闩锁杆箱 |
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| 申请号 | CN201180066392.6 | 申请日 | 2011-11-29 | 公开(公告)号 | CN103339341A | 公开(公告)日 | 2013-10-02 |
| 申请人 | 维米尔制造公司; | 发明人 | 拉塞尔·诺韦洛; 迈克尔·D·贝洛马; 赖安·P·罗伯茨; 卢卡斯·拉韦曼; 戴维·朗根费尔德; 沃德·赖恩; | ||||
| 摘要 | 提供一种钻孔机，包括底盘和安装在底盘上的主杆箱，钻孔机包括 定位 邻接在主杆箱的顶部的杆箱 接口 连接机构用于便于将主杆箱与补充杆箱接口连接。本 发明 公开内容的另一方面涉及杆箱接口连接机构，当杆箱放低到钻孔机上合适 位置 时杆箱接口连接机构自动地将杆箱紧固至钻孔机。在特定 实施例 中，杆箱接口连接机构可以用于将补充杆箱紧固至被连接至钻孔机的底盘的主杆箱的顶部，并可以用于将杆箱直接紧固至钻孔机的底盘。本发明公开内容的另一方面涉及用于在杆箱被放低到钻孔机上时将杆箱引导至钻孔机上合适位置的自对准结构。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水平定向钻孔机，包括： |
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| 说明书全文 | 闩锁杆箱[0001] 本申请于2011年11月29作为PCT国际专利申请递交，对于除了美国外的全部国家申请人是美国本土企业维米尔制造公司，仅对于美国本申请的申请人是美国公民Russel Novelo,Michael D.Belloma,Ryan P.Roberts,Lucas Laverman,David Langenfeld和Ward Ryon，并且要求于2010年12月1日递交的美国临时专利申请第61/418,670号的优先权，其在此以参考的方式并入。 背景技术[0002] 与水平定向钻孔机一起使用的钻杆通常存储在容器中，通常称为杆箱。这些杆箱通常存储堆叠在多个柱状部中的多个杆，并且配置用于将杆传送出杆箱的底部至杆装载机构，杆装载机构在钻孔操作期间将杆从杆箱移动至与钻柱对准。杆装载机构能够倒转传送方向，以在撤回操作期间将杆传送回到杆箱中。在美国专利第6,360,830号、第6,332,502号、第5,607,280号、第5,556,253号、第6,474,932号、第6,374,928号、第7,694,751号、第7,562,724号、第7,240,742号、第6,085,852号、第7,600,584号以及第US6,374,927号中描述了具有多种类型的杆存储和处理机构的水平定向钻孔机的多个示例，这些专利所公开的内容在此通过参考并入。 [0003] 对于能够钻加长距离的孔的较大的钻孔机，实际上不会将所有所需钻杆存储在机器上。因此，这些较大的机器通常能够通过在钻孔操作期间移除空的杆箱并安装装满的杆箱而增加额外的杆到钻柱，并且在撤回操作期间倒转以将装满的杆箱移除，并用空箱代替它。 [0004] 需要一种系统以优化与杆箱处理相关的过程。发明内容 [0006] 本发明公开内容的另一方面涉及一种杆箱接口连接机构，当杆箱放低到钻孔机上合适位置时杆箱接口连接机构自动地将杆箱紧固至钻孔机。在特定实施例中，杆箱接口连接机构用于将补充杆箱紧固至被连接至钻孔机的底盘的主杆箱的顶部。在另一实施例中，杆箱接口连接机构可以用于将杆箱直接紧固至钻孔机的底盘。 [0007] 本发明公开内容的还一方面涉及一种用于在杆箱被放低到钻孔机上时将杆箱引导至钻孔机上合适位置的自对准结构（features）。在一个实施例中，自对准结构包括锥形对准销和具有凹口的对准销。 [0008] 在随后的说明书中给出多个附加的方面。这些方面可以涉及多个单独的特征和这些特征的组合。应该理解，前面概括的描述和下面详细的描述仅是示例性的和解释性的，并非限制这里公开的实施例所基于的总的发明构思。附图说明 [0009] 图1是根据本发明公开内容的原理的一种水平定向钻孔机的透视图； [0010] 图2是图1的水平定向钻孔机的前端视图； [0011] 图3a是图1的一部分的放大视图，示出设置在图1的水平定向钻孔机的主杆箱的第一端处的第一保持结构； [0012] 图3b示出图3a的用于将主杆箱的第一端闩锁至补充杆箱的第一端的第一保持装置； [0013] 图4是图1的一部分的放大视图，示出设置在主杆箱的第二端的第二保持装置； [0014] 图5a-5c示出将补充杆箱的第一端闩锁到主杆箱的第一端的一系列步骤； [0015] 图6a-6e示出从主杆箱解锁并移除补充杆箱的一系列步骤； [0016] 图7a-7e示出临时解锁并随后将补充杆箱重新闩锁到主杆箱的一系列步骤； [0017] 图8是图3a的第一保持装置的闩锁组件的分解图； [0018] 图9是补充杆箱的第一端的透视图； [0019] 图10是图1中的水平定向钻孔机的另一透视图； [0020] 图11是图10的一部分的放大视图，示出补充杆箱的第二端； [0021] 图12是图10的一部分的放大视图，示出主杆箱的第二端的放大视图； [0022] 图13示出在连接至主杆箱的第二端过程中的补充杆箱的第二端； [0023] 图14a-14e示出将补充杆箱的第二端与主杆箱的第二端相互锁止的一系列步骤； [0024] 图15是沿图14e的线15-15截取的剖视图；和 [0025] 图16a-16d示出用于将补充杆箱紧固/连接至主杆箱的整体步骤。 具体实施方式[0026] 水平定向钻孔机包括多种机械系统，其中已经进行多种变化以满足不同应用的需求。大多数这些应用涉及相对短的钻孔，例如横穿马路或溪流和江河，或应用设施从马路一侧安装到居民区。通常用于这种类型的短的安装的机器包括钻杆处理装置和钻杆存储装置，其中足够的钻杆承载在机器上用于单个的工程。然而，其他的应用需要长得多的钻孔。对于这些应用，钻孔机的钻杆存储装置携带完成工作所需的所有钻杆是不实际的，因为钻杆存储装置将会不可思议的大。本发明公开内容的钻杆处理系统适于用在有效地钻长的孔和短的孔。 [0027] 图1示出水平定向钻孔机100的基本的机械元件。钻孔机100具有动力单元102，动力单元通常包括柴油机和液压泵。动力单元102可以替换地包括电动机。本实施例的动力单元102安装在包括地面驱动轨道108的机器底盘103。钻孔机100还包括用于驱动钻柱进入地面并用于将钻柱从地面撤回的驱动布置。在特定的实施例中，驱动布置包括驱动单元（例如，齿轮箱），驱动单元具有旋转驱动器，旋转驱动器在钻孔操作期间提供用于围绕旋转轴线106旋转钻柱的扭矩。驱动单元还可以包括插入/撤回驱动器，用于在钻孔操作期间将钻柱推入地面并且用于在回铰和/或撤回操作期间从地面撤回钻柱。驱动单元通常在钻孔和撤回/回铰操作期间能够沿旋转轴线前后滑动。许多不同的驱动布置配置都是可以的。示例的驱动布置配置可以包括线性致动器、齿条和齿轮的齿轮传动系统或其他已知的机械部件。在美国专利第6,814,164号中公开了一种示例的驱动布置，其通过参考在此全文并入。 [0028] 参考图1-4，钻孔机100包括钻杆处理系统120，钻杆处理系统120包括第一杆穿梭板（rod shuttle）122、第二杆穿梭板124、安装至底盘103的主杆箱126、以及安装至主杆箱126的顶部的至少一个补充杆箱200。 [0029] 杆穿梭板122、124可以沿大体垂直于轴线106取向的水平轴线往复运动以在主杆箱126的任何柱状部的底部卸载和进入与钻柱的轴线106对准之间前后移动杆。图2示出位于收回位置的杆穿梭板（杆穿梭板124隐藏在杆穿梭板122之后），其中杆穿梭板的凹处（pocket）123直接定位在主杆箱126的柱状部的下面，期望通过凹处123接收杆。离开收回位置，穿梭板122、124可以线性地移动到伸出位置，在伸出位置凹处123被定位成对准被保持在凹处123中的杆与旋转轴线106。穿梭板122、124具有阻挡表面125，在穿梭板122、124位于伸出位置时阻挡表面125阻挡主杆箱126的柱状部的下端以防止杆意外地从杆箱 126落下。应该认识到，本发明公开内容不限于任何特定类型的杆传送装置。虽然优选的实施例描述了杆处理系统包括杆箱，杆箱从底部卸下钻杆到杆穿梭板装置，但是本发明公开内容的多个方面可以有利地用于与任何杆处理系统一起使用。 [0030] 主杆箱126通常具有杆存储容量，其仅足够大以允许钻孔机钻预定长度的孔。对于更长的孔，通过将补充杆箱200安装在主杆箱126的顶部可以提供附加的杆。在图示的实施例中，主杆箱126通过第一连接类型连接至底盘103，补充杆箱200通过第二连接类型连接至主杆箱126。在钻孔机100的正常使用期间通常不从底盘103上移除主杆箱126。因此，第一连接可以是永久的（例如，焊接）或半永久的（例如，通过例如螺栓或其他紧固件的多个紧固件固定在合适的位置，其通常需要用于组装和拆卸的工具）。相反，当钻长孔时，可以连续地将多个补充杆箱200安装至主杆箱126的顶部。例如，当主杆箱是空的时候，第一补充杆箱连接至主杆箱的顶部并用以用杆重新填充主杆箱126。随后，如果需要更多的杆，则从主杆箱126的顶部移除第一补充杆箱并使用用于再填充主杆箱126的第二补充杆箱代替。重复这个过程，直到完成钻孔。因为补充杆箱通常连接主杆箱126和从主杆箱126拆卸，因此第二连接类型优选允许补充杆箱迅速地且容易地连接至主杆箱126的顶部和从主杆箱的顶部拆卸。因此，第二连接类型优选允许比第一连接类型更加迅速地连接和拆卸。在优选的实施例中，第二连接类型是无工具连接，其中操作者不需要工具（例如扳手）将补充杆箱连接到主杆箱和从主杆箱拆卸补充杆箱。在更优选的实施例中，当补充杆箱被放低到主杆箱上时，补充杆箱自动地连接至主杆箱。 [0031] 参照图10，钻孔机100的主杆箱126包括杆匣框架127，其限定具有顶部129和底部131的杆存储区域。杆匣框架127限定多个垂直柱状部130、132以及134，它们从杆匣框架127的杆存储区域的顶部129延伸到底部131。柱状部130、132以及134的长度从杆匣框架127的第一端133延伸到第二端135。柱状部具有开放的顶部和底部端部。穿梭板122、124安装在主杆箱126的柱状部130、132以及134的开放的底端下面。 [0032] 主杆箱126连接至底盘103的长形框架104。框架104相对于底盘103的主体在水平位置（见图10）和倾斜位置之间能够枢转地移动。当框架104处于倾斜位置时，框架104的第一端105相对于框架104的第二端107升高。当框架在水平位置和倾斜位置之间枢转时，由框架104承载主杆箱126。当框架104处于水平位置时，杆箱126的两端133、135处于相同的高度并且穿梭板122、124均处于相同高度。当框架倾斜取向时，杆箱的第一端 133处于比杆箱126的第二端135低的高度（见图16a-16d），第一穿梭板122处于比第二穿梭板124低的高度。 [0033] 仍然参考图10，钻孔机100的补充杆箱200包括限定顶部329和底部331的杆匣框架327。杆匣框架327限定多个垂直的柱状部330、332以及334，它们从杆匣框架327的顶部329延伸至底部331。柱状部330、332以及334长度为从杆匣框架327的第一端333延伸到第二端335。柱状部330、332以及334在杆匣框架327的顶部329和底部331处时开放的并适于在补充杆箱200安装在主杆箱126上时与主杆箱126的柱状部130、132以及134对准。可移除的保留构件339可以跨过杆匣框架327的底部331处的柱状部330、332以及334的打开的下端安装，以防止在补充杆箱200搬运期间杆从柱状部330、332以及334的打开的下端落下。 [0034] 参照图16a-16d，钻孔机100还包括一对升降臂143，用于升起和降落主杆箱126内的杆。升降臂包括杆支撑部分145，在杆支撑部分145上停放主杆箱的多个杆。通过将升降臂143从杆支撑部分145位置比穿梭板122、124的阻挡表面125稍高的中间位置枢转到杆支撑部分145低于穿梭板122、124的凹处123的完全降落位置，可以将来自定位在凹处123之上的柱状部的杆放低到凹处123中。升降臂143也可以从中间位置移动到杆支撑部分145被定位在主杆箱126的顶部129之上的完全升起位置。当主杆箱126是空的同时装载的补充杆箱200被初始地安装在主杆箱126的顶部129上时，升降臂143可以移动至完全升起位置，由此引起升降臂轻微地升起补充杆箱200内的杆以允许从补充杆箱200的底部移除杆保留构件339。一旦已经从补充杆箱移除杆保留构件339，则可以通过升降臂143将被保持在补充杆箱200的柱状部内的杆降落到主杆箱126的相应的柱状部130、132、134中。 [0035] 主杆箱126包括位于主杆箱126顶部的用于便于将主杆箱126与补充杆箱200接口连接的杆箱接口连接结构。在一个实施例中，杆箱接口连接机构可以包括杆箱保持布置，杆箱保持布置被配置成在补充杆箱200降落到主杆箱126上时自动地将补充杆箱200闩锁到主杆箱126的顶部。杆箱保持布置可以包括定位邻接在杆匣框架127的第一端133第一保持结构150（见图3a），和邻接在杆匣框架127的第二端135设置的第二保持结构140（见图4和12）。第一保持结构150包括从杆匣框架127的顶部表面向上突起的第一导向销152和包括闩锁臂162的闩锁结构160。第二保持结构140包括第二导向销142，第二导向销142包括底切区域243，底切区域243限定由斜面形成的把手（catch）144。底切区域243朝向离开第一导向销152。在特定的实施例中，把手可以由第二销142的斜面部分形成或由第二销142的轻微的不对准部形成。第一导向销152具有带有锥形部153的逐渐缩小的结构，锥形部153朝向离开第二导向销142并且当锥形部153沿向下的方向延伸时与第二导向销142分开。 [0036] 补充杆箱200包括与第一和第二保持结构150、140接口连接的结构。例如，补充杆箱200包括安装在杆匣框架327的底部的第一和第二法兰202、206。第一法兰202（见图9）定位在杆匣框架324的第一端333，第二法兰206（见图11）定位在杆匣框架327的第二端335。第一法兰202限定第一法兰开口204，第二法兰206限定第二法兰开口208。当补充杆箱200安装在主杆箱126上时，第一导向销152容纳在第一法兰开口204内，第二导向销142容纳在第二法兰开口208内。 [0037] 图16a-16d示出将补充杆箱200连接到主杆箱126的顶部的顺序。首先，操纵补充杆箱200使得第二导向销142被容纳在第二法兰开口208内（见图16a），第一法兰升高到第一导向销152之上。接下来，补充杆箱200围绕第二导向销142向下枢转，使得第一法兰开口208朝向第一导向销152移动（见图16b和16c）。当补充杆箱200向下枢转时，第一导向销152的顶端容纳在第一法兰开口204内。补充杆箱200的第一端333的继续向下运动引起第一法兰202沿第一导向销152的锥形部153滑动，这引起补充杆箱200沿基本上平行于旋转轴线106的方向212滑动。当补充杆箱200沿方向212滑动，第二法兰206的端部部分211朝向第一导向销152滑动进入把手144下面的第二导向销142的底切区域243。在这个位置，第二法兰206和把手144之间的相互抵挡提供互锁，这防止法兰206被顶离第二导向销142。一旦补充杆箱200沿向下方向147滑动足够的距离，以使得第一导向销152完全穿过第一法兰开口204，则第一法兰202置放在杆匣框架127的顶表面129上并且闩锁臂162自动地闩锁在第一法兰202之上，使得第一法兰202被阻止升高脱离第一导向销 152。以此方式，通过将法兰202、206闩锁到主杆箱126的顶部，补充杆箱200被牢固地连接至主杆箱126的顶侧面。 [0038] 图3a、3b、5a-5c、6a-6e以及7a-7e示出示出多种配置结构形式的闩锁机构160，图示其功能。图5a示出闩锁机构160的基本的部件，包括闩锁臂162、闩锁卡爪164、闩锁组件偏压装置166（例如，线圈伸展弹簧）以及冲头168。闩锁臂164在枢转轴线170处枢转地连接主杆箱126，并可以在闩锁位置（见图5a和5c）和非闩锁位置（见图6c）之间枢转地运动。主杆箱126的框架杆匣127的顶部包括上壁129，上壁129具有上表面128，当补充杆箱200被闩锁至主杆箱126时，补充杆箱200的第一端333置放在上表面上。盘簧173或其他偏压构件被安装在上壁229和连接至主杆箱126的第一端133的下冲头安装壁175之间。冲头168能够沿垂直轴线177相对于壁229、175滑动。冲头168可以沿轴线177在上位置（见图5a和5b）和下位置（见图5c）之间运动。在上位置，冲头168延伸通过上壁229中的开口，使得冲头168的上部179突出在顶表面128之上。在下位置，冲头168延伸穿过壁175中的开口，使得冲头168的下部181突出到壁175的底表面之下。弹簧173朝向上位置偏压冲头。 [0039] 闩锁组件偏压装置166朝向闩锁位置偏压闩锁臂162。闩锁卡爪164在枢转轴线165处枢转地连接至闩锁臂162。闩锁卡爪164围绕枢转轴线165相对于闩锁臂162可以在上位置（见图5a和5b）和下位置（见图5c）之间枢转地运动。闩锁组件偏压装置166朝向上位偏压闩锁卡爪164。操作者可以使用杠杆183手动地将闩锁卡爪164从上位置枢转到下位置。 [0040] 图5a-5c中示出了将补充杆箱200的法兰202闩锁到主杆箱的上壁229的顺序。图5示出在将补充杆箱200安装在主杆箱126上之前处于闩锁位置的闩锁臂162。图5b示出将被定位在主杆箱126的顶部的过程中的补充杆箱200，其中法兰202接触闩锁臂162的倾斜的斜面表面163。在法兰202和斜面表面163之间接触之后，补充杆箱200的重量足以克服偏压装置166的偏压，并驱动闩锁臂162围绕其安装轴线170逆时针朝向非闩锁位置旋转。一旦可移动杆箱200被置放在上表面128上，由于偏压装置166，闩锁臂162能够顺时针旋转以接合法兰202，因而将补充杆箱200锁止到主杆箱126，而不需要操作者做除了将补充杆箱200定位并降落到位置上之外的任何事情。 [0041] 当补充杆箱200移动到置放位置，法兰202驱动冲头168向下，如图5c所示。该装置提供移除补充杆箱200的功能，如图6a-e所示。图6a与图5c相同，其中可移除杆箱200被置放在主杆箱126上，并通过闩锁臂162保持。在图6a的位置处，冲头168的下部181接合闩锁卡爪164以将闩锁卡爪保持在下枢转位置。如果操作者希望移除补充杆箱200，则第一步是通过手动地将闩锁板逆时针移动到非闩锁位置，如图6b所示，重新定位闩锁板162。当闩锁臂162到达非闩锁位置时，闩锁卡爪164脱离冲头168的下部181的底端，并且偏压装置166将闩锁卡爪164枢转到上枢转位置。闩锁臂162随后被释放并且偏压装置 166将闩锁臂稍微朝向闩锁位置移回，直到闩锁卡爪164接触冲头168的下位置181的侧面（见图6c）。闩锁卡爪164和冲头168的下部181的侧面之间的接触将闩锁臂保持在非闩锁位置。补充杆箱200随后可以被升高脱离主杆箱126，如图6d所示，而不会被闩锁臂162干涉。当补充杆箱被升高，弹簧173引起冲头168移动回至上位置。当冲头移动回到上位置，冲头168的下部脱离闩锁卡爪164，从而允许偏压装置166将闩锁臂返回到闩锁位置（见图 6e）。 [0042] 图7a-e示出允许操作者初始地决定移除补充杆箱200，但是随后决定保留其连接和锁止的步骤的顺序。图7a-c与图6a-c相同，示出了闩锁臂162可以被手动地移动到如图7c所示的未锁止位置，在未锁止位置闩锁卡爪164已经接合冲头168的侧面。如果操作者决定重新闩锁补充杆箱200，而不移动补充杆箱200，则可以使用杠杆183沿顺时针旋转闩锁卡爪164，如图7d所示，直到其跳过冲头168的底端，并且闩锁臂162卡扣回到闩锁位置，如图7e所示。 [0043] 闩锁机构160是如图3a和3b所示的第一保持装置150的部件，第一保持装置150还包括导向销152。当与补充杆箱200的法兰202接合时，闩锁机构阻止补充杆箱200沿垂直方向相对于主杆箱126移动。导向销152在与法兰202中的孔204接合时（如图9所示）阻止补充杆箱200沿其它方向移动。 [0044] 如图4所示的第二保持装置140在图10和12中以不同的透视图示出。主杆箱126的后侧面包括上表面136和保持装置140。保持装置包括具有上锥形部的第二导向销 142。在图中比图13更详细地示出销142，图中还示出被放低以与主杆箱126接合的补充杆箱200。在图11中示出的法兰206中的孔208将与导向销142的上部匹配，如图14a-e中更详细地示出的。图14a示出在开始与销142接合时的法兰206和孔208。当补充杆箱 200被直着向下放低时，法兰将在销上滑动，如图14a、14b以及14c所示。在一些部位，杆箱 200可以沿具有斜面的把手144和底切区域243允许的方向212（即，朝向第一导向销152）移动，如图14d所示。这种移动对于使得第一导向销152和法兰202的孔204对准是必要的。补充杆箱200在如图14e所示地沿逆时针旋转时将被完全放置，使得其将停留在由主杆箱126的顶部129限定的上表面136上。图15示出法兰206中的孔208在与导向销142在如图14e示出的位置接合时的形状。 [0045] 补充杆箱200在具有孔208的第二法兰206接合第二导向销142时被紧固到主杆箱126，并且具有孔204的第一法兰202与第一导向销152接合，闩锁机构160也与法兰202接合。这三个连接的每一个在操作者将可移动杆箱放低到主杆箱上时都自动地进行。在图16a-d示出了整个过程，其中图16a示出补充杆箱200定位在主杆箱126之上，法兰206中的孔208与销142对准。操作者沿第一方向210将补充杆箱200放低，通常是直着向下。一旦法兰206接触上表面136，补充杆箱200将以包括如图16b所示的沿第二方向212的滑动运动的一部分的第二种方式移动，和以端部333大体沿通过围绕端部335沿如图16c所示的方向半径摆动限定的弧形部分移动的第三种方式移动。这个过程在可移除箱被置放在表面136和128上、销152和142与孔204和208完全接合以及闩锁机构与法兰202接合时完成，如图16d所示。 [0046] 在不脱离本发明公开内容的范围和精神的情况本领域技术人员将清楚本发明公开内容的多种修正和替换形式，并且应该理解，本发明公开内容的范围不限于这里给出的实施例。 |
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