问题。

本发明公开了一种剖分式桅杆结构，将桅杆主体设计成前后剖分式结构，其中前侧桅杆1为可滑移式结构，后侧桅杆3为支撑桅杆。两个桅杆内侧折弯成多边形结构，以便安装驱动件。前后桅杆依靠外侧面的导轨滑槽组件连接成一体，驱动件安装在后侧桅杆3下部，上端连接至前侧桅杆1。驱动件推动前侧钻桅上下移动，带动工作装置提升和钻进。

本申请剖分式桅杆结构，截面采用前后剖分式结构，利用后侧桅杆3代替传统结构外塔式桅杆，截面尺寸大大减小，由于其结构为方框状的箱型结构，稳定性较好。

具体的，一种剖分式桅杆结构，包括驱动件和桅杆主体，桅杆主体垂直于长度方向的截面为方框状，桅杆主体包括一个后侧桅杆3和位于后侧桅杆3外，且通过侧面的导轨滑槽组件沿后侧桅杆3长度方向滑动设置的一个前侧桅杆1；前侧桅杆1和后侧桅杆3的相对面上均设有沿其长度方向的容纳半槽13b，驱动件设置在两个容纳半槽13b形成的容纳槽体内，一端固定在后侧桅杆3的容纳半槽13b内，另一端连接至前侧桅杆1的顶端，以驱动前侧桅杆1和后侧桅杆3进行相对运动；前侧桅杆1远离后侧桅杆3的一侧面上设有随前侧桅杆1运动的工作装置8。

如图3所示，桅杆主体的截面形状为方框状，结构紧凑，桅杆主体包括后侧桅杆3以及前侧桅杆1，前侧桅杆1和后侧桅杆3的相对面包括连接平面13a以及容纳半槽13b，容纳半槽13b为桅杆向内折弯的多边形凹槽结构。容纳半槽13b处于前侧桅杆1和后侧桅杆3的相对面中前后方向的中心位置，连接平面13a位于容纳半槽13b的两侧。

前侧桅杆1和后侧桅杆3通过侧面的导轨滑槽组件连接成桅杆主体，此时，前侧桅杆1的连接平面13a和后侧桅杆3的连接平面13a接触，使桅杆主体结构稳定。滑动时，前侧桅杆1和后侧桅杆3沿着连接平面13a上下滑动，保证了滑动的稳定。

进一步地，为了减少前侧桅杆1和后侧桅杆3滑动时的摩擦力，在前侧桅杆1和后侧桅杆3的连接平面13a上可设置涂层，增加连接平面13a的光滑度，以减少两者的接触摩擦力。

如图3所示，前侧桅杆1和后侧桅杆3的容纳半槽13b共同组合形成安装驱动件的容纳槽体。在一个具体的实施例中，驱动件可以为起升油缸6，起升油缸6设置在容纳槽体内。在另外一些实施例中，驱动件可采用其它直线驱动装置，本实施例选用起升油缸6具有推动力大的优点。

结合图4至图7所示，起升油缸6的缸筒端在后侧桅杆3的容纳半槽13b内，活塞杆端连接至前侧桅杆1的顶端，起升油缸6工作可带动前侧桅杆1相对于后侧桅杆3升降。当起升油缸6的活塞杆端收缩至缸筒内时，起升油缸带动前侧桅杆1下降，前侧桅杆1和后侧桅杆3形成左右并排布置的形式，截面如图3所示，此时桅杆主体的整体高度大大减少，便于桅杆结构运输。

前侧桅杆1和后侧桅杆3形成左右并排布置的形式，起升油缸6处于前侧桅杆1和后侧桅杆3之间形成的容纳槽体内，有效的对起升油缸6进行了保护，保证运输过程中油缸的安全。

更加重要的是，本申请不仅能够保护油缸，而且采用外置的油缸安装方式，保证了油缸的安装维修方便。进一步地，起升油缸6缸筒端固定在后侧桅杆3容纳半槽13b底部设置的油缸安装座7上，后侧桅杆3的顶端设置有导套，活塞杆端穿过导套和连接至前侧桅杆1顶端突出的油缸铰接孔处，如图5和图6所示。

在一些进一步地实施例中，起升油缸6的轴线位于容纳槽体的中心位置，此设计使得起升油缸6工作带动前侧桅杆1相对于后侧桅杆3直线伸缩，不会使前侧桅杆1相对于后侧桅杆3产生分力。

如图4所示，前侧桅杆1远离后侧桅杆3的一侧面上设有随前侧桅杆1运动的工作装置8。具体的，工作装置8可沿前侧桅杆1滑动，前侧桅杆1的左侧面和前后侧面上均设计有沿长度方向的工作导轨，即图示上下方向，工作装置8通过滑块滑动连接在作导轨上。

前侧桅杆1的顶端通过螺栓连接提升滑轮组2，前侧桅杆1前后侧面的底端连接有加压滑轮11。后侧桅杆3的顶部安装有用于连接钢丝绳的铰支座，工作装置8的顶面通过提升钢丝绳9绕过提升滑轮组2与后侧桅杆3的顶部的铰支座相连接，工作装置8的底面通过加压钢丝绳10绕过加压滑轮11与后侧桅杆的顶部的铰支座相连接。

工作时，当起升油缸6伸出推动前侧桅杆1向上滑动时，提升滑轮组2随着前侧桅杆1上升，通过提升钢丝绳9带动工作装置向上移动，完成提升动作。相反，当起升油缸6回缩时，前侧桅杆1跟随起升油缸6一起向下滑移，加压滑轮11随着前侧桅杆1下降，加压滑轮11通过加压钢丝绳10带动工作装置向下移动，完成加压动作。

由于前侧桅杆1在后侧桅杆3的外部，并设置提升滑轮组2设置在前侧桅杆1的顶端，加压滑轮11设置在前侧桅杆1前后侧面的底端，使得提升滑轮组2和加压滑轮11的安装也十分方便。

传统结构的加压滑轮组由于桅杆结构的原因仅能布置在内侧，这种结构不易装配和维修，而且其对安装空间的要求加大了对外塔尺寸的要求。本申请采用前后剖分式的桅杆结构结构，其加压滑轮11外挂在前侧桅杆的侧面，不占用空间，方便装配和维修。原结构的提升滑轮组由于桅杆结构的尺寸较大，必须采用两组滑轮共同布置才可以将钢丝绳导向至所需位置。本申请由于截面尺寸较小，采用一组提升滑轮组2即可以完成导向。

进一步地，设置提升滑轮组2的中心和起升油缸6的轴线重合。将起升油缸6的轴线布置在与提升滑轮组2中心重合，使整体结构在受力时起升油缸6仅受拉压力，不受弯矩，受力较好。

如图8所示，本申请的前侧桅杆1和后侧桅杆3通过侧面的导轨滑槽组件连接。具体的，导轨滑槽组件包括导轨5和抱爪4，导轨沿长度方向布置在前侧桅杆1和后侧桅杆3上。每侧面设置两个抱爪4，其中一个抱爪4固定在后侧桅杆3侧面的顶端，其和前侧桅杆1上的导轨滑动连接。另一个抱爪4固定在前侧桅杆1的底端，其和后侧桅杆3上的导轨滑动连接。

在一些进一步地实施例中，为了保证抱爪4的使用寿命及对前侧导轨及后侧导轨的固定效果，抱爪4选择耐磨及硬度高的材料制造，抱爪4和导轨5的接触面还可进一步热处理，保证使用寿命。

传统结构中，外塔的滑槽布置在U型结构的内侧面，加工不方便。本申请前侧桅杆和后侧桅杆由于采用前后剖分式结构，其导轨5及抱爪4均可以布置在桅杆的外侧，方便加工。

在本申请的一个实施例中，后侧桅杆3内还设有加强筋板，以保证后侧桅杆3的强度。

综上，和传统结构相比本申请具有如下优点：

传统结构的截面较大，其两侧立柱连接主要通过在其背部焊接两处横梁完成连接，连接较松散，连接稳定性较差，抗扭性能较差。本申请结构截面采用前后剖分式结构，利用后侧剖分桅杆代替传统结构外塔式桅杆，截面尺寸大大减小，由于其结构为箱型结构其稳定性较好。在同等型号的产品中，其传统结构截面的尺寸为540×1500，剖分式截面为520×765。整体重量相差2.7吨。

传统结构起升油缸需要伸至内塔内部进行安装，由于深入较深，油缸的装配和维修均不方便，而且内塔由于需要从下端插入油缸，其内部结构不宜加强，造成抗扭性能较弱。新结构巧妙地将起升油缸安装在两个剖分式桅杆的中部凹槽处，这样起升油缸相对于前侧和后侧桅杆均为外置安装，其装配和维修均较容易。另外设计将起升油缸的缸体与后侧桅杆固接在一起，桅杆内侧可以增加加强筋板进行加强，通过这两种方式后侧桅杆得到了加强，其抗弯抗扭性能均较好。

基于上述实施例提供的剖分式桅杆结构，本实施例还提供了一种桅杆结构的组装方法，包括如下步骤：

步骤1、将驱动件的一端固定在后侧桅杆3的容纳半槽13b内，另一端和前侧桅杆1具有容纳半槽13b一侧面的顶端相连接。

在步骤1中，先将起升油缸6的缸筒端固定在后侧桅杆3的容纳半槽13b内，可通过油缸安装座7固定，并将起升油缸6的活塞杆端和前侧桅杆1顶端突出的油缸铰接孔连接。

步骤2、将前侧桅杆1的相对面和后侧桅杆3的相对面连接，以使前侧桅杆1的容纳半槽13b和后侧桅杆3的容纳半槽13b形成的容纳驱动件的容纳槽体。

在步骤2中，将前侧桅杆1的相对面和后侧桅杆3的相对面连接，即将前侧桅杆1的连接平面13a和后侧桅杆3的连接平面13a贴合，使前侧桅杆1的容纳半槽13b和后侧桅杆3的容纳半槽13b对合，形成的容纳驱动件的容纳槽体。

步骤3、通过前侧桅杆1和后侧桅杆3侧面的导轨滑槽组件配合连接，使前侧桅杆1和后侧桅杆3相对滑动。

该步骤中通过前侧桅杆1和后侧桅杆3侧面的导轨滑槽组件配合连接，即安装抱爪4，使前侧桅杆1和后侧桅杆3组合成整体。导轨滑槽组件中的导轨5存在于前侧桅杆1和后侧桅杆3的侧面，通过螺钉安装抱爪4使其与导轨5卡合即可实现前侧桅杆1和后侧桅杆3的整体安装。

步骤4、在前侧桅杆1远离后侧桅杆3的一侧面上安装工作装置8。

在该步骤中，工作装置8安装在前侧桅杆1的轨道上，并通过钢丝绳滑轮组进行提升。

基于本申请的剖分式桅杆结构，其组装方法简单方便，只需将前侧桅杆1和后侧桅杆3贴合，并通过侧面的抱爪4固定即可。

基于本申请的剖分式桅杆结构，本申请还提供了一种钻机，该钻机包括上述任一实施例的剖分式桅杆结构。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。