水平定向钻机钻杆抓取装置和水平定向钻机

权利要求书： 1.一种水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，包括：吊机底座；

机械臂，一端安装在所述吊机底座上；以及钻杆取放机构，与所述机械臂的另一端连接，包括：取放组件，构造为取放钻杆；

其中，所述取放组件包括：吸引件，构造为吸引所述钻杆。

2.根据权利要求1所述的水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，所述钻杆取放机构进一步包括：

导向组件，安装于所述取放组件，构造为将所述钻杆导向所述吸引件。

3.根据权利要求2所述的水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，所述导向组件包括：

第一导向体，安装于所述取放组件的第一指向上的一侧，构造为从第一指向将所述钻杆导向所述吸引件；以及

第二导向体，与所述第一导向体相对设置，安装于所述取放组件的第二指向上的一侧，构造为从第二指向将所述钻杆导向所述吸引件。

4.根据权利要求3所述的水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，所述第一导向体的朝向所述第二导向体的表面为弧面；

所述第二导向体的朝向所述第一导向体的表面为弧面。

5.根据权利要求4所述的水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，所述钻杆取放机构进一步包括：

缓冲体，安装于所述导向组件的底端。

6.根据权利要求2～5任意一项所述的水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，所述吸引件包括：

第一电磁体，位于所述取放组件的下部，构造为：在第一指向上吸引所述钻杆，或解除对所述钻杆的吸引。

7.根据权利要求6所述的水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，所述吸引件包括：第二电磁体，安装于所述导向组件的面向所述钻杆的区域，构造为在偏离第一指向的方向上吸引所述钻杆，或解除对所述钻杆的吸引。

8.根据权利要求7所述的水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，所述取放组件的表面开设有匹配所述钻杆的凹槽。

9.根据权利要求1所述的水平定向钻机钻杆抓取装置，其特征在于，进一步包括：转盘机构，安装在所述吊机底座上；

其中，所述机械臂远离所述钻杆取放机构的一端安装在所述转盘机构的动力输出端上。

10.一种水平定向钻机，其特征在于，包括：权利要求1?9中任一项所述的水平定向钻机钻杆抓取装置；

钻杆承托装置，构造为：承托所述水平定向钻机钻杆抓取装置搬运的钻杆；

动力头，装配在所述钻杆承托装置的一端，构造为：装配钻杆并驱动所述钻杆转动；

夹持器，装配在所述钻杆承托装置的另一端，构造为：夹持放置在所述钻杆承托装置上的钻杆一头以便钻杆与所述动力头的装配；

车体，装配在所述钻杆承托装置底部，构造为：支撑所述钻杆承托装置以及所述动力头，并调整所述钻杆承托装置的倾角；以及底盘，构造为：支撑所述车体。

说明书： 一种水平定向钻机钻杆抓取装置和水平定向钻机技术领域[0001] 本申请涉及水平定向钻机技术领域，具体涉及一种水平定向钻机钻杆抓取装置和水平定向钻机。

背景技术[0002] 水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工结合在一起的施工新技术，以其施工速度快、精度高、成本低的特点，广泛地应用于供水、煤气、电力、电

讯、天然气、石油等管道铺设工程领域。

[0003] 水平定向钻机的施工过程是通过动力头的旋转和推拉而使钻头穿越地层。钻头穿过后形成的连续柱状空间为钻柱。钻柱在空间上的加长，通过逐段增加钻杆而实现，钻柱在

直径上的加大是通过回拖扩孔钻头而逐级实现，即需要在动力头部拆减钻杆，而实现扩孔

钻头在钻柱内的逆向移动。

[0004] 水平定向钻机的施工过程中，需要通过增加或减少钻杆而实现钻进或回拖工作的连续。现有技术中，一般需要1人或2人徒手搬运或借助吊机上的机械抓手，结合钻机自带的

翻转夹持机构辅助上、卸钻杆。

[0005] 其中，机械抓手包括采用液压驱动夹持的简易吊具。一般来说，施工过程中的钻杆抓取基本是用户自制简易吊具，如用于钩钻杆两端的简易钩子、简易的连杆抓手，抓取过程

工人需要频繁的弯腰定位吊具，劳动强度大，抓取速度慢；并且机械抓手在抓取过程中、翻

转夹持机构在夹紧过程中易损伤、磕碰碰伤钻杆。

实用新型内容

[0006] 有鉴于此，本申请提供了一种水平定向钻机钻杆抓取装置，解决了目前抓取钻杆过程中劳动强度大、容易损伤钻杆的技术问题。

[0007] 第一方面，本申请提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置，包括：吊机底座；机械臂，一端安装在所述吊机底座上；以及钻杆取放机构，与所述机械臂的另一端连接，包括：取

放组件，构造为取放钻杆；其中，所述取放组件包括：吸引件，构造为吸引所述钻杆。

[0008] 结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述钻杆取放机构进一步包括：导向组件，安装于所述取放组件，构造为将所述钻杆导向所述吸引件。

[0009] 结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一导向体，安装于所述取放组件的第一指向上的一侧，构造为从第一指向将所述钻杆导向所述吸引件；以及第二导向体，与所述

第一导向体相对设置，安装于所述取放组件的第二指向上的一侧，构造为从第二指向将所

述钻杆导向所述吸引件。

[0010] 结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一导向体的朝向所述第二导向体的表面为弧面；所述第二导向体的朝向所述第一导向体的表面为弧面。

[0011] 结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述钻杆取放机构进一步包括：缓冲体，安装于所述导向组件的底端。

[0012] 结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述吸引件包括：第一电磁体，位于所述取放组件的下部，构造为：在第一指向上吸引所述钻杆，或解除对所述钻杆的吸引。

[0013] 结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述吸引件包括：第二电磁体，安装于所述导向组件的面向所述钻杆的区域，构造为在偏离第一指向的方向上吸引所述钻杆，或

解除对所述钻杆的吸引。

[0014] 结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述取放组件的表面开设有匹配所述钻杆的凹槽。

[0015] 结合第一方面，在一种可能的实现方式中，进一步包括：转盘机构，安装在所述吊机底座上；其中，所述机械臂远离所述钻杆取放机构的一端安装在所述转盘机构的动力输

出端上。

[0016] 第二方面，本申请提供一种水平定向钻机，包括：上述任一项所述的水平定向钻机钻杆抓取装置；钻杆承托装置，构造为：承托所述水平定向钻机钻杆抓取装置搬运的钻杆；

动力头，装配在所述钻杆承托装置的一端，构造为：装配钻杆并驱动所述钻杆转动；夹持器，

装配在所述钻杆承托装置的另一端，构造为：夹持放置在所述钻杆承托装置上的钻杆一头

以便钻杆与所述动力头的装配；车体，装配在所述钻杆承托装置底部，构造为：支撑所述钻

杆承托装置以及所述动力头，并调整所述钻杆承托装置的倾角；以及底盘，构造为：支撑所

述车体。

[0017] 本申请在使用时，钻杆取放机构在取放钻杆时，吸引件能够对钻杆进行吸引，使得钻杆取放机构能够稳定地拿取钻杆，钻杆取放机构拿取钻杆后，机械臂带动钻杆取放机构

移动至需要的工作位置。在钻杆取放机构需要放下钻杆时，吸引件解除对钻杆的吸引力即

可。本申请避免了以往的钻杆搬运工作中抓取钻杆工序复杂的问题，并且避免了以往钻杆

转运中采用机械手抓取钻杆时容易损伤钻杆的问题，也能够更快更方便地实现钻杆搬运和

卸装工作。

附图说明[0018] 图1所示为本申请一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置的结构示意图。

[0019] 图2所示为本申请一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构在吸取钻杆时的示意图。

[0020] 图3所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0021] 图4所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0022] 图5所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0023] 图6所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0024] 图7所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0025] 图8所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0026] 图9所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0027] 图10所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0028] 图11所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。

[0029] 图12所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机的结构示意图。具体实施方式[0030] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本

申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实

施例，都属于本申请保护的范围。

[0031] 图1所示为本申请一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置的结构示意图。图2所示为本申请一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置钻杆取放机构在吸

取钻杆时的示意图。如图1所示，该钻杆取放机构包括：吊机底座6、机械臂80和钻杆取放机

构30；其中，机械臂80的一端安装在吊机底座6上；钻杆取放机构30与机械臂80的另一端连

接，包括：取放组件，取放组件构造为取放钻杆；其中，取放组件包括：吸引件31，构造为吸引

钻杆70。

[0032] 本实施例在使用时，钻杆取放机构30在取放钻杆70时，吸引件31能够对钻杆70进行吸引，使得钻杆取放机构30能够稳定地拿取钻杆70，钻杆取放机构30拿取钻杆70后，机

械臂80带动钻杆取放机构30移动至需要的工作位置。吊机底座6为机械臂80的工作过程提

供支撑。其中，钻杆70的拿取过程可以仅靠吸引件31即可完成。在钻杆取放机构30需要放

下钻杆70时，吸引件31解除对钻杆70的吸引力即可。本实施例避免了以往的钻杆搬运工作

中抓取钻杆工序复杂的问题，并且避免了以往钻杆转运中采用机械手抓取钻杆时容易损伤

钻杆的问题，也能够更快更方便地实现钻杆搬运和卸装工作。

[0033] 具体的，吸引件31可以安装在钻杆取放机构30内部，也可以是吸引件31的吸附面露出于钻杆取放机构30的下表面，当吸引件31如图1所示露出于钻杆取放机构30的下表面

时，吸引件31可与钻杆70直接接触，此时对于钻杆70的吸引力最大，钻杆70能够更稳定地被

吸附住。取放组件可以包括壳体结构，在取放组件的壳体内装配吸引件31。

[0034] 图3所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图，图3中钻杆取放机构30被剖开。如图3所示，在一些实施例中，该钻杆

取放机构进一步包括：导向组件32，安装于取放组件，构造为将钻杆70导向吸引件31。

[0035] 本实施例在使用时，当钻杆取放机构需要拿取钻杆时，在吸引件31对钻杆70吸引过程中，导向组件32对钻杆70起到导向定位的作用，使得钻杆70更易进入钻杆取放机构30

的拿取位置并被吸附在钻杆取放机构30上，进一步便于钻杆取放机构对钻杆70的拿取工

作。具体的，导向组件32的中间留有用于容纳钻杆70的区域，该区域可以是吸引件31露出于

钻杆取放机构30钻杆取放机构的下方的区域，钻杆70进入该区域时，钻杆70被吸引件31吸

引。

[0036] 图4所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。如图4所示，在一些实施例中，导向组件包括：第一导向体321和第二

导向体322，其中第一导向体321安装于取放组件的第一指向上的一侧，构造为从第一指向

将钻杆70导向吸引件31；第二导向体322与第一导向体321相对设置，安装于取放组件的第

二指向上的一侧，构造为从第二指向将钻杆70导向吸引件31。

[0037] 本实施例在使用时，参照图4实施例，第一导向体321处于钻杆取放机构30底端的左侧，第二导向体322处于钻杆取放机构30底端的右侧。第一导向体321和第二导向体322

分别从左侧和右侧，将钻杆70导向定位至钻杆取放机构30底端的位于第一导向体321和第

二导向体322之间的定位区域。钻杆70被吸附在钻杆取放机构30上时，第一导向体321和第

二导向体322将钻杆70定位在中间，使得该钻杆取放机构对钻杆70的拿取过程更加稳定，防

止了钻杆70在转运过程中出现晃动。其中，第一导向体321和第二导向体322可以互相呈夹

持姿态，以将钻杆70夹持在第一导向体321和第二导向体322之间的定位区域中，使得钻杆

70能够更稳定地被拿取。

[0038] 图5所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。如图5所示，在一些实施例中，第一导向体321的朝向第二导向体322

的表面为弧面；第二导向体322的朝向第一导向体321的表面为弧面。弧面的开口朝向钻杆

取放机构30的下方。

[0039] 本实施例在使用时，一方面，在钻杆被夹持在第一导向体321和第二导向体322之间的夹持区域中时，钻杆与第一导向体321和第二导向体322的接触面积较大，钻杆在被拿

取时受力面积大，使得该钻杆取放机构对钻杆的拿取过程更加稳定，钻杆更不易晃动。另一

方面，在该钻杆取放机构对钻杆进行拿取时，钻杆在落入第一导向体321和第二导向体322

之间的夹持区域的过程中，弧面对钻杆的落入过程进行缓冲，减小钻杆与钻杆取放机构30

接触时的冲击。

[0040] 图6所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。如图6所示，在一些实施例中，该钻杆取放机构30进一步包括缓冲体

33，缓冲体33安装于导向组件32的底端。

[0041] 本实施例在使用时，当该钻杆取放机构需要拿取钻杆时，钻杆在进入导向组件32的引导区域前，会与导向组件32进行接触或者碰撞，缓冲体33能够对该接触或碰撞过程进

行缓冲，防止钻杆损坏。

[0042] 图7所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。图8所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装

置中的钻杆取放机构的结构示意图，图7和图8中钻杆取放机构30均被剖开。在一些实施例

中，如图7和图8所示，吸引件包括第一电磁体34，第一电磁体34位于取放组件的下部，第一

电磁体34构造为：在第一指向上吸引钻杆70，或解除对钻杆70的吸引。

[0043] 在图7所示的实施例中，采用电磁体作为吸引件，可以在通电时产生磁性，以吸引钻杆。当需要释放钻杆时，电磁铁断电磁性即可消失，不再对钻杆有吸引作用。对钻杆的磁

吸力的产生与否，只需通电断电即可完成，切换效率高，有利于缩短钻杆取放动作的总体用

时。若钻杆取放机构30的尺寸较大，其可容纳空间较大，可以从左向右并排设置多个第一电

磁体34来吸引钻杆70，可根据钻杆的重量来设定第一电磁体34的数量，以达到合适的吸引

力。具体的，第一电磁体34可以从左往右布满钻杆取放机构30。

[0044] 在图8所示的实施例中，若钻杆取放机构30的横向尺寸较小，可容纳空间较小，可以从下往上重叠设置多个第一电磁体34来吸引钻杆70，可根据钻杆的重量来设定第一电磁

体34的数量，以达到合适的吸引力。

[0045] 图9所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。图9中钻杆取放机构30和导向组件32被剖开，如图9所示，在一些实施

例中吸引件进一步包括：第二电磁体35，安装于导向组件32的面向钻杆的区域，构造为：在

偏离第一指向的方向上吸引钻杆70，或解除对钻杆70的吸引。本实施例在使用时，第二电

磁体35能够从偏离第一指向的方向上对钻杆70进行吸引，从而使得该钻杆取放机构可以

更稳固地拿取钻杆70。

[0046] 图10所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。在一些实施例中，可以在导向组件32中不专门设置第二电磁体35，

可以采用磁性材料制成导向组件32。图10中带箭头直线代表吸引力的大致方向，吸引件31

产生向上的吸引力，导向组件32产生偏离吸引件31吸引方向的吸引力。在第一电磁体34的

作用下，能够磁化导向组件32，使得导向组件32具有吸引力，能够吸引钻杆70。

[0047] 在一些实施例中，根据空间优化需要，可以在导向组件32中设置结构较为简单的永磁体来吸引钻杆70，永磁体无需电路构件，装配过程较为简单，占用空间较小。将钻杆70

放置在钻杆承托装置之后，钻杆承托装置是可以产生足够的作用力，使得钻杆取放机构远

离钻杆承托装置时，钻杆70可以与钻杆取放机构脱离。例如，钻杆承托装置可以对钻杆70有

更大的磁吸力，或者钻杆承托装置可以夹住钻杆70，以使得钻杆取放机构在远离钻杆承托

装置时，钻杆70不会与钻杆取放机构一起运动。

[0048] 图11所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机钻杆抓取装置中的钻杆取放机构的结构示意图。如图11所示，在一些实施例中，取放组件的表面开设有匹配钻杆的

凹槽301。本实施例在使用时，该钻杆取放机构拿取钻杆时，钻杆与钻杆取放机构30的凹槽

301接触，因此钻杆与钻杆取放机构30的接触面积更大，第一电磁体34能够更好地将钻杆吸

附在钻杆取放机构30上。具体的，当采用第一电磁体34露出于钻杆取放机构30下表面的方

式时，第一电磁体34的下表面也需要构造为弧面以配合凹槽301。还可以将导向组件32的表

面也构造为弧面，该弧面与凹槽301相接以构成更大的弧面，从而使得钻杆与钻杆取放机构

30、导向组件32的接触面积进一步增大，在第一电磁体34对钻杆的吸引作用下，由于接触

面积增大，钻杆更不易掉下。

[0049] 在一些实施例中，可以在钻杆取放机构与钻杆的接触面、吸引件与钻杆的接触面以及导向组件与钻杆的接触面上设置防滑胶垫。一方面，在吸附钻杆的过程中，防滑胶垫能

够缓冲钻杆与钻杆取放机构、吸引件和导向组件碰撞时的撞击力；另一方面，在该钻杆取放

机构拿取到钻杆后，防滑胶垫能够防止钻杆在被拿取过程中发生转动，不易转动的钻杆更

利于搬运。

[0050] 在一些实施例中，如图1所示，该钻杆取放机构进一步包括：转盘机构12，安装在吊机底座6上；其中，机械臂80远离钻杆取放机构30的一端安装在转盘机构12的动力输出端

上。本实施例中，转盘机构12在转动时可带动机械臂80和钻杆取放机构30一同转动，从而增

大钻杆取放机构30的工作范围。

[0051] 本申请还提供一种钻杆取放装置，包括机械臂和上述任一实施例中的水平定向钻机钻杆抓取装置，钻杆取放装置构造为：取放钻杆。钻杆取放装置安装在机械臂的自由端。

该钻杆取放装置，由于包括了上述任一实施例中的水平定向钻机钻杆抓取装置，因此具有

了上述任一项钻杆取放机构的技术效果，在此不再赘述。

[0052] 图12所示为本申请另一实施例提供的一种水平定向钻机的结构示意图。本申请还提供一种水平定向钻机，包括：上述的水平定向钻机钻杆抓取装置水平定向钻机钻杆抓取

装置20、钻杆承托装置21、动力头22、夹持器23、车体24和底盘25；其中，水平定向钻机钻杆

抓取装置水平定向钻机钻杆抓取装置20构造为：取放和搬运钻杆70；钻杆承托装置21构造

为：承托水平定向钻机钻杆抓取装置20搬运的钻杆70；动力头22，装配在钻杆承托装置21的

一端，动力头22构造为：装配钻杆70并驱动钻杆70转动；夹持器23装配在钻杆承托装置21的

另一端，夹持器23构造为：夹持放置在钻杆承托装置21上的钻杆70一头以便钻杆70与动力

头22的装配；车体24装配在钻杆承托装置21底部，车体24构造为：支撑钻杆承托装置21以

及动力头22，并调整钻杆承托装置21的倾角；底盘25构造为：支撑车体24。

[0053] 本实施例在使用时，车体24上设有升降液压缸，以将钻杆承托装置21的一端抬起，调整钻杆70的角度；动力头22安装在钻杆承托装置21的被抬起的一端，用于连接放置在钻

杆承托装置21上的钻杆70，并带动钻杆70旋转。在水平定向钻机中，需要使用机械臂带动取

放组件不断地拿取钻杆，并将钻杆70搬运至钻杆承托装置21的装配位上，水平定向钻机进

行钻杆装配。在本申请中，水平定向钻机钻杆抓取装置20所包括的机械臂、第一连杆、第二

连杆和机械手构成四连杆机构，能够方便快速地调整钻杆70倾角来更快地将钻杆70放置在

装配位上，因此可以大大提升向水平定向钻机搬运钻杆的工作效率。

[0054] 以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的

各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作

用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

[0055] 本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到

的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具

有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇

“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使

用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

[0056] 还需要指出的是，在本申请的装置和设备中，各部件是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

[0057] 提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义

的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在

此示出的方面，而是按照与在此实用新型的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

[0058] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。