CN101672168A - 替代井口人工操作的修井作业机械化系统 - Google Patents

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CN101672168A CN 200910180988 CN200910180988A CN101672168A CN 101672168 A CN101672168 A CN 101672168A CN 200910180988 CN200910180988 CN 200910180988 CN 200910180988 A CN200910180988 A CN 200910180988A CN 101672168 A CN101672168 A CN 101672168A
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Abstract

一种替代井口人工操作的修井作业机械化系统。主要解决现有修井井口作业时不能实现机械化与自动化的问题。本发明将开口型动力钳、动力卡瓦、运送管柱的吊卡以及运送动力钳的移动机构一体化,动力钳包括主钳和背钳,安装在移动机构上,吊卡通过大钩连接在井架上,移动机构上层为工作机,下层为底座,两层之间可以相对运动,动力钳安装在上层,上层的顶部有一扶正机械手,用以在上卸管柱的时候调整位置,通过移动机构完成上卸管柱时的动力钳的移动,移动机构顶部有扶正机械手,与吊卡相配合在上卸管柱时移动管柱。本发明提高了上卸管柱的自动化程度,以及上卸管柱时管柱移动位置的精确度,提高了经济效益。

Description

替代井口人工操作的修井作业机械化系统
技术领域:
本发明涉及油田上进行石油修井井口作业时,上卸管子螺纹的一种作业机械化系统,具体的说是涉及一种可以替代井口人工操作的修井作业机械化系统。背景技术:
修井作业是保持油井和注水井按计划正常生产所必需采取的措施。油管、抽油杆以及封隔器、配产器等井下工具的上卸扣、起下是石油井修井作业的一项重要内容,现有石油修井上卸管柱操作主要由人工操作开口型液压钳和倒换吊卡来完成。
分析现有的井口作业工具发现:修井作业钳重达上百公斤,悬挂于修井架上,需要人工推进或移出井口 ,吊卡和吊环也需要频繁倒换,劳动强度非常大;此外,作业工人也面临高空落物、井喷、因地面湿滑而摔倒、被液压钳击倒甚至咬伤手指等诸多安全隐患问题。因此说,应用现有修井工具,劳动强度大、安全性差、环境污染严重,虽然上述问题还与现有井口操作工艺有密切关系,但主要是修井作业系统不能实现自动化的原因。虽然近几十年来,管柱上卸扣经历了从使用人工管钳到使用液压作业钳,井口操作自动化水平有所提高,但是井口作业工艺并没有发生实质性的改变,修井工人仍然无法离开井口,劳动强度大、安全性差、等问题仍然存在,因此实现修井井口作业的机械化与自动化已经成为油田生产上的急需。发明内容:
为了解决现有修井井口作业时不能实现机械化与自动化的问题,本发明提供一种替代井口人工操作的修井作业机械化系统,该种修井作业机械化系统将动力钳、动力卡瓦、移动机构以及吊卡一体化后实现自动控制,实施后,可以改变现有修井作业工艺,从而使修井井口作业达到较高的机械化与自动化水平,保证作业工人完全远离井口,通过遥控方式即可实现管柱上卸扣等操作。
本发明的技术方案是:该种替代井口人工操作的修井作业机械化
8系统,其主体分为上、下两部分结构,分别称为移动工作机和底座,此移动工作机和底座之间为滑动配合。
其中,所述移动工作机上垂直固定有一对动力主钳和动力背钳;动力主钳和动力背钳均为开口型,之间安放减震弹簧。所述动力主钳外部为壳体结构,内部包括驱动机构、卡紧机构、制动机构、换向机构、变速机构以及对缺口机构。
所述驱动机构,包括主钳液压马达、主钳驱动机构主动轴、主钳驱动机构主动齿轮、主钳驱动机构空套小齿轮、主钳驱动机构空套阶梯齿轮、主钳驱动机构从动大齿轮、主钳驱动机构从动小齿轮、主钳驱动机构从动轴、主钳驱动机构1号小惰轮、主钳驱动机构1号大惰轮、主钳驱动机构1号惰轮轴、主钳驱动机构2号惰轮以及主钳驱动机构2号惰轮轴;其中,主钳液压马达通过螺栓连接在主钳壳体的上部,主钳驱动机构主动轴的上端铣有内花键,与主钳液压马达相配合以传递扭矩;主钳驱动机构主动轴穿过主钳壳体固定,在此轴上依次
有主钳驱动机构空套小齿轮、主钳驱动机构主动齿轮和主钳驱动机构空套阶梯齿轮,其中,主钳驱动机构主动齿轮通过花键与主钳驱动机
构主动轴连接;主钳驱动机构从动轴亦固定于主钳壳体上,主钳驱动机构从动大齿轮和主钳驱动机构从动小齿轮均为空套齿轮,主钳驱动机构从动大齿轮和主钳驱动机构从动小齿轮依次连接于主钳驱动机构从动轴上;主钳驱动机构1号惰轮轴亦固定在主钳壳体上,该轴上通过平键依次连接主钳驱动机构1号小惰轮和主钳驱动机构1号大惰轮;主钳驱动机构2号惰轮轴亦安装在主钳壳体上,上面连接有主钳驱动机构2号惰轮;主钳驱动机构空套小齿轮与主钳驱动机构从动大齿轮外啮合,主钳驱动机构从动大齿轮与主钳驱动机构1号小惰轮啮合,主钳驱动机构1号小惰轮通过键连接将扭矩传递到主钳驱动机构1号惰轮轴,主钳驱动机构1号惰轮轴通过平键将扭矩传递到主钳驱动机构1号大惰轮,主钳驱动机构1号大惰轮同时与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮和主钳驱动机构从动小齿轮啮合,主钳驱动机构从动小齿轮与主钳驱动机构2号惰轮啮合,主钳驱动机构2号惰轮与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮啮合,完成动力的传动,此对啮合为慢速挡;主钳驱动机构空套阶梯齿轮与主钳驱动机构从动小齿轮外啮合,主钳驱动机构从动小齿轮同时与主钳驱动机构2号惰轮和主钳驱
动机构1号大惰轮啮合;主钳驱动机构2号惰轮和主钳驱动机构1号大惰轮同时与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮啮合,完成动力的传动,该对啮合为快速挡。
所述卡紧机构包括圆周上带有一处缺口的主钳卡紧机构大齿轮、具有坡板嵌入槽的主钳卡紧机构卡紧架、主钳卡紧机构坡板、主钳卡紧机构磙子、主钳卡紧机构磙子架以及牙板主钳卡紧机构。其中,主钳卡紧机构坡板通过螺栓连接在主钳卡紧机构大齿轮的内表面上;主钳卡紧机构磙子通过销轴连接在主钳卡紧机构磙子架内,主钳卡紧机构牙板通过挡销连接在主钳卡紧机构磙子架的前端,由主钳卡紧机构磙子、主钳卡紧机构磙子架以及主钳卡紧机构牙板组成的机构称为卡紧块;主钳卡紧机构卡紧架上左右各有一通槽,呈对称分布,所述卡紧块安放在此通槽中;所述主钳卡紧机构卡紧架固定于主钳卡紧机构大齿轮内,所述主钳卡紧机构坡板与主钳卡紧机构大齿轮内的坡板嵌入槽相配合。
所述制动机构,包括带缺口的圆盘、主钳换向机构转向挡块、制
动片、摩擦片、主钳制动机构1号连接件、主钳制动机构2号连接件
以及上耐磨片和下耐磨片;所述摩擦片的下部有一圆弧槽,内侧有内
花键,圆盘后部有一个圆形槽和两个通槽,主钳换向机构转向挡块的
一半安放在该圆形槽内,另一半则处于摩擦片的圆弧槽内;所述主钳
制动机构2号连接件通过螺栓连接在主钳壳体上,下耐磨片连接在主
钳制动机构2号连接件上,主钳制动机构1号连接件连接在主钳制动
机构2号连接件上,上耐磨片连接在主钳制动机构1号连接件上;所
述制动片连接在摩擦片上,该制动片的外侧有一段处在上耐磨片和下
耐磨片之间,所述制动片的上表面与上耐磨片相接触,下表面与则与
下耐磨片相接触;所述制动机构用来对卡紧架制动,摩擦片通过内花键与卡紧架上部的外花键配合。
所述换向机构,包括主钳转向柄、主钳转向块以及主钳转向件,主钳转向件的前端有一圆形槽,并在一侧有一开口,主钳转向件通过螺栓连接在制动片上,主钳转向块穿过制动片和摩擦片前端的圆形槽扣在所述主钳换向机构转向挡块的上半部分上,主钳转向柄通过销轴连接在主钳转向块上部。
所述变速机构,包括主钳换挡机构内齿轮、主钳换挡机构拨叉、主钳换挡机构滚子、主钳换挡机构拨叉杆、主钳换挡机构限位块以及主钳换挡机构限位挡块,主钳换挡机构拨叉后部有一圆柱结构,圆柱中间有一通孔,主钳换挡机构拨叉通过此通孔安装在主钳换挡机构拨叉杆上,主钳换挡机构滚子通过螺栓连接在主钳换挡机构拨叉前端,左右各一个,主钳换挡机构限位块穿过主钳换挡机构拨叉后部的圆柱侧面连接在主钳换挡机构拨叉杆上,主钳换挡机构内齿轮外侧面有凹槽,主钳换挡机构拨叉前端的主钳换挡机构滚子与主钳换挡机构内齿轮的外侧面凹槽相配合,主钳换挡机构限位挡块中间有一圆孔;主钳
换挡机构限位挡块通过螺栓连接在主钳壳体上,主钳换挡机构限位块处在主钳换挡机构限位挡块中间的圆孔中。
所述对缺口机构,包括主钳对缺口装置导轨、主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构、主钳对缺口装置连杆、主钳对缺口装置液压缸活塞以及主钳对缺口装置液压缸,其中,所述主钳对缺口装置导轨的上部开有一通槽,主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构安放在主钳对缺口装置导轨的通槽内,所述主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构前端的伸出杆穿过主钳壳体伸入到所述圆盘的通槽内,主钳对缺口装置连杆的一端通过销轴与主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构的后部铰接,另一端则与主钳对缺口装置液压缸活塞铰接。
其中,主钳卡紧机构大齿轮安装在主钳壳体内,主钳对缺口装置导轨通过螺栓连接在主钳壳体上,带缺口的圆盘通过螺栓连接在主钳
卡紧机构大齿轮上;主钳换挡机构内齿轮在与主钳驱动机构主动齿轮啮合的同时,沿垂直轴线上下移动时可分别与主钳驱动机构空套小齿轮啮合或者与主钳驱动机构空套阶梯齿轮相啮合。
所述动力背钳外部亦为壳体,在壳体内包括背钳液压缸、背钳齿条、背钳传动轴、背钳传动大齿轮、背钳传动小齿轮以及背钳换向机构,其中背钳液压缸固定在背钳壳体上,背钳液压缸中的活塞与背钳齿条连接,背钳传动轴固定在动力背钳壳体上,背钳传动轴上固定有背钳传动大齿轮和背钳传动小齿轮。
所述底座由支架和动力卡瓦组成,所述动力卡瓦包括卡瓦座、卡瓦块以及卡瓦驱动机构。所述卡瓦座的外侧有四个伸出臂,伸出臂的侧面用于卡瓦和底座配合的定位面,内部轮廓为锥面,用来容纳卡瓦块,卡瓦座底端有螺栓孔,用来连接井口法兰;所述卡瓦驱动机构由卡瓦液压缸、卡瓦三段连杆机构组成,卡瓦液压缸通过铰接连接在卡瓦座的伸出臂上,卡瓦液压缸活塞与卡瓦三段连杆机构之间以及卡瓦三段连杆机构和卡瓦块之间也通过铰接连接。所述底座的支架中间有一方孔,通过方孔内表面与动力卡瓦的四个伸出臂的侧面配合,底座顶部两侧有滑道与上一层的移动工作机连接构成滑动副。
本发明具有如下有益效果:本种修井作业机械化系统将动力钳、动力卡瓦、移动机构以及吊卡一体化后实现自动控制,实施后,可以改变现有修井作业工艺,从而使修井井口作业达到较高的机械化与自动化水平,保证作业工人完全远离井口,通过遥控方式即可实现管柱上卸扣等操作。实施上述方案时,将动力卡瓦安装在井口法兰上,固定好移动工作机和底座,连接好为各个液压油缸提供控制的回路,本系统即可开始工作。简单列举本系统的几项好的实施效果如下:首先,由于上层与下层可做相对运动,在上卸管柱时可以改变动力钳与井口之间的位置;此外,主钳有一对缺口装置,在上卸管柱结束后,可以通过此装置自动对齐主钳缺口,以便下一次上卸管柱操作顺利完成,自动对缺口装置不但节省了操作时间而且提高了整体机构的自动化程度;再次,主钳有一换挡机构,通过换挡机构,可以使主钳在卡紧管柱和上卸扣时有不同的旋转速度,以此提高系统作业的工作效率。附图说明:
图1是本种替代井口人工操作的修井作业机械化系统的整体结构示意图。
图2是本发明中所涉及的移动工作机和底座以及机械手的结构示意图。
图3是本发明中所涉及的机械手伸出后的结构示意图。图4是本发明中所涉及的机械手爪的结构示意图。图5是本发明动力主钳中显示驱动机构的的结构示意图一。图6是本发明动力主钳中显示驱动机构的的结构示意图二。图7是本发明动力主钳中显示制动机构的的结构示意图一。
12图8是本发明动力主钳中显示制动机构的的结构示意图二。图9是本发明动力主钳中显示制动机构的的结构示意图三。图10是本发明动力主钳卡紧机构中显示卡紧块的结构示意图。图11是本发明动力主钳卡紧机构中显示卡紧机构大齿轮的结构示意图。
图12是本发明动力主钳卡紧机构中显示卡紧架的结构示意图。图13是本发明动力主钳中卡紧机构组合完毕的结构示意图。图14是本发明动力主钳中显示对缺口机构的结构示意图。图15是本发明动力主钳中显示变速机构的结构示意图一。图16是本发明动力主钳中显示变速机构的结构示意图二。图17是本发明动力主钳中显示变速机构的结构示意图三。图18是本发明动力主钳中显示换向机构的结构示意图一。图19是本发明动力主钳中显示换向机构的结构示意图二。图20是本发明动力主钳中显示换向机构的结构示意图三。图21是本发明动力主钳中显示换向机构的结构示意图四。图22是本发明中动力背钳的结构示意图一。图23是本发明中动力背钳的结构示意图二。图24是本发明中动力卡瓦的结构示意图。图25是本发明中吊卡的结构示意图一。图26是本发明中吊卡的结构示意图二。图27是本发明中吊卡的结构示意图三。图28是本发明中吊卡的结构示意图四。图29是本发明中吊卡的结构示意图五。图30是本发明中吊卡的结构示意图六。图31是本发明中动力背钳的结构示意图三。图中1-动力主钳,2-动力背钳,3-移动工作机,4-底座,5-大钩,6-吊卡,7-动力卡瓦,8-第二节伸出臂,9-第一节伸出臂,10-机械手爪左段,11-机械手爪中段,12-机械手爪右段,13-卡瓦座,14-卡瓦块,15-主钳上盖板,16-主钳侧盖板,17-主钳对缺口装置液压缸,18-主钳对缺口装置连杆,19-主钳对缺口装置活塞,20-对缺口装置带伸出销的可移动机构,21-主钳对缺口装置导轨,22-圆盘,
1323-主钳转向件,24-主钳液压马达,25-主钳换挡机构拨叉杆,26-主钳转向柄,27-主钳转向块,28-主钳换挡机构限位挡块,29-主钳换挡机构限位块,30-主钳换挡机构拨叉,31-主钳换挡机构滚子,32-主钳换挡机构内齿轮,33-背钳侧盖板,34-背钳上盖板,35-背钳换向机构,36-吊卡配重,37-吊卡后座,38-吊卡左门,39-吊卡右门,40-门插,41-摆动块,42-吊卡锁紧机构弹簧组,43-弯杆,44-转轴支撑,45-吊卡锁紧连杆,46-推块,47-活塞推杆,48-吊卡摆动机构液压缸,49-卡瓦三段连杆机构,52-卡瓦液压缸,53-卡瓦驱动机构液压缸活塞,54-主钳卡紧机构大齿轮,55-主钳驱动机构主动轴,56-主钳驱动机构主动齿轮,57-主钳驱动机构空套小齿轮,58-主钳驱动机构空套阶梯齿轮,59-主钳驱动机构从动大齿轮,60-主钳驱动机构从动小齿轮,61-主钳驱动机构从动轴,62-主钳驱动机构1号小惰轮,63-主钳驱动机构1号惰轮轴,64-主钳驱动机构2号惰轮,65-主钳驱动机构2号惰轮轴,66-制动片,67-摩擦片,68-上耐磨片,69-下耐磨片,70-主钳换向机构转向挡块,71-主钳驱动机构1号大惰轮,72-吊卡锁紧机构液压缸,73-连杆,74-直角弯杆,75-吊卡卡紧机构液压缸,76-主钳卡紧机构卡紧架,77-主钳卡紧机构坡板,78-主钳卡紧机构磙子,79-主钳卡紧机构磙子架,80-主钳卡紧机构牙板,81-主钳制动机构1号连接件,82-主钳制动机构2号连接件,83-背钳液压缸,84-背钳齿条,85-背钳传动轴,86-背钳传动大齿轮,87-背钳传动小齿轮,88-背钳液压马达,89-背钳卡紧大齿轮。具体实施方式:
下面结合附图对本发明作进一步说明:
本发明中所述替代井口人工操作的修井作业机械化系统,如图1
所示,其主体分为上、下两部分结构,分别称为移动工作机3和底座4。如图2所示,此移动工作机3和底座4之间为滑动配合。其中,所述移动工作机3上垂直固定有一对动力主钳1和动力背钳2,动力主钳1和动力背钳2均为开口型,之间安放减震弹簧,用以在上卸管柱时调整主钳与背钳间的距离。下面分别详细叙述各个部分的结构。所述动力主钳1外部为壳体结构,内部包括驱动机构、卡紧机构、制动机构、换向机构、变速机构以及对缺口机构。所述驱动机构,如图5、图6结合图7所示,包括主钳液压马达24、主钳驱动机构主动轴55、主钳驱动机构主动齿轮56、主钳驱动机构空套小齿轮57、主钳驱动机构空套阶梯齿轮58、主钳驱动机构从动大齿轮59、主钳驱动机构从动小齿轮60、主钳驱动机构从动轴61、主钳驱动机构1号小惰轮62、主钳驱动机构1号大惰轮71、主钳驱动机构1号惰轮轴63、主钳驱动机构2号惰轮64以及主钳驱动机构2号惰轮轴65。其中,主钳液压马达24通过螺栓连接在主钳壳体的上部,主钳驱动机构主动轴55的上端铣有内花键,与主钳液压马达24相配合以传递扭矩;主钳驱动机构主动轴55穿过主钳壳体固定,在此轴上依次有主钳驱动机构空套小齿轮57、主钳驱动机构主动齿轮56和主钳驱动机构空套阶梯齿轮58。其中,主钳驱动机构主动齿轮56通过花键与主钳驱动机构主动轴55连接;主钳驱动机构从动轴61亦固定于主钳壳体上,主钳驱动机构从动大齿轮59和主钳驱动机构从动小齿轮60均为空套齿轮,主钳驱动机构从动大齿轮59和主钳驱动机构从动小齿轮60依次连接于主钳驱动机构从动轴61上;主钳驱动机构1号惰轮轴63亦固定在主钳壳体上,该轴上通过平键依次连接主钳驱动机构1号小惰轮62和主钳驱动机构1号大惰轮71;主钳驱动机构2号惰轮轴65亦安装在主钳壳体上,上面连接有主钳驱动机构2号惰轮64;主钳驱动机构空套小齿轮57与主钳驱动机构从动大齿轮59外啮合,主钳驱动机构从动大齿轮59与主钳驱动机构1号小惰轮62啮合,主钳驱动机构1号小惰轮62通过键连接将扭矩传递到主钳驱动机构1号惰轮轴63,主钳驱动机构1号惰轮轴63通过平键将扭矩传递到主钳驱动机构1号大惰轮71,主钳驱动机构1号大惰轮71同时与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮54和主钳驱动机构从动小齿轮60啮合,主钳驱动机构从动小齿轮60与主钳驱动机构2号惰轮64啮合,主钳驱动机构2号惰轮64与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮54啮合,完成动力的传动,此对啮合为慢速挡;主钳驱动机构空套阶梯齿轮58与主钳驱动机构从动小齿轮60外啮合,主钳驱动机构从动小齿轮60同时与主钳驱动机构2号惰轮64和主钳驱动机构1号大惰轮71啮合;主钳驱动机构2号惰轮64和主钳驱动机构1号大惰轮71同时与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮54啮合,完成动力的传动,该对啮合为快速挡。
这个主钳内的驱动机构,主要用来驱动主钳卡紧机构大齿轮54,
由于主钳卡紧机构大齿轮带有缺口,所以在驱动过程中,l号大惰轮
71和2号惰轮轴65同时与卡紧大齿轮54啮合,以保证扭矩的传递。此外,这个驱动机构中有两组传动齿轮,两组的传动比不同,因此卡紧机构可以有两个不同的转速,两个转速中一个用于卡紧管柱,另一个用于对管柱进行上卸扣。
所述卡紧机构,如图IO、图ll、图12以及图13所示,包括圆周上带有一处缺口的主钳卡紧机构大齿轮54、具有坡板嵌入槽的主钳卡紧机构卡紧架76、主钳卡紧机构坡板77、主钳卡紧机构磙子78、主钳卡紧机构磙子架79以及牙板主钳卡紧机构80。其中,主钳卡紧机构坡板77通过螺栓连接在主钳卡紧机构大齿轮54的内表面上;主钳卡紧机构磙子78通过销轴连接在主钳卡紧机构磙子架79内,主钳卡紧机构牙板80通过挡销连接在主钳卡紧机构磙子架79的前端,由主钳卡紧机构磙子78、主钳卡紧机构磙子架79以及主钳卡紧机构牙板80组成的机构称为卡紧块。主钳卡紧机构卡紧架76上左右各有一通槽,呈对称分布,所述卡紧块安放在此通槽中;所述主钳卡紧机构卡紧架76固定于主钳卡紧机构大齿轮54内,所述主钳卡紧机构坡板77与主钳卡紧机构大齿轮54内的坡板嵌入槽相配合。
这个主钳卡紧机构大齿轮54,安装在主钳壳体内,该卡紧机构的工作原理为:通过驱动机构带动主钳卡紧机构大齿轮旋转,主钳卡紧机构大齿轮带动主钳卡紧机构坡板旋转,主钳卡紧机构坡板通过旋转,推动卡紧块在主钳卡紧机构大齿轮卡紧架的通槽内向前运动,从而卡紧管柱。
所述制动机构,其结构结合图7、图8以及图9所示。包括带缺口的圆盘22、主钳换向机构转向挡块70、制动片66、摩擦片67、主钳制动机构1号连接件81、主钳制动机构2号连接件82以及上耐磨片68和下耐磨片69。其中,所述摩擦片67的下部有一圆弧槽,内侧有内花键,圆盘22后部有一个圆形槽和两个通槽,主钳换向机构转向挡块70的一半安放在该圆形槽内,另一半则处于摩擦片67的圆弧槽内;所述主钳制动机构2号连接件82通过螺栓连接在主钳壳体上,下耐磨片69连接在主钳制动机构2号连接件82上,主钳制动机 构1号连接件81连接在主钳制动机构2号连接件82上,上耐磨片 68连接在主钳制动机构1号连接件81上;所述制动片66连接在摩 擦片67上,该制动片的外侧有一段处在上耐磨片68和下耐磨片69 之间,所述制动片66的上表面与上耐磨片68相接触,下表面与则与 下耐磨片69相接触;所述制动机构用来对卡紧架76制动,摩擦片 67通过内花键与卡紧架76上部的外花键配合。
此制动机构主要用来对主钳卡紧机构卡紧架76进行制动,摩擦 片67通过内花键与卡紧架76上部的外花键配合,带缺口的圆盘22 通过螺栓连接在卡紧大齿轮上54上。
此制动机构的工作原理为:驱动机构带动卡紧大齿轮旋转,卡紧 大齿轮带动带缺口的圆盘旋转,并带动坡板旋转,坡板推动卡紧块在 卡紧架的方孔内运动,在卡紧块卡紧管柱之前,转向档块随带缺口的 圆盘在摩擦片的圆弧槽内旋转。卡紧块卡紧管柱之后,转向档块运动 到圆弧槽的尽头,驱动机构带动卡紧大齿轮继续旋转,卡紧大齿轮带 动带缺口的圆盘旋转,带缺口的圆盘旋转带动转向档块旋转,转向档 块带动摩擦片旋转,摩擦片通过花键带动卡紧架旋转,卡紧架带动卡 紧块旋转,对管柱进行上扣或卸扣。
所述换向机构,如图18、图19、图20以及图21所示,包括主 钳转向柄26、主钳转向块27以及主钳转向件23,主钳转向件23的 前端有一圆形槽,并在一侧有一开口,主钳转向件23通过螺栓连接 在制动片66上,主钳转向块27穿过制动片66和摩擦片67前端的圆 形槽扣在所述主钳换向机构转向挡块70的上半部分上,主钳转向柄 26通过销轴连接在主钳转向块27上部。此换向机构主要用于控制主 钳卡紧机构大齿轮在卡紧管柱时的旋转方向,其工作原理为:当主钳 卡紧机构大齿轮卡紧管柱时,主钳卡紧机构大齿轮旋转的同时带动圆 盘旋转,圆盘带动主钳换向机构转向挡块旋转,由于主钳换向机构转 向挡块的上部分处在主钳转向件的圆形槽内,且圆形槽只有一个开 口,所以通过旋转主钳转向块,调整圆形槽的开口方向,便可以确保 主钳卡紧机构大齿轮卡紧大齿轮只有一个旋转方向
所述变速机构,其结构如图15、图16以及图17所示,包括主钳换挡机构内齿轮32、主钳换挡机构拨叉30、主钳换挡机构滚子31、主钳换挡机构拨叉杆25、主钳换挡机构限位块29以及主钳换挡机构限位挡块28,主钳换挡机构拨叉30后部有一圆柱结构,圆柱中间有一通孔,主钳换挡机构拨叉30通过此通孔安装在主钳换挡机构拨叉杆25上,主钳换挡机构滚子31通过螺栓连接在主钳换挡机构拨叉30前端,左右各一个,主钳换挡机构限位块29穿过主钳换挡机构拨叉30后部的圆柱侧面连接在主钳换挡机构拨叉杆25上,主钳换挡机构内齿轮32外侧面有凹槽,主钳换挡机构拨叉30前端的主钳换挡机构滚子31与主钳换挡机构内齿轮32的外侧面凹槽相配合,主钳换挡机构限位挡块28中间有一圆孔;主钳换挡机构限位挡块28通过螺栓连接在主钳壳体上,主钳换挡机构限位块29处在主钳换挡机构限位挡块28中间的圆孔中。
本机构中的主钳换挡机构内齿轮32在与主钳驱动机构主动齿轮56啮合的同时,沿垂直轴线上下移动时可分别与主钳驱动机构空套小齿轮57啮合或者与主钳驱动机构空套阶梯齿轮58相啮合,从而实现变速。具体的说,本结构实现变速的工作原理为:推动主钳换挡机构拨叉杆,主钳换挡机构拨叉杆摆动带动主钳换挡机构拨叉摆动,主钳换挡机构拨叉的摆动,通过主钳换挡机构滚子推动主钳换挡机构内齿轮上下移动,主钳换挡机构内齿轮通过上下移动可以改变主钳换挡机构内齿轮在与主钳驱动机构主动齿轮啮合的同时与主钳驱动机构空套小齿轮啮合或者与主钳驱动机构空套阶梯齿轮啮合,从而实现变速。此外,本结构还具有限位功能:当推动主钳换挡机构拨叉杆时,主钳换挡机构拨叉杆摆动带动主钳换挡机构限位块摆动,由于主钳换挡机构限位块位于主钳换挡机构限位挡块的圆孔内,因此主钳换挡机构限位块的摆动范围是有限的,因此主钳换挡机构拨叉杆的摆动范围也是有限,主钳换挡机构拨叉的摆动范围也是有限的,所以内齿轮的的移动范围是有限的,以此达到限制内齿轮移动范围的目的。
所述对缺口机构,其结构如图14所示。包括主钳对缺口装置导轨21、主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构20、主钳对缺口装置连杆18、主钳对缺口装置液压缸活塞19以及主钳对缺口装置液压缸17。其中,所述主钳对缺口装置导轨21的上部开有一通槽,主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构20安放在主钳对缺口装置导轨21
的通槽内,所述主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构20前端的伸出杆穿过主钳壳体伸入到所述圆盘22的通槽内,主钳对缺口装置连杆18的一端通过销轴与主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构20的后部铰接,另一端则与主钳对缺口装置液压缸活塞19铰接。其实现对缺口的工作原理为:在主钳上卸扣的过程中,主钳对缺口装置液压缸活塞伸出,推动主钳对缺口装置连杆,连杆带动可移动机构向后运动,使可移动机构的前端的伸出杆移出圆盘的通槽,这样圆盘便可以随卡紧大齿轮一起旋转。上卸扣结束后,液压缸活塞收回,带动连杆,连杆推动可移动机构向前运动,此时卡紧大齿轮反转,带动圆盘反转,当圆盘后部的通槽与可以动机构前部的伸出杆位置对齐时,可移动机构在液压缸的动力推动下,伸出杆插入到可移动机构的通槽内,此时卡紧大齿轮的缺口与主钳壳体的缺口已对齐。通过以上过程使得在上卸口过程结束后,卡紧装置的缺口与主钳壳体上的主钳上盖板15和主钳侧盖板16的缺口对齐,以保证下一次上卸扣过程的顺利完成。
此外,主钳卡紧机构大齿轮54安装在主钳壳体内,主钳对缺口装置导轨21通过螺栓连接在主钳壳体上,带缺口的圆盘22通过螺栓连接在主钳卡紧机构大齿轮54上;主钳换挡机构内齿轮32在与主钳驱动机构主动齿轮56啮合的同时,沿垂直轴线上下移动时可分别与主钳驱动机构空套小齿轮57啮合或者与主钳驱动机构空套阶梯齿轮58相啮合。
所述动力背钳2的外部亦为壳体,内部有驱动、卡紧和换向机构。其结构如图22、图23以及图31所示。背钳液压马达88位于背钳后部,在壳体内包括背钳液压缸83、背钳齿条84、背钳传动轴85、背钳传动大齿轮86以及背钳传动小齿轮87,以及背钳换向机构35和具有背钳卡紧大齿轮89的卡紧机构。其中背钳液压缸83固定在背钳壳体上,背钳液压缸中的活塞与背钳齿条84连接,背钳传动轴85固定在动力背钳壳体上,背钳传动轴85上固定有背钳传动大齿轮86和背钳传动小齿轮87,所述背鉗卡紧大齿轮89由上述齿轮齿条机构带动。以上为动力主钳与动力背钳的结构描述。下面详述底座的结构。
所述底座4由支架和动力卡瓦7组成。如图24所示,所述动力卡瓦7包括卡瓦座13、卡瓦块14以及卡瓦驱动机构。所述卡瓦座13的外侧有四个伸出臂,伸出臂的侧面用于卡瓦和底座配合的定位面,内部轮廓为锥面,用来容纳卡瓦块14。卡瓦座底端有螺栓孔,用来连接井口法兰;所述卡瓦驱动机构由卡瓦液压缸52、卡瓦三段连杆机构49组成。卡瓦液压缸52通过铰接连接在卡瓦座13的伸出臂上,卡瓦液压缸活塞53与卡瓦三段连杆机构49之间以及卡瓦三段连杆机构和卡瓦块14之间也通过铰接连接。
所述底座4的支架中间有一方孔,通过方孔内表面与动力卡瓦7的四个伸出臂的侧面配合,底座顶部两侧有滑道与上一层的移动工作机3连接构成滑动副。上层的移动工作机3可以带着动力主钳和动力背钳通过滑动导轨在底座4上运动,从而实现动力主钳和动力背钳在上卸管柱过程中与井口间距离的调节。
以上方案是本系统的最基本方案,称为方案l。在此基础上,提出进一步优化方案如下:
方案2:如图2、图3以及图4所示,在所述移动工作机3的顶部固定有一扶正机械手抓,所述扶正机械手抓由第一节伸出臂9、第二节伸出臂8以及手爪,以及相应的液压驱动机构组成。其中,第一节伸出臂9与第二节伸出臂8之间以及第一节伸出臂9与移动工作机3之间均通过导轨连接。第一节伸出臂9与移动工作机3上部内侧的凹槽形成滑动配合,具体实现为:第一节伸出臂9的两侧有一段阶梯,阶梯侧面和下面安装有滑道,移动工作机上有槽,以此和第一节伸出臂9形成滑动配合。第一节伸出臂9的动力由液压缸提供。第二节伸出臂8与第一节伸出臂9内部的凹槽形成滑动配合,动力同样由液压缸提供。所述手爪亦由三部分组成,分别为机械手爪左段10、中段11、右段12,机械手爪中段11通过螺纹固定连接于第二节伸出臂8上,机械手爪左、右段通过销轴与机械手爪中段连接,形成转动副。扶正手两侧部分由液压缸提供动力转动,实现机械手的闭合,完成抓取管柱的动作。增加了这种结构后,可自由闭合以抓持管柱,并可与吊卡相配合,调整管柱在上卸过程中与井口间的距离。
20方案3:在方案1或方案2的基础上,增加一个吊卡6,吊卡6
为三瓣式结构,如图25〜图30所示。所述吊卡6由吊卡左门38、吊卡右门39以及吊卡后座37、 一组吊卡锁紧机构、 一组吊卡卡紧机构以及一组吊卡摆动机构组成。卡紧机构和锁紧机构的运动各由一组连杆机构推动,这两组连杆机构位于吊卡6的后部。
其中,所述吊卡左、右门由销轴连接在吊卡6的后座上,在吊卡左、右门内圆柱面的下部有一锥面。
所述吊卡锁紧机构,包括门插40、由两个双扭弹簧组成的吊卡锁紧机构弹簧组42以及一个由弯杆43、吊卡锁紧连杆45、转轴支撑44组成的连杆机构,以及吊卡锁紧机构液压缸。其中吊卡锁紧机构液压缸连接在吊卡底座37上,液压缸的活塞与吊卡连杆45铰接,吊卡连杆45与弯杆43之间以及弯杆43与转轴44之间均采用铰接,弯杆3与门插40之间由销轴连接。本结构用于在吊卡门闭合后,将其锁紧,防止吊卡在夹持管柱时吊卡门打开而造成管柱掉落。具体实现为:液压缸推动连杆机构,连杆机构推动门插40闭合,门插40的方孔扣住另一扇吊卡左门38的凸台,完成锁紧动作。此时的吊卡锁紧机构弹簧组42处于放松状态,如果打开门插40,必须克服吊卡锁紧机构弹簧组42的扭转力,以此达到锁紧的目的。
所述吊卡卡紧机构,包括一个由卡紧连杆73和直角弯杆74铰接后组成的吊卡连杆结构以及吊卡卡紧机构液压缸75,吊卡卡紧机构液压缸75连接在吊卡后座37上,所述吊卡连杆结构与左、右吊卡门之间由销轴连接。
所述吊卡摆动机构,包括吊卡摆动机构液压缸48 、摆动块41以及推块46和活塞前端推杆47。其中,吊卡摆动机构液压缸48连接在转动壳体上,转动壳体连接在大钩上,液压缸的活塞与活塞前端推杆47之间、所述活塞前端推杆47与推块46之间以及推块46与摆动块41之间均为铰接。
吊卡摆动机构液压缸48推动推块46,推块46推动摆动块41,摆动块41带动吊卡6绕吊环摆动。摆动块41上有一个斜面凸台,当推杆47推动推块46转动时,推块46可以通过凸台的斜面推动摆动块41摆动,从而带动吊卡6摆动。由于推块46与摆动块41之间通过螺栓连接,且斜面凸台位于摆动块41的前侧,因此,当吊卡6受到管柱带动向后摆动时,不会带动连杆机构运动,所以不会受到吊卡
摆动机构液压缸48的限制。
下面以方案3为例,给出利用该方案进行工作的完整过程,分为上提管柱和下放管柱两个阶段来描述。
一、上提管柱的工作过程:
卡瓦卡紧管柱,并保证管柱伸出足够吊卡夹持的长度,移动工作机向后运动到一定的位置,以让开井口,给吊卡留出足够的空间,保证吊卡对管柱的顺利夹持。
游车带动吊卡下行,准备抓取管柱,接近管柱接箍时,游车停止运动,吊卡卡紧液压缸活塞伸出,推动连杆机构带动吊卡门完全打开,天车带动吊卡继续下行,吊卡经过接箍后,游车停止运动。吊卡卡紧液压缸活塞收回,带动连杆机构并推动吊卡门,使吊卡门关闭,卡住接箍下端管柱,锁紧机构液压缸活塞伸出,带动连杆机构运动,并推动门插关闭,对卡紧机构进行锁紧。之后,卡瓦液压缸活塞伸出,带动连杆机构向上运动,推动卡瓦块向上运动,卡瓦打开,游车上行,带动吊卡提升管柱。当下一油管接箍到达指定位置时,游车停止,卡瓦液压缸活塞收回,带动连杆机构运动,收回卡瓦块,卡瓦闭合,夹持管柱,使管柱悬持在井口。
移动工作机液压缸活塞伸出,推动移动工作机向前运动,使动力背钳到达油管接箍位置。背钳液压缸活塞伸出,推动齿条运动,齿条与传动小齿轮啮合,带动其转动,传动小齿轮带动传动轴转动,传动轴带动传动大齿轮旋转,传动大齿轮与卡紧机构啮合,带动卡紧机构卡紧管柱接箍。
扳动主钳换挡机构拨叉杆,拨叉杆带动拨叉,拨叉带动内齿轮向上移动,与空套小齿轮啮合,换到慢速档。主钳液压马达启动,带动主动轴旋转,主动轴带动主动齿轮旋转,主动齿轮通过内齿轮带动空套小齿轮旋转,空套小齿轮与从动大齿轮外啮合,从动大齿轮与1号小惰轮啮合,1号小惰轮通过键连接将扭矩传递到1号惰轮轴,1号惰轮轴通过平键将扭矩传递到1号大惰轮,1号大惰轮同时与卡紧机构大齿轮和从动小齿轮,1号大惰轮带动卡紧机构大齿轮旋转的同
22时带动从动小齿轮旋转,从动小齿轮与2号惰轮啮合,2号惰轮与卡紧机构大齿轮啮合,卡紧大齿轮带动坡板旋转,坡板推动卡紧块移动,卡紧管柱。
主钳卡紧管柱后,关闭液压马达,扳动换挡机构拨叉杆,拨叉杆带动拨叉,拨叉带动内齿轮向下移动,与空套阶梯齿轮啮合,换到块速档。主钳液压马达启动,带动主动轴旋转,主动轴带动主动齿轮旋转,主动齿轮通过内齿轮带动空套阶梯齿轮旋转,空套阶梯齿轮与从
动小齿轮外啮合,从动小齿轮同时与2号惰轮和1号大惰轮啮合,2
号惰轮和1号大惰轮同时与卡紧机构大齿轮啮合,卡紧大齿轮带动带缺口的圆盘旋转,带缺口的圆盘旋转带动转向档块旋转,转向档块带动摩擦片旋转,摩擦片通过花键带动卡紧架旋转,卡紧架带动卡紧块旋转,对油管进行卸扣。
在整个主钳卡紧和卸扣过程中,对缺口装置的液压缸活塞一直保持伸出状态,推动连杆机构运动,并带动带伸出杆的可移动机构收回,使其伸出销不与带缺口的圆盘接触,使带缺口的圆盘与卡紧大齿轮一起转动。
卸扣完毕,对缺口装置液压缸活塞收回,带动连杆机构,并推动带伸出杆的可移动机构向前运动,使其伸出销与带缺口的圆盘外表面接触。液压马达反转,并带动驱动机构反转,驱动机构带动卡紧大齿轮反转,卡紧机构松开管柱,卡紧大齿轮在旋转的同时带动带缺口的圆盘一起旋转,当圆盘的缺口与伸出销位置一致时,伸出销在活塞的推动下插入到圆盘的缺口中,此时卡紧机构的缺口已与主钳壳体的缺口对齐。
背钳液压缸活塞收回,带动齿条运动,齿条与传动小齿轮啮合,带动其转动,传动小齿轮带动传动轴转动,传动轴带动传动大齿轮旋转,传动大齿轮与卡紧机构啮合,带动卡紧机构松开管柱接箍。
机械扶正手爪液压缸活塞收回,推动机械手抓打开,机械手第一节伸出臂液压缸活塞伸出,推动机械手手向前运动,当机械手中段部分与管柱接触后,活塞停止。机械手抓液压缸活塞伸出,带动机械手抓闭合,夹持住管柱。机械手第一节伸出臂和机械手第二节伸出臂的液压缸活塞完全伸出,带动第一节伸出臂和第二节伸出臂向前运动,并推动扶正手向前运动,将管柱推离井口。
游车带动吊卡下行,油管低端与滑道接触,管排工人拖拽管柱沿滑道滑下。扶正手液压缸活塞收回,扶正手爪打开,第一节伸出臂和第二节伸出臂液压缸活塞收回,带动第一节伸出臂和第二节伸出臂向回运动,并带动扶正手向回运动,收回扶正手。
移动工作机液压缸活塞收回,带动移动工作机向后运动,让开井口位置。游车带动吊卡继续下行,吊卡随着管柱的下行而翻转,至到井口附近,管柱完全落在滑道上,此时吊卡以翻转至接近水平位置。
吊卡锁紧液压缸活塞收回,带动连杆机构运动,打开门插。吊卡卡紧液压缸活塞收回,带动连杆机构运动,推动吊卡门打开,放下管柱。
管排工人将管柱拖出井口,游车带动吊卡向上运动一段距离,在重力的作用下,吊卡由水平位置翻转至竖直位置。游车带动吊卡下行,抓取管柱,重复开始卸管操作。
二、下放管柱的工作过程:
首先,卡瓦卡紧管柱,并保证管柱伸出的位置可保证动力背钳可以卡住管柱的接箍,移动工作机向后运动到一定的位置,以让开井口,给吊卡留出足够的空间,保证吊卡对准备接上的管柱的顺利夹持。
之后,管排工人将管柱沿滑道推至井口。游车带动吊卡下行至管柱上部,游车停止运动。吊卡摆动机构液压缸活塞伸出,带动连杆机构运动,推动吊卡翻转使其接近水平位置。吊卡卡紧液压缸活塞伸出,带动连杆机构并推动吊卡门,使吊卡门关闭,卡住接箍下端管柱,锁紧机构液压缸活塞伸出,带动连杆机构运动,并推动门插关闭,对卡紧机构进行锁紧。游车上行,带动吊卡提升管柱。
移动工作机液压缸活塞伸出,推动移动工作机向前运动至井口位置,机械手第一节伸出臂和机械手第二节伸出臂的液压缸活塞完全伸出,带动第一节伸出臂和第二节伸出臂向前运动,并推动扶正手向前运动,扶正手爪液压缸活塞收回,推动机械手抓打开,准备接取管柱。
游车带动吊卡继续上行,直到管柱离开滑道,管柱摆动一定角度后,与扶正手接触,游车停止运动。扶正手接住管柱,机械手抓液压缸活塞伸出,带动机械手抓闭合,夹持住管柱。第一节伸出臂和第二节伸出臂液压缸活塞完全收回,带动第一节伸出臂和第二节伸出臂向回运动,并带动扶正手向回运动,拖动管柱到井口位置,使抓取的管柱与卡瓦悬持的管柱完全对中。
游车带动吊卡下行,使管柱末端进入到接箍中。背钳液压缸活塞伸出,推动齿条运动,齿条与传动小齿轮啮合,带动其转动,传动小齿轮带动传动轴转动,传动轴带动传动大齿轮旋转,传动大齿轮与卡紧机构啮合,带动卡紧机构卡紧管柱接箍。
扳动主钳换挡机构拨叉杆,拨叉杆带动拨叉,拨叉带动内齿轮向上移动,与空套小齿轮啮合,换到慢速档。主钳液压马达启动,带动主动轴旋转,主动轴带动主动齿轮旋转,主动齿轮通过内齿轮带动空套小齿轮旋转,空套小齿轮与从动大齿轮外啮合,从动大齿轮与1号小惰轮啮合,1号小惰轮通过键连接将扭矩传递到1号惰轮轴,1号惰轮轴通过平键将扭矩传递到1号大惰轮,1号大惰轮同时与卡紧机构大齿轮和从动小齿轮,1号大惰轮带动卡紧机构大齿轮旋转的同时带动从动小齿轮旋转,从动小齿轮与2号惰轮啮合,2号惰轮与卡紧机构大齿轮啮合,卡紧管柱。
主钳卡紧管柱后,扶正手爪液压缸活塞收回,推动机械手抓打开。
关闭液压马达,扳动换挡机构拨叉杆,拨叉杆带动拨叉,拨叉带动内齿轮向下移动,与空套阶梯齿轮啮合,换到块速档。主钳液压马达启动,带动主动轴旋转,主动轴带动主动齿轮旋转,主动齿轮通过内齿轮带动空套阶梯齿轮旋转,空套阶梯齿轮与从动小齿轮外啮合,
从动小齿轮同时与2号惰轮和1号大惰轮啮合,2号惰轮和1号大惰
轮同时与卡紧机构大齿轮啮合,卡紧大齿轮带动带缺口的圆盘旋转,带缺口的圆盘旋转带动转向档块旋转,转向档块带动摩擦片旋转,摩擦片通过花键带动卡紧架旋转,卡紧架带动卡紧块旋转,对油管进行上扣。
在整个主钳卡紧和上扣过程中,对缺口装置的液压缸活塞一直保持伸出状态,推动连杆机构运动,并带动带伸出杆的可移动机构收回,使其伸出销不与带缺口的圆盘接触,使带缺口的圆盘与卡紧大齿轮一起转动。
上扣完毕,对缺口装置液压缸活塞收回,带动连杆机构,并推动带伸出杆的可移动机构向前运动,使其伸出销与带缺口的圆盘外表面接触。液压马达反转,并带动驱动机构反转,驱动机构带动卡紧大齿轮反转,卡紧机构松开管柱,卡紧大齿轮在旋转的同时带动带缺口的圆盘一起旋转,当圆盘的缺口与伸出销位置一致时,伸出销在活塞的推动下插入到圆盘的缺口中,此时卡紧机构的缺口已与主钳壳体的缺口对齐。
移动机构液压缸活塞收回,带动移动机构上层向回运动,移动机构上层带动液压钳和扶正手离开井口 。
卡瓦液压缸活塞伸出,带动连杆机构向上运动,推动卡瓦块向上运动,卡瓦打开。
游车带动吊卡向下运动,将管柱下放入井中。油管接箍到达指定位置后,游车停止,
卡瓦液压缸活塞收回,带动连杆机构运动,收回卡瓦块,卡瓦闭合,夹持管柱,使管柱悬持在井口。
吊卡锁液压缸活塞收回,带动连杆机构运动,打开门插。吊卡卡紧液压缸活塞收回,带动连杆机构运动,推动吊卡门打开,放开管柱。
游车带动吊卡上行,运动到距离未安装油管的接箍半米左右的位置,管排工人将滑道上的管柱推至井口。吊卡摆动机构液压缸活塞伸出,带动连杆机构运动,推动吊卡翻转使其接近水平位置。
游车带动吊卡下行,到达管柱位置,吊卡卡紧液压缸活塞伸出,带动连杆机构并推动吊卡门,使吊卡门关闭,卡住接箍下端管柱,锁紧机构液压缸活塞伸出,带动连杆机构运动,并推动门插关闭,对卡紧机构进行锁紧。重复开始下管操作。
26

Claims (3)

1、一种替代井口人工操作的修井作业机械化系统,其主体分为上、下两部分结构,分别称为移动工作机(3)和底座(4),此移动工作机(3)和底座(4)之间为滑动配合; 其中,所述移动工作机(3)上垂直固定有一对动力主钳(1)和动力背钳(2);动力主钳(1)和动力背钳(2)均为开口型,之间安放减震弹簧; 所述动力主钳(1)外部为壳体结构,内部包括驱动机构、卡紧机构、制动机构、换向机构、变速机构以及对缺口机构; 所述驱动机构,包括主钳液压马达(24)、主钳驱动机构主动轴(55)、主钳驱动机构主动齿轮(56)、主钳驱动机构空套小齿轮(57)、主钳驱动机构空套阶梯齿轮(58)、主钳驱动机构从动大齿轮(59)、主钳驱动机构从动小齿轮(60)、主钳驱动机构从动轴(61)、主钳驱动机构1号小惰轮(62)、主钳驱动机构1号大惰轮(71)、主钳驱动机构1号惰轮轴(63)、主钳驱动机构2号惰轮(64)以及主钳驱动机构2号惰轮轴(65);其中,主钳液压马达(24)通过螺栓连接在主钳壳体的上部,主钳驱动机构主动轴(55)的上端铣有内花键,与主钳液压马达(24)相配合以传递扭矩;主钳驱动机构主动轴(55)穿过主钳壳体固定,在此轴上依次有主钳驱动机构空套小齿轮(57)、主钳驱动机构主动齿轮(56)和主钳驱动机构空套阶梯齿轮(58),其中,主钳驱动机构主动齿轮(56)通过花键与主钳驱动机构主动轴(55)连接;主钳驱动机构从动轴(61)亦固定于主钳壳体上,主钳驱动机构从动大齿轮(59)和主钳驱动机构从动小齿轮(60)均为空套齿轮,主钳驱动机构从动大齿轮(59)和主钳驱动机构从动小齿轮(60)依次连接于主钳驱动机构从动轴(61)上;主钳驱动机构1号惰轮轴(63)亦固定在主钳壳体上,该轴上通过平键依次连接主钳驱动机构1号小惰轮(62)和主钳驱动机构1号大惰轮(71);主钳驱动机构2号惰轮轴(65)亦安装在主钳壳体上,上面连接有主钳驱动机构2号惰轮(64); 主钳驱动机构空套小齿轮(57)与主钳驱动机构从动大齿轮(59)外啮合,主钳驱动机构从动大齿轮(59)与主钳驱动机构1号小惰轮(62)啮合,主钳驱动机构1号小惰轮(62)通过键连接将扭矩传递到主钳驱动机构1号惰轮轴(63),主钳驱动机构1号惰轮轴(63)通过平键将扭矩传递到主钳驱动机构1号大惰轮(71),主钳驱动机构1号大惰轮(71)同时与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮(54)和主钳驱动机构从动小齿轮(60)啮合,主钳驱动机构从动小齿轮(60)与主钳驱动机构2号惰轮(64)啮合,主钳驱动机构2号惰轮(64)与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮(54)啮合,完成动力的传动,此对啮合为慢速挡; 主钳驱动机构空套阶梯齿轮(58)与主钳驱动机构从动小齿轮(60)外啮合,主钳驱动机构从动小齿轮(60)同时与主钳驱动机构2号惰轮(64)和主钳驱动机构1号大惰轮(71)啮合;主钳驱动机构2号惰轮(64)和主钳驱动机构1号大惰轮(71)同时与卡紧机构中的主钳卡紧机构大齿轮(54)啮合,完成动力的传动,该对啮合为快速挡; 所述卡紧机构包括圆周上带有一处缺口的主钳卡紧机构大齿轮(54)、具有坡板嵌入槽的主钳卡紧机构卡紧架(76)、主钳卡紧机构坡板(77)、主钳卡紧机构磙子(78)、主钳卡紧机构磙子架(79)以及牙板主钳卡紧机构(80),其中,主钳卡紧机构坡板(77)通过螺栓连接在主钳卡紧机构大齿轮(54)的内表面上;主钳卡紧机构磙子(78)通过销轴连接在主钳卡紧机构磙子架(79)内,主钳卡紧机构牙板(80)通过挡销连接在主钳卡紧机构磙子架(79)的前端,由主钳卡紧机构磙子(78)、主钳卡紧机构磙子架(79)以及主钳卡紧机构牙板(80)组成的机构称为卡紧块;主钳卡紧机构卡紧架(76)上左右各有一通槽,呈对称分布,所述卡紧块安放在此通槽中;所述主钳卡紧机构卡紧架(76)固定于主钳卡紧机构大齿轮(54)内,所述主钳卡紧机构坡板(77)与主钳卡紧机构大齿轮(54)内的坡板嵌入槽相配合; 所述制动机构,包括带缺口的圆盘(22)、主钳换向机构转向挡块(70)、制动片(66)、摩擦片(67)、主钳制动机构1号连接件(81)、主钳制动机构2号连接件(82)以及上耐磨片(68)和下耐磨片(69);所述摩擦片(67)的下部有一圆弧槽,内侧有内花键,圆盘(22)后部有一个圆形槽和两个通槽,主钳换向机构转向挡块(70)的一半安放在该圆形槽内,另一半则处于摩擦片(67)的圆弧槽内;所述主钳制动机构2号连接件(82)通过螺栓连接在主钳壳体上,下耐磨片(69)连接在主钳制动机构2号连接件(82)上,主钳制动机构1号连接件(81)连接在主钳制动机构2号连接件(82)上,上耐磨片(68)连接在主钳制动机构1号连接件(81)上;所述制动片(66)连接在摩擦片(67)上,该制动片的外侧有一段处在上耐磨片(68)和下耐磨片(69)之间,所述制动片(66)的上表面与上耐磨片(68)相接触,下表面与则与下耐磨片(69)相接触;所述制动机构用来对卡紧架(76)制动,摩擦片(67)通过内花键与卡紧架(76)上部的外花键配合; 所述换向机构,包括主钳转向柄(26)、主钳转向块(27)以及主钳转向件(23),主钳转向件(23)的前端有一圆形槽,并在一侧有一开口,主钳转向件(23)通过螺栓连接在制动片(66)上,主钳转向块(27)穿过制动片(66)和摩擦片(67)前端的圆形槽扣在所述主钳换向机构转向挡块(70)的上半部分上,主钳转向柄(26)通过销轴连接在主钳转向块(27)上部; 所述变速机构,包括主钳换挡机构内齿轮(32)、主钳换挡机构拨叉(30)、主钳换挡机构滚子(31)、主钳换挡机构拨叉杆(25)、主钳换挡机构限位块(29)以及主钳换挡机构限位挡块(28),主钳换挡机构拨叉(30)后部有一圆柱结构,圆柱中间有一通孔,主钳换挡机构拨叉(30)通过此通孔安装在主钳换挡机构拨叉杆(25)上,主钳换挡机构滚子(31)通过螺栓连接在主钳换挡机构拨叉(30)前端,左右各一个,主钳换挡机构限位块(29)穿过主钳换挡机构拨叉(30)后部的圆柱侧面连接在主钳换挡机构拨叉杆(25)上,主钳换挡机构内齿轮(32)外侧面有凹槽,主钳换挡机构拨叉(30)前端的主钳换挡机构滚子(31)与主钳换挡机构内齿轮(32)的外侧面凹槽相配合,主钳换挡机构限位挡块(28)中间有一圆孔;主钳换挡机构限位挡块(28)通过螺栓连接在主钳壳体上,主钳换挡机构限位块(29)处在主钳换挡机构限位挡块(28)中间的圆孔中; 所述对缺口机构,包括主钳对缺口装置导轨(21)、主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构(20)、主钳对缺口装置连杆(18)、主钳对缺口装置液压缸活塞(19)以及主钳对缺口装置液压缸(17),其中,所述主钳对缺口装置导轨(21)的上部开有一通槽,主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构(20)安放在主钳对缺口装置导轨(21)的通槽内,所述主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构(20)前端的伸出杆穿过主钳壳体伸入到所述圆盘(22)的通槽内,主钳对缺口装置连杆(18)的一端通过销轴与主钳对缺口装置带伸出杆的可移动机构(20)的后部铰接,另一端则与主钳对缺口装置液压缸活塞(19)铰接; 其中,主钳卡紧机构大齿轮(54)安装在主钳壳体内,主钳对缺口装置导轨(21)通过螺栓连接在主钳壳体上,带缺口的圆盘(22)通过螺栓连接在主钳卡紧机构大齿轮(54)上;主钳换挡机构内齿轮(32)在与主钳驱动机构主动齿轮(56)啮合的同时,沿垂直轴线上下移动时可分别与主钳驱动机构空套小齿轮(57)啮合或者与主钳驱动机构空套阶梯齿轮(58)相啮合; 所述动力背钳(2)外部亦为壳体,包括背钳侧盖板(33),背钳上盖板(34),背钳液压马达(88)位于背钳后部,在壳体内包括背钳液压缸(83)、背钳齿条(84)、背钳传动轴(85)、背钳传动大齿轮(86)以及背钳传动小齿轮(87)以及背钳换向机构(35)和具有背钳卡紧大齿轮(89)的卡紧机构,其中背钳液压缸(83)固定在背钳壳体上,背钳液压缸中的活塞与背钳齿条(84)连接,背钳传动轴(85)固定在动力背钳壳体上,背钳传动轴(85)上固定有背钳传动大齿轮(86)和背钳传动小齿轮(87),所述背钳卡紧大齿轮(89)由上述齿轮齿条机构带动; 所述底座(4)由支架和动力卡瓦(7)组成; 所述动力卡瓦(7)包括卡瓦座(13)、卡瓦块(14)以及卡瓦驱动机构;所述卡瓦座(13)的外侧有四个伸出臂,伸出臂的侧面用于卡瓦和底座配合的定位面,内部轮廓为锥面,用来容纳卡瓦块(14),卡瓦座底端有螺栓孔,用来连接井口法兰;所述卡瓦驱动机构由卡瓦液压缸(52)、卡瓦三段连杆机构(49)组成,卡瓦液压缸(52)通过铰接连接在卡瓦座(13)的伸出臂上,卡瓦液压缸活塞(53)与卡瓦三段连杆机构(49)之间以及卡瓦三段连杆机构和卡瓦块(14)之间也通过铰接连接; 所述底座(4)的支架中间有一方孔,通过方孔内表面与动力卡瓦(7)的四个伸出臂的侧面配合,底座顶部两侧有滑道与上一层的移动工作机(3)连接构成滑动副。
2、 根据权利要求1所述的替代井口人工操作的修井作业机械化 系统,其特征在于:所述移动工作机(3)的顶部固定有一扶正机械 手抓,所述扶正机械手爪由第一节伸出臂(9)、第二节伸出臂(8) 以及手爪组成,其中,第一节伸出臂(9)与第二节伸出臂(8)之间 以及第一节伸出臂(9)与移动工作机(3)之间均通过导轨连接,第 一节伸出臂(9)与移动工作机(3)上部内侧的凹槽形成滑动配合, 第二节伸出臂(8)与第一节伸出臂(9)内部的凹槽形成滑动配合, 所述手爪亦由三部分组成,分别为机械手爪左、中、右段(10, 11, 12),机械手爪中段(11)通过螺纹固定连接于第二节伸出臂(8) 上,机械手爪左、右段(10, 12)通过销轴与机械手爪中段(11)连 接。
3、 根据权利要求1或2所述的替代井口人工操作的修井作业机 械化系统,其特征在于:所述系统还包括一个吊卡(6),所述吊卡(6)由吊卡左、右门(38, 39)以及吊卡后座(37)、 一组吊卡锁 紧机构、 一组吊卡卡紧机构以及一组吊卡摆动机构组成,其中,所述吊卡左、右门(38, 39)由销轴连接在吊卡(6)的后座上, 在吊卡左、右门(38, 39)内圆柱面的下部有一锥面;所述吊卡锁紧机构,包括门插(40)以及一个由弯杆(43)、吊 卡锁紧连杆(45)、转轴支撑(44)组成的连杆机构,以及吊卡锁紧 机构液压缸;其中吊卡锁紧机构液压缸连接在吊卡底座(37)上,液 压缸的活塞与吊卡连杆(45)铰接,吊卡连杆(45)与弯杆(43)之 间以及弯杆(43)与转轴(44)之间均采用铰接,弯杆(43)与门插 (40)之间由销轴连接;所述吊卡卡紧机构,包括一个由卡紧连杆(73)和直角弯杆(74) 铰接后组成的吊卡连杆结构以及吊卡卡紧机构液压缸(75),吊卡卡紧机构液压缸(75)连接在吊卡后座(37)上,所述吊卡连杆结构与 左、右吊卡门(38, 39)之间由销轴连接;所述吊卡摆动机构,包括吊卡摆动机构液压缸(48)、摆动块(41) 以及推块(46)和活塞前端推杆(47)组成,其中,吊卡摆动机构液 压缸(48)连接在转动壳体上,转动壳体连接在大钩上,液压缸的活 塞与活塞前端推杆(47)之间、所述活塞前端推杆(47)与推块(46) 之间以及推块(46)与摆动块(41)之间均为铰接。
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