CN103277058A

CN103277058A - 一种液压式节能钻杆输送设备

Info

Publication number: CN103277058A
Application number: CN2013102102984A
Authority: CN
Inventors: 康银戈; 刘岩; 孙友宏; 王继新; 王清岩; 刘庆松; 高科; 张永祥
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: CN103277058B

Abstract

本发明公开了一种液压式节能钻杆输送设备，是由底座、起升模块、送杆模块和节能模块组成，所述的起升模块通过起升支撑轴和底座铰接；起升模块中的起升油缸一端和底座铰接，另一端和起升下支架的中间部分铰接；送杆模块通过机构与起升上支架及移动滑套铰接；送杆节能模块中的箱体与底座固连；起升支撑轴和齿轮支撑轴通过联轴器连接；本发明通过采用节能机构，减少了能耗，达到了节能效果；在起升过程中，同时完成了支架的伸长，减少了人工的参与，降低了了安全风险，提高了钻杆输送效率；仅采用一个支架伸缩油缸就实现了起升支架的伸长和钻杆的推送，并且送杆机构中采用椭圆规原理，保证了钻杆的平行推送；简化了结构，具有造价低廉、便于维修的特点。

Description

一种液压式节能钻杆输送设备

技术领域

本发明属于石油钻机配套设备技术领域，具体涉及一种液压式节能钻杆输送设备。

背景技术

目前，国内外陆上石油钻机上钻杆的输送基本上都通过地面设备来完成的，输送设备的自动化程度对钻杆输送的效率起到了举足轻重的作用。现在国内多数钻杆输送设备的自动化程度不足，输送钻杆耗时长、效率低，同时工人的劳动强度大，存在安全隐患；猫道的出现提高了钻杆输送的自动化程度，但现存的猫道要么结构复杂，要么制造成本较高，影响猫道设备的更新换代，而且，目前的猫道设备耗能大，没有考虑到回程时设备重力势能的回收与再利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能化、高效率，并具有节能效果的液压式钻杆输送设备。

本发明为解决上述技术问题，通过以下技术方案实现：

本发明是由底座、起升模块、送杆模块和节能模块构成，其中，起升模块是由起升油缸、起升上支架、起升下支架、起升支撑轴、拉杆、支架伸缩油缸和移动滑套组成，起升油缸的一端和底座铰接，起升油缸的另一端和起升下支架的中间部分铰接；起升下支架的底端通过起升支撑轴和底座铰接；支架伸缩油缸的一端和起升下支架铰接，支架伸缩油缸的另一端和起升上支架铰接；起升上支架背面设有拉杆滑道，拉杆通过拉杆滑块在拉杆滑道中滑动；移动滑套套在起升上支架上，可以相对起升上支架滑动。

送杆模块是由送杆主动臂、送杆主动臂支杆、送杆副动臂和机械手托架组成，机械手托架两端分别固连有上机械手和下机械手，送杆主动臂的一端和移动滑套铰接，送杆主动臂的另一端和机械手托架铰接；送杆主动臂支杆的一端和起升上支架铰接，送杆主动臂支杆的另一端和送杆主动臂的中间位置铰接；送杆副动臂的一端和移动滑套铰接，送杆副动臂的另一端和机械手托架铰接，用于保证机械手托架平行起升上支架移动。

节能模块是由箱体、配重体、齿条、齿条滑轨和扇形齿轮组成，箱体与底座固连；配重左滑轮固定在箱体上，配重右滑轮固定在齿条的一端，配重体在配重左滑轮和配重右滑轮之间可以上下移动；齿条上有滚轮，保证齿条在齿条滑轨中间滑动；齿条和扇形齿轮啮合；扇形齿轮通过齿轮支撑轴与箱体铰接。

起升支撑轴和齿轮支撑轴通过联轴器连接。

本发明的工作过程为：

首先，起升模块中的起升上支架和起升下支架为水平状态。起升油缸伸长，带动起升下支架绕铰点旋转；节能模块的配重体在重力的作用下向下落，由于配重左滑轮固定在箱体上，配重将迫使配重右滑轮带动齿条移动，齿条通过啮合带动扇形齿轮和齿轮支撑轴旋转，齿轮支撑轴通过联轴器带动起升支撑轴旋转，起升支撑轴带动起升下支架旋转，从而将配重体的重力转换成起升下支架的起升力；起升下支架在起升油缸和节能模块的共同作用下完成起升。在起升同时，支架伸缩油缸带动起升上支架伸长，移动滑套随着起升上支架运动，拉杆上的拉杆滑块从拉杆滑道的底侧向上滑动。

在起升的过程中，拉杆上的拉杆滑块从拉杆滑道的底侧向上滑动到顶侧，由于拉杆滑道的限位导致拉杆不能继续滑动，移动滑套不再随着起升上支架运动；而支架伸缩油缸继续带动起升上支架伸长，送杆主动臂支杆和起升上支架的铰接点逐渐靠近移动滑套，导致机械手托架逐渐远离起升上支架。

在起升下支架到达竖直状态时，节能模块的配重体处于其位置范围的最低处，配重体存储的重力势能转换成起升模块、送杆模块的重力势能；机械手托架伸到所需位置，将钻杆送至井口。

送钻杆动作结束后，支架伸缩油缸和起升油缸收回，起升下支架带着起升上支架和送杆模块回落初始状态；在回落过程中，起升下支架通过联轴带动扇形齿轮反向旋转，扇形齿轮带动齿条反向滑动，迫使配重体回到最高位置，从而将起升模块、送杆模块回程的重力势能转换为配重体的重力势能，存储在配重体中。

本发明的有益效果是：

1、通过采用节能机构，将起升机构、送杆机构的重力势能和配重体的重力势能相互转换，达到能量存储和再利用，减少了能耗，达到了节能效果。

2、在起升过程中，同时完成了支架的伸长，减少了人工的参与，减小了安全风险，提高了钻杆输送效率。

3、仅采用一个支架伸缩油缸就实现了起升支架的伸长和钻杆的推送，并且送杆机构中采用椭圆规原理，保证了钻杆的平行推送。简化了结构，具有造价低廉、便于维修的特点。

附图说明

图1为本发明立体示意图。

图2为本发明的起升模块结构示意图。

图3为本发明的送杆模块结构示意图。

图4为本发明的节能模块结构示意图。

图5为本发明的配重体结构示意图。

图6为本发明起升过程初始状态图。

图7为本发明起升过程中送杆模块动作初始状态图。

图8为本发明起升过程最终状态图。

图9为本发明回落过程状态图。

图中：1—底座；2—起升模块；21—起升油缸；22—起升上支架；221—拉杆滑道；23—起升下支架；24—起升支撑轴；25—拉杆；251—拉杆滑块；26—支架伸缩油缸；27—移动滑套；3—送杆模块；31—送杆主动臂；32—送杆主动臂支杆；33—送杆副动臂；34—机械手托架；341—上机械手；342—下机械手；4—节能模块；41—箱体；42—配重体；43—齿条；431—滚轮；44—齿条滑轨；45—扇形齿轮；46—配重左滑轮；47—配重右滑轮；48—齿轮支撑轴；5—联轴器。

具体实施方式

请参阅图1所示，本实施例是由底座1、起升模块2、送杆模块3和节能模块4构成，如图2所示，起升模块2是由起升油缸21、起升上支架22、起升下支架23、起升支撑轴24、拉杆25、支架伸缩油缸26和移动滑套27组成，起升油缸21的一端和底座1铰接，起升油缸21的另一端和起升下支架23的中间部分铰接；起升下支架23的底端通过起升支撑轴24和底座1铰接；支架伸缩油缸26的一端和起升下支架23铰接，支架伸缩油缸26的另一端和起升上支架22铰接；起升上支架22背面设有拉杆滑道221，拉杆25通过拉杆滑块251在拉杆滑道221中滑动；移动滑套27套在起升上支架22上，可以相对起升上支架22滑动。

如图3所示，送杆模块3是由送杆主动臂31、送杆主动臂支杆32、送杆副动臂33和机械手托架34组成，机械手托架34两端分别固连有上机械手341和下机械手342，送杆主动臂31的一端和移动滑套27铰接，送杆主动臂31的另一端和机械手托架34铰接；送杆主动臂支杆32的一端和起升上支架22铰接，送杆主动臂支杆32的另一端和送杆主动臂31的中间位置铰接；送杆副动臂33的一端和移动滑套27铰接，送杆副动臂33的另一端和机械手托架34铰接，用于保证机械手托架34平行起升上支架22移动。

如图4所示，节能模块4是由箱体41、配重体42、齿条43、齿条滑轨44和扇形齿轮45组成，箱体41与底座1固连；配重左滑轮46固定在箱体41上，配重右滑轮47固定在齿条43的一端，配重体42在配重左滑轮46和配重右滑轮47之间可以上下移动；齿条43上有滚轮431，保证齿条43在齿条滑轨44中间滑动；齿条43和扇形齿轮45啮合；扇形齿轮45通过齿轮支撑轴48与箱体41铰接。起升支撑轴24和齿轮支撑轴48通过联轴器5连接。

如图5所示，配重体42两侧为特殊的弧形曲线，曲线的形状是根据起升下支架23在起升与回落过程中，起升模块2和送杆模块3的重心位置变化来制定，其特有的弧形曲线可以保证起升下支架23在起升与回落过程中，配重体42相对于起升支撑轴24的等效力矩与起升模块2和送杆模块3相对于起升支撑轴24的等效力矩相等，在不考虑能量损失的理想情况下，可实现猫道在整个工作过程中消耗的能量只用于钻杆重力势能的增加。

本实施例的工作过程是：

首先，起升模块2中的起升上支架22和起升下支架23为水平状态，如图6所示，起升油缸21伸长，带动起升下支架23绕铰点旋转；节能模块4的配重体42在重力的作用下向下落，由于配重左滑轮46固定在箱体41上，配重将迫使配重右滑轮47带动齿条43移动，齿条43通过啮合带动扇形齿轮45和齿轮支撑轴48旋转，齿轮支撑轴48通过联轴器5带动起升支撑轴24旋转，起升支撑轴24带动起升下支架23旋转，从而将配重体42的重力转换成起升下支架23的起升力；起升下支架23在起升油缸21和节能模块4的共同作用下完成起升。在起升同时，支架伸缩油缸26带动起升上支架22伸长，移动滑套27随着起升上支架22运动，拉杆25上的拉杆滑块251从拉杆滑道221的底侧向上滑动。

在起升的过程中，拉杆25上的拉杆滑块251从拉杆滑道221的底侧向上滑动到顶侧，由于拉杆滑道221的限位导致拉杆25不能继续滑动，移动滑套27不再随着起升上支架22运动；而支架伸缩油缸26继续带动起升上支架22伸长，送杆主动臂支杆32和起升上支架22的铰接点逐渐靠近移动滑套27，导致机械手托架34逐渐远离起升上支架22，如图7所示。

在起升下支架23到达竖直状态时，节能模块4的配重体42处于其位置范围的最低处，配重体42存储的重力势能转换成起升模块2、送杆模块3的重力势能；机械手托架34伸到所需位置，将钻杆送至井口，如图8所示。

送钻杆动作结束后，支架伸缩油缸26和起升油缸21收回，起升下支架23带着起升上支架22和送杆模块3回落初始状态；在回落过程中，起升下支架23通过联轴5带动扇形齿轮45反向旋转，扇形齿轮45带动齿条43反向滑动，迫使配重体42回到最高位置，从而将起升模块2、送杆模块3回程的重力势能转换为配重体42的重力势能，存储在配重体42中，如图9所示。

往复上述过程，可以将钻杆高效的从地面运送至井口。

Claims

1.一种液压式节能钻杆输送设备，其特征在于：是由底座（1）、起升模块（2）、送杆模块（3）和节能模块（4）组成，

所述的起升模块（2）通过起升支撑轴（24）和底座（1）铰接；起升模块（2）中的起升油缸（21）一端和底座（1）铰接，起升油缸（21）的另一端和起升下支架（23）的中间部分铰接；

所述的送杆模块（3）中的送杆主动臂（31）的一端和起升模块（2）中的移动滑套（27）铰接，送杆主动臂（31）的另一端和机械手托架（34）铰接；送杆模块（3）中的送杆主动臂支杆（32）的一端和起升模块（2）中的起升上支架（22）铰接，送杆主动臂支杆（32）的另一端和送杆主动臂（31）的中间位置铰接；送杆模块（3）中的送杆副动臂（33）的一端和起升模块（2）中的移动滑套（27）铰接，送杆副动臂（33）的另一端和机械手托架（34）铰接；

所述的节能模块（4）中的箱体（41）与底座（1）固连；

所述的起升支撑轴（24）和齿轮支撑轴（48）通过联轴器（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种液压式节能钻杆输送设备，其特征在于：所述的起升模块（2）是由起升油缸（21）、起升上支架（22）、起升下支架（23）、起升支撑轴（24）、拉杆（25）、支架伸缩油缸（26）和移动滑套（27）组成，起升油缸（21）的一端和底座（1）铰接，起升油缸（21）的另一端和起升下支架（23）的中间部分铰接；起升下支架（23）的底端通过起升支撑轴（24）和底座（1）铰接；支架伸缩油缸（26）的一端和起升下支架（23）铰接，支架伸缩油缸（26）的另一端和起升上支架（22）铰接；起升上支架（22）侧面设有拉杆滑道（221），拉杆（25）通过拉杆滑块（251）在拉杆滑道（221）中滑动；移动滑套（27）套在起升上支架（22）上，可以相对起升上支架（22）滑动。

3.根据权利要求1所述的一种液压式节能钻杆输送设备，其特征在于：所述的送杆模块（3）是由送杆主动臂（31）、送杆主动臂支杆（32）、送杆副动臂（33）和机械手托架（34）组成，机械手托架（34）两端分别固连有上机械手（341）和下机械手（342），用于抓持钻杆。

4.根据权利要求1所述的一种液压式节能钻杆输送设备，其特征在于：所述的节能模块（4）是由箱体（41）、配重体（42）、齿条（43）、齿条滑轨（44）和扇形齿轮（45）组成，配重左滑轮（46）固定在箱体（41）上，配重右滑轮（47）固定在齿条（43）的一端，配重体（42）在配重左滑轮（46）和配重右滑轮（47）之间可以上下移动；齿条（43）上有滚轮（431），保证齿条（43）在齿条滑轨（44）中间滑动；齿条（43）和扇形齿轮（45）啮合；扇形齿轮（45）通过齿轮支撑轴（48）与箱体（41）铰接。

5.根据权利要求4所述的一种液压式节能钻杆输送设备，其特征在于：所述的配重体（42）两侧为特殊的弧形曲线，曲线的形状是根据起升下支架（23）在起升与回落过程中，起升模块（2）和送杆模块（3）的重心位置变化来制定，其特有的弧形曲线可以保证起升下支架（23）在起升与回落过程中，配重体（42）相对于起升支撑轴（24）的等效力矩与起升模块（2）和送杆模块（3）相对于起升支撑轴（24）的等效力矩相等。