專利名稱：水平定向鉆機的阻塞系統的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及地下鉆機，更確切地說，本發明涉及水平定向鉆機裝卸桿用的桿件裝卸機。
背景技術：
出于安全和美學的考慮，水、電、燃氣、電話和有線電視等公用設施管線通常都敷設在地下。地下公用設施有時可以埋設在隨后回填的溝槽內。然而，開溝耗費時間，繼而會毀壞現有構筑物或道路。因此，一些可供選擇的技術，如水平定向鉆孔等技術越來越普及。
一種典型水平定向鉆機包括一個機架，其上裝有能沿機架縱軸滑動的驅動裝置。驅動裝置適用于使鉆具組(即相互連接的桿的長度)圍繞自身的縱軸旋轉。驅動裝置沿機架的滑動運動和鉆具組的旋轉共同促使鉆具組縱向進入土中或從土中退出。
在一個典型水平定向鉆孔程序中，水平定向鉆機按與地表面成一定斜角向地面鉆孔。在鉆孔期間，鉆孔用液可以通過鉆具組汲送到鉆具組端頭的整個鉆頭(例如切割工具或鉆探工具)，并可以通過鉆孔返回，以清除切割料和污物。在鉆頭到達理想深度后，鉆頭隨即沿一條基本上水平路徑定向，以形成水平孔。在孔鉆到期望的長度后，使鉆頭朝上，穿透地表面。然后起動拉回程序。在進行拉回程序期間，先給鉆具組附裝一個擴孔鉆，再把鉆頭組通過鉆孔拉回。隨著鉆具組被拉回，擴孔鉆擴大該鉆孔。通常是把公用設施管線或其他管道附裝到鉆具組上，這樣，這些管線會隨擴孔鉆一起被牽引而穿過孔。
一臺典型的水平定向鉆機包括一個桿箱(即桿架或倉)，用來存放組成鉆具組的桿(即管子或其他細長桿件)。一個桿輸送裝置用來在定向鉆機的驅動裝置和桿箱之間輸送桿。在鉆孔過程中，桿輸送裝置把桿由桿箱輸送到驅動裝置。在拉回程序期間，桿輸送裝置把桿由驅動裝置送回桿箱。
美國專利No.5,607,280公開了一種適用于水平定向鉆機的、采用現有技術的桿輸送裝置。如
圖1所示，桿輸送裝置包括一個具有5個立式豎筒41-45的桿箱24。豎筒41-45的底部是敞開的，以便構成5個單獨的卸桿口41a-45a，通過這些卸桿口能夠加進桿。在卸桿口41a-45a的下方裝有一個選擇件50。選擇件50具有5個凹槽41b-45b，選擇件的功能是檢索(index)并將桿20送往桿箱24，或從桿箱檢索或送出。例如，在鉆孔程序期間，選擇件50檢索桿20由桿箱24移動至拾取位置，在此處，借助輸送臂51逐個托起桿，并輸送至鉆機的旋轉驅動頭16。在拉回程序中，輸送臂51把桿20由旋轉驅動頭16帶回到拾取位置，選擇件50指引桿由拾取位置移回至桿箱24的下方。拾取為了將桿由選擇件50移回至桿箱，采用一種提升裝置把桿向上推入桿箱24的豎筒51-54。
在典型的鉆孔程序中，桿箱先從豎筒45開始卸桿。豎筒45卸完桿后，豎筒44卸桿。隨后是豎筒43，豎筒42和豎筒41依次卸桿。在拉回程序(即桿由驅動頭16被輸送至桿箱24的程序)期間，豎筒按標準順序裝桿，依次從豎筒45開始，到豎筒41終止。一旦豎筒45裝滿桿，用人工方法將一個阻塞塊或塞子插入選擇件50的凹槽45b，以防多余的桿被裝進豎筒45。此后，豎筒44裝桿。一旦豎筒44裝滿桿，用人工方法將塞子或阻塞塊插入選擇件50的凹槽44b，以防止多余桿被裝進豎筒44。然后豎筒43裝桿。豎筒43裝滿桿后，再把阻塞塊或塞子插入選擇件的豎筒43b，以防止多余的桿被裝進豎筒43，隨后是豎筒42裝桿。一旦豎筒42完全裝滿，用人工方法將阻塞塊或塞子插入選擇件50的凹槽42b，以防止多余的桿被裝進豎筒42。然后豎筒41裝桿。
發明內容
本發明的一個方面涉及一種水平定向鉆機，包括一個用來容納多個桿的桿箱。桿箱包括數個用來存放桿的豎筒。每個豎筒都有單獨的底口。進給裝置位于桿箱的下方。進給裝置包括數個上開口凹槽，用來接受來自豎筒的桿。所述水平定向鉆機還包括一個或數個傳感器，用來在預定數目的桿已裝入豎筒時進行探測，進而促使阻塞機構堵塞一個或數個進給裝置的凹槽。
本發明的各種優點，一部分將在下面的說明中陳述，一部分將從說明書得出，或可從實施本發明來領會。當然，無論是前面的一般說明，還是下面的詳細說明都僅僅是解釋性的，不是對提出權利要求的本發明的限制。
附圖簡述在此包含的附圖是構成說明書的一部分，圖示說明本發明的若干方面，與說明一起被用來解釋本發明的各項原理。附圖的簡要說明如下圖1是采用現有技術的桿輸送裝置圖；圖2是根據本發明的原理制造的水平定向鉆機的立面圖；圖3是圖2中水平定向鉆機的透視圖；圖4是拆掉桿箱的圖2中的水平定向鉆機的透視圖；圖5a-5g說明桿由圖2中水平定向鉆機的桿箱移動至旋轉驅動頭的桿輸送程序；圖6a-6g說明桿由圖2中的水平定向鉆機的旋轉驅動頭移動至桿箱的桿輸送程序；圖7是圖2中的水平定向鉆機采用的桿提升裝置圖；圖8是圖2中的水平定向鉆機采用的桿輸送裝置透視圖；圖9是圖8中的桿輸送裝置頂視圖；圖10a-10d說明圖8和圖9中的桿輸送裝置在桿往返于桿箱和旋轉驅動頭之間時是如何使桿沿曲線路徑移動的；圖11a說明圖2中的水平定向鉆機采用的桿指引裝置的一端；圖11b說明圖11a中的桿指引裝置的另一端；圖12a-12f說明圖11a和圖11b中桿指引裝置的阻塞程序，桿指引裝置的一些零件已被拆除，進行清洗；圖13是一種可供選擇的阻塞裝置圖；圖14a是另一種凹槽阻塞系統示意圖；
圖14b-14d說明圖14a中的凹槽阻塞系統的桿裝箱程序；圖15是另一種水平定向鉆機圖；圖16a-16g說明圖15中的定向鉆機的桿由桿箱移動至旋轉驅動頭的桿輸送程序；圖17a-17c說明圖15中的定向鉆機的各個阻塞位置；圖18a示出適用于圖15中定向鉆機的阻塞件，圖中示出阻塞件處于相應進給件的三個凹槽被阻塞的位置；圖18b說明圖18a中的阻塞件處于非阻塞位置；圖19是沿圖18a的剖切線19-19的橫斷面圖。
詳細說明現在參照所有相同零部件均采同相同編號的各種附圖，提供本發明各種實例方面的說明。
I.定向鉆機綜述圖2-4是根據本發明的各項原理制造的水平定向鉆機120圖。定向鉆機120包括一條長導軌或軌道122，操作員可以把這條導軌置放于相對于地面呈任一斜角的位置。旋轉驅動裝置124(即驅動頭)安裝在軌道122上。旋轉驅動裝置124適用于使鉆具組(即一組相互連接的桿)圍繞自己的縱向軸線旋轉前進和退回。旋轉驅動裝置124包括一個用來連接旋轉驅動裝置與鉆具組的傳動卡盤123。固定夾頭150(例如虎鉗夾口或扳手)裝設在軌道122鄰近處，以便用來使桿和傳動卡盤123相互聯接和脫開。裝備有推進裝置(未示出)，其功能是1)在鉆孔作業過程中向軌道122下方推壓旋轉驅動裝置124，以便把鉆具組推壓至土壤中；2)在擴孔/拉回作業過程中，向軌道122上方提拉旋轉驅動裝置124，以便把鉆具組由土壤中拉出。
應當理解，上述構件在所述技術上是眾所周知的，可以具有許多個不同的結構。具有這種構件的、采用早先技術的實例鉆機都是由依阿華州Pella的維米爾(Vermeer)制造公司制造的。
再參看圖2和3，水平定向鉆機120還包括一個可拆卸的、用來存放桿的桿箱128(即倉或導軌)。如圖3所示，桿箱128規定有四個單獨的豎向豎筒130a-133a。豎筒130a-133a中的每個豎筒都有一個敞開的下端，以使桿能從桿箱128中卸出和/或能把桿裝回到桿箱128中。在圖中示出四個豎筒的同時，應當理解，豎筒數量可以是不同的，但這并不違背本發明的原理。
如圖3和4明確所示，定向鉆機120還包括一套把桿送入和送出桿箱128的循環裝置。循環裝置包括兩個檢索組件140。如圖3所示，當桿箱128安裝到定向鉆機120上時，檢索組件140定位在桿箱128兩個相對端頭的下方。在定向鉆機120上裝有校直機構142，用來參照檢索組件140校直桿箱128。
每個檢索組件140都包括一個進給件144(即指引件或進給件)和阻塞機構146。每個進給件144都包括數個上開口凹槽。最好是為每個進給件144配備的凹槽數目等于桿箱128內的豎筒數目。例如，如圖4所示，每個進給件144具有四個與桿箱128的四個豎筒130a-133a相對應的凹槽130b-133b。凹槽130b-133b的尺寸適于接受和容納桿。每個進給件144還包括一個阻塞件134，該阻塞件設置在凹槽133b旁或進給件144內。
在鉆孔作業過程中，進給件144用來把桿從桿箱128的下面輸送出來。在拉回作業過程中，進給件還被用來把桿送回桿箱128的下面。為了在定向鉆機120的進給件144和固定夾頭150之間輸送桿，配裝一對輸送裝置136。應當懂得，這種輸送裝置可以具有各種不同的結構。定向鉆機120還包括一對提升裝置138，其功能是使桿從桿箱128落至進給件144上；把桿從進給件144提升至桿箱128。
II.把桿從桿箱輸送至旋轉驅動裝置的程序圖5a-5g說明在鉆孔作業過程中桿160由桿箱128移動到固定夾頭150的輸送程序。在圖5a中，桿160位于進給件144的凹槽130b內，進給件144處于退回位置，在此位置時凹槽130b-133b直接位于相應豎筒130a-133a的下面。同時，提升裝置138下落，桿輸送裝置136退回。
為了起動輸送程序，如圖5b所示，使進給件144從圖5a中的退回位置移動至延伸位置。退回位置和延伸位置之間的距離最好是約等于一個豎筒的寬度。在延伸位置上凹槽130b不再處于桿箱128的下面。如圖5c所示，隨著進給件144的延伸，提升裝置138上升。桿箱128的桿借助提升裝置138的上升也由凹槽130b-133b中提升出來。如圖5d所示，隨著提升裝置138的上升，進給件144退回。隨后，提升裝置138下落，使桿箱128內最下面的桿落入凹槽130b-133b中，桿160與輸送裝置136嚙合(見圖5e)。隨后，如圖5f所示輸送裝置136延伸，把桿160置于固定夾頭150內。在桿160處于這種位置時，固定夾頭150夾持桿160，使其與旋轉驅動裝置124的傳動卡盤123軸向校直。還要使桿160與可能已鉆入土壤中的鉆具組保持軸向校直。當這樣校直時，桿160可與旋轉驅動裝置124和鉆具組分別相連接，從而使桿160推進到土壤內。最后，輸送裝置136退回(如圖5g所示)，可以重復循環這一過程，以便把另一根桿(即保持在凹槽130b內的桿)輸送至鉆具組。
III.把桿從旋轉驅動裝置輸送到桿箱的程序圖6a-6g示出在拉回程序期間把桿160從鉆具組送回桿箱128的輸送程序。如圖6a所示，桿160處于固定夾頭150內，進給件144和輸送裝置136退回，提升裝置138下落。為了起動這一程序，如圖6b所示，輸送裝置136延伸，以便與桿160嚙合。下一步如圖6c所示，輸送裝置136退回，隨后，提升裝置138升高，借此，如圖6d所示，從進給件144上清除掉桿。如圖6e所示，在桿被抬高的情況下，進給件144由退回位置移動至延伸位置。此后，提升裝置138下落，從而使桿下落至進給件144的凹槽130b-133b(見圖6f)。如圖6g所示，提升裝置138下落后，進給件144退回，使凹槽130b-133b正好調直在豎筒130a-133a的下方。最后，提升裝置138可以再次抬升，以便把所有桿都抬送到桿箱128內。重復這一程序，以便將另外的桿送入桿箱內。
IV.提升裝置圖7示出一個從水平定向鉆機上卸下的提升裝置138。所述提升裝置可以被任一種普通機構升高和下落。例如，可以用一個或數個液壓缸升高和下落提升裝置138。提升裝置138包括一個具有第一部分164和第二部分166的頂端件162。第一部分164適于對準桿箱128的下方，第二部分166適于橫向向外延伸到桿箱128的底部以外。第一部分164規定有四個桿凹槽130c-133c，第二部分166也規定有一個桿凹槽134c。如圖5c所示，當桿箱128安裝在定向鉆機120上時，桿凹槽130c-133c相應地與桿箱128的豎筒130a-133a對準，凹槽134c橫向偏離桿箱128。當在進給件144和輸送裝置136之間輸送桿時，把容納桿的凹槽134c的位置作為桿的中間滯留位置更有利于凹槽的使用。
在凹槽用來容納或支承提升裝置138頂端件162上的桿時，應理解為也可采用其他機構(如夾板、機械鉗、法蘭、抓手等)卡住桿。例如可使用任選的止動件139。此外，也可采用固定擋板(例如屏障或障礙物)，即將擋板附裝在鄰近第二部分166端頭處支架上。
V.桿輸送裝置圖8和9是從水平定向鉆機120上拆下的一個輸送裝置136的圖。所述輸送裝置136包括一個支架，該支架具有兩塊相互隔開的、基本上保持平行的支承板168。兩塊支承板168借助定距棒170相互連接在一起。支承板168規定有兩個相互校直的弧形曲線槽172。在兩塊支承板168之間裝有一個驅動缸174。驅動缸174包括缸體部分176和活塞桿部分178。缸體部分176的底端180樞軸連接于支承板168上，活塞桿部分178的自由端182與桿座184相連。如圖所示，桿座184具有一塊磁鐵(例如電磁鐵或一塊永久磁鐵)，磁鐵有桿支承凹槽186。可選擇的是，桿座可以包括許多各不相同的結構，例如機械夾頭，吸力座或實物尺寸槽穴等。應當理解，驅動缸174最好采用液壓動力。
輸送裝置136還包括聯動裝置190，該裝置隨驅動缸174延伸。聯動裝置包括位于驅動缸174對面的細長件192。細長件192與桿座184相連接并平行于活塞桿部分178。延伸部分193從細長件192橫向向外伸出。延伸部分193包括輥輪194，該輥輪配裝在支承板168上的弧形槽172內。
為了使桿座184由桿箱128移動至鉆具組，要延伸驅動缸174。反之，要使桿座184由鉆具組返回至桿箱128，驅動缸174要回縮。當驅動缸174延伸或回縮時，輥輪194沿曲線槽172運動，從而使缸體部分176的底端繞樞軸轉動，帶動桿座184沿弧形路徑運動。
圖10a-10d說明輸送裝置136把桿160由提升裝置138的桿凹槽134c中移出并輸送到固定夾頭150的程序。當驅動缸174延伸時，底端180圍繞樞軸點191轉動。同樣，當驅動缸174延伸時，輥輪194在弧形槽172中運動，從而使桿座184沿弧形路徑移動。桿座184按弧形路徑運動有利于將桿裝入側裝式固定夾頭。同時，輸送裝置136可以使桿箱128的底位于固定夾頭150的下面，從而降低桿箱128的重心。
VI.檢索組件圖11a和11b是從水平定向鉆機120上拆下的一個檢索組件140的圖。所述檢索組件140包括一個進給件144和一個阻塞機構146。如圖11a和11b所示，液壓缸195用來保證進給件144在退回位置(見圖5a)和延伸位置(見圖5b)之間移動。然而應當理解為也可以采用另外類型的驅動裝置(如齒條齒輪傳動裝置，鏈條傳動裝置等)。
對某些應用來說，希望阻塞進給件144的凹槽131b-133b中的一個或數個凹槽，以防止桿進入凹槽機構131b-133b。這項功能由阻塞機構146提供。阻塞機構146裝設在進給件144和導向件197之間。導向件197基本上與進給件144平行。阻塞機構146包括頂部阻塞表面199，該面最好位于進給件144的頂部。最好是阻塞面199要有足夠的長度，或者說其尺寸和形狀要足以能同時阻塞除一個凹槽以外的其余所有凹槽(例如凹槽131b-133b)。
阻塞機構146還包括一個銷子200，該銷子適于配裝在進給件144規定的孔201-204內。銷子最好采用機械致動(例如由電磁閥或驅動缸)。當銷子200插入孔201時，阻塞機構146處于非阻塞位置(見圖11a和11b)，在這個位置上，阻塞面199的位置基本上與進給件144的阻塞件134相鄰接。在非阻塞位置上，阻塞面199不阻塞任何一個凹槽131b-133b。由于銷子200插入孔201內，因而，當進給件144退回或延伸時，阻塞機構146會與進給件144一同移動。
阻塞機構146對桿箱128裝桿顯得特別實用。例如，在凹槽131b-133b都未被阻塞的情況下向桿箱128裝桿時，桿被連續輸送到桿箱128的最后豎筒133a。當豎筒133a裝滿桿時，最理想的是阻塞住凹槽133b，以防更多的桿被送入最后豎筒133a。這要通過從孔201拔出銷子200，在阻塞機構146和進給件144之間形成相對運動來完成，相對運動一直要持續到銷子200與孔202對準，并把銷子200插入孔202時為止。銷子200插入孔202內后，阻塞機構146就處于第一阻塞位置，在這個位置上阻塞面199阻塞住凹槽133b。在凹槽133b被阻塞的情況下，送往桿箱128的桿被裝入豎筒132a。由于銷子200已插入孔202內，當向豎筒132a裝桿時，阻塞機構146又一次與進給件144一同移動。
豎筒132a裝滿桿后，最理想的是阻塞住凹槽142b，以防多余的桿裝入豎筒132a。這樣，通過下列步驟，阻塞機構146將被移動至第二阻塞位置1)把銷子200從孔202中拔出；2)在阻塞機構146和進給件144之間形成相對運動，直到銷子200與孔203對準為止；3)把銷子200插入孔203。隨著銷子200插入孔203，阻塞機構146與進給件144一同移動，并完成阻塞凹槽132b和133b的功能。
在阻塞機構146處于第二阻塞位置的情況下，送至桿箱128的桿被裝入豎筒131a。一旦豎筒131a裝滿桿，通過下列步驟，阻塞機構146移動至第三阻塞位置1)把銷子200從孔203中拔出；2)形成阻塞機構146和進給件144之間的相對運動，直到銷子200與孔204對準為止；3)把銷子201插入孔204。在銷子200插入孔204的情況下，阻塞機構146與進給件144一同移動，并完成同時阻塞住凹槽131b-133b中的每個凹槽。這樣，被輸送到桿箱128的桿被裝入第一豎筒130a。
圖12a-12f說明阻塞機構146由非阻塞位置移動至第一阻塞位置的程序，在第一阻塞位置，阻塞機構146阻塞凹槽133b。如圖12a所示，在銷子200插入進給件144的孔201的情況下，阻塞機構146處于非阻塞位置。進給件144處于退回位置。要起動該程序，如圖12b所示，首先使進給件延伸。隨著進給件144的延伸，銷子200由孔201中拔出，并插入導向件197上規定的孔205(見圖12c)。最理想的是用自動或機械方式(例如電磁閥)完成銷子200的運動，但也可以手動完成。在阻塞機構146固定不動時，進給件144退回，產生進給件144和阻塞機構146之間的相對運動。退回后，阻塞機構146處于凹槽機構133b被阻塞的位置(見圖12d)。為了把阻塞機構146保持在這個位置，將銷子200從導向件197上的孔205中拔出，并插入進給件144上規定的孔202中(見圖12e)。此后，當進給件144退回和延伸，向桿箱裝另外的桿時，阻塞機構146將與進給件144一同移動。
如上所述，圖12a-12f示出了阻塞機構146由非阻塞位置移動至凹槽133b被阻塞的第一阻塞位置的程序。應當理解為要使阻塞機構146移動至與孔203相對應的第二阻塞位置(即凹槽132b和133b都被阻塞時的位置)和移動至與孔204相對應的第三阻塞位置(即凹槽131b-133b三個凹槽都被阻塞時的位置)，可以采用相似的程序。例如，為了使阻塞機構146從第一阻塞位置移動至第二阻塞位置，進給件144延伸，銷子200插入導向件197規定的孔206。隨后在阻塞機構146駐定不動時，進給件144退回。進給件144最好退回，直到孔203與銷子200對準為止。一旦兩者對準，銷子200便由導向件197上的孔206中拔出，然后插入進給件144的孔203，這樣，阻塞機構146就鎖定在第二阻塞位置。
為了使阻塞機構146由第二阻塞位置移動到第三阻塞位置，進給件144再次延伸。一旦延伸開來，銷子200插入導向件197規定的孔207，以防止阻塞機構146與進給件一同移動。然后，進給件144退回，直到銷子200與進給件144的孔204對準為止。最后，銷子200從導向件197上的孔207中拔出，插入進給件144的孔204，以便將阻塞機構146鎖定在第三阻塞位置。
除完成阻塞功能外，當桿在裝入桿箱128時，阻塞機構146還可用來控制桿箱128中要卸出桿的那個豎筒。例如，在典型的卸桿作業過程中，桿首先從豎筒133a中卸出，其次從豎筒132a卸出，而后是從豎筒131a中卸出，最后從130a中卸出。然而，借助阻塞機構146可以有所不同。例如，在桿箱128裝滿的情況下，阻塞機構146可以置于第三阻塞位置，借此形成開始先從豎筒130a卸出桿。豎筒130a卸空后，阻塞機構146可移動到第二阻塞位置，因此，可以從豎筒131a卸出桿。一旦豎筒131a卸空，阻塞機構146可移動到第一阻塞位置，因此，可以從豎筒132a卸出桿。豎筒132a卸空后，阻塞機構146可移動到非阻塞位置，這樣就可從豎筒133a中卸出桿。
VII.阻塞件控制系統圖13示出阻塞裝置210，包括一個圍繞樞軸轉動的阻塞件212，阻塞件借助一個致動器214(例如驅動缸，驅動電機或其他類型的驅動裝置)在阻塞位置和非阻塞位置之間移動。最好是為凹槽131b-133b中的每一個配備一個單獨的阻塞裝置210。這樣做的一個實施例是每個阻塞裝置210與進給件144一同移動，阻塞裝置210中的每個裝置都能單獨致動。
在把阻塞件212作為一個圍繞樞軸轉動的構件示出時，應當理解為不一定需要圍繞樞軸轉動運動。可以代之以任何類型的運動使阻塞件在阻塞位置和非阻塞位置之間移動。例如在某些實施例中，阻塞件可以相對于進給件144上下滑動。
圖14a示出一種發明的阻塞件控制系統220。阻塞件控制系統220是與前述的桿箱128和進給件144結合在一起示出的。控制系統包括與進給件144協調移動的阻塞件212a-212c。阻塞件212a-212c分別與進給件144的凹槽133b-131b相對應。傳感器221-223(例如近距離傳感器)裝設在桿箱128的頂部。傳感器221-223與控制器225相互對接。應當理解為控制器225可以是已知控制器中的任一類型的控制器，如計算機、微處理器、軟件驅動控制器、硬件驅動控制器或機械控制器。控制器225也可與阻塞件212a-212c對接。
圖14b-14d說明桿箱128裝桿的程序。如圖14b所示，桿首先裝入桿箱128的豎筒133a。當豎筒133a裝滿桿時，傳感器223探測到豎筒133a已裝滿，同時向控制器225發出信號。隨后，控制器225使阻塞件212a動作，以使阻塞件212a防止更多的桿裝入凹槽133b。此后，桿裝入豎筒132a。當豎筒132a裝滿時，傳感器232探測到最上面的一根桿，并向控制器225發出豎筒132a已裝滿的信號。然后控制器225向致動器發出信號，使阻塞件212b移動至阻塞位置(見圖14c)，從而防止額外的桿進入凹槽132b。此后，桿將裝入桿箱128的豎筒131a。當豎筒131a裝滿時，傳感器221向控制器225發出信號。控制器225隨后向致動器發出信號，使阻塞件212c阻塞凹槽機構131b，見圖14d。在凹槽131b-133b被阻塞住的情況下，桿將裝入桿箱128的豎筒130a。
在示出與可單獨動作的阻塞件212a-212c結合在一起的控制系統225的同時，還可采用類似的控制系統自動控制在圖2-4中的水平定向鉆機120的阻塞機構146的位置。例如，當探測到豎筒133a裝滿時，控制器(例如軟件驅動控制器)可使檢索組件140自動按程序完成圖12a-12f所示的使阻塞機構146由非阻塞位置移動到第一阻塞位置的各個步驟。同樣，當豎筒132a裝滿時，控制器可使檢索組件140自動按程序完成使阻塞機構146移動到第二阻塞位置的步驟。此后，當豎筒131a裝滿時，控制器可使檢索組件140按程序完成使阻塞機構146移動至第三阻塞位置的步驟。
應當理解為阻塞機構146也可按上述步驟的反向程序由第三阻塞位置移動至非阻塞位置。
VIII.另一種鉆機圖15示出另一種水平定向鉆機120a，該鉆機與前面圖2-4所述的水平定向鉆機都具有相同的桿箱128，進給件144和旋轉驅動裝置124。水平定向鉆機120a包括一個改進的輸送裝置136a，該裝置包括一個具有桿座184的輸送件137。輸送裝置136a包括一個用來延伸和退回輸送件137的驅動裝置(例如液壓缸)。輸送裝置136a以能使輸送件137與提升裝置138同時升降的方法與提升裝置138a實現最佳連接。在一個實施例中，輸送裝置136a包括一個液壓缸，液壓缸包括與提升裝置138a相連接(例如用焊接、緊固件、固定夾、連桿機構等)的缸體部分和構成輸送件137的活塞桿部分。與前面的實施例相類似，應當理解為在桿箱128的下方最好裝設一對進給件144、輸送裝置136a和提升裝置138a。為了便于解釋，每個構件將分別單獨敘述。
圖16a-16g說明在鉆孔作業期間使桿160由桿箱128移動至旋轉驅動裝置124的輸送程序。在圖16a中，桿160位于進給件144的凹槽130b中，進給件144定位在退回位置，在這個位置時，凹槽130b-133b直接位于相應豎筒130a-133a的下方。此外，提升裝置138a下落，使桿箱128內最下面的一排桿支承在進給件144的凹槽130b-133b內。再者，桿輸送件137退回，使桿座184直接位于桿中途(staging)位置127的下方。
為了起動輸送程序，使進給件144由圖16a的退回位置移動至圖16b所示的延伸位置。在延伸位置時，凹槽130b處于中途位置127。中途位置127偏離桿箱128下方的最佳距離至少為一根桿的寬度。在凹槽130b處于中途位置127的情況下，如圖16c所示提升裝置138a升高。借助提升裝置138a的升高，最下面一排桿提升到進給件144的上方，進入桿箱128(即桿從凹槽131b-133b中升高)。當提升裝置138a升高時，輸送件137也同時升高，從而使桿座184把桿160從凹槽130b處托起。
在提升裝置138a升高和桿160被桿座184托住的情況下，桿輸送件137由圖16c的退回位置移動至圖16d的延伸位置。在輸送件137伸開的情況下，桿座184托住桿160，使它與旋轉驅動裝置124保持準直，從而使桿160能與旋轉驅動器124連接起來。桿160與旋轉驅動裝置124連接后，如圖16e所示，進給件144退回到桿箱128的下方，同時如圖16f所示，提升裝置138a下落。借助提升裝置138a的下落，輸送件137也下落，使桿座184離開桿160。最后，如圖16g所示，輸送件137退回到退回位置，同時可以重復下一個循環過程，以便將下一根桿(即保持在凹槽130b內的桿)輸送到旋轉驅動裝置。應當理解為這一程序可以反向完成，以便把桿從旋轉驅動裝置124送回到桿箱128。
在某些實施例中，定向鉆機120a可包括一個加長阻塞件146a(見圖17a-17c)，阻塞件安裝在進給件144內或沿其側旁安裝，用來阻塞凹槽131b-133b中的一個或數個凹槽，這最有利于在拉回循環過程中把桿裝回到桿箱128。例如，當一個豎筒裝滿桿時，與該裝滿桿的豎筒對應的凹槽就被很好地阻塞住。在圖17a-17c中，設定當一個豎簡裝兩根桿時，該箱位就被裝滿。這樣，圖17a示出，在豎筒133a裝滿以后，凹槽133b被阻塞。圖17b示出，在豎筒132a和133b裝滿后，凹槽132b和133b被阻塞。圖17c示出，在豎筒131a-133a都裝滿后，凹槽131b-133b均被阻塞。當阻塞件146a完全退回時，豎筒130b-133b全都開啟。
圖18a和18b示出阻塞件146a的典型結構。所述阻塞件146a在進給件144中縱向滑動。圖18a示出阻塞件146a處于除進給件144的一個凹槽外，其余凹槽都被阻塞的位置。圖18b示出阻塞件146a處于非阻塞位置。
如圖19所示，裝備液壓缸是為了使阻塞件能相對于進給件144縱向移動。液壓缸149包括與進給件144在連接位置151處相連接的缸體149a和在連接位置153處與阻塞件146a相連接的活塞桿149b。應當理解為液壓缸的驅動可以由如圖14a-14d所示的控制系統進行控制。
上述技術說明和實例提供了制造和使用本發明的組成部分的完整說明。鑒于在不違反本發明的精神和范圍的情況下能夠完成許多實施例，本發明的范圍由權利要求書確定。
權利要求
1.一種水平定向鉆機，包括一個用于容納多個細長桿的倉，該倉包括多個容納桿的豎筒，每個豎筒都有獨立的底部開口；一個在倉下方移動的進給件，該進給件包括多個接納桿的上開口凹槽；一個提升裝置，其用于從進給件的凹槽穿過豎筒的底口向上提升桿，還用于從豎筒的底口至進給件的凹槽降低桿；至少一個能相對于進給件移動的阻塞件，以便能定位在1)非阻塞位置，在此位置上至少一個阻塞件不阻塞任何凹槽；2)一個或多個阻塞位置，在此位置上至少一個阻塞件阻塞一個或多個凹槽，以防止桿從所述倉降低進入被阻塞的一個或多個凹槽內；一個傳感器，其用于在預定數目的桿已裝入第一個豎筒時進行探測；一個與傳感器連系的控制器，其用于在傳感器探測到所述預定數目的桿已裝入第一豎筒時，使至少一個阻塞件由非阻塞位置移動到一個或多個阻塞位置。
2.如權利要求1所述的水平定向鉆機，其特征在于至少一個所述阻塞件包括多個能被單獨致動的阻塞件。
3.如權利要求2所述的水平定向鉆機，其特征在于所述阻塞件圍繞樞軸上、下轉動。
4.如權利要求1所述的水平定向鉆機，其特征在于至少一個所述阻塞件包括一個能同時阻塞除一個凹槽以外的所有凹槽的阻塞件。
5.如權利要求1所述的水平定向鉆機，其特征在于至少一個所述阻塞件包括一個能相對于所述進給件縱向移動的細長阻塞件。
6.如權利要求5所述的水平定向鉆機，其特征在于還包括一個使所述細長阻塞件相對于所述進給件移動的液壓缸。
7.如權利要求1所述的定向鉆機，其特征在于所述傳感器在第一個豎筒裝滿時進行探測。
8.如權利要求1所述的定向鉆機，其特征在于所述倉包括至少四個豎筒；其中，傳感器裝設在鄰近至少三個所述豎筒處。
9.如權利要求8所述的定向鉆機，其特征在于所述進給件包括至少四個凹槽；其中，至少一個所述阻塞件能阻塞至少三個所述凹槽。
全文摘要
一種水平定向鉆機(120),包括一個容納多個桿的倉(128)。倉(128)包括多個存放桿的豎筒(130a－133a)。每個豎筒(130a－133a)都有獨立的底孔。進給件(144)位于倉(128)的下方。進給件(144)包括多個上開口的凹槽(130b－133b),凹槽尺寸適合接受來自豎筒(130a－133a)的桿。水平定向鉆機(120)還包括能自動阻塞進給件(144)的一個或多個凹槽(130b－133b)的阻塞系統(146)。
文檔編號E21B19/15GK1383466SQ01801755
公開日2002年12月4日 申請日期2001年6月20日 優先權日2000年6月23日
發明者特雷爾·普賴斯 申請人:維米爾制造公司