本发明涉及一种用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，包括底板、托板、信号发射器、信号接收器和两个夹持机构，夹持机构包括驱动组件、第一齿轮、第二齿轮、第一齿条、第二齿条、平移组件和夹持组件，夹持组件包括竖板、连接杆、第一夹板和两个夹持单元，该用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置在夹持机构中，通过驱动组件带动第一齿条和第二齿条升降，配合信号发射器和信号接收器，使两个第二齿条的连线与钻杆的轴线相交，防止第一夹板夹持时钻杆打滑，不仅如此，通过两个夹持单元从第一夹板的两侧对钻杆的表面进行夹持，使两个夹持机构从六个方向对钻杆进行夹持，从而保证了夹持的稳固性，提高了设备的实用性。
1.一种用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，包括底板(1)、托板(2)、信号发射器(3)、信号接收器(4)、两个夹持机构和若干支柱(5)，所述托板(2)位于底板(1)的上方，所述支柱(5)均匀分布在托板(2)和底板(1)之间，所述支柱(5)的顶端和底端分别与托板(2)和底板(1)固定连接，所述信号发射器(3)和信号接收器(4)分别与夹持机构连接；
所述夹持机构包括驱动组件、第一齿轮(6)、第二齿轮(7)、第一齿条(8)、第二齿条(9)、平移组件和夹持组件，所述驱动组件位于托板(2)的上方，所述驱动组件设置在第一齿条(8)和第二齿条(9)之间，所述平移组件设置在第二齿条(9)的远离驱动组件的一侧，所述夹持组件设置在平移组件的远离第二齿条(9)的一侧，所述第一齿轮(6)与第一齿条(8)啮合，所述第二齿轮(7)与第二齿条(9)啮合，所述第一齿轮(6)的直径为第二齿轮(7)的直径的两倍，所述第一齿条(8)的顶端与托板(2)的距离为第二齿条(9)的顶端与托板(2)的距离的两倍，两个第一齿条(8)的顶端分别与信号发射器(3)和信号接收器(4)固定连接；
所述夹持组件包括竖板(10)、连接杆(11)、第一夹板(12)和两个夹持单元，所述第一夹板(12)通过连接杆(11)固定在竖杆的远离平移组件的一侧，两个夹持单元分别设置在第一夹板(12)的上方和下方；
所述夹持单元包括第一电机(13)、缓冲块(14)、第一驱动轴(15)、滑块(16)、支杆(17)、铰接块(18)和第二夹板(34)，所述铰接块(18)固定在第一夹板(12)上，所述第一电机(13)和缓冲块(14)均固定在竖板(10)上，所述第一驱动轴(15)设置在第一电机(13)和缓冲块(14)之间，所述第一电机(13)与第一驱动轴(15)传动连接，所述第一驱动轴(15)的外周设有第一外螺纹，所述滑块(16)套设在第一驱动轴(15)上，所述滑块(16)内设有第一内螺纹，所述滑块(16)内的第一内螺纹与第一驱动轴(15)上的第一外螺纹相匹配，所述滑块(16)通过支杆(17)与第二夹板(34)铰接，所述第二夹板(34)与铰接块(18)铰接。
2.如权利要求1所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述驱动组件包括皮带(19)和两个驱动单元，所述驱动单元包括平板(20)、第二电机(21)、第二驱动轴(22)、驱动轮(23)和同心轴(24)，所述平板(20)固定在托板(2)的上方，所述第二电机(21)固定在平板(20)的上方，所述第二电机(21)通过第二驱动轴(22)与驱动轮(23)传动连接，两个驱动单元中的驱动轮(23)分别设置在皮带(19)的内侧的两侧，两个驱动轮(23)中，其中一个驱动轮(23)通过同心轴(24)与第一齿轮(6)固定连接，另一个驱动轮(23)通过同心轴(24)与第二齿轮(7)固定连接。
3.如权利要求2所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述第二电机(21)为直流伺服电机。
4.如权利要求1所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述夹持机构还包括第一定位杆(25)和第二定位杆(26)，所述第一定位杆(25)的底端和第二定位杆(26)的底端均固定在底板(1)上，所述第一定位杆(25)的顶端设置在第一齿条(8)内，所述第二定位杆(26)的顶端设置在第二齿条(9)内。
5.如权利要求2所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述平移组件包括第三电机(27)、第三驱动轴(28)和套管(29)，所述第三电机(27)与第二齿条(9)的顶端固定连接，所述第三电机(27)与第三驱动轴(28)传动连接，所述第三驱动轴(28)的外周设有第二外螺纹，所述套管(29)套设在第三驱动轴(28)上，所述套管(29)内设有第二内螺纹，所述第二内螺纹与第二外螺纹相匹配，所述套管(29)与竖板(10)固定连接。
6.如权利要求4所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述平移组件还包括滑杆(30)和两个滑环(31)，所述滑杆(30)固定在第二齿条(9)上，两个滑环(31)分别固定在第二齿条(9)的顶端和套管(29)的上方，所述滑杆(30)套设在滑环(31)上。
7.如权利要求5所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述第一夹板(12)内设有压力传感器(32)。
8.如权利要求7所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述第二夹板(34)的远离第一夹板(12)的一端设有距离传感器(33)。
9.如权利要求8所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述底板(1)内设有PLC，所述信号发射器(3)、信号接收器(4)、第一电机(13)、第二电机(21)、第三电机(27)、压力传感器(32)和距离传感器(33)均与PLC电连接。
10.如权利要求1所述的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，其特征在于，所述底板(1)、托板(2)与支柱(5)为一体成型结构。
一种用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置
技术领域
[0001] 本发明涉及水平定向钻设备领域，特别涉及一种用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置。
背景技术
[0002] 水平定向钻探是指在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施，如管道、线缆等。水平定向钻机广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中，它适用于沙土、黏土、卵石等地矿，在大部分非硬岩地区均可施工。在水平定向钻探系统中，钻杆夹持装置是主要部件之一，其主要性能的好坏直接影响非开挖水平定向钻机的工作效率和作业情况。
[0003] 目前，现有的非开挖水平定向钻机夹持装置夹紧钻一般采用液压油缸驱动，一组两个液压油缸的压杆伸出推动夹持块夹紧钻杆，其在施工过程中如果夹紧力不够将导致夹持装置和钻杆之间出现打滑，会严重损坏钻杆，大大减少钻杆的使用寿命；其次，采用上述夹紧方式，钻杆在被夹紧到松开的过程中，液压油缸的油管进油口必须始终保持压力，否则钻杆不能被夹紧，能耗较大；此外，采用上述夹紧方式的油缸在拆卸钻杆的过程中，动、静油缸分别夹紧钻杆时，由于油缸本身的响应速度不一样、油管的长短以及阻力也不一样，导致活塞杆伸出快慢不一致从而造成两钻杆公母丝扣不同心的现象，致使丝扣严重磨损，大大减少钻杆的使用寿命，甚至造成严重的施工事故。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，包括底板、托板、信号发射器、信号接收器、两个夹持机构和若干支柱，所述托板位于底板的上方，所述支柱均匀分布在托板和底板之间，所述支柱的顶端和底端分别与托板和底板固定连接，所述信号发射器和信号接收器分别与夹持机构连接；
[0006] 所述夹持机构包括驱动组件、第一齿轮、第二齿轮、第一齿条、第二齿条、平移组件和夹持组件，所述驱动组件位于托板的上方，所述驱动组件设置在第一齿条和第二齿条之间，所述平移组件设置在第二齿条的远离驱动组件的一侧，所述夹持组件设置在平移组件的远离第二齿条的一侧，所述第一齿轮与第一齿条啮合，所述第二齿轮与第二齿条啮合，所述第一齿轮的直径为第二齿轮的直径的两倍，所述第一齿条的顶端与托板的距离为第二齿条的顶端与托板的距离的两倍，两个第一齿条的顶端分别与信号发射器和信号接收器固定连接；
[0007] 所述夹持组件包括竖板、连接杆、第一夹板和两个夹持单元，所述第一夹板通过连接杆固定在竖杆的远离平移组件的一侧，两个夹持单元分别设置在第一夹板的上方和下方；
[0008] 所述夹持单元包括第一电机、缓冲块、第一驱动轴、滑块、支杆、铰接块和第二夹板，所述铰接块固定在第一夹板上，所述第一电机和缓冲块均固定在竖板上，所述第一驱动轴设置在第一电机和缓冲块之间，所述第一电机与第一驱动轴传动连接，所述第一驱动轴的外周设有第一外螺纹，所述滑块套设在第一驱动轴上，所述滑块内设有第一内螺纹，所述滑块内的第一内螺纹与第一驱动轴上的第一外螺纹相匹配，所述滑块通过支杆与第二夹板铰接，所述第二夹板与铰接块铰接。
[0009] 作为优选，为了驱动第一齿轮和第二齿轮同步转动，所述驱动组件包括皮带和两个驱动单元，所述驱动单元包括平板、第二电机、第二驱动轴、驱动轮和同心轴，所述平板固定在托板的上方，所述第二电机固定在平板的上方，所述第二电机通过第二驱动轴与驱动轮传动连接，两个驱动单元中的驱动轮分别设置在皮带的内侧的两侧，两个驱动轮中，其中一个驱动轮通过同心轴与第一齿轮固定连接，另一个驱动轮通过同心轴与第二齿轮固定连接。
[0010] 作为优选，为了保证第二电机的驱动力，所述第二电机为直流伺服电机。
[0011] 作为优选，为了使第一齿条和第二齿条平稳地升降，所述夹持机构还包括第一定位杆和第二定位杆，所述第一定位杆的底端和第二定位杆的底端均固定在底板上，所述第一定位杆的顶端设置在第一齿条内，所述第二定位杆的顶端设置在第二齿条内。
[0012] 作为优选，为了带动竖板移动，所述平移组件包括第三电机、第三驱动轴和套管，所述第三电机与第二齿条的顶端固定连接，所述第三电机与第三驱动轴传动连接，所述第三驱动轴的外周设有第二外螺纹，所述套管套设在第三驱动轴上，所述套管内设有第二内螺纹，所述第二内螺纹与第二外螺纹相匹配，所述套管与竖板固定连接。
[0013] 作为优选，为了使竖板平稳移动，所述平移组件还包括滑杆和两个滑环，所述滑杆固定在第二齿条上，两个滑环分别固定在第二齿条的顶端和套管的上方，所述滑杆套设在滑环上。
[0014] 作为优选，为了检测第一夹板是否夹紧钻杆，所述第一夹板内设有压力传感器。
[0015] 作为优选，为了检测第二夹板是否夹紧钻杆，所述第二夹板的远离第一夹板的一端设有距离传感器。
[0016] 作为优选，为了提高设备的智能化程度，所述底板内设有PLC，所述信号发射器、信号接收器、第一电机、第二电机、第三电机、压力传感器和距离传感器均与PLC电连接。
[0017] 作为优选，为了保证底板、托板与支柱连接的稳固性，所述底板、托板与支柱为一体成型结构。
[0018] 本发明的有益效果是，该用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置在夹持机构中，通过驱动组件带动第一齿条和第二齿条升降，配合信号发射器和信号接收器，使两个第二齿条的连线与钻杆的轴线相交，防止第一夹板夹持时钻杆打滑，不仅如此，通过两个夹持单元从第一夹板的两侧对钻杆的表面进行夹持，使两个夹持机构从六个方向对钻杆进行夹持，从而保证了夹持的稳固性，与现有的夹持机构相比，该夹持机构稳固性更高，且通过第一齿条、第二齿条的升降和竖板的平移，使设备能够对不同尺寸的钻杆进行夹持，进而提高了设备的实用性。
附图说明
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020] 图1是本发明的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置的结构示意图；
[0021] 图2是本发明的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置的夹持机构的结构示意图；
[0022] 图3是本发明的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置的驱动组件的结构示意图；
[0023] 图4是本发明的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置的平移组件的结构示意图；
[0024] 图5是本发明的用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置的夹持组件的结构示意图；
[0025] 图中：1.底板，2.托板，3.信号发射器，4.信号接收器，5.支柱，6.第一齿轮，7.第二齿轮，8.第一齿条，9.第二齿条，10.竖板，11.连接杆，12.第一夹板，13.第一电机，14.缓冲块，15.第一驱动轴，16.滑块，17.支杆，18.铰接块，19.皮带，20.平板，21.第二电机，22.第二驱动轴，23.驱动轮，24.同心轴，25.第一定位杆，26.第二定位杆，27.第三电机，28.第三驱动轴，29.套管，30.滑杆，31.滑环，32.压力传感器，33.距离传感器。
具体实施方式
[0026] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0027] 如图1所示，一种用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置，包括底板1、托板2、信号发射器3、信号接收器4、两个夹持机构和若干支柱5，所述托板2位于底板1的上方，所述支柱5均匀分布在托板2和底板1之间，所述支柱5的顶端和底端分别与托板2和底板1固定连接，所述信号发射器3和信号接收器4分别与夹持机构连接；
[0028] 该装置在夹持钻杆时，将钻杆放置在托板2的上方，使钻杆位于两个夹持机构之间，由支柱5支撑钻杆的同时，通过两个夹持机构从两侧对钻杆进行夹持。
[0029] 如图2所示，所述夹持机构包括驱动组件、第一齿轮6、第二齿轮7、第一齿条8、第二齿条9、平移组件和夹持组件，所述驱动组件位于托板2的上方，所述驱动组件设置在第一齿条8和第二齿条9之间，所述平移组件设置在第二齿条9的远离驱动组件的一侧，所述夹持组件设置在平移组件的远离第二齿条9的一侧，所述第一齿轮6与第一齿条8啮合，所述第二齿轮7与第二齿条9啮合，所述第一齿轮6的直径为第二齿轮7的直径的两倍，所述第一齿条8的顶端与托板2的距离为第二齿条9的顶端与托板2的距离的两倍，两个第一齿条8的顶端分别与信号发射器3和信号接收器4固定连接；
[0030] 由驱动组件带动第一齿轮6和第二齿轮7做方向相同且角速度相同的转动，第一齿轮6作用在第一齿条8上，第二齿轮7作用在第二齿条9上，使第一齿条8和第二齿条9做同步的升降运动，由于第一齿轮6的直径为第二齿轮7的直径的两倍，第一齿条8的顶端与托板2的距离为第二齿条9的顶端与托板2的距离的两倍，因此，在第一齿条8和第二齿条9升降的过程中，第一齿条8的顶端与托板2的距离始终保持第二齿条9的顶端与托板2的距离的两倍，在两个第一齿条8的顶端，由信号发射器3发射各种信号，利用信号接收器4接收信号，在这里，信号发射器3可以选用激光发射器利用激光进行照射，由信号接收器4接收信号，当放置钻杆时，钻杆阻挡了低处信号的传播，通过调节第一齿条8的高度位置，使信号发射器3和信号接收器4的高度调节至与钻杆顶端同一高度的位置，由于第二齿条9的顶端与托板2的距离始终为第一齿条8的顶端与托板2的距离的二分之一，因此，此时两个第二齿条9的顶端的连线与钻杆的轴线相交，通过平移组件带动夹持组件靠近钻杆，实现夹持，此时由于两个夹持组件的连线与钻杆的轴线相交，保证了夹持效果，防止钻杆打滑。
[0031] 如图5所示，所述夹持组件包括竖板10、连接杆11、第一夹板12和两个夹持单元，所述第一夹板12通过连接杆11固定在竖杆的远离平移组件的一侧，两个夹持单元分别设置在第一夹板12的上方和下方；
[0032] 所述夹持单元包括第一电机13、缓冲块14、第一驱动轴15、滑块16、支杆17、铰接块18和第二夹板34，所述铰接块18固定在第一夹板12上，所述第一电机13和缓冲块14均固定在竖板10上，所述第一驱动轴15设置在第一电机13和缓冲块14之间，所述第一电机13与第一驱动轴15传动连接，所述第一驱动轴15的外周设有第一外螺纹，所述滑块16套设在第一驱动轴15上，所述滑块16内设有第一内螺纹，所述滑块16内的第一内螺纹与第一驱动轴15上的第一外螺纹相匹配，所述滑块16通过支杆17与第二夹板34铰接，所述第二夹板34与铰接块18铰接。
[0033] 夹持组件中，由第一夹板12抵靠在钻杆的表面，而后在第一夹板12的上方和下方，夹持单元中的第一电机13运行，带动第一驱动轴15旋转，使第一驱动轴15上的第一外螺纹作用于滑块16内的第一内螺纹，从而使滑块16沿着第一驱动轴15的轴线方向移动，改变第二夹板34的角度，使两个第二夹板34的夹角缩小，便于第二夹板34抵靠在钻杆上，从而加固了对钻杆的夹持。
[0034] 如图3所示，所述驱动组件包括皮带19和两个驱动单元，所述驱动单元包括平板20、第二电机21、第二驱动轴22、驱动轮23和同心轴24，所述平板20固定在托板2的上方，所述第二电机21固定在平板20的上方，所述第二电机21通过第二驱动轴22与驱动轮23传动连接，两个驱动单元中的驱动轮23分别设置在皮带19的内侧的两侧，两个驱动轮23中，其中一个驱动轮23通过同心轴24与第一齿轮6固定连接，另一个驱动轮23通过同心轴24与第二齿轮7固定连接。
[0035] 平板20用于支撑第二电机21的高度，其中一个第二电机21通过第二驱动轴22带动驱动轮23转动，在驱动轮23转动的同时，通过皮带19带动另一个驱动轮23转动，由于两个驱动轮23的角速度相同且转向相同，因此，利用同心轴24实现了第一齿轮6和第二齿轮7同向且角速度相同的转动。
[0036] 作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证第二电机21的驱动力，所述第二电机21为直流伺服电机。
[0037] 作为优选，为了使第一齿条8和第二齿条9平稳地升降，所述夹持机构还包括第一定位杆25和第二定位杆26，所述第一定位杆25的底端和第二定位杆26的底端均固定在底板1上，所述第一定位杆25的顶端设置在第一齿条8内，所述第二定位杆26的顶端设置在第二齿条9内。利用第一定位杆25固定了第一齿条8的移动方向，第二第二定位杆26固定了第二齿条9的移动方向，从而保证了第一齿条8和第二齿条9平稳地升降。
[0038] 如图4所示，所述平移组件包括第三电机27、第三驱动轴28和套管29，所述第三电机27与第二齿条9的顶端固定连接，所述第三电机27与第三驱动轴28传动连接，所述第三驱动轴28的外周设有第二外螺纹，所述套管29套设在第三驱动轴28上，所述套管29内设有第二内螺纹，所述第二内螺纹与第二外螺纹相匹配，所述套管29与竖板10固定连接。
[0039] 第三电机27运行，带动第三驱动轴28旋转，使第三驱动轴28上的第二外螺纹作用于套管29内的第二内齿轮，带动套管29沿着其轴向方向向钻杆靠近，便于夹持钻杆。
[0040] 作为优选，为了使竖板10平稳移动，所述平移组件还包括滑杆30和两个滑环31，所述滑杆30固定在第二齿条9上，两个滑环31分别固定在第二齿条9的顶端和套管29的上方，所述滑杆30套设在滑环31上。两个滑环31的位置固定，从而固定了滑杆30的移动方向，使竖板10进行平稳地移动。
[0041] 作为优选，为了检测第一夹板12是否夹紧钻杆，所述第一夹板12内设有压力传感器32。当第一夹板12抵靠在钻杆的表面时，钻杆挤压第一压板，使第一压板内的压力传感器32接收到压力数据，从而便于设备确认第一夹板12夹紧钻杆。
[0042] 作为优选，为了检测第二夹板34是否夹紧钻杆，所述第二夹板34的远离第一夹板12的一端设有距离传感器33。随着第二夹板34向钻杆的表面转动并靠近，距离传感器33检测到的距离信号逐渐减小，当第二夹板34抵靠在钻杆表面时，第二夹板34的角度保持不变，从而使距离传感器33检测到的距离信号保持不变，此时可确认第二夹板34已夹紧钻杆。
[0043] 作为优选，为了提高设备的智能化程度，所述底板1内设有PLC，所述信号发射器3、信号接收器4、第一电机13、第二电机21、第三电机27、压力传感器32和距离传感器33均与PLC电连接。PLC控制信号发射器3发射信号，信号接收器4将接收到的信号数据反馈给PLC用以确认第一齿条8的顶端的高度位置是否与钻杆的顶端位置相同，PLC控制第二电机21驱动第一齿轮6和第二齿轮7转动，调节第一齿条8和第二齿条9的高度，使两个第二齿条9的顶端的连线与钻杆的轴线相交，而后PLC控制第三电机27带动竖板10向钻杆移动，使第一夹板12抵靠在钻杆的表面，压力传感器32检测到压力数据后，将压力数据反馈给PLC，使PLC控制第一电机13运行，带动第二夹板34转动，第二夹板34上的距离传感器33将检测到的与钻杆表面的距离数据反馈给PLC，便于PLC确认第二夹板34夹紧钻杆，从而提高了设备的智能化程度。
[0044] 作为优选，利用一体成型结构稳固的特点，为了保证底板1、托板2与支柱5连接的稳固性，所述底板1、托板2与支柱5为一体成型结构。
[0045] 该钻杆夹持装置通过驱动组件带动第一齿条8和第二齿条9升降，使两个第二齿条9的顶端连线与钻杆的轴线相交，使第一夹板12在进行夹持的同时防止钻杆打滑，不仅如此，在第一夹板12抵靠在钻杆表面后，通过第一夹板12的上方和下方的第一电机13运行，带动第二夹板34向钻杆转动，使两个第二夹板34对钻杆表面进行夹持，提高了夹持的稳固性，防止钻杆滑动。
[0046] 与现有技术相比，该用于非开挖水平定向钻机的智能型钻杆夹持装置在夹持机构中，通过驱动组件带动第一齿条8和第二齿条9升降，配合信号发射器3和信号接收器4，使两个第二齿条9的连线与钻杆的轴线相交，防止第一夹板12夹持时钻杆打滑，不仅如此，通过两个夹持单元从第一夹板12的两侧对钻杆的表面进行夹持，使两个夹持机构从六个方向对钻杆进行夹持，从而保证了夹持的稳固性，与现有的夹持机构相比，该夹持机构稳固性更高，且通过第一齿条8、第二齿条9的升降和竖板10的平移，使设备能够对不同尺寸的钻杆进行夹持，进而提高了设备的实用性。
[0047] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
