CN103407920B - 一种由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，该绞车设有变频电机、绞车架、卷筒架、液压盘刹、排绳机构和监控系统，变频电机和卷筒架分别设置于绞车架的左侧和右侧；卷筒架设有水平设置的通过轴承与卷筒架连接的绞车中心轴，卷筒架内设有与绞车中心轴的径向外侧连接的卷筒；绞车中心轴的左端伸出卷筒架通过连接板与电磁离合器的从动板连接，变频电机的输出轴与减速箱的输入轴连接，减速箱输出轴通过轴套与电磁离合器的主动板连接；卷筒架的上部设有排绳机构，绳索通过排绳机构绕接在卷筒上；监控系统包括绳长绳速传感器、张力测试机构和监控计算机。该绞车具有高效安全、智能操控、节能环保的特点。

Description

一种由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车

技术领域

本发明涉及一种地质钻探设备，具体涉及一种由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车。

背景技术

随着国民经济的快速发展，全社会对各种资源的需求相应提高，深层勘探找矿成为我国地质工作的主要攻坚对象。而随着绳索取芯技术的不断发展，绳索绞车越来越成为钻探设备中的重要组成部件之一。

深孔取心，尤其是连续取心3000米，打捞尤其重要。每一次打捞岩心的不成功，就意味着一次深孔高强度的提钻作业的失败，数十吨钻杆柱频繁的提起放下需要消耗巨大的动力和人力劳动，徒增毫无用处的辅助时间，而且增加了孔内事故率，很达程度上降低了钻探效率，使得施工的危险性增加。能否降低取心的辅助时间、降低绞车的维修时间、绞车能耗，能否增强绞车的稳定性、提高绞车效率、提高取心的成功率，会对绞车打捞效率产生重要的影响。虽然岩心打捞不成功由很多因素造成，如岩心脱落、内管顶死、钻具配置不当等，但绳索取心绞车本身的技术不过关或不易操作而造成的打捞失败，仍是最主要的原因之一。

目前，地勘单位大多使用机械式或者液压式的绳索绞车，传统的机械式绳索绞车一般无排绳、无监测装置，在深度、操控、监测、稳定性等方面非常滞后，事故频发，尤其在深孔钻探过程中与绳索取心的工艺要求很不协调，不能满足当前地质取心钻探发展的需要。而液压式绳索绞车虽然较机械式有了很大的提升，但其具有液压系统复杂、不易查找故障点、设备维修困难，液压传动效率低、能耗高、不利于节能减排的缺陷，同时液压油在维修过程中很容易泄露造成环境污染。因此，研制清洁、高效、高精度操作的深孔绳索取心绞车是很有必要的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于地质钻探由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车。该绞车由电驱动、带有离合器、盘刹系统、排绳机构、运行监控系统的新型智能深孔用绳索绞车，该绞车具有高效、安全、智能操控、节能环保的特点。

为解决上述问题，本发明采用技术方案为：

一种由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，该绞车设有变频电机、绞车架、卷筒架、排绳机构和监控系统，变频电机和卷筒架分别设置于绞车架的左侧和右侧；卷筒架设有水平设置的通过轴承与卷筒架连接的绞车中心轴，卷筒架内设有与绞车中心轴的径向外侧连接的卷筒；为了实现使用电机高效驱动与控制绞车运行，绞车中心轴的左端伸出卷筒架通过连接板与电磁离合器的从动板连接，变频电机的输出轴与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴通过轴套与电磁离合器的主动板连接，该电磁离合器能够通过电信号的控制实现电机驱动轴与绞车中心轴的离合，增加的绞车的操控性能；为了使得绳索有序收卷在卷筒上，卷筒架的上部设有排绳机构，绳索通过排绳机构绕接在卷筒上；为了能够实时监测绞车的运行状态，以做出相应的调整与控制，监控系统包括绳长绳速传感器、张力测试机构和监控计算机，该监控计算机能够通过监测数据做出操作指令，控制电磁离合器、变频电机的运行状态，达到更好的工作效果。

本发明为了能够控制卷筒的转速并制动卷筒，较佳的技术方案有，绞车还设有用于制动卷筒的液压盘刹，该液压盘刹通过螺栓与连接板外侧连接，该液压盘刹设有刹车盘；为了提高盘刹的制动效果，该绞车还设有用于与液压盘刹配合的盘刹架，该盘刹架通过螺栓设置于绞车架上；为了能够实现监控计算机对于液压盘刹的控制，该绞车还设置有用于控制液压盘刹制动的液压盘刹控制器，该液压盘刹控制器通过控制线路与监控计算机连接。

本发明为了将绳索在收放过程中能够有序卷收和放绳，较佳的技术方案还有，排绳机构通过排绳转轴连接于卷筒架的上端，排绳转轴与卷筒平行设置，排绳转轴上设有用于排布绳索的排绳滑轮；为了对排绳机构提高排绳动力，排绳机构的右端设有位于卷筒架外侧的排绳链轮；绞车中心轴右端设有伸出卷筒架的动力输出链轮，该动力输出链轮通过传动链条与排绳链轮连接。

本发明为了实现对于绞车运行状态的监测，以实时控制绞车的运行来达到较好的钻探效果，较佳的技术方案还有，绳长绳速传感器设置于排绳机构的排绳滑轮上，该绳长绳速传感器通过滑轮的转动测得绳索的收放速度及收放距离，并将该信息传输至监控计算机进行计算和处理，根据钻探需求进一步控制绞车的运行状态；为了实现对于绳索张力的实时检测，以保证绞车的安全高效运行，张力测试机构的底板两端分别设有同一平面内相同高度的左侧定滑轮和右侧定滑轮，所述两个定滑轮用于固定绳索的进入方向；左侧定滑轮和右侧定滑轮的内侧设置有同一平面内两个相同的第一张力定滑轮和第二张力定滑轮，所述两个张力定滑轮的下端与左侧定滑轮和右侧定滑轮上端的水平高度相同，左侧定滑轮与第一定滑轮调控出绳的水平方向，右侧定滑轮和地位定滑轮能够调控进绳的水平方向，这样使得绳索的进出两个方向都是水平方向，使得对于绳索的张力检测更加准确；所述两个张力定滑轮的中央设置有中央张力定滑轮，且中央张力定滑轮的上端高于第一张力定滑轮和第二张力定滑轮的下端；为了实现对于张力的监测，所述中央张力定滑轮设置有张力传感器，该张力传感器通过信号传输线路与监控计算机连接；左侧定滑轮、右侧定滑轮、第一张力定滑轮、第二张力定滑轮和中央张力定滑轮位于同一平面内。

本发明为了减小绞车中心轴的转动摩擦，同时提高卷筒的稳定性，较佳的技术方案还有，绞车中心轴通过左轴承和右轴承分别与卷筒架的两侧连接，且卷筒架上分别设有与左轴承和右轴承配合的左轴承座和右轴承座；为了保护轴承不受损害，左轴承座的外侧设有左盖板，右轴承座的外侧设有右盖板。

本发明为了能够调整卷筒的位置，使得卷筒能够保持水平，使其在收放绳索时不会发生侧偏，较佳的技术方案还有，绞车中心轴右轴承的内侧设有阶梯轴，该阶梯轴上套有用于调整卷筒位置的扶正套，该扶正套通过螺栓与卷筒连接，通过调节该螺栓能够调整卷筒的位置，使其保持正常的运行方向。

本发明为了实现监控计算机对于绞车的实时监测与运行状态的控制，较佳的技术方案还有，该绞车还设有用于控制变频电机转速的变频器，该变频器能够调控变频电机的转速，以实现对于卷筒转速和绳索收放速度的控制，该变频器能够通过降低变频电机的转速达到制动卷筒的效果，液压盘刹也起到制动卷筒的效果；为了实现对绳长绳速及绳索张力的实时监测，绳长绳速传感器和张力传感器分别通过信号传输线路与监控计算机连接；为了能够控制及制动卷筒转动以调节绞车的运行状态，监控计算机通过控制线路分别与变频器、电磁离合器和液压盘刹控制器连接。

本发明为了实现监控计算机对于绞车的控制，较佳的技术方案还有，监控计算机设有用于处理绳长绳速传感器和张力传感器信号的模数转换电路；为了便于监控绞车的运行状态，该监控计算机还设有用于显示绞车运行状态和调控绞车运行参数的触摸控制屏，该触控显示屏与监控计算机连接。

本发明为了提高绞车的整体刚性和连接强度，较佳的技术方案还有，连接板通过双键与绞车中心轴连接；左轴承和右轴承的外侧分别设有与绞车中心轴连接的卡环；电磁离合器的主动盘通过轴键固定在减速箱输出轴上，电磁离合器的从动盘通过螺栓与连接板连接。

本发明为了进一步提高绞车的强度，较佳的技术方案还有，绞车中心轴为一根通轴；电机和减速箱分别通过螺栓与绞车架连接。

本发明由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车是一种效率高、能耗低、运行平稳、制动平缓的高效绞车，同时具有排绳功能、绳速绳长监测功能、张力测试功。

本发明具有如下优点和积极效果：

（1）本发明采用了交流变频电机驱动，该电驱绳索绞车具有效率高、故障率低、无污染的特点；本绞车装有变频器，可实现无级调速；同时采用大功率电机，可实现较大转速范围内的恒扭矩运转，可有效防止钢丝绳高速运转时拉力降低发生卡阻，对施工产生不利影响。

（2）本发明采用了电磁离合器，可实现打捞工具在电机不启动时自由下放，节省下放时间，提高打捞效率，同时节省能耗，节能减排。在电磁离合器通电后也可实现按要求速度下放。

（3）本发明采用了电机制动和盘刹制动两种制得方式，能够实现电机制动为主要制动方式，其制动缓和平稳，制动效果好；也能够实现盘刹制动为辅助制动方式，在自由落钩工况下实现任意位置的绞车制动；同时在井场失电状态下，盘刹系统有蓄能器，可以保证在一定时间内制动绞车，能够防止打捞工具掉入孔内造成事故。

（4）本发明在新的安装角度设置了排绳机构，排绳机构安装于绞车前上方，同时卷筒架两侧板上不同位置均有安装孔，可实现排绳机构位置的调整。本发明的绞车能有效的避免由于保护钢丝绳特殊要求而占用过多的井场空间，提高了设备的空间利用率。

（5）本发明设有新型结构的钢丝绳张力检测机构，张力传感器前后均安装有定滑轮，保证钢丝绳进出张力传感器的角度始终不变，能够避免由于钢丝绳在运行过程中的摆动造成钢丝绳张力测量误差，避免错误的张力检测数据使操作者判断错误造成事故发生。

附图说明

图1为本发明由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车结构图；

图2为本发明由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车右侧视图；

图3为本发明张力检测机构结构图。

图中：1、连接板；2、刹车盘；3、左盖板；4、左轴承座；5、排绳滑轮；6、排绳转轴；7、绞车中心轴；8、卷筒；9、扶正套；10、右轴承座；11、排绳链轮；12、右盖板；13、动力输出链轮；14、卷筒架；15、电磁离合器；16、绞车架；17、轴套；18、变频电机；19、排绳机构；20、液压盘刹；21、盘刹架；22、张力测试机构；23、左侧定滑轮；24、第一张力定滑轮；25、中央张力定滑轮；26、第二张力定滑轮；27、右侧定滑轮；28、底板；29、绳索。

具体实施方式

下列实施例将进一步说明本发明。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本发明是一种由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，该绞车设有变频电机18、绞车架16、卷筒架14、排绳机构19和监控系统，变频电机18和卷筒架14分别设置于绞车架16的左侧和右侧；卷筒架14设有水平设置的通过轴承与卷筒架14连接的绞车中心轴7，卷筒架14内设有与绞车中心轴7的径向外侧连接的卷筒8；为了实现使用电机高效驱动与控制绞车运行，绞车中心轴7的左端伸出卷筒架14通过连接板1与电磁离合器15的从动板连接，变频电机18的输出轴与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴通过轴套17与电磁离合器15的主动板连接，该电磁离合器15能够通过电信号的控制实现电机驱动轴与绞车中心轴7的离合，增加的绞车的操控性能；为了使得绳索29有序收卷在卷筒8上，卷筒架14的上部设有排绳机构19，绳索29通过排绳机构19绕接在卷筒8上；为了能够实时监测绞车的运行状态，以做出相应的调整与控制，监控系统包括绳长绳速传感器、张力测试机构22和监控计算机，该监控计算机能够通过监测数据做出操作指令，控制电磁离合器15、变频电机18的运行状态。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明为了能够控制卷筒8的转速并制动卷筒8，较佳的实施方式还有，绞车还设有用于制动卷筒8的液压盘刹20，该液压盘刹20通过螺栓与连接板1外侧连接，该液压盘刹设有刹车盘2，为了提高盘刹的制动效果，该绞车还设有用于与液压盘刹20配合的盘刹架21，该盘刹架21通过螺栓设置于绞车架16上；为了能够实现监控计算机对于液压盘刹20的控制，该绞车还设置有用于控制液压盘刹20制动的液压盘刹控制器，该液压盘刹控制器通过控制线路与监控计算机连接，其他部分与实施例1完全相同。

实施例3

在实施例2的基础上，本发明为了将绳索在收放过程中能够有序卷收和放绳，较佳的实施方式还有，排绳机构19通过螺栓连接于卷筒架14的上端，排绳转轴6与卷筒8平行设置，排绳转轴6上设有用于排布绳索29的排绳滑轮5；为了对排绳机构19提供排绳动力，排绳机构的右端设有位于卷筒架14外侧的排绳链轮11；绞车中心轴7右端设有伸出卷筒架14的动力输出链轮13，该动力输出链轮13通过传动链条与排绳链轮11连接，其他部分与实施例2完全相同。

实施例4

在实施例3的基础上，本发明为了实现对于绞车运行状态的监测，以实时控制绞车的运行来达到较好的钻探效果，较佳的实施方式还有，绳长绳速传感器设置于排绳机构19的排绳滑轮5上，该绳长绳速传感器通过排绳滑轮的转动测得绳索29的收放速度及收放距离，并将该信息传输至监控计算机进行计算和处理，根据钻探需求进一步控制绞车的运行状态；为了实现对于绳索张力的实时检测，以保证绞车的安全高效运行，张力测试机构22的底板28两端分别设有同一平面内相同高度的左侧定滑轮23和右侧定滑轮27；左侧定滑轮23和右侧定滑轮27的内侧设置有同一平面内两个相同的第一张力定滑轮24和第二张力定滑轮26，所述两个张力定滑轮的下端与左侧定滑轮23和右侧定滑轮27上端的水平高度相同，左侧定滑轮23与第一定滑轮调控出绳的水平方向，右侧定滑轮27和第二定滑轮能够调控进绳的水平方向；所述两个张力定滑轮的中央设置有中央张力定滑轮25，且中央张力定滑轮25的上端高于第一张力定滑轮24和第二张力定滑轮26的下端；为了实现对于张力的监测，所述中央张力定滑轮25设置有张力传感器，该张力传感器通过信号传输线路与监控计算机连接；左侧定滑轮23、右侧定滑轮27、第一张力定滑轮24、第二张力定滑轮26和中央张力定滑轮25位于同一平面内，其他部分与实施例3完全相同。

实施例5

在实施例4的基础上，本发明为了减小绞车中心轴7的转动摩擦，同时提高卷筒8的稳定性，较佳的实施方式还有，绞车中心轴7通过左轴承和右轴承分别与卷筒架14的两侧连接，且卷筒架14上分别设有与左轴承和右轴承配合的左轴承座4和右轴承座10；为了保护轴承不受损害，左轴承座4的外侧设有左盖板3，右轴承座10的外侧设有右盖板12；为了能够调整卷筒8的位置，使其在收放绳索时不会发生侧偏，绞车中心轴7的右轴承的内侧设有阶梯轴，该阶梯轴上套有用于调整卷筒8位置的扶正套9，该扶正套9通过螺栓与卷筒8连接，通过调节该螺栓能够调整卷筒8的位置，其他部分与实施例4完全相同。

实施例6

在实施例5的基础上，本发明为了实现监控计算机对于绞车的实时监测与运行状态的控制，较佳的实施方式还有，该绞车还设有用于控制变频电机18转速的变频器，该变频器能够调控变频电机18的转速，以实现对于卷筒8转速和绳索29收放速度的控制；为了实现对绳长绳速及绳索张力的实时监测，绳长绳速传感器和张力传感器分别通过信号传输线路与监控计算机连接；为了能够控制及制动卷筒8转动以调节绞车的运行状态，监控计算机通过控制线路分别与变频器、电磁离合器15和液压盘刹控制器连接，其他部分与实施例5完全相同。

实施例7

在实施例6的基础上，本发明为了实现监控计算机对于绞车的控制，较佳的实施方式还有，监控计算机设有用于处理绳长绳速传感器和张力传感器信号的模数转换电路；为了便于监控绞车的运行状态，该监控计算机还设有用于显示绞车运行状态和调控绞车运行参数的触摸控制屏，该触控显示屏与监控计算机连接，其他部分与实施例6完全相同。

实施例8

在实施例7的基础上，本发明为了提高绞车的整体刚性和连接强度，较佳的实施方式还有，连接板1通过双键与绞车中心轴7连接；左轴承和右轴承的外侧分别设有与绞车中心轴7连接的卡环；电磁离合器15的主动盘通过轴键固定在减速箱输出轴上，电磁离合器15的从动盘通过螺栓与连接板1连接，绞车中心轴7为一根通轴；电机和减速箱分别通过螺栓与绞车架16连接，其他部分与实施例7完全相同。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，其特征在于，该绞车设有变频电机、绞车架、卷筒架、液压盘刹、排绳机构和监控系统，变频电机和卷筒架分别设置于绞车架的左侧和右侧；卷筒架设有水平设置的通过轴承与卷筒架连接的绞车中心轴，卷筒架内设有与绞车中心轴的径向外侧连接的卷筒；绞车中心轴的左端伸出卷筒架通过连接板与电磁离合器的从动板连接，变频电机的输出轴与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴通过轴套与电磁离合器的主动板连接；卷筒架的上部设有排绳机构，绳索通过排绳机构绕接在卷筒上；监控系统包括绳长绳速传感器、张力测试机构和监控计算机；

绞车还设有用于制动卷筒的液压盘刹，该液压盘刹通过螺栓与连接板外侧连接，该绞车还设有用于与液压盘刹配合的盘刹架，该盘刹架通过螺栓设置于绞车架上；该绞车还设置有用于控制液压盘刹制动的液压盘刹控制器；

排绳机构通过螺栓连接于卷筒架的上端，排绳转轴与卷筒平行设置，排绳转轴上设有用于排布绳索的排绳滑轮；排绳机构的右端设有位于卷筒架外侧的排绳链轮；绞车中心轴右端设有伸出卷筒架的动力输出链轮，该动力输出链轮通过传动链条与排绳链轮连接；

绳长绳速传感器设置于排绳机构的排绳滑轮上；张力测试机构的底板两端分别设有同一平面内相同高度的左侧定滑轮和右侧定滑轮；左侧定滑轮和右侧定滑轮的内侧设置有同一平面内两个相同的第一张力定滑轮和第二张力定滑轮，所述两个张力定滑轮的下端与左侧定滑轮和右侧定滑轮上端的水平高度相同；所述两个张力定滑轮的中央设置有中央张力定滑轮，且中央张力定滑轮的上端高于第一张力定滑轮和第二张力定滑轮的下端；所述中央张力定滑轮设置有张力传感器；左侧定滑轮、右侧定滑轮、第一张力定滑轮、第二张力定滑轮和中央张力定滑轮位于同一平面内。

2.如权利要求1所述的由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，其特征在于，绞车中心轴通过左轴承和右轴承分别与卷筒架的两侧连接，且卷筒架上分别设有与左轴承和右轴承配合的左轴承座和右轴承座；左轴承座的外侧设有左盖板，右轴承座的外侧设有右盖板。

3.如权利要求2所述的由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，其特征在于，绞车中心轴右轴承的内侧设有阶梯轴，该阶梯轴上套有用于调整卷筒位置的扶正套，该扶正套通过螺栓与卷筒连接。

4.如权利要求3所述的由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，其特征在于，该绞车还设有用于控制变频电机转速的变频器；绳长绳速传感器和张力传感器分别通过信号传输线路与监控计算机连接；监控计算机通过控制线路分别与变频器、电磁离合器和液压盘刹控制器连接。

5.如权利要求4所述的由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，其特征在于，监控计算机设有用于处理绳长绳速传感器和张力传感器信号的模数转换电路；该监控计算机还设有用于显示绞车运行状态和调控绞车运行参数的触摸控制屏。

6.如权利要求5所述的由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，其特征在于，连接板通过双键与绞车中心轴连接；左轴承和右轴承的外侧分别设有与绞车中心轴连接的卡环；电磁离合器的主动板通过轴键固定在减速箱输出轴上，电磁离合器的从动板通过螺栓与连接板连接。

7.如权利要求6所述的由变频电机驱动的智能深孔绳索绞车，其特征在于，绞车中心轴为一根通轴；电机和减速箱分别通过螺栓与绞车架连接。