CN103993842A - 新型陆地钻机用二层台排管系统 - Google Patents

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CN103993842A CN201410263271.6A CN201410263271A CN103993842A CN 103993842 A CN103993842 A CN 103993842A CN 201410263271 A CN201410263271 A CN 201410263271A CN 103993842 A CN103993842 A CN 103993842A
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闫琳
张卡
刘嗣云
王治雲
陈昌斌
王欣异
车俊龙
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Wuhan City Yuan Bo Intelligent Control Technology Research And Design Institute (limited Partnership)
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Abstract

本发明涉及一种新型陆地钻机用二层台排管系统,属石油设备技术领域。它由液压站、二层台、阀岛、小车、伸缩臂、夹持钳构成,二层台上安装有液压站、阀岛和小车,小车通过法兰基座安装有一伸缩臂,伸缩臂上安装有夹持钳和视频监控器。本发明采用小车和多级伸缩臂配合,通过液压站、阀岛和计算机实现管柱排放全程自动化,工作稳定可靠,集旋转和直线运动于一体,可将管柱自如放入或从二层平台指梁中取出,结构轻便紧凑,操作简单;该排管系统随二层台一体化运输,方便于陆地钻机的频繁拆装和搬移,后期维护性好。解决了现有二层台排管装置整体高度高,运输困难,系统适配性差,排管时管柱晃动大,进出指梁困难的问题。

Description

新型陆地钻机用二层台排管系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型陆地钻机用二层台排管系统,属石油钻采设备技术领域。
背景技术
[0002] 我国现有钻井作业中,起下一柱立根,需要井架工人站在三十多米的二层台高空依靠双手移动立根上部才能完成起下作业。井架工人在二层台上作业,集繁重的体力劳动、恶劣的工作环境、危险的高空作业于一身,不仅工作效率低,而且任何一个环节出现问题都容易发生事故。针对这种状况,国内科研人员积极研发了一些类似机械抓手的二层台管柱排放装置,在一定程度上可降低井架工人的劳动强度,但由于种种原因,目前研发的一些二层台排管装置还存在许多不尽如人意的缺陷,比如:
专利号为200320109918.7,名称为“”石油钻机二层台机械手”;及专利号为200520125802.1,名称为“井架二层平台使用的动力机械臂”的中国专利申请;两者仅具备钻井过程中特定某点对管柱的抓取和释放动作,即只能定点转动,在作业时需要控制旋转与臂伸缩两个关节的插补运动,控制较难实现,不具备良好的排管功能;且200520125802.1的液压控制系统复杂,机械臂体积大、笨重,与二层台的适配性差,维修困难,同时钳口的张合度不可调。
[0003] 专利号为201120075828.5,名称为“二层台管柱排放系统”;及专利号为2013205405626,名称为“一种新型自动排管机械手”的中国专利申请,前者采用单臂平行四边形机构,由于单臂过长且不可折叠,使得排管过程中管柱晃动较大及进出指梁较困难;后者具有很好的自动排管功能,但由于其高度过高,及机械结构复杂,分量重,体积大,因此不适合陆地钻机二层台应用,更不能满足陆地钻机随时、频繁拆装和搬移的要求。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于,针对上述现有技术的不足,提供一种通过小车的旋转输出轴和伸缩臂能完成旋转和直线运动,实现管柱排放全程自动化;且结构简单,收拢后体积小,对国内二层台适应性强,后期维护性好,运输、安装方便,管柱夹持安全高效;并能解决现有二层台排管装置采用折叠臂体积大、高度高、适配性差、排管时管柱晃动大及进出指梁困难等问题的新型陆地钻机用二层台排管系统。
[0005] 本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的
该新型陆地钻机用二层台排管系统由液压站、二层台、阀岛、小车、伸缩臂、夹持钳构成,二层台左侧安装有液压站和阀岛,二层台上安装有猴台,猴台上安装有固定齿条,猴台的框架两边铺设有平行导轨,小车通过滚轮安装在猴台内的平行导轨上;其特征在于:小车上安装有旋转输出轴,旋转输出轴通过法兰基座连接安装有伸缩臂,伸缩臂的前端安装有夹持钳,伸缩臂上安装有视频监控器。
[0006] 所述的小车由蜗轮蜗杆减速器、蜗轮蜗杆减速器驱动马达、直线移动驱动马达、直线移动齿轮箱组成;蜗轮蜗杆减速器驱动马达通过输出轴与蜗轮蜗杆减速器装接,提供伸缩臂旋转动力;直线移动驱动马达通过输出轴与直线移动齿轮箱装接,直线移动齿轮箱的齿轮与固定齿条啮合,提供小车直线移动动力。
[0007] 所述的伸缩臂由多级臂组成,伸缩臂通过法兰基座与小车的旋转输出轴装接,伸缩臂的每一级臂上均安装有单独的油缸,油缸提供夹持钳直线伸出与收回运动的动力;
所述的液压站提供了包括小车直线移动、小车旋转输出轴旋转、伸缩臂伸缩和夹持钳开合的全部液压动力源;阀岛分别与液压站、小车、伸缩臂联接;计算机烧入软件程序。
[0008] 本发明与现有技术相比的有益效果在于
该新型陆地钻机用二层台排管系统采用带有蜗轮蜗杆减速器和直线移动驱动马达的小车以及与小车旋转输出轴连接的多级伸缩臂,通过液压站、阀岛和计算机实现管柱排放全程自动化,工作稳定可靠;集旋转和直线运动于一体,可将管柱自如放入或从二层平台指梁中取出。与现有人工操作相比,有效降低工人劳动强度,避免人身伤害,并且提高了作业效率。结构轻便紧凑,操作方便,对陆地钻机二层台改动量小,全自动抓取、排放管柱,全程可视频监控,由一人即可完成二层台的排管作业。另外,该系统全部安装集成在二层台上,安装时随井架整体起升,搬运时随二层台一体化运输,方便频繁拆装和搬移,后期维护性好。解决了现有二层台排管装置采用折叠臂体积大、高度高,且只能定点运转不能直线运动,适配性差,加之机械手单臂过长不能伸缩,排管时管柱晃动大,进出指梁困难的问题。
附图说明
[0009] 图1为新型陆地钻机用二层台排管系统的整体结构示意图;
图2为新型陆地钻机用二层台排管系统的液压站、二层台与阀岛的装配结构示意图; 图3为新型陆地钻机用二层台排管系统的猴台与小车的装配结构示意图;
图4为新型陆地钻机用二层台排管系统小车的结构示意图;
图5为新型陆地钻机用二层台排管系统伸缩臂的结构示意图。
[0010] 图中:1、液压站,2、二层台,3、阀岛,4、小车,5、伸缩臂,6、夹持钳,7、猴台,8、平行导轨,9、滚轮,10、固定齿条,11、蜗轮蜗杆减速器,12、蜗轮蜗杆减速器驱动马达,13、直线移动驱动马达,14、直线移动齿轮箱,15、法兰基座,16、旋转输出轴,17、油缸。
具体实施方式
[0011] 下面结合附图对该新型陆地钻机用二层台排管系统作进一步详细说明:
该新型陆地钻机用二层台排管系统由液压站1、二层台2、阀岛3、小车4、伸缩臂5、夹持钳6构成,二层台2左侧安装有液压站I和阀岛3,二层台2上安装有猴台7,猴台7上安装有固定齿条10,猴台7的框架两边铺设有平行导轨8,小车4通过滚轮9安装在猴台内的平行导轨8上。小车4上安装有旋转输出轴16,旋转输出轴16通过法兰基座15连接安装有伸缩臂5,伸缩臂5的前端安装有夹持钳6,伸缩臂5上安装有视频监控器,夹持钳6的头部安装有限位机构。
[0012] 所述的小车4由蜗轮蜗杆减速器11、蜗轮蜗杆减速器驱动马达12、直线移动驱动马达13、直线移动齿轮箱14组成;蜗轮蜗杆减速器驱动马达12与蜗轮蜗杆减速器11装接,提供伸缩臂5的旋转动力;直线移动驱动马达13与直线移动齿轮箱14装接,直线移动齿轮箱14的齿轮与固定齿条10啮合,提供小车4的直线移动动力。[0013] 所述的伸缩臂5由多级臂组成,通过法兰基座15与小车4的旋转输出轴16装接,伸缩臂5的每一级臂上均安装有单独的油缸17,油缸17提供夹持钳6的直线伸出与收回运动的动力。
[0014] 液压站I包括小车直线移动、小车旋转输出轴、伸缩臂伸缩和夹持钳6开合的全部机械动力源;阀岛3分别与液压站1、小车4、伸缩臂5联接。(参见附图1〜5)
小车4的旋转输出轴16连接有多级伸缩臂5,可带动伸缩臂5实现旋转,通过旋转角度传感器可测量伸缩臂5的旋转角度。伸缩臂5前端安装的夹持钳6,通过阀岛3内的控制单元可自动调节开合度,使得夹持钳6的手指与立柱之间保留一定的间隙,同时,通过夹持钳6头部安装的限位机构防止立柱脱出。通过伸缩臂5上安装的视频监控系统可直观看到立柱在夹持钳6内的状态,便于随时调整。
[0015] 液压站1、阀岛3均安装在二层台2的左侧位置,这样设置不会影响二层台2上人员的通行。
[0016] 小车4安装在猴台7内构成了该新型陆地钻机用二层台排管系统的整体移动导轨机构。整体移动导轨机构的两边铺设有平行导轨8,小车4通过滚轮9安装在平行导轨8上。猴台7上还安装有固定齿条10,小车4的直线移动齿轮箱14的齿轮与固定齿条10啮合,通过直线移动驱动马达13驱动齿轮转动,实现小车4在平行导轨8上的直线移动。蜗轮蜗杆减速器驱动马达12驱动蜗轮蜗杆减速器11的蜗杆转动,进而带动涡轮旋转,并将此旋转动力输出到伸缩臂5上。
[0017] 伸缩臂5由多级臂组成,可以直线伸出和收拢。伸缩臂5通过法兰基座15与小车4的旋转输出轴16装接,伸缩臂5的每一个臂的运动均由单独配置的油缸驱动,这样在伸缩臂5运动时总能使夹持钳6保持水平伸出与收回状态,从而保证了立柱排放的稳定性。
[0018] 该新型陆地钻机用二层台排管系统通过夹持钳6的开合和伸缩臂5的伸缩与转动,并配合小车4的直线移动,实现从不同位置对管柱的抓取与摆放动作,再通过计算机程序控制最后实现二层台2立柱的自动排放。
[0019] 该新型陆地钻机用二层台排管系统的机械结构简单,体积和重量大大减少,整体轻巧、紧凑。采用伸缩臂5的结构形式,较现有的二层台排管系统机械臂高度大大降低,使得与二层台一起整体运输变为可能。伸缩臂5的每一级臂均由单独油缸驱动,可实现较高的控制精度。通过液压站1、阀岛3和计算机实现机电液一体化控制;整体动力单元包括三个油缸和两个低速大扭矩油马达对运动轨迹进行控制。由于不需要改变原有二层台的基本形式,保留了原有二层台的所有特征,该新型陆地钻机用二层台排管系统可方便快捷地应用于新、旧陆地钻机上。该排管系统制造费用和维护成本低,通用性强,后期维护性好,特别适合国内陆地钻井和修井作业使用。
[0020] 以上所述只是该发明的具体实施方式,上述举例说明不对本发明的实质内容构成限制,所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式做修改或变形,而不背离本发明的实质和范围。

Claims (4)

1.一种新型陆地钻机用二层台排管系统,它由液压站(I)、二层台(2)、阀岛(3)、小车(4)、伸缩臂(5)、夹持钳(6)构成,二层台(2)左侧安装有液压站(I)和阀岛(3),二层台(2)上安装有猴台(7),猴台(7)上安装有固定齿条(10),猴台(7)的框架两边铺设有平行导轨(8),小车(4)通过滚轮(9)安装在猴台(7)内的平行导轨上(8);其特征在于:小车(4)上安装有旋转输出轴(16),旋转输出轴(16)通过法兰基座(15)连接安装有伸缩臂(5),伸缩臂(5 )的前端安装有夹持钳(6 ),伸缩臂(5 )上安装有视频监控器。
2.根据权利要求1所述的新型陆地钻机用二层台排管系统,其特征在于:所述的小车(4)由蜗轮蜗杆减速器(11)、蜗轮蜗杆减速器驱动马达(12)、直线移动驱动马达(13)、直线移动齿轮箱(14)组成;蜗轮蜗杆减速器驱动马达(12)通过输出轴与蜗轮蜗杆减速器(11)装接,提供伸缩臂(5)的旋转动力;直线移动驱动马达(13)通过输出轴与直线移动齿轮箱(14)装接,直线移动齿轮箱(14)的齿轮与固定齿条(10)啮合,提供小车(4)的直线移动动力。
3.根据权利要求1所述的新型陆地钻机用二层台排管系统,其特征在于:所述的伸缩臂(5 )由多级臂组成,伸缩臂(5 )通过法兰基座(15 )与小车(4)的旋转输出轴(16 )装接,伸缩臂(5)的多级臂上均安装有单独的油缸,提供夹持钳(6)的直线伸出与收回运动的动力。
4.根据权利要求1所述的新型陆地钻机用二层台排管系统,其特征在于:所述的液压站(I)提供包括小车(4)的直线移动、小车(4)的旋转输出轴(16)、伸缩臂(5)的伸缩和夹持钳(6)开合的全部机械动力源;阀岛(3)分别与液压站(I)、小车(2)、伸缩臂(5)联接;计算机烧入软件程序。
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