钻机钻杆的自动更换装置

权利要求书： 1.一种钻机钻杆的自动更换装置，其特征在于：包括磁吸半固定式提升机构（1）、预备钻杆转移机构（2）、动力运输机构（3）和控制模块（4），所述磁吸半固定式提升机构（1）设于动力运输机构（3）上，所述预备钻杆转移机构（2）设于动力运输机构（3）上，所述预备钻杆转移机构（2）同时设于磁吸半固定式提升机构（1）一侧，所述控制模块（4）设于预备钻杆转移机构（2）一侧；所述磁吸半固定式提升机构（1）包括提升底座（101）、翻转传动系统（102）和钻杆固定装置（103），所述提升底座（101）设于动力运输机构（3）上，所述翻转传动系统（102）与提升底座（101）传动连接，所述钻杆固定装置（103）与翻转传动系统（102）传动连接；所述钻杆固定装置（103）包括钻杆搭载平台（104）、限位侧壁（105）、翻转固定侧壁（106）、推送系统（107）、翻转限位系统（108）和吸附电磁铁（109），所述钻杆搭载平台（104）与翻转传动系统（102）活动连接，所述限位侧壁（105）设于钻杆搭载平台（104）上，所述翻转固定侧壁（106）转动设于限位侧壁（105）上，所述推送系统（107）设于钻杆搭载平台（104）上，所述翻转限位系统（108）与钻杆搭载平台（104）活动连接，所述吸附电磁铁（109）设于钻杆搭载平台（104）底部；所述翻转固定侧壁（106）上设有磁吸锁定系统（110）；所述磁吸锁定系统（110）包括锁定仓（111）、永磁体（112）和锁定转臂（113），所述锁定仓（111）设于翻转固定侧壁（106）上，所述永磁体（112）设于锁定仓（111）上，所述锁定转臂（113）转动设于锁定仓（111）上。

2.根据权利要求1所述的一种钻机钻杆的自动更换装置，其特征在于：所述推送系统（107）包括推送伸缩臂（114）、推送转臂（115）和推送臂（116），所述推送伸缩臂（114）的固定端设于钻杆搭载平台（104）上，所述推送转臂（115）的中部转动设于钻杆搭载平台（104）上，所述推送转臂（115）的一端与推送伸缩臂（114）活动连接，所述推送臂（116）与推送转臂（115）的另一端活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种钻机钻杆的自动更换装置，其特征在于：所述翻转限位系统（108）包括翻转侧壁（117）、翻转连接臂（118）和翻转收缩臂（119），所述翻转侧壁（117）转动设于钻杆搭载平台（104）上，所述翻转收缩臂（119）与钻杆搭载平台（104）固定连接，所述翻转连接臂（118）的一端转动设于翻转侧壁（117）上，所述翻转连接臂（118）的另一端转动设于翻转收缩臂（119）上。

4.根据权利要求3所述的一种钻机钻杆的自动更换装置，其特征在于：所述翻转传动系统（102）包括连接拐臂（120）、翻转液压臂（121）、上同步臂（122）、下同步臂（123）和提升液压臂（124），所述下同步臂（123）的一端转动设于提升底座（101）上，所述提升液压臂（124）的固定端转动设于提升底座（101）上，所述上同步臂（122）的一端转动设于提升底座（101）上，所述连接拐臂（120）同时与上同步臂（122）的另一端、下同步臂（123）的另一端、提升液压臂（124）的伸缩端转动连接，所述连接拐臂（120）与钻杆搭载平台（104）转动连接，所述翻转液压臂（121）的固定端转动设于连接拐臂（120）上，所述翻转液压臂（121）的伸缩端转动设于钻杆搭载平台（104）上。

5.根据权利要求4所述的一种钻机钻杆的自动更换装置，其特征在于：所述预备钻杆转移机构（2）包括限位支撑架（201）、同步转轴（202）、三棱转运臂（203）、储存仓（204）、传动齿轮（205）、输出齿轮（206）和转运电机（207），所述限位支撑架（201）设于动力运输机构（3）上，所述同步转轴（202）转动设于限位支撑架（201）上，所述三棱转运臂（203）与同步转轴（202）固定连接，所述储存仓（204）设于动力运输机构（3）上，所述传动齿轮（205）设于同步转轴（202）上，所述转运电机（207）设于限位支撑架（201）上，所述输出齿轮（206）设于转运电机（207）的输出端上，所述输出齿轮（206）与传动齿轮（205）啮合连接。

6.根据权利要求5所述的一种钻机钻杆的自动更换装置，其特征在于：所述动力运输机构（3）包括动力底盘（301）。

7.根据权利要求6所述的一种钻机钻杆的自动更换装置，其特征在于：所述动力底盘（301）上设有转移升降臂（302），所述动力底盘（301）上设有辅助支撑平台（303），所述动力底盘（301）底部设有支撑脚撑（304）。

8.根据权利要求7所述的一种钻机钻杆的自动更换装置，其特征在于：所述控制模块（4）与吸附电磁铁（109）、推送伸缩臂（114）、翻转收缩臂（119）、翻转液压臂（121）、提升液压臂（124）、转运电机（207）和转移升降臂（302）电性连接。

说明书： 一种钻机钻杆的自动更换装置技术领域[0001] 本发明属于钻杆设备技术领域，具体是指一种钻机钻杆的自动更换装置。背景技术[0002] 旋挖钻机是一种专门用于土方开挖、钻孔和灌注桩施工的工程机械，其工作原理是通过旋转钻杆带动钻头进行土方开挖或者钻孔，同时通过泥浆泵将泥浆输送到钻孔内，

起到冷却和润滑的作用，避免钻头因高温而烧损。在施工过程中，钻杆可以逐节增加，从而达到较深的挖掘深度。旋挖钻机具有作业效率高、施工质量好、施工安全可靠、自动化程度高等优点，是现代化工地施工中的重要设备之一。钻杆设备在进行底层钻探时，因为长时间的摩擦和钻头的机械振动，钻杆会出现磨损，需要经常更换钻杆进行维护，以防止钻杆的摩擦圈与卡接装置卡死，导致钻杆无法拆卸和延误工期。

[0003] 现有的安装过程中更换钻杆的过程非常的麻烦，需要利用升降平台将新的钻杆进行吊起，吊起过程中还需要人力进行辅助，同时吊运过程中，钻机还需要缓慢移动，来配合钻杆的提升，既费时又费力，且存在安全隐患，且钻杆头部与钻头连接处缺少保护，容易损坏，影响使用寿命。

发明内容[0004] 针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种全新的、利用逆向思维使用钻机不动钻杆移动、能够快速更换钻杆、安全高效的一种钻机钻杆的自动更换装置；为了缩短钻杆更换所需要的时间，本发明利用逆向思维，设置磁吸半固定式提升机构，创造性的使用钻机不动钻杆移动的替换方式，不仅大大缩短了两根钻杆交换的时间，而且不需要工人参与，有效保护人生安全，同时磁吸式的固定方式可以有效保护钻杆头部，避免在更换时收到损伤；预备钻杆转移机构的设计，可以快速进行待安装钻杆和待拆卸钻杆的交替更

换，从而实现快速更换，大大缩短交换时间。

[0005] 本发明采取的技术方案如下：本发明提供一种钻机钻杆的自动更换装置，包括磁吸半固定式提升机构、预备钻杆转移机构、动力运输机构和控制模块，所述磁吸半固定式提升机构设于动力运输机构上，所述预备钻杆转移机构设于动力运输机构上，所述预备钻杆

转移机构同时设于磁吸半固定式提升机构一侧，所述控制模块设于预备钻杆转移机构一

侧。

[0006] 其中，所述磁吸半固定式提升机构包括提升底座、翻转传动系统和钻杆固定装置，所述提升底座设于动力运输机构上，所述翻转传动系统与提升底座传动连接，所述钻杆固定装置与翻转传动系统传动连接。

[0007] 进一步地，所述钻杆固定装置包括钻杆搭载平台、限位侧壁、翻转固定侧壁、推送系统、翻转限位系统和吸附电磁铁，所述钻杆搭载平台与翻转传动系统活动连接，所述限位侧壁设于钻杆搭载平台上，所述翻转固定侧壁转动设于限位侧壁上，所述推送系统设于钻杆搭载平台上，所述翻转限位系统与钻杆搭载平台活动连接，所述吸附电磁铁设于钻杆搭

载平台底部。

[0008] 其中，所述翻转固定侧壁上设有磁吸锁定系统；所述磁吸锁定系统包括锁定仓、永磁体和锁定转臂，所述锁定仓设于翻转固定侧壁上，所述永磁体设于锁定仓上，所述锁定转臂转动设于锁定仓上，永磁体的吸力可以完全吸附锁定转臂，但是锁定转臂受吸附电磁铁吸引后，发生偏移，可以靠近并贴合钻杆头部的间隙，对钻杆头部进行锁定，实现对头部的保护。

[0009] 进一步地，所述推送系统包括推送伸缩臂、推送转臂和推送臂，所述推送伸缩臂的固定端设于钻杆搭载平台上，所述推送转臂的中部转动设于钻杆搭载平台上，所述推送转臂的一端与推送伸缩臂活动连接，所述推送臂与推送转臂的另一端活动连接，推送臂的设

计，用于将钻杆从磁吸半固定式提升机构推入预备钻杆转移机构中。

[0010] 进一步地，所述翻转限位系统包括翻转侧壁、翻转连接臂和翻转收缩臂，所述翻转侧壁转动设于钻杆搭载平台上，所述翻转收缩臂与钻杆搭载平台固定连接，所述翻转连接臂的一端转动设于翻转侧壁上，所述翻转连接臂的另一端转动设于翻转收缩臂上，翻转侧

壁的设计可以保证钻杆在竖直提升的过程中提供对侧壁的支撑，同时在钻杆由磁吸半固定

式提升机构推入预备钻杆转移机构的过程中可以变为水平状态，辅助支撑。

[0011] 进一步地，所述翻转传动系统包括连接拐臂、翻转液压臂、上同步臂、下同步臂和提升液压臂，所述下同步臂的一端转动设于提升底座上，所述提升液压臂的固定端转动设于提升底座上，所述上同步臂的一端转动设于提升底座上，所述连接拐臂同时与上同步臂

的另一端、下同步臂的另一端、提升液压臂的伸缩端转动连接，所述连接拐臂与钻杆搭载平台转动连接，所述翻转液压臂的固定端转动设于连接拐臂上，所述翻转液压臂的伸缩端转

动设于钻杆搭载平台上，通过翻转液压臂和提升液压臂相互配合进行收缩和伸长，可以将

钻杆在竖直状态和水平状态之间切换。

[0012] 进一步地，所述预备钻杆转移机构包括限位支撑架、同步转轴、三棱转运臂、储存仓、传动齿轮、输出齿轮和转运电机，所述限位支撑架设于动力运输机构上，所述同步转轴转动设于限位支撑架上，所述三棱转运臂与同步转轴固定连接，所述储存仓设于动力运输机构上，所述传动齿轮设于同步转轴上，所述转运电机设于限位支撑架上，所述输出齿轮设于转运电机的输出端上，所述输出齿轮与传动齿轮啮合连接，通过控制三棱转运臂在右侧

状态、左侧状态、水平状态、运输状态之间的切换，可以实现对不同钻杆的搭载与释放，实现钻杆快速交换的技术效果。

[0013] 作为本发明进一步优选地，所述动力运输机构包括动力底盘，所述动力底盘上设有转移升降臂，所述动力底盘上设有辅助支撑平台，所述动力底盘底部设有支撑脚撑。

[0014] 作为本发明进一步优选地，所述控制模块与吸附电磁铁、推送伸缩臂、翻转收缩臂、翻转液压臂、提升液压臂、转运电机和转移升降臂电性连接。

[0015] 采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本方案提供的一种钻机钻杆的自动更换装置的有益效果如下：

[0016] （1）本发明利用逆向思维，设置磁吸半固定式提升机构，创造性的使用钻机不动钻杆移动的替换方式，不仅大大缩短了两根钻杆交换的时间，而且不需要工人参与，有效保护人生安全，同时磁吸式的固定方式可以有效保护钻杆头部，避免在更换时收到损伤，解决了钻杆更换时速度慢、效率低、安全性低的技术问题；[0017] （2）预备钻杆转移机构的设计，可以快速进行待安装钻杆和待拆卸钻杆的交替更换，从而实现快速更换，大大缩短交换时间，解决了钻杆交替安装费时的技术问题；

[0018] （3）永磁体的吸力可以完全吸附锁定转臂，但是锁定转臂受吸附电磁铁吸引后，发生偏移，可以靠近并贴合钻杆头部的间隙，对钻杆头部进行锁定，实现对头部的保护；[0019] （4）推送臂的设计，用于将钻杆从磁吸半固定式提升机构推入预备钻杆转移机构中；

[0020] （5）翻转侧壁的设计可以保证钻杆在竖直提升的过程中提供对侧壁的支撑，同时在钻杆由磁吸半固定式提升机构推入预备钻杆转移机构的过程中可以变为水平状态，辅助

支撑；

[0021] （6）翻转传动系统通过翻转液压臂和提升液压臂相互配合进行收缩和伸长，可以将钻杆在竖直状态和水平状态之间切换。

附图说明[0022] 图1为本发明提出的一种钻机钻杆的自动更换装置水平安装状态示意图；[0023] 图2为本发明提出的一种钻机钻杆的自动更换装置竖直安装状态示意图；[0024] 图3为本发明提出的一种钻机钻杆的自动更换装置的结构示意图；[0025] 图4为本发明提出的一种钻机钻杆的自动更换装置的部分结构示意图；[0026] 图5为磁吸半固定式提升机构的侧视图；[0027] 图6为磁吸半固定式提升机构的结构图；[0028] 图7为钻杆固定装置的部分结构示意图；[0029] 图8为钻杆固定装置的底部结构示意图；[0030] 图9为翻转固定侧壁的结构示意图；[0031] 图10为磁吸锁定系统的结构示意图；[0032] 图11为翻转限位系统的结构示意图；[0033] 图12为翻转传动系统的侧视图；[0034] 图13为翻转传动系统的部分结构剖视图；[0035] 图14为预备钻杆转移机构的结构示意图；[0036] 图15为图14中结构A的放大示意图；[0037] 图16为动力运输机构的结构示意图；[0038] 图17为三棱转运臂的右侧状态示意图；[0039] 图18为三棱转运臂的水平状态示意图；[0040] 图19为三棱转运臂的左侧状态示意图；[0041] 图20为三棱转运臂的运输状态示意图；[0042] 图21为控制模块的连接关系框图。[0043] 其中，1、磁吸半固定式提升机构，2、预备钻杆转移机构，3、动力运输机构，4、控制模块，5、待安装钻机，6、待安装钻杆，7、待拆卸钻杆，101、提升底座，102、翻转传动系统，103、钻杆固定装置，104、钻杆搭载平台，105、限位侧壁，106、翻转固定侧壁，107、推送系统，

108、翻转限位系统，109、吸附电磁铁，110、磁吸锁定系统，111、锁定仓，112、永磁体，113、锁定转臂，114、推送伸缩臂，115、推送转臂，116、推送臂，117、翻转侧壁，118、翻转连接臂，

119、翻转收缩臂，120、连接拐臂，121、翻转液压臂，122、上同步臂，123、下同步臂，124、提升液压臂，201、限位支撑架，202、同步转轴，203、三棱转运臂，204、储存仓，205、传动齿轮，

206、输出齿轮，207、转运电机，301、动力底盘，302、转移升降臂，303、辅助支撑平台，304、支撑脚撑。

[0044] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

具体实施方式[0045] 下面将结合本发明具体实施方式中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有

其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0046] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示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，因此不能理解为对本发明的限制。

[0047] 如图1、图2、图3和图4所示，本发明采取的技术方案如下：本发明提供一种钻机钻杆的自动更换装置，包括磁吸半固定式提升机构1、预备钻杆转移机构2、动力运输机构3和控制模块4，磁吸半固定式提升机构1设于动力运输机构3上，预备钻杆转移机构2设于动力运输机构3上，预备钻杆转移机构2同时设于磁吸半固定式提升机构1一侧，控制模块4设于

预备钻杆转移机构2一侧。

[0048] 如图4、图5和图6所示，磁吸半固定式提升机构1包括提升底座101、翻转传动系统102和钻杆固定装置103，提升底座101设于动力运输机构3上，翻转传动系统102与提升底座

101传动连接，钻杆固定装置103与翻转传动系统102传动连接。

[0049] 如图5、图7和图8所示，钻杆固定装置103包括钻杆搭载平台104、限位侧壁105、翻转固定侧壁106、推送系统107、翻转限位系统108和吸附电磁铁109，钻杆搭载平台104与翻转传动系统102活动连接，限位侧壁105设于钻杆搭载平台104上，翻转固定侧壁106转动设于限位侧壁105上，推送系统107设于钻杆搭载平台104上，翻转限位系统108与钻杆搭载平

台104活动连接，吸附电磁铁109设于钻杆搭载平台104底部；推送系统107包括推送伸缩臂

114、推送转臂115和推送臂116，推送伸缩臂114的固定端设于钻杆搭载平台104上，推送转臂115的中部转动设于钻杆搭载平台104上，推送转臂115的一端与推送伸缩臂114活动连

接，推送臂116与推送转臂115的另一端活动连接。

[0050] 如图7、图9和图10所示，翻转固定侧壁106上设有磁吸锁定系统110；磁吸锁定系统110包括锁定仓111、永磁体112和锁定转臂113，锁定仓111设于翻转固定侧壁106上，永磁体

112设于锁定仓111上，锁定转臂113转动设于锁定仓111上。

[0051] 如图8和、图11所示，翻转限位系统108包括翻转侧壁117、翻转连接臂118和翻转收缩臂119，翻转侧壁117转动设于钻杆搭载平台104上，翻转收缩臂119与钻杆搭载平台104固定连接，翻转连接臂118的一端转动设于翻转侧壁117上，翻转连接臂118的另一端转动设于翻转收缩臂119上。[0052] 如图5、图12和图13所示，翻转传动系统102包括连接拐臂120、翻转液压臂121、上同步臂122、下同步臂123和提升液压臂124，下同步臂123的一端转动设于提升底座101上，提升液压臂124的固定端转动设于提升底座101上，上同步臂122的一端转动设于提升底座101上，连接拐臂120同时与上同步臂122的另一端、下同步臂123的另一端、提升液压臂124的伸缩端转动连接，连接拐臂120与钻杆搭载平台104转动连接，翻转液压臂121的固定端转动设于连接拐臂120上，翻转液压臂121的伸缩端转动设于钻杆搭载平台104上。

[0053] 如图3、图4、图14和图15所示，预备钻杆转移机构2包括限位支撑架201、同步转轴202、三棱转运臂203、储存仓204、传动齿轮205、输出齿轮206和转运电机207，限位支撑架

201设于动力运输机构3上，同步转轴202转动设于限位支撑架201上，三棱转运臂203与同步转轴202固定连接，储存仓204设于动力运输机构3上，传动齿轮205设于同步转轴202上，转运电机207设于限位支撑架201上，输出齿轮206设于转运电机207的输出端上，输出齿轮206与传动齿轮205啮合连接。

[0054] 如图3和图16所示，动力运输机构3包括动力底盘301，动力底盘301上设有转移升降臂302，动力底盘301上设有辅助支撑平台303，动力底盘301底部设有支撑脚撑304。

[0055] 如图17所示，三棱转运臂203为右侧状态。[0056] 如图18所示，三棱转运臂203为水平状态。[0057] 如图19所示，三棱转运臂203为左侧状态。[0058] 如图20所示，三棱转运臂203为运输状态。[0059] 如图21所示，控制模块4与吸附电磁铁109、推送伸缩臂114、翻转收缩臂119、翻转液压臂121、提升液压臂124、转运电机207和转移升降臂302电性连接。[0060] 具体使用时，首先，在预备钻杆转移机构2中提前放入待安装钻杆6，控制模块4启动转运电机207，转运电机207启动带动输出齿轮206转动，输出齿轮206转动带动传动齿轮

205转动，传动齿轮205转动带动同步转轴202转动，同步转轴202转动带动三棱转运臂203转动，三棱转运臂203转动至右侧状态，将待安装钻杆6放入三棱转运臂203中，转运电机207在启动，带动三棱转运臂203转动至左侧状态；之后通过动力底盘301将本设备运输至旋挖钻

机前方，且钻杆固定装置103正对待拆卸钻杆7，释放支撑脚撑304；控制模块4启动翻转液压臂121，翻转液压臂121伸长带动钻杆搭载平台104旋转90度，通过控提升液压臂124的伸长

带动连接拐臂120在上同步臂122和下同步臂123的角度限位下斜向上升，来调整钻杆固定

装置103与待拆卸钻杆7之间间距，完成位置对齐后，控制模块4启动吸附电磁铁109，吸附电磁铁109吸附锁定转臂113，锁定转臂113转动卡住待拆卸钻杆7顶部与钻头连接的位置，随

牵引绳的缓慢释放，翻转液压臂121和翻转液压臂121一同收缩带动钻杆搭载平台104复位，复位后，关闭吸附电磁铁109；控制模块4启动翻转收缩臂119，翻转收缩臂119收缩通过翻转连接臂118带动翻转侧壁117由竖直的锁定状态旋转为水平的释放状态，断开待拆卸钻杆7

与待安装钻机5的牵引绳连接；控制模块4启动推送伸缩臂114伸长，推送伸缩臂114伸长带

动推送转臂115转动，推送转臂115转动带动推送臂116将待拆卸钻杆7推入三棱转运臂203；

控制模块4启动转运电机207，转运电机207带动三棱转运臂203转动至水平状态，控制模块4启动转移升降臂302，转移升降臂302伸长将待安装钻杆6推入钻杆固定装置103中，控制模

块4启动翻转收缩臂119，翻转收缩臂119伸长通过翻转连接臂118带动翻转侧壁117由水平

的释放状态旋转为竖直的锁定状态，同时将待安装钻杆6与待安装钻机5的牵引绳连接，之

后转移升降臂302复位，转运电机207带动三棱转运臂203转动至运输状态；控制模块4启动

吸附电磁铁109，吸附电磁铁109吸附锁定转臂113，锁定转臂113转动卡住待安装钻杆6顶部与钻头连接的位置；控制模块4启动翻转液压臂121，同时随牵引绳的缩短，给与待安装钻杆

6顶部一定拉力，翻转液压臂121和提升液压臂124再次伸长带动钻杆搭载平台104旋转90

度，待安装钻杆6垂直后，待安装钻杆6自身重量全部由牵引绳承担；完成对齐后，关闭吸附电磁铁109，锁定转臂113复位；翻转液压臂121和提升液压臂124收缩带动钻杆搭载平台104复位。

[0061] 以上便是本发明具体的工作流程，下次使用时重复此步骤即可。[0062] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存

在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要

素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0063] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换

和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

[0064] 以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术

人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相

似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。