一种基于重力作用下开启的自动顺序下滑钻杆的钻杆箱
技术领域
本发明属于钻机设备领域，涉及一种基于重力作用下开启的自动顺序下滑钻杆的钻杆箱。
背景技术
煤矿行业中，钻杆箱是一种用于钻机的辅助装置，其功能是向钻机提供钻进所需的钻杆。如图1和图2所示，钻机现有钻杆箱包括连接板1、钻杆箱本体2、调倾角油缸3和平板5，使用时将连接板1用螺栓连接在钻机上。如图3和图4所示，钻机钻进工作中，每钻进一根钻杆后，机械手6伸出，从钻机现有钻杆箱中抓取一根钻杆4，如此往复。其中，在钻进工作时，调倾角油缸3伸出，使平板5倾斜约10°左右，钻机现有钻杆箱内的钻杆4可以依靠自身重力滚动。
钻机现有钻杆箱存在的不足是：
(1)由于井下巷道空间狭窄，钻机现有钻杆箱需考虑整机尺寸和运输问题，通常尺寸较小，仅能够放置少量钻杆，无法满足单次钻进所需的钻杆数量。机械手依次抓完钻机现有钻杆箱内钻杆后，需人工频繁向钻杆箱内补充钻杆。
(2)若将钻机现有钻杆箱加长，可多放置钻杆，但是受到巷道空间限制，钻杆箱太长无法在巷道运输。
(3)由于钻机现有钻杆箱与机械手距离极近，钻机运行时向钻机现有钻杆箱内添加钻杆具有安全隐患，因此必须停机添加。而频繁停机又会影响施工效率。
针对钻机现有钻杆箱存在的不足，公开号为CN110397412A的专利申请“一种设有挡板的钻杆箱及设有其的自动钻机”中公开了一种能够实现若干个钻杆仓内的钻杆依次滚出的钻杆箱，增加了钻杆箱内钻杆的数量，减少钻进过程中添加钻杆次数。
该设有挡板的钻杆箱在相邻钻杆仓之间设置挡板，挡板通过复位弹簧连接在钻杆箱本体上，挡板通过挂钩连接在滚动板上。进入滚动板的钻杆压在挂钩上，防止挡板在复位弹簧的作用下复位。相应地，当挂钩上无钻杆压制时，挡板则通过复位弹簧复位。上述结构较为复杂，而且实际使用过程中还需要调节复位弹簧的张力，否则会出现回复不到位，或者钻杆打不开挡板无法出仓而卡死的现象。因此，有必要对现有结构进行改进，探索更为简单的实现方式。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于重力作用下开启的自动顺序下滑钻杆的钻杆箱，解决现有技术中设有挡板的钻杆箱存在的结构复杂、操作不便、容易卡死的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于重力作用下开启的自动顺序下滑钻杆的钻杆箱，包括箱体，箱体上设有多列钻杆仓，钻杆仓的下端设有钻杆出口，钻杆出口处倾斜设置有用于承接钻杆的滚动板，钻杆依靠重力在钻杆仓中朝钻杆出口自动顺序下滑，并依靠重力沿滚动板自动顺序滚动；相邻钻杆仓之间设有与箱体转动连接的翻转板，翻转板在与其相邻的两列钻杆仓中钻杆的同时作用下，处于阻挡工作状态；翻转板失去与其相邻的靠近钻杆滚动方向一侧的钻杆仓中钻杆的作用力，同时在与其相邻的远离钻杆滚动方向一侧的钻杆仓中钻杆的作用力下，翻转为释放工作状态。
进一步，滚动板的下方设有与箱体连接的支座，支座上转动穿插有转轴，翻转板固定在转轴上。
进一步，翻转板的下端和转轴上穿插有螺栓，以将翻转板和转轴紧固连接。
进一步，箱体包括间隔且对称设置的两个侧板，两个侧板相互面向的一侧对称排列有多个隔板，相邻隔板与对应的侧板形成钻杆仓。
进一步，滚动板有两个，对应设置在两个侧板所在的钻杆仓的钻杆出口处。
进一步，滚动板与水平面的夹角为10°。
进一步，钻杆仓有三列。
进一步，箱体上设有安装板，用于连接钻机现有钻杆箱。
进一步，滚动板与钻机现有钻杆箱的平板搭接。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明公开的钻杆箱，翻转板具有两个工作状态：当与其相邻的两列钻杆仓中都有钻杆时，受两侧钻杆的同时作用，翻转板处于阻挡远离钻杆滚动方向一侧的钻杆仓中钻杆运动的阻挡工作状态，而靠近钻杆滚动方向一侧的钻杆仓中钻杆则依次自动滑落，通过钻杆出口在滚动板上滚动；当靠近钻杆滚动方向一侧的钻杆仓中钻杆全部出仓后，翻转板失去该侧钻杆的作用力，同时在远离钻杆滚动方向一侧的钻杆仓中钻杆的作用力下进行转动，使远离钻杆滚动方向一侧的钻杆仓中钻杆开始出仓，该翻转板处于释放工作状态。以此类推，从而实现多列钻杆仓之间及每列钻杆仓中钻杆都按序出仓，不会出现多列钻杆仓中钻杆同时滚动而导致的卡死现象。
(2)现有技术中设有挡板的钻杆箱所设置的挡板，需要配合复位弹簧和挂钩才能实现多列钻杆仓中钻杆自动顺序出仓，实际应用中还需要调节复位弹簧的张力，否则很容易出现回复不到位，或者钻杆无法打开挡板而卡死的现象。而复位弹簧的存在不仅增加成本，整个结构的正常工作必然也受制于复位弹簧的使用寿命。本发明中翻转板可以自由转动，不需要通过复位弹簧来转换到阻挡工作状态，相应地也不需要钻杆压制挂钩来防止复位，借助于钻杆仓中钻杆施加的作用力，由阻挡工作状态翻转为释放工作状态的翻转过程中，不用对抗复位力，轻松翻转，从而省去复位弹簧和挂钩，优化结构，方便操作，避免卡死，降低投资和维护成本，提高使用寿命。
(3)本发明公开的钻杆箱，与钻机现有钻杆箱安装于一体，钻机移动任何位置，该钻杆箱始终与钻机现有钻杆箱保持精确对接，无需人工操作进行对接。二者同时应用于钻机上，解决钻机现有钻杆箱容量不足的问题，减少钻机过程中停机添加钻杆的次数与耗时。
(4)本发明公开的钻杆箱，滚动板与水平面的夹角为10°，实现钻杆依靠自身重力滚动。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为钻机现有钻杆箱的正面结构示意图；
图2为钻机现有钻杆箱的侧面结构示意图；
图3为钻机现有钻杆箱安装于钻机的正面结构示意图；
图4为钻机现有钻杆箱安装于钻机的侧面结构示意图；
图5为本发明钻杆箱的结构示意图；
图6为本发明钻杆箱中转轴的局部放大图；
图7为本发明钻杆箱中翻转板处于阻挡工作状态的示意图；
图8为本发明钻杆箱中翻转板处于翻转过程的示意图；
图9为本发明钻杆箱中翻转板处于释放工作状态的示意图；
图10为本发明钻杆箱安装于钻机的正面结构示意图；
图11为本发明钻杆箱安装于钻机的侧面结构示意图。
附图标记：连接板1、钻杆箱本体2、调倾角油缸3、钻杆4、平板5、机械手6、箱体7、侧板8、安装板9、隔板10、翻转板11、第一翻转板11a、第二翻转板11b、转轴12、滚动板13、钻杆仓14、第一钻杆仓14aa、第二钻杆仓14bb、第三钻杆仓14cc、支座15。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图5，为一种基于重力作用下开启的自动顺序下滑钻杆的钻杆箱，包括箱体7，箱体7上设有多列钻杆仓14，钻杆仓14的下端设有钻杆出口，钻杆出口处倾斜设置有用于承接钻杆4的滚动板13，钻杆4依靠重力在钻杆仓14中朝钻杆出口自动顺序下滑，并依靠重力沿滚动板13自动顺序滚动；相邻钻杆仓14之间设有与箱体7转动连接的翻转板11，翻转板11在与其相邻的两列钻杆仓14中钻杆4的同时作用下，处于阻挡工作状态；翻转板11失去与其相邻的靠近钻杆4滚动方向一侧的钻杆仓14中钻杆4的作用力，同时在与其相邻的远离钻杆4滚动方向一侧的钻杆仓14中钻杆4的作用力下，翻转为释放工作状态。
具体来说，箱体7包括间隔且对称设置的两个侧板8，两个侧板8相互面向的一侧对称排列有多个隔板10，相邻隔板10与对应的侧板8形成钻杆仓14。
滚动板13有两个，对应设置在两个侧板8所在的钻杆仓14的钻杆出口处。滚动板13与水平面的夹角为10°，实现钻杆4依靠自身重力滚动。
箱体7上两个侧板8相互背向的一侧对称设有安装板9，用于连接钻机现有钻杆箱。
结合图7-9来看，钻杆仓14有三列，按照钻杆4出仓顺序依次为第一钻杆仓14a、第二钻杆仓14b、第三钻杆仓14c。相应地，翻转板11有两个，分别为设于第一钻杆仓14a和第二钻杆仓14b之间的第一翻转板11a，以及设于第二钻杆仓14b和第三钻杆仓14c之间的第二翻转板11b。
如图6所示，滚动板13的下方设有与箱体7连接的支座15，支座15上转动穿插有转轴12。转轴12上设有贯穿其径向的光孔，翻转板11的下端设有与光孔相对应的通孔，光孔和通孔内穿插有螺栓，并在螺栓的两头旋上螺母，以将翻转板11和转轴12紧固连接，从而翻转板11可随转轴12转动。
如图10和图11所示，本实施例提供的钻杆箱通过安装板9安装在钻机现有钻杆箱上，其中，滚动板13与钻机现有钻杆箱的平板5搭接，并且滚动板13与平板5的倾斜角度相同，便于该钻杆箱内的钻杆4顺利进入钻机现有钻杆箱。
如图7-11所示，翻转板11的工作分为三个步骤：
第一步，阻挡工作状态：第一翻转板11a和第二翻转板11b均朝上，第一钻杆仓14a中钻杆4依靠重力自动顺序下滑，并通过钻杆出口在滚动板13上自动顺序滚动。滚动板13与钻机现有钻杆箱的平板5搭接，钻机现有钻杆箱限制了钻杆4的自由滚动，机械手6每取走一根钻杆4，则有另一根钻杆4在重力作用下自动从第一钻杆仓14a中下落进行补充。当第一钻杆仓14a中存在钻杆4时，第一翻转板11a两侧受第一钻杆仓14a和第二钻杆仓14b中钻杆4的同时作用，受力平衡，保持在阻挡工作状态，阻止第二钻杆仓14b中钻杆4被释放。同理，第二翻转板11b保持在阻挡工作状态，阻止第三钻杆仓14c中钻杆4被释放。
第二步，翻转过程：当第一钻杆仓14a排空之后，第一翻转板11a失去第一钻杆仓14a中钻杆4的作用力，同时在第二钻杆仓14b中钻杆4的推力下，进行顺时针的翻转，第一翻转板11a远离第二钻杆仓14b。
第三步，释放工作状态：第一翻转板11a翻转一个钻杆4直径时，第一翻转板11a达到释放工作状态，第二钻杆仓14b中钻杆4开始被释放。在第二钻杆仓14b中钻杆4被释放完毕之前，第二翻转板11b一直处于阻止第三钻杆仓14c中钻杆4释放的阻挡工作状态，从而保证各个钻杆仓14之间按顺序释放钻杆4。
当该钻杆箱的各个钻杆仓14中钻杆4全部释放完毕，则需要补入钻杆4，补入钻杆4包括以下步骤：
第一步，将翻转板11复位，回复到阻挡工作状态，具体包括：
首先，在滚动板13伸出第一钻杆仓14a之外的区段上铺满钻杆4，由于钻机现有钻杆箱对钻杆4自由滚动的限制，此时滚动板13上钻杆4保持静止；
其次，手动或借助夹钳等工具将第一翻转板11a朝上翻转返回阻挡工作状态，从第一钻杆仓14a的上方向第一钻杆仓14a内放置至少一根钻杆4；
再次，手动或借助夹钳等工具将第二翻转板11b朝上翻转返回阻挡工作状态，从第二钻杆仓14b的上方向第二钻杆仓14b内放置至少一根钻杆4，此时，第一翻转板11a的两侧受力平衡，能够保持阻挡工作状态；
最后，从第三钻杆仓14c的上方向第三钻杆仓14c内放置至少一根钻杆4，此时，第二翻转板11b的两侧受力平衡，能够保持阻挡工作状态。
第二步，向第一钻杆仓14a、第二钻杆仓14b和第三钻杆仓14c内继续添加钻杆4，直至加满。
该钻杆箱通过设置翻转板11，实现多列钻杆仓14之间及每列钻杆仓14中钻杆4都按序出仓，不会出现多列钻杆仓14中钻杆4同时滚动而导致的卡死现象。同时，翻转板11借助于钻杆仓14中钻杆4施加的作用力，由阻挡工作状态翻转为释放工作状态的翻转过程中，不用对抗复位力，轻松翻转，避免卡死。
该钻杆箱与钻机现有钻杆箱安装于一体，钻机移动任何位置，该钻杆箱始终与钻机现有钻杆箱保持精确对接，无需人工操作进行对接。二者同时应用于钻机上，解决钻机现有钻杆箱容量不足的问题，减少钻机过程中停机添加钻杆4的次数与耗时。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
