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一种紧凑型轨道式 铁钻工

阅读：645发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种紧凑型轨道式铁钻工专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种紧凑型轨道式铁钻工，属于自动化钻探装备领域，其包括轨道、基座、钳体、钳体升降支架及升降机构，基座能够沿轨道前行、止步或回位，钳体升降支架能够通过升降机构相对于基座升降；钳体设置在钳体升降支架上，钳体中的两个冲扣钳分别布置于与各自同侧的两个旋扣滚轮之间，保证了旋扣及卸扣时上下钻具的同轴度，冲扣油缸布置于钳体外侧，卸扣或上扣时夹紧钳的转动依靠上钳箱沿弧形导轨组件的运动来实现，转动平稳，可以实现更大的卸扣角度和力矩，旋扣滚轮间距可以灵活调整，受力更加可靠，从而适用的钻具范围更广，抱紧上钻具时旋扣滚轮更加稳定；对钻具的抱紧力通过旋扣夹紧油缸驱动旋扣夹紧臂实现，纵向尺寸小，机构稳定性强。，下面是一种紧凑型轨道式铁钻工专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种紧凑型轨道式铁钻工，其特征在于，包括：轨道(24)、基座(1)、钳体、钳体升降支架(2)及升降机构，所述基座(1)能够沿轨道(24)前行、止步或回位，钳体升降支架(2)能够通过升降机构相对于基座(1)升降；所述钳体包括旋扣滚轮(4)、旋扣马达(5)、旋扣滚轮调整油缸(6)、旋扣夹紧臂(7)、旋扣夹紧油缸(8)、冲扣钳(9)、冲扣油缸(10)、冲扣夹紧油缸(11)、上钳箱(12)、上钳箱箱盖(13)、下钻具夹紧钳(14)、下钻具夹紧油缸(15)、导向槽板(16)、导向弧板(17)、夹紧臂导向销(18)、导向碟簧(19)、导向弹簧(20)、弧形导轨组件、下钳箱(23)、钳体支架(26)、浮动导向销(28)、马达座(30)及油缸座(31)，所述下钳箱(23)固定连接在钳体升降支架(2)上，下钳箱(23)由下钳箱箱体和下钳箱箱盖(27)构成，下钳箱箱盖(27)盖设在下钳箱箱体上，并通过可拆卸的方式连接在一起，下钳箱(23)朝向钻具的一侧具有开口区域；所述下钻具夹紧油缸(15)安装在下钳箱(23)内部，数量为至少为三个，且至少三个下钻具夹紧油缸(15)均匀布置在下钳箱(23)的开口区域周围，在每个下钻具夹紧油缸(15)的活塞杆上安装有一个下钻具夹紧钳(14)；所述弧形导轨组件设置在上钳箱(12)和下钳箱(23)之间，弧形导轨组件包括第一圆弧形导轨(21)、第二圆弧形导轨(22)及弧形支撑座(32)，第一圆弧形导轨(21)的曲率中心、第二圆弧形导轨(22)的曲率中心及弧形支撑座(32)的曲率中心一致且位于钻具的中轴线上，第二圆弧形导轨(22)设置在第一圆弧形导轨(21)和弧形支撑座(32)之间，第一圆弧形导轨(21)和第二圆弧形导轨(22)相互滑动配合，第一圆弧形导轨(21)固定在上钳箱(12)的下表面，第二圆弧形导轨(22)固定在下钳箱(23)的上表面，弧形支撑座(32)放置在下钳箱(23)的上表面，弧形支撑座(32)为弧形板，弧形支撑座(32)上交替安装有浮动导向销(28)和导向碟簧(19)，浮动导向销(28)连接在上钳箱(12)下端，弧形支撑座(32)的浮动导向销(28)连接在上钳箱(12)下端；所述上钳箱(12)依靠自身重力压在导向碟簧(19)上，上钳箱(12)包括上钳箱箱体和上钳箱箱盖(13)，上钳箱箱盖(13)盖设在上钳箱箱体上，并通过可拆卸的方式连接在一起，上钳箱(12)朝向钻具的一侧具有开口区域，上钳箱(12)远离钻具的一侧为敞口式结构；所述旋扣滚轮(4)数量为四个，四个旋扣滚轮(4)两两一组，两组旋扣滚轮(4)对称布置，分别设置在两个钳体支架(26)上，四个旋扣滚轮(4)分别与四个旋扣马达(5)的输出轴同轴连接；四个所述旋扣马达(5)分别安装在各自对应的马达座(30)上；所述马达座(30)设置在钳体支架(26)所开的导向槽内，并能够沿所述导向槽运动；所述旋扣滚轮调整油缸(6)通过油缸座(31)安装在钳体支架(26)上，旋扣滚轮调整油缸(6)的数量为四个，四个旋扣滚轮调整油缸(6)的活塞杆分别与四个旋扣滚轮(4)连接；所述冲扣夹紧油缸(11)的数量为两个，两个冲扣夹紧油缸(11)对称设置在上钳箱(12)内部，两个冲扣夹紧油缸(11)的缸体均通过法兰固定在上钳箱(12)侧壁上，两个冲扣夹紧油缸(11)的活塞杆上均安装有冲扣钳(9)，每个冲扣钳(9)置于与其同侧的两个旋扣滚轮(4)之间；所述导向槽板(16)和导向弧板(17)均通过螺栓安装于上钳箱(12)内，并在螺栓上设置有弹簧(20)；所述钳体支架(26)置于上钳箱(12)内部，钳体支架(26)数量为两个，两个钳体支架(26)对称布置在上钳箱(12)的开口区域两侧，两个钳体支架(26)分别安装在导向弧板(17)上，同时两个钳体支架(26)分别与两个旋扣夹紧臂(7)对应连接；两个所述旋扣夹紧臂(7)均一端通过夹紧臂导向销(18)安装在导向槽板(16)上，另一端铰接在钳体支架(26)上；所述旋扣夹紧油缸(8)位于两个旋扣夹紧臂(7)之间，旋扣夹紧油缸(8)的活塞杆铰接在一个旋扣夹紧臂(7)上，旋扣夹紧油缸(8)的缸筒铰接在另一个旋扣夹紧臂(7)上；所述冲扣油缸(10)为中间铰轴式油缸，数量为两个，两个冲扣油缸(10)分别外置于上钳箱箱体两侧，呈对称设置，两个冲扣油缸(10)的铰轴处分别安装在两个固定于钳体升降支架(2)的轴座(25)内，同时冲扣油缸(10)的活塞杆与上钳箱箱体铰接。
2.根据权利要求1所述的紧凑型轨道式铁钻工，其特征在于：所述升降机构包括钳体升降油缸(3)和升降导轨(29)，钳体升降油缸(3)的缸筒固定在基座(1)上，钳体升降油缸(3)的活塞杆与升降导轨(29)连接，钳体升降油缸(3)和升降导轨(29)的数量均为两个，两个钳体升降油缸(3)分别与两个升降导轨(29)对应，两个升降导轨(29)对称设置在基座(1)内侧滑道的两侧，升降导轨(29)与钳体升降支架(2)固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的紧凑型轨道式铁钻工，其特征在于：所述第一圆弧形导轨(21)是由第一半圆环体和第二半圆环体构成的一体式结构，呈阶梯状，第一半圆环体位于第二半圆环体的内侧，第一半圆环体和第二半圆环体的顶面齐平，第一半圆环体的厚度大于第二半圆环体的厚度；第二圆弧形导轨(22)是由第三半圆环体和第四半圆环体构成的一体式结构，呈阶梯状，第三半圆环体位于第四半圆环体的内侧，第三半圆环体和第四半圆环体的底面齐平，第三半圆环体的厚度小于第四半圆环体的厚度，第三半圆环体和第二半圆环体形状一致，且第三半圆环体和第二半圆环体厚度总和等于第四半圆环体的厚度，第三半圆环体位于第二半圆环体下方且滑动配合；第四半圆环体和第一半圆环体的厚度一致。
4.根据权利要求1所述的紧凑型轨道式铁钻工，其特征在于：所述轴座(25)通过螺栓固定在钳体升降支架(2)上。
5.根据权利要求1所述的紧凑型轨道式铁钻工，其特征在于：所述旋扣滚轮调整油缸(6)的活塞杆上设置有对开式轴承座，该对开式轴承座由第一轴承座(34)及第二轴承座(35)组成，第二轴承座(35)通过螺纹连接在旋扣滚轮调整油缸(6)的活塞杆前端；第一轴承座(34)和第二轴承座(35)通过螺栓连接，第一轴承座(34)和第二轴承座(35)围成的空间内装有对开式滑动轴承(33)，同时对开式滑动轴承(33)的内圈与旋扣滚轮(4)的中间轴颈配合。
6.根据权利要求1所述的紧凑型轨道式铁钻工，其特征在于：所述下钻具夹紧油缸(15)数量为奇数。
7.据权利要求1所述的紧凑型轨道式铁钻工，其特征在于：所述浮动导向销(28)和导向碟簧(19)等间隔均匀分布在弧形支撑座(32)上。

说明书全文

一种紧凑型轨道式铁钻工

技术领域

[0001] 本发明属于自动化钻探装备领域，具体涉及一种紧凑型轨道式铁钻工。

背景技术

[0002] 在石油油井钻探或维修等过程中，铁钻工的应用越来越广泛。铁钻工是一种钻探领域的自动化井口设备，用于钻具的自动化连接或拆卸。拆卸钻具时，铁钻工先沿其轨道运动，靠近钻具并对准后，上下钻具分别被铁钻工的卸扣钳、下夹紧钳夹紧；上钻具由卸扣钳进行卸扣操作后，再由旋扣钳进行旋扣，实现对上下钻具的拆卸任务；而连接钻具时，则是下夹紧钳夹紧下钻具后，由旋扣钳对上钻具进行旋扣操作，之后再由卸扣钳进行上扣，完成连接操作。相比于传统的液压大钳，铁钻工自动化程度高，操作者的劳动强度小，工作效率高。普通的轨道式或伸缩臂式的铁钻工，其旋扣钳与卸扣钳装置通常是分别安装于各自独立的旋扣钳座与卸扣钳座内，工作时，旋扣钳与卸扣钳的同轴度难以得到保证，通常需要花费大量时间进行现场调整。旋扣钳与卸扣钳的同轴度不高，会导致铁钻工在工作时，连接或拆卸钻具需要的扭矩变大，甚至会造成钻具弯曲而无法正常上卸扣。此外，现有的铁钻工，其旋扣滚轮位置通常是固定的，夹持钻具直径范围较小。

[0003] 中国专利文献CN109707330A公开了“一种钻具旋扣及拧卸装置”，属于铁钻工的一个部件，将旋扣及卸扣装置集成在一起，但该方案中将卸扣油缸做成内置形式，卸扣角度和卸扣力矩较小；夹紧摆臂的摆动方式采用油缸拉杆方式，整体结构纵向尺寸偏大，机构的稳定性需额外加强；旋扣滚轮位置的调整同样采用油缸拉杆方式，滚轮位置调整范围及作用力比较有限；因此亟需一种新的铁钻工技术方案来解决这些问题。

发明内容

[0004] 针对现有铁钻工工作时，旋扣钳与卸扣钳的同轴度难以得到保证，通常需要花费大量时间进行现场调整，同时旋扣钳与卸扣钳的同轴度不高，会导致铁钻工在工作时，连接或拆卸钻具需要的扭矩变大，甚至会造成钻具弯曲而无法正常上卸扣；此外，现有的铁钻工，其旋扣滚轮位置通常是固定的，夹持钻具直径范围较小等问题，本发明的目的是提出了一种结构紧凑，同轴度好，运行平稳，工作可靠，调整方便，适用钻具范围大的轨道式铁钻工。

[0005] 本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种紧凑型轨道式铁钻工，其特征在于，包括：轨道、基座、钳体、钳体升降支架及升降机构，所述基座能够沿轨道前行、止步或回位，钳体升降支架能够通过升降机构相对于基座升降；所述钳体包括旋扣滚轮、旋扣马达、旋扣滚轮调整油缸、旋扣夹紧臂、旋扣夹紧油缸、冲扣钳、冲扣油缸、冲扣夹紧油缸、上钳箱、上钳箱箱盖、下钻具夹紧钳、下钻具夹紧油缸、导向槽板、导向弧板、夹紧臂导向销、导向碟簧、导向弹簧、弧形导轨组件、下钳箱、钳体支架、浮动导向销、马达座及油缸座，所述下钳箱固定连接在钳体升降支架上，下钳箱由下钳箱箱体和下钳箱箱盖构成，下钳箱箱盖盖设在下钳箱箱体上，并通过可拆卸的方式连接在一起，下钳箱朝向钻具的一侧具有开口区域；所述下钻具夹紧油缸安装在下钳箱内部，数量为至少为三个，且至少三个下钻具夹紧油缸均匀布置在下钳箱的开口区域周围，在每个下钻具夹紧油缸的活塞杆上安装有一个下钻具夹紧钳；所述弧形导轨组件设置在上钳箱和下钳箱之间，弧形导轨组件包括第一圆弧形导轨、第二圆弧形导轨及弧形支撑座，第一圆弧形导轨的曲率中心、第二圆弧形导轨的曲率中心及弧形支撑座的曲率中心一致且位于钻具的中轴线上，第二圆弧形导轨设置在第一圆弧形导轨和弧形支撑座之间，第一圆弧形导轨和第二圆弧形导轨相互滑动配合，第一圆弧形导轨固定在上钳箱的下表面，第二圆弧形导轨固定在下钳箱的上表面，弧形支撑座放置在下钳箱的上表面，弧形支撑座为弧形板，弧形支撑座上交替安装有浮动导向销和导向碟簧，浮动导向销连接在上钳箱下端，弧形支撑座的浮动导向销连接在上钳箱下端；所述上钳箱依靠自身重力压在导向碟簧上，上钳箱包括上钳箱箱体和上钳箱箱盖，上钳箱箱盖盖设在上钳箱箱体上，并通过可拆卸的方式连接在一起，上钳箱朝向钻具的一侧具有开口区域，上钳箱远离钻具的一侧为敞口式结构；所述旋扣滚轮数量为四个，四个旋扣滚轮两两一组，两组旋扣滚轮对称布置，分别设置在两个钳体支架上，四个旋扣滚轮分别与四个旋扣马达的输出轴同轴连接；四个所述旋扣马达分别安装在各自对应的马达座上；所述马达座设置在钳体支架所开的导向槽内，并能够沿所述导向槽运动；所述旋扣滚轮调整油缸通过油缸座安装在钳体支架上，旋扣滚轮调整油缸的数量为四个，四个旋扣滚轮调整油缸的活塞杆分别与四个旋扣滚轮连接；所述冲扣夹紧油缸的数量为两个，两个冲扣夹紧油缸对称设置在上钳箱内部，两个冲扣夹紧油缸的缸体均通过法兰固定在上钳箱侧壁上，两个冲扣夹紧油缸的活塞杆上均安装有冲扣钳，每个冲扣钳置于与其同侧的两个旋扣滚轮之间；所述导向槽板和导向弧板均通过螺栓安装于上钳箱内，并在螺栓上设置有弹簧；所述钳体支架置于上钳箱内部，钳体支架数量为两个，两个钳体支架对称布置在上钳箱的开口区域两侧，两个钳体支架分别安装在导向弧板上，同时两个钳体支架分别与两个旋扣夹紧臂对应连接；两个所述旋扣夹紧臂均一端通过夹紧臂导向销安装在导向槽板上，另一端铰接在钳体支架上；所述旋扣夹紧油缸位于两个旋扣夹紧臂之间，旋扣夹紧油缸的活塞杆铰接在一个旋扣夹紧臂上，旋扣夹紧油缸的缸筒铰接在另一个旋扣夹紧臂上；所述冲扣油缸为中间铰轴式油缸，数量为两个，两个冲扣油缸分别外置于上钳箱箱体两侧，呈对称设置，两个冲扣油缸的铰轴处分别安装在两个固定于钳体升降支架的轴座内，同时冲扣油缸的活塞杆与上钳箱箱体铰接。

[0006] 作为本发明的一种优选技术方案，所述升降机构包括钳体升降油缸和升降导轨，钳体升降油缸的缸筒固定在基座上，钳体升降油缸的活塞杆与升降导轨连接，钳体升降油缸和升降导轨的数量均为两个，两个钳体升降油缸分别与两个升降导轨对应，两个升降导轨对称设置在基座内侧滑道的两侧，升降导轨与钳体升降支架固定连接。

[0007] 作为本发明的一种优选技术方案，所述第一圆弧形导轨是由第一半圆环体和第二半圆环体构成的一体式结构，呈阶梯状，第一半圆环体位于第二半圆环体的内侧，第一半圆环体和第二半圆环体的顶面齐平，第一半圆环体的厚度大于第二半圆环体的厚度；第二圆弧形导轨是由第三半圆环体和第四半圆环体构成的一体式结构，呈阶梯状，第三半圆环体位于第四半圆环体的内侧，第三半圆环体和第四半圆环体的底面齐平，第三半圆环体的厚度小于第四半圆环体的厚度，第三半圆环体和第二半圆环体形状一致，且第三半圆环体和第二半圆环体厚度总和等于第四半圆环体的厚度，第三半圆环体位于第二半圆环体下方且滑动配合；第四半圆环体和第一半圆环体的厚度一致。

[0008] 进一步，所述轴座通过螺栓固定在钳体升降支架上。

[0009] 作为本发明的一种优选技术方案，所述旋扣滚轮调整油缸的活塞杆上设置有对开式轴承座，该对开式轴承座由第一轴承座及第二轴承座组成，第二轴承座通过螺纹连接在旋扣滚轮调整油缸的活塞杆前端；第一轴承座和第二轴承座通过螺栓连接，第一轴承座和第二轴承座围成的空间内装有对开式滑动轴承，同时对开式滑动轴承的内圈与旋扣滚轮的中间轴颈配合。

[0010] 进一步，所述下钻具夹紧油缸数量为奇数。

[0011] 进一步，所述浮动导向销和导向碟簧等间隔均匀分布在弧形支撑座上。

[0012] 通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

[0013] 1、与现有技术相比，本发明提出的轨道式铁钻工的旋扣及卸扣机构采用集中布置方式，两个冲扣钳分别布置于与各自同侧的两个旋扣滚轮之间，并集成于同一钳体之内，保证了旋扣及卸扣时上下钻具的同轴度，从而保证了设备的工作性能，使铁钻工的结构更加紧凑。

[0014] 2、本发明的冲扣油缸布置于钳体外侧，卸扣或上扣时夹紧钳的转动依靠上钳箱沿弧形导轨组件的运动来实现，转动平稳，可以实现更大的卸扣角度和更大的卸扣力矩，提高工作效率。

[0015] 3、本发明的旋扣滚轮间距可以灵活调整，采用旋扣滚轮调整油缸直接驱动的调整方式使得旋扣滚轮位置的调整范围更大，受力更加可靠，从而适用的钻具范围更广，抱紧上钻具时旋扣滚轮更加稳定；对钻具的抱紧力通过旋扣夹紧油缸驱动旋扣夹紧臂实现，纵向尺寸小，机构稳定性得到加强。

[0016] 4、旋扣及卸扣机构采用多点分布弹簧浮动方式，保证了上、下钳箱受力的均衡性和浮动的可靠性。附图说明

[0017] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

[0018] 图1是本发明实施例中的紧凑型轨道式铁钻工的立体结构示意图；

[0019] 图2是本发明实施例中的旋扣及卸扣机构的结构示意图；

[0020] 图3是图2的仰视图；

[0021] 图4是本发明实施例中的下钳箱内部结构的俯视图；

[0022] 图5是本发明实施例中的紧凑型轨道式铁钻工的局部放大图；

[0023] 图6是本发明实施例中的弧形导轨组件的结构示意图；

[0024] 图7是本发明实施例中的弧形导轨组件的爆炸视图；

[0025] 图8是本发明实施例中的旋扣滚轮调整油缸的活塞杆与对开式轴承座连接结构示意图。

[0026] 图中各标记如下：1-基座；2-钳体升降支架；3-钳体升降油缸；4-旋扣滚轮；5-旋扣马达；6-旋扣滚轮调整油缸；7-旋扣夹紧臂；8-旋扣夹紧油缸；9-冲扣钳；10-冲扣油缸；11-冲扣夹紧油缸；12-上钳箱；13-上钳箱箱盖；14-下钻具夹紧钳；15-下钻具夹紧油缸；16-导向槽板；17-导向弧板；18-夹紧臂导向销；19-导向碟簧；20-导向弹簧；21-第一圆弧形导轨；22-第二圆弧形导轨；23-下钳箱；24-轨道；25-轴座；26-钳体支架；27-下钳箱箱盖；28-浮动导向销；29-升降导轨；30-马达座；31-油缸座；32-弧形支撑座；33-对开式滑动轴承；34-第一轴承座；35-第二轴承座。

具体实施方式

[0027] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有第一”、“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。另外，本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0028] 本发明提出了一种紧凑型轨道式铁钻工，能实现钻具的上扣和/或卸扣动作，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7及图8，所述紧凑型轨道式铁钻工包括轨道24、基座1、钳体、钳体升降支架2及升降机构，所述基座1能够沿轨道24前行、止步或回位，钳体升降支架2能够通过升降机构相对于基座1升降，所述升降机构包括钳体升降油缸3和升降导轨29，钳体升降油缸3的缸筒固定在基座1上，钳体升降油缸3的活塞杆与升降导轨29连接，钳体升降油缸
3和升降导轨29的数量均为两个，两个钳体升降油缸3分别与两个升降导轨29对应，两个升降导轨29对称设置在基座1内侧滑道的两侧，钳体升降支架2固定在升降导轨29上，在钳体升降油缸3的驱动下，升降导轨29沿基座1的竖直滑道移动，实现钳体升降支架2升降动作；
所述钳体包括旋扣滚轮4、旋扣马达5、旋扣滚轮调整油缸6、旋扣夹紧臂7、旋扣夹紧油缸8、冲扣钳9、冲扣油缸10、冲扣夹紧油缸11、上钳箱12、上钳箱箱盖13、下钻具夹紧钳14、下钻具夹紧油缸15、导向槽板16、导向弧板17、夹紧臂导向销18、导向碟簧19、导向弹簧20、弧形导轨组件、下钳箱23、钳体支架26、浮动导向销28、马达座30及油缸座31，所述下钳箱23固定连接在钳体升降支架2上，下钳箱23由下钳箱箱体和下钳箱箱盖27构成，下钳箱箱盖27盖设在下钳箱箱体上，并通过可拆卸的方式连接在一起，可以在工作时起到一定程度的防护作用，下钳箱23朝向钻具的一侧具有开口区域；所述下钻具夹紧油缸15安装在下钳箱23内部，数量为三个，且三个下钻具夹紧油缸15均匀布置在下钳箱23的开口区域周围，在每个下钻具夹紧油缸15的活塞杆上安装有一个下钻具夹紧钳14，实现对下钻具的夹紧；所述弧形导轨组件设置在上钳箱12和下钳箱23之间，弧形导轨组件包括第一圆弧形导轨21、第二圆弧形导轨22及弧形支撑座32，第一圆弧形导轨21的曲率中心、第二圆弧形导轨22的曲率中心及弧形支撑座32的曲率中心一致且位于钻具的中轴线上，第二圆弧形导轨22设置在第一圆弧形导轨21和弧形支撑座32之间，第一圆弧形导轨21和第二圆弧形导轨22相互滑动配合，第一圆弧形导轨21固定在上钳箱12的下表面，第二圆弧形导轨22固定在下钳箱23的上表面，第一圆弧形导轨21是由第一半圆环体和第二半圆环体构成的一体式结构，呈阶梯状，第一半圆环体位于第二半圆环体的内侧，第一半圆环体和第二半圆环体的顶面齐平，第一半圆环体的厚度大于第二半圆环体的厚度；第二圆弧形导轨22是由第三半圆环体和第四半圆环体构成的一体式结构，呈阶梯状，第三半圆环体位于第四半圆环体的内侧，第三半圆环体和第四半圆环体的底面齐平，第三半圆环体的厚度小于第四半圆环体的厚度，第三半圆环体和第二半圆环体形状一致，且第三半圆环体和第二半圆环体厚度总和等于第四半圆环体的厚度，第三半圆环体位于第二半圆环体下方且滑动配合；第四半圆环体和第一半圆环体的厚度一致；第一圆弧形导轨21及第二圆弧形导轨22相对运动时，使得在冲扣或卸扣过程中，上钳箱12能够沿着此弧形导轨组件绕钻具中心转动，弧形支撑座32放置在下钳箱23的上表面，弧形支撑座32为弧形板，弧形支撑座32上交替安装有浮动导向销28和导向碟簧19，浮动导向销28连接在上钳箱12下端，上钳箱12依靠自身重力压在导向碟簧19上，弧形支撑座32的浮动导向销28连接在上钳箱12下端，使得弧形支撑座32可以随上钳箱12一起转动，此结构可以使上钳箱12在冲扣转动过程中能够实现上下浮动，以适应上下钻具轴向距离的变化，保证卸扣的可靠性；所述上钳箱12包括上钳箱箱体和上钳箱箱盖13，上钳箱箱盖13盖设在上钳箱箱体上，并通过可拆卸的方式连接在一起，可以在工作时起到一定程度的防护作用，上钳箱12朝向钻具的一侧具有开口区域，上钳箱12远离钻具的一侧为敞口式结构；所述旋扣滚轮4数量为四个，四个旋扣滚轮4两两一组，两组旋扣滚轮4对称布置，分别设置在两个钳体支架26上，四个旋扣滚轮4分别与四个旋扣马达5的输出轴同轴连接，旋扣马达5驱动旋扣滚轮4实现旋扣动作；四个所述旋扣马达5分别安装在各自对应的马达座30上；马达座
30设置在钳体支架26所开的导向槽内，并能够沿所述导向槽运动；所述旋扣滚轮调整油缸6通过油缸座31安装在钳体支架26上，旋扣滚轮调整油缸6的数量为四个，四个旋扣滚轮调整油缸6的活塞杆分别与四个旋扣滚轮4连接，四个旋扣滚轮调整油缸6分别通过活塞杆伸缩调整四个旋扣滚轮4的位置，以适应不同直径钻具；所述冲扣夹紧油缸11的数量为两个，两个冲扣夹紧油缸11对称设置在上钳箱12内部，两个冲扣夹紧油缸11的缸体均通过法兰固定在上钳箱12侧壁上，两个冲扣夹紧油缸11的活塞杆上均安装有冲扣钳9，每个冲扣钳9置于与其同侧的两个旋扣滚轮4之间能够很好的保证旋扣时上下钻具的同轴度，使得卸扣与旋扣动作能够顺利完成，同时结构更加紧凑，设备的重量也相应更小；所述导向槽板16和导向弧板17均通过螺栓安装于上钳箱12内，并在螺栓上设置有弹簧20作为浮动装置，实现旋扣时旋扣机构的浮动；所述钳体支架26置于上钳箱12内部，钳体支架26数量为两个，两个钳体支架26对称布置在上钳箱12的开口区域两侧，两个钳体支架26分别安装在两个可浮动的导向弧板17上，同时两个钳体支架26分别与两个旋扣夹紧臂7对应连接；两个所述旋扣夹紧臂
7均一端通过夹紧臂导向销18安装在导向槽板16上，另一端铰接在钳体支架26上；所述旋扣夹紧油缸8位于两个旋扣夹紧臂7之间，旋扣夹紧油缸8的活塞杆铰接在一个旋扣夹紧臂7上，旋扣夹紧油缸8的缸筒铰接在另一个旋扣夹紧臂7上；所述旋扣夹紧臂7、导向槽板16、钳体支架26及旋扣夹紧油缸8构成连杆机构，由旋扣夹紧油缸8驱动，能实现两个旋扣夹紧臂7同步夹紧动作；旋扣滚轮4安装在钳体支架26内，并可沿钳体支架26上的导向槽移动，旋扣滚轮4的移动由旋扣滚轮调整油缸6控制，由此实现对不同直径钻具的适应；所述冲扣油缸
10为中间铰轴式油缸，数量为两个，两个冲扣油缸10分别外置于上钳箱箱体两侧，呈对称设置，两个冲扣油缸10的铰轴处分别安装在两个固定于钳体升降支架2的轴座25内，轴座25通过螺栓固定在钳体升降支架2上；冲扣油缸10可绕其自身的铰轴水平摆动一定角度，同时冲扣油缸10的活塞杆与上钳箱箱体铰接，上钻具被冲扣钳9夹紧后，由两个冲扣油缸10的伸缩带动上钳箱12沿弧形导轨组件转动一定角度，进而完成上扣或卸扣操作，同时具有足够的转矩和较大的卸扣角度保证卸扣动作的效率和可靠性；

[0029] 进一步，旋扣滚轮调整油缸6的活塞杆连接对开式轴承座，该对开式轴承座由第一轴承座34及第二轴承座35组成，第二轴承座35通过螺纹连接在旋扣滚轮调整油缸6的活塞杆前端；第一轴承座34和第二轴承座35通过螺栓连接，第一轴承座34和第二轴承座35围成的空间内装有对开式滑动轴承33，同时旋扣滚轮4的中间轴颈与对开式滑动轴承33的内圈配合，此结构安装便利，同时使得旋扣滚轮4既能够调整其位置又不影响其转动。

[0030] 本发明所提出的紧凑型轨道式铁钻工的工作状态分为钻具上扣及卸扣两种工况，可以看作是相反的工作过程，进行操作前，首先根据钻具规格，由四个旋扣滚轮调整油缸6分别调整好四个旋扣滚轮4的位置。下面以钻具卸扣和旋扣工况对本发明的工作原理和性能作进一步的说明：

[0031] 进行卸扣操作时，本发明的铁钻工整体先通过轨道24移动到设定的工作位置，并由钳体升降油缸3驱动钳体升降支架2，使整个钳体调整至合适工作高度，之后三个下钻具夹紧钳14分别由三个下钻具夹紧油缸15驱动，下钻具夹紧钳14伸出将下钻具夹紧。

[0032] 下钻具夹紧后，两个冲扣油缸10驱动上钳箱12整体沿弧形导轨组件顺时针转动到极限位置；之后，上钳箱12内的两个冲扣钳9分别由两个冲扣夹紧油缸11驱动，每个冲扣钳9在与其同侧的两个旋扣滚轮4中间空隙处伸出，并将上钻具夹紧；之后上钳箱12两侧的两个冲扣油缸10开始动作，带动整个上钳箱12沿弧形导轨组件逆时针转动，完成卸扣作业；之后，冲扣钳9松开上钻具，上钳箱12由冲扣油缸10驱动回归原位，准备进行旋扣动作。在此卸扣工作过程中，随着上下钻具的螺纹旋开，上下钻具会沿轴向发生一定的相对位移；此时，由于上钳箱12与下钳箱23之间的弧形导轨组件上的浮动导向销28和导向碟簧19的共同作用，同时上钳箱12内的导向弹簧20也能起到一定的作用，实现了上、下钳箱的轴向浮动，适应钻具的轴向位移，保证卸扣动作的可靠性，使得铁钻工在此过程中保持平稳。

[0033] 上述卸扣步骤完成后，旋扣夹紧油缸8驱动两个旋扣夹紧臂7使四个旋扣滚轮4将上钻具抱紧，之后四个旋扣马达5分别驱动四个旋扣滚轮4旋转，进而驱动上钻具相对于下钻具逆时针旋转，直至上下钻具旋开，完成钻具的旋扣作业。在此过程中，上钳箱12内的导向弹簧20起到了一定的浮动作用，使得钳体支架26与其上安装的各个部分可以随旋扣而浮动，保证工作平稳可靠。

[0034] 本发明所提出的紧凑型轨道式铁钻工，整体结构紧凑，冲扣钳9及旋扣钳同轴度好、卸扣角度大、卸扣力矩充足、适用钻具范围广，较好地满足了钻具上、卸扣的施工要求。

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一种紧凑型轨道式铁钻工

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