CN101758375B - 螺杆钻具液压拆装机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种螺杆钻具液压拆装机，包括床身、快旋机构、冲扣机构、固定钳装置、移动钳装置、辅助支撑、拉拔装置、检测与控制系统和液压系统，该固定钳装置和移动钳装置的钻具同步夹紧机构由调速器控制，该调速器是由等流量齿轮马达构成；所述移动钳装置底部设置驱动装置和浮动滚轮组件，使移动钳装置在床身导轨上浮动行走；所述快旋机构为开放式机架，并具有安装摩擦轮的钳口，驱动钻具外壳的快速旋转。本发明上卸扣扭矩大，适用管体直径范围广，上卸扣时不咬伤工件表面。且允许冲扣时工件接头两端相对轴向运动；冲扣钳可卡紧工件并进行松扣和紧扣，快速旋扣器可快速旋扣，提高拆装效率。

Description

螺杆钻具液压拆装机

技术领域

本发明涉及一种液压拆装设备，尤其是涉及拆装各类石油开采和地质勘探用的螺杆钻具在装配及拆卸工作中所采用的液压拆装机。

背景技术

石油、地质用螺纹连接管柱工件的上卸扣扭矩大于一定值后，人工无法进行拆装工作，因此急需一种设备来完成该工作。要求的液压拆装机具有自动化程度高、上卸扣扭矩大，适用管体的直径范围广、上卸扣时不打滑、不咬伤工件表面、具有快速旋扣和尾部推拉等特点与功能，才能完全满足该类需求。

拆装机的功能及性能指标将直接影响钻具的装(卸)配质量和作业效率。当前，拆装机有二种类型，即1.简易型。如单臂冲扣机，只使用单件维护，由于功能少难以保证钻具的装(卸)配质量，作业效率很低，面临被淘汰局面；2.全自动多功能拆装机(美国厂商制造)，钻具装(卸)配质量高，工作效率高，但是，由于设备输出扭矩偏低，适用范围偏窄，尤其是造价昂贵，维护成本高，多数用户不敢问津，限制了该类设备的推广应用；因此，需要一种能够保证钻具的装(卸)配质量，提高作业效率，大幅度降低制造费用的，性价比高，维护成本低的液压拆装机，为国内外用户所急需。

图1是现有的一种液压拆装机，该设备由8个部分组成，分别是床身1、快旋机构2、冲扣机构3、固定钳装置4、移动钳装置5、辅助支撑6、拉拔装置7、检测与控制系统8和液压系统9。其中，冲扣机构3和固定钳装置4成为一个整体并通过螺栓连接固定在床身1上，移动钳装置5安装在冲扣机构3和固定钳装置4右侧，快旋机构2固定在冲扣机构3和固定钳装置4左侧；快旋机构2和移动钳装置5的左右侧分别设置辅助支撑6，拉拔装置7装置装在床身1的右侧。由移动钳装置5和冲扣机构3同时作用并配合移动钳装置5实现对工件的上扣、卸扣，由快旋机构2配合移动钳装置5实现对工件的快速旋扣，由拉拔装置7配合固定钳装置4实现转子的轴向拉拔功能。检测与控制系统8和液压系统9实现上述装置中液压元件的驱动，整个工作流程的控制。

其中，固定钳装置4和移动钳装置5对钻具的夹紧和固定均采用六个液压油缸的移动实现。六只相同规格的油缸均布在钻具外壳的外围，在油缸的作用下，同步均匀的将外壳夹紧，再使用两只对称安装的油缸，推动夹钳旋转，实现钻具外壳螺纹的拧紧或者松开。上述装置的核心技术的关键是六只油缸的同步，只有实现了多油缸的同步运行，才能避免钻具外壳在夹紧过程中变形。

为了实现多油缸的同步运行，现有的装置采用节流阀，接到各个油缸的支路上，调节节流阀是各个液压油缸的油压达到均匀的规定值。多个节流阀同步经常调节，困难。同步精度差，达不到要求，钻具变形。

此外，使用的快旋机构是固定式或框架式浮动机构，其中固定式无法克服机械干涉，框架式不便于被拆装钻具的取放。

现有技术采用移动钳直接在床身上行走，存在机械干涉，运行不平稳。

移动钳装置5的行走通过液压马达+齿轮齿条来实现，马达启动(停止)时对齿轮与齿条形成冲击。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压拆装机，改进同步控制装置，提高各个液压油缸的同步精度，避免被夹钻具变形损伤；克服拆装机各个总成之间的机械干涉，方便被拆装钻具的取放，运行平稳。

为了本发明的目的，提出一种螺杆钻具液压拆装机，包括床身、快旋机构、冲扣机构、固定钳装置、移动钳装置、辅助支撑、拉拔装置、检测与控制系统和液压系统，所述固定钳装置和移动钳装置的钻具同步夹紧机构由调速器控制，该调速器是由等流量齿轮马达构成；所述移动钳装置底部设置驱动装置和浮动滚轮组件，使移动钳装置在床身导轨上浮动行走；所述快旋机构为开放式机架，并具有安装摩擦轮的钳口，驱动钻具外壳的快速旋转。

所述固定钳装置和移动钳装置的钻具同步夹紧机构包括六个夹紧油缸，其六个上进液口和所述液压系统相通，六个下进液口分别与所述等流量齿轮马达的六个出液口相通，所述等流量齿轮马达利用其对液压的均匀分配，对六个夹紧油缸的液压精确平衡。

所述移动钳的浮动滚轮组件包括驱动马达、齿轮齿条和浮动行走滚轮装置，驱动马达驱动齿轮齿条使移动钳装置移动，所述移动钳装置的总重量由移动钳架体底部均布的四只浮动滚轮承载，该滚轮坐落在床身导轨上，使所述移动钳整体通过浮动滚轮悬浮在导轨上。

所述快旋机构的夹钳成双V型结构，夹钳通过悬挂装置悬挂在架体上并在导杠上滑动，两只钳口分别通过两只夹紧油缸驱动夹紧钻具，夹钳的钳口处设置四个摩擦轮，每两只摩擦轮通过一只液压驱动马达进行驱动，摩擦轮的旋转实现钻具外壳的快速旋转。

所述移动钳驱动装置设置马达缓冲装置，该马达缓冲装置包括驱动马达的支撑板、弹性隔套和固定板，弹性隔套安装在驱动马达的支撑板上，起到弹性体的缓冲作用。

所述固定钳装置和移动钳装置的钻具同步夹紧机构由液压油缸驱动，在所述液压油缸底部固定一个导向轴，该导向轴沿轴向安装导向键，所述液压油缸的活塞杆尾部开一长孔，该长孔的孔壁开有导向槽，所述活塞杆尾部套入所述导向轴，所述导向键沿所述活塞杆尾部孔壁的所述导向槽滑动，对所述活塞杆起导向作用。

所述浮动行走滚轮装置包括浮动滚轮、支架、架体、弹簧顶杆、垫片弹簧和调整螺母，其中，所述浮动滚轮的轴铰接在所述支架上，所述支架与所述架体采用铰接方式，所述浮动滚轮同时铰接在所述弹簧顶杆上，通过调整螺母使所述弹簧顶杆与所述架体相接触，所述垫片弹簧使所述浮动行走滚轮装置始终处于弹性状态。

本发明的液压拆装机的优点是由电气液压进行操作，自动化程度高，上卸扣扭矩大，适用管体直径范围广，上卸扣时不打滑、不咬伤工件表面。其固定钳用于卡紧工件，承受冲扣时的反扭矩，且允许冲扣时工件接头两端相对轴向运动；冲扣钳可卡紧工件并进行松扣和紧扣，快速旋扣器可快速旋扣，提高拆装效率。

附图说明

图1是现有液压拆装机整体结构示意图；

图2是固定钳结构示意图；

图3是同步夹紧装置示意图；

图4是移动钳装置示意图；

图5是移动钳的浮动滚轮组件示意图；

图6移动钳马达缓冲装置；

图7是快旋机构示意图；

图8是液压油缸示意图。

其中

1 床身                20 调整螺母

2 快旋机构            21 垫片弹簧

3 冲扣机构            22 架体

4 固定钳装置          23 支架

5 移动钳装置          24 马达支撑板

6 辅助支撑            25 弹性隔套

7 拉拔装置            26 固定板

8  检测与控制系统        27 悬挂装置

9  液压系统              28 夹紧油缸

10 夹紧油缸              29 驱动马达

11 冲扣油缸              30 导杠

12 架体                  31 架体

13 等流量齿轮马达        32 行走马达

14 驱动马达              33 摩擦轮

15 齿轮齿条              34 活塞杆端部

16 浮动行走滚轮          35 活塞杆

17 导辊                  36 导向键

18 滚轮                  37 导向轴

19 顶杆

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做详细说明。

图2结构示意图；其中，冲扣机构3和固定钳装置4组合为一个整体，固定安装在床身1的导轨上。该装置包括架体12，架体12的六个方向对称安装六个夹紧油缸10，六只相同规格的油缸均布在钻具外壳的外围，在油缸的作用下，同步均匀的将钻具外壳夹紧。

冲扣机构3采用两只对称安装的冲扣油缸11，在冲扣油缸11的作用下推动固定夹钳的架体12旋转，实现钻具外壳螺纹的拧紧或者松开。

固定钳的钻具同步夹紧机构的核心技术是同步调速，它必须保证六只油缸同时输入(出)等量的液压油，以此实现多油缸的同步运行，以避免钻具外壳变形。现有技术均采用节流调速，夹紧精度低，容易使钻具产生塑性变形。图3是本发明同步夹紧装置示意图。如图所示，显示同步夹紧装置液压管线的设计，其中钻具同步夹紧机构的调速器由六只等流量的齿轮马达构成。液压系统9提供的高压油进入六个夹紧油缸10的上进液口，六个下进液口分别与等流量齿轮马达13的六个出液口相通，等流量齿轮马达13利用其对液压的均匀分配，对六个夹紧油缸10的液压精确平衡，保证六只油缸的同步夹紧精度高，使钻具周边均匀受力，其夹紧精度达2％。

图4是移动钳装置示意图；该装置的主要功能是同步均匀夹紧钻具，并且在床身导轨上浮动行走。利用浮动滚轮组件，使移动钳装置整体成“浮动”状态，避免了行走时同钻具壳体同轴度变化引起的机械干涉。

图4所示移动钳装置的夹紧机构采用如图2和图3所示的结构，其同步均匀夹紧原理与固定钳夹紧原理完全相同。同时，为了适应钻具的不同长度，使其能够在床身轨道上行走，采用了如图4的移动钳的浮动滚轮组件。该浮动滚轮组件包括驱动马达14、齿轮齿条15和浮动行走滚轮装置16，驱动马达14驱动齿轮齿条15移动钳装置，整个移动钳装置的总重量由移动钳架体的底部均布的四只浮动滚轮16承载，该滚轮18坐落在床身导轨上，浮动滚轮18与床身导轨接触，由于滚轮18的作用，使移动钳整体通过浮动滚轮“悬浮”在导轨上，移动钳装置在冲扣或快旋时，随钻具丝扣的旋进或旋出在床身导轨上浮动行走，使其夹紧的钻具亦随之旋进或旋出。

图5是移动钳的浮动滚轮组件示意图；其浮动行走原理是将浮动滚轮18铰接在支架23上，支架23与架体22也是采用铰接方式，滚轮18同时铰接在弹簧顶杆19上，通过调整螺母20使弹簧顶杆19与架体22保持接触，这样在垫片弹簧21的作用下滚轮机构始终处于弹性状态，克服由于钻具同轴度的变化而引起的机械干涉。

该装置的行走通过液压马达+齿轮齿条来实现，为了克服马达启动(停止)时齿轮与齿条的冲击，开发了一种弹性体联结结构达到启动缓冲作用。图6所示是移动钳马达缓冲装置；包括驱动马达14的支撑板24、弹性隔套25和固定板26。在驱动马达14的支撑板24上安装的弹性隔套25起到弹性体的缓冲作用，克服了液压驱动马达14启动或停止时齿轮齿条15的冲击，提高了设备使用寿命。

图7是快旋机构示意图；本发明的快旋机构2设计为开放式浮动机构，其机架采用开放式结构，钻具可以直接从机架上方吊进吊出，便于被拆装钻具的取放。该机构的主要功能是，当钻具通过冲扣动作使螺纹松开后进行快速旋转，以快速卸下钻具，反之，为了使钻具外壳快速拧紧螺纹而快速旋转，以做冲扣准备。该机构的夹钳成“双V型”结构，夹钳通过悬挂装置27悬挂在架体31上并在导杠30上滑动，两只钳口分别通过两只夹紧油缸28驱动夹紧钻具，以适应钻具同轴度的变化，克服机械干涉。夹钳的钳口处设置四个摩擦轮33，每两只摩擦轮33通过一只液压驱动马达29进行驱动，摩擦轮33的旋转实现钻具外壳的快速旋转。

常见的夹紧油缸的活塞体端部导向结构，由于铁屑、泥浆的污染对导向件的产生过度磨损，为了避免上述问题，本发明开发了油缸活塞杆内装式导向结构，代替了现有的导向结构。图8是本发明的液压油缸示意图。如图所示，在现有技术中，活塞杆35的运动是靠活塞杆端部34导向，本发明的活塞杆端部34不起导向作用，仅传递轴向力，在油缸底部固定一个导向轴37，导向轴37沿轴向安装导向键36，活塞杆35尾部开长孔，孔壁开有导向槽，活塞杆35尾部套入导向轴37，导向键36沿活塞杆35尾部孔壁的导向槽滑动，对活塞杆35其导向作用，因为高导向结构在活塞杆35内部，不会产生过度磨损。

该系统的动力部分的液压系统采用双联泵结构，由高压小流量支路提供冲扣机构和拉拔装置的动力，由低压大流量支路提供其他需要快速运动的机构或装置的动力。检测与控制系统该系统对液压系统的压力、推(拉)力、冲(卸)扣力矩可以设定、检测和显示，对于冲(卸)扣力矩可以存储和打印输出。该系统采用PLC进行程序控制。

同时，在检测与控制系统控制采用电节点压力表、蓄能器、减压阀和电磁换向阀的集成设计技术，实现了针对不同管径的不同夹紧力的设定与调整，具有瞬时压力显示功能，适应了多规格钻具的快速装(卸)作业。

Claims (7)

1.一种螺杆钻具液压拆装机，包括床身、快旋机构、冲扣机构、固定钳装置、移动钳装置、辅助支撑、拉拔装置、检测与控制系统和液压系统，其特征在于：

所述固定钳装置和移动钳装置的钻具同步夹紧机构由调速器控制，该调速器是由等流量齿轮马达构成；

所述移动钳装置底部设置驱动装置和浮动滚轮组件，使移动钳装置在床身导轨上浮动行走；

所述快旋机构为开放式机架，并具有安装摩擦轮的钳口，驱动钻具外壳的快速旋转。

2.根据权利要求1所述的拆装机，其特征在于：所述固定钳装置和移动钳装置的钻具同步夹紧机构包括六个夹紧油缸，其六个上进液口和所述液压系统相通，六个下进液口分别与所述等流量齿轮马达的六个出液口相通，所述等流量齿轮马达利用其对液压的均匀分配，对六个夹紧油缸的液压精确平衡。

3.根据权利要求1所述的拆装机，其特征在于：所述移动钳的浮动滚轮组件包括驱动马达、齿轮齿条和浮动行走滚轮装置，驱动马达驱动齿轮齿条使移动钳装置移动，所述移动钳装置的总重量由移动钳架体底部均布的四只浮动滚轮承载，该滚轮坐落在床身导轨上，使所述移动钳整体通过浮动滚轮悬浮在导轨上。

4.根据权利要求1所述的拆装机，其特征在于：所述快旋机构的夹钳成双V型结构，夹钳通过悬挂装置悬挂在架体上并在导杠上滑动，两只钳口分别通过两只夹紧油缸驱动夹紧钻具，夹钳的钳口处设置四个摩擦轮，每两只摩擦轮通过一只液压驱动马达进行驱动，摩擦轮的旋转实现钻具外壳的快速旋转。

5.根据权利要求1的螺杆钻具液压拆装机，其特征在于，所述移动钳驱动装置设置马达缓冲装置，该马达缓冲装置包括驱动马达的支撑板、弹性隔套和固定板，弹性隔套安装在驱动马达的支撑板上，起到弹性体的缓冲作用。

6.根据权利要求1的螺杆钻具液压拆装机，其特征在于，所述固定钳装置和移动钳装置的钻具同步夹紧机构由液压油缸驱动，在所述液压油缸底部固定一个导向轴，该导向轴沿轴向安装导向键，所述液压油缸的活塞杆尾部开一长孔，该长孔的孔壁开有导向槽，所述活塞杆尾部套入所述导向轴，所述导向键沿所述活塞杆尾部孔壁的所述导向槽滑动，对所述活塞杆起导向作用。

7.根据权利要求3的螺杆钻具液压拆装机，其特征在于，所述浮动行走滚轮装置包括浮动滚轮、支架、架体、弹簧顶杆、垫片弹簧和调整螺母，其中，所述浮动滚轮的轴铰接在所述支架上，所述支架与所述架体采用铰接方式，所述浮动滚轮同时铰接在所述弹簧顶杆上，通过调整螺母使所述弹簧顶杆与所述架体相接触，所述垫片弹簧使所述浮动行走滚轮装置始终处于弹性状态。

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