CN106812481A - 铁钻工旋扣机构 - Google Patents
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Abstract
本发明铁钻工旋扣机构，属于石油钻井行业技术领域，本发明设有两组平行四连杆机构，保证了旋扣机构的运动姿态。两个铰接连接的导向拉杆组件，并通过导向滑槽套装在固定横梁座上，两个导向拉杆组件同步沿导向滑槽前后移动，实现两侧旋扣支座带动旋扣滚轮同步夹紧钻杆，旋扣机构的运动同步性好，夹紧力可靠。通过调整螺杆调整好旋扣钳的初始位置后，工作过程中依靠旋扣支座放开的摆动自由度，可以自动调整自身姿态抱紧不同直径的钻杆，并可以适应钻杆在对称面内产生的纵向位置偏移。且仅保留一根导向拉杆组件时，旋扣机构可以自动适应钻杆横向的位置偏移。上下浮动油缸安装在旋扣立柱与凹形支架之间，可以调节上下浮动距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油钻井行业井口自动化设备，特别是涉及一种铁钻工旋扣机构。
背景技术
铁钻工的旋扣机构是一种井口自动化设备，该设备在需要连接的两钻具准备工作完成后能够快速连接两钻具；或当卸开连接的钻具第一扣后，实现连续的旋扣作业。目前，很多旋扣设备，如液压大钳等，均需要人工辅助操作，并且结构复杂，作用效果较差；为解决上述问题，目前由吉林大学设计研制的新型铁钻工的旋扣装置公开号为“CN 103132930B”能够解决上述问题，但该铁钻工的旋扣装置采用三角形楔板机构实现三个旋扣滚轮夹紧，三个滚轮的运动具有关联性，中心位置调整复杂；前后浮动装置采用旋扣钳整体浮动方式，浮动部分体积、重量大，灵活性不足，同时，现有旋扣设备对于钻具位置的偏差及不同规格的钻杆适应性较差，调整不便，这些因素直接影响工作效率。
因此现有技术当中亟需要一种新的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，运行平稳，同步性好，夹紧可靠，调整方便，能够自动调整自身位姿以适应钻杆位置偏差以及多种规格钻杆的铁钻工旋扣机构。
为达到上述目的，本发明提出了一种铁钻工旋扣机构，是由旋扣钳、旋扣立柱、凹形支架、前后调整装置及上下浮动装置组成，其特征在于：所述旋扣钳包括连杆架、固定横梁、旋扣支座、水平油缸、拉杆组件、导向拉杆组件、旋扣滚轮及液压马达，所述连杆架的一端通过第一转轴与固定横梁连接，连杆架的另一端通过第二转轴与旋扣支座连接；所述固定横梁由横梁座与固定在横梁座上的横梁围板组成；所述水平油缸通过夹紧缸座和短销轴固定在连杆架上；所述拉杆组件与连杆架组成平行四连杆机构，拉杆组件一端通过销轴与旋扣支座底部中间位置连接，拉杆组件另一端通过拉杆销轴与固定横梁连接；所述导向拉杆组件一端通过连接销轴与拉杆组件中间位置铰接，另一端通过导向销轴与横梁座上的导向滑槽套接，导向销轴沿导向滑槽前后移动；所述旋扣滚轮通过驱动法兰轴安装在旋扣支座上，在旋扣滚轮轴线的正上方及正下方分别安装有驱动法兰轴，旋扣滚轮与驱动法兰轴通过螺栓组件连接，旋扣滚轮通过上方的驱动法兰轴与液压马达的输出轴连接；所述前后调整装置由限位座、调整螺杆、横梁座、横梁滑板及滑板座组成，所述限位座安装在横梁座上，数量为两个，两个限位座的中心均设置有轴向通孔，一个限位座的轴向通孔为螺纹孔，另一个限位座的轴向通孔为光孔；所述调整螺杆穿过旋扣立柱两端分别套设在两个限位座轴向通孔内，且在调整螺杆与限位座螺纹孔配合段上设置有外螺纹；所述横梁滑板固定在横梁座上，二者一起沿着滑板座前后移动；所述滑板座安装在旋扣立柱上；所述旋扣立柱和凹形支架之间设置有上下浮动装置。
优选的，所述旋扣支座与拉杆组件连接端上开设有销孔，该销孔为弧形孔。
进一步，所述导向拉杆组件数量为一个或两个。
更进一步，所述导向拉杆组件数量为两个，两个导向拉杆组件的一端均连接在同一个导向销轴上，两个导向拉杆组件通过导向销轴铰接，并套装在横梁座上。
进一步，所述上下浮动装置由浮动油缸耳座和浮动油缸构成，所述浮动油缸耳座固定在旋扣立柱上，所述浮动油缸的缸筒通过销轴与凹形支架连接，浮动油缸的活塞杆通过销轴与浮动油缸耳座连接；所述旋扣立柱两侧安装有导向键；所述凹形支架上设置有与导向键匹配的限位槽。
进一步，所述旋扣滚轮与驱动法兰轴之间安装有垫圈，所述垫圈是由两个半环扣合而成的圆环。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明设有两组平行四连杆机构，保证了旋扣机构的运动姿态。
2、本发明设有两个铰接连接的导向拉杆组件，并通过导向滑槽套装在横梁座上，两个导向拉杆组件同步沿导向滑槽前后移动，实现两侧旋扣支座带动旋扣滚轮同步夹紧钻杆，旋扣机构的运动同步性好，夹紧力可靠。
3、本发明通过调整螺杆调整好旋扣钳的初始位置后，工作过程中依靠旋扣支座放开的摆动自由度，可以自动调整自身姿态抱紧不同直径的钻杆，并可以适应钻杆在对称面内产生的纵向位置偏移。
4、本发明实施中当仅保留一根导向拉杆组件时，旋扣机构可以自动适应钻杆横向的位置偏移。
5、本发明在旋扣滚轮与上、下侧的驱动法兰轴之间分别安装有由两个半环构成的垫圈，无需拆卸液压马达，即可取下垫圈，进行旋扣滚轮的拆卸及更换。
综上所述，本发明提出的铁钻工旋扣机构，其结构简单，运行平稳，同步性好，夹紧可靠，调整方便，能够自动调整自身位姿以适应钻杆位置偏差以及多种规格钻杆。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1是本发明铁钻工旋扣机构的主视图。
图2是本发明铁钻工旋扣机构之旋扣钳的立体示意图。
图3是本发明之旋扣钳的剖视图。
图4是本发明铁钻工旋扣机构的俯视图。
图5是本发明铁钻工旋扣机构的左视图。
图6是本发明夹持小直径钻具的示意图。
图7是本发明夹持大直径钻具的示意图。
图8是本发明在钻具位置出现偏心时的夹持状态示意图。
图中：1-连杆架、2-旋扣支座、3-液压马达、4-第一转轴、5-前后调整装置、6-横梁座、7-浮动油缸耳座、8-浮动油缸、9-限位座、10-凹形支架、11-旋扣立柱、12-固定横梁、13-导向键、14-水平油缸、15-导向销轴、16-驱动法兰轴、17-导向拉杆组件、18-调整螺杆、19-第二转轴、20-限位槽、21-垫圈、22-旋扣滚轮、23-滑板座、24-横梁滑板、25-拉杆销轴、26-拉杆组件、27-夹紧缸座、28-短销轴、29-连接销轴、30-螺栓组件、31-横梁围板。
具体实施方式
本发明公开了一种铁钻工的旋扣机构，可实现对钻杆的旋扣动作，请参照图1到图5所示，该铁钻工的旋扣机构是由旋扣钳、旋扣立柱11、凹形支架10、前后调整装置5及上下浮动装置组成，所述旋扣钳包括连杆架1、固定横梁12、旋扣支座2、水平油缸14、拉杆组件26、导向拉杆组件17、旋扣滚轮22及液压马达3，所述连杆架1的一端通过第一转轴4与固定横梁12连接，连杆架1的另一端通过第二转轴19与旋扣支座2连接；所述固定横梁12由横梁座6与固定在横梁座6上的横梁围板31组成；所述水平油缸14通过夹紧缸座27和短销轴28固定在连杆架1上；所述拉杆组件26与连杆架1组成平行四连杆机构，拉杆组件26一端通过销轴与旋扣支座2底部中间位置连接，拉杆组件26另一端通过拉杆销轴25与固定横梁12连接；所述导向拉杆组件17一端通过连接销轴29与拉杆组件26中间位置铰接，另一端通过导向销轴15与横梁座6上的导向滑槽套接，导向销轴15沿导向滑槽前后移动；所述旋扣滚轮22通过驱动法兰轴16安装在旋扣支座2上，在旋扣滚轮22轴线的正上方及正下方分别安装有驱动法兰轴16，旋扣滚轮22与驱动法兰轴16通过螺栓组件30连接，旋扣滚轮22通过上方的驱动法兰轴16与液压马达3的输出轴连接；所述前后调整装置5由限位座9、调整螺杆18、横梁座6、横梁滑板24及滑板座23组成，所述限位座9安装在横梁座6上，数量为两个，两个限位座9的中心均设置有轴向通孔，一个限位座9的轴向通孔为螺纹孔，另一个限位座9的轴向通孔为光孔；所述调整螺杆18穿过旋扣立柱11两端分别套设在两个限位座9轴向通孔内，且在调整螺杆18与限位座9螺纹孔配合段上设置有外螺纹；所述横梁滑板24固定在横梁座6上，二者一起沿着滑板座23前后移动；所述滑板座23安装在旋扣立柱11上；所述旋扣立柱11和凹形支架10之间设置有上下浮动装置。
下面结合本发明所提供的铁钻工旋扣机构对其工作原理及性能做进一步说明：
水平油缸14的缸筒和活塞杆分别通过两个夹紧缸座27和短销轴28固定在两个对称的连杆架1上，连杆架1的一端通过第一转轴4和固定横梁12连接，另一端通过第二转轴19与旋扣支座2连接，通过水平油缸14活塞杆的伸缩运动，实现连杆架1的分、合动作，带动旋扣支座2实现旋扣滚轮22的夹紧与松开动作。
拉杆组件26一端通过销轴与旋扣支座2连接，另一端通过拉杆销轴25与固定横梁12连接，中间通过连接销轴29与导向拉杆组件17连接，连杆架1与拉杆组件26组成平行四连杆机构，导向拉杆组件17通过导向销轴15与横梁座6上的导向滑槽套接，导向销轴15沿导向滑槽前后移动，从而保证两侧的导向拉杆组件17同步运动，进而使两侧旋扣滚轮22实现同步夹紧，实现自动机械对中，旋扣滚轮22通过驱动法兰轴16安装在旋扣支座2上，由上方安装的液压马达3驱动。
请参考图6、图7及图8所示，图6和图7示出本发明夹持不同直径钻具的示意图，图8是本发明在钻具位置出现偏心时的夹持状态示意图，当仅保留一根导向拉杆组件17时，旋扣机构可以自动适应钻杆横向的位置偏移。旋扣支座2与拉杆组件26连接端的销孔做成弧形孔，可以实现旋扣支座2在一定角度范围内的摆动，增大了旋扣滚轮22对钻杆位置的适应性。依靠旋扣支座2小角度摆动自由度，实现了旋扣滚轮22自动调整位姿，保证与钻杆的可靠接触及夹紧，达到自动适应钻杆位置偏差或多规格钻杆的需求。
上扣作业时，水平油缸14的活塞杆缩回，通过四连杆机构带动两侧的旋扣支座2对称地向内侧转动，从而使旋扣滚轮22夹紧钻杆。如果钻杆中心出现在对称面内的纵向偏移或更换不同直径的钻杆时，依靠旋扣支座2放开的摆动自由度，旋扣支座2可自动调整自身姿态使旋扣滚轮22夹紧钻杆。夹紧钻杆后，液压马达3驱动旋扣滚轮22转动，完成上扣作业。卸扣作业与上扣作业工作过程相似，只是液压马达3及旋扣滚轮22的旋转方向相反。
所述前后调整装置5由限位座9、调整螺杆18、横梁座6、横梁滑板24及滑板座23组成，限位座9安装在横梁座6上，调整螺杆18穿过旋扣立柱11与限位座9相连接，调整螺杆18一侧杆段加工有外螺纹，与限位座9的螺纹孔相配合；旋扣立柱11固定不动，限位座9只能平移不能转动，调整螺杆18只能转动、轴向不能移动。当转动调整螺杆18时，横梁座6便带动旋扣钳整体沿滑板座23前后移动，从而达到调整旋扣滚轮22初始位置的目的。
钻具连接和旋开过程中，钻具会产生轴向位移，因此要求旋扣钳具有上下浮动功能。上下浮动装置由浮动油缸耳座7和浮动油缸8构成，浮动油缸8的缸筒与凹形支架10通过销轴连接，浮动油缸8的活塞杆与固定在旋扣立柱11上的浮动油缸耳座7通过销轴连接，旋扣立柱11两侧安装导向键13，凹形支架10对应位置开有限位槽20。由浮动油缸8的液压力实现旋扣机构上下浮动，并且动作平稳，控制调节方便。
本发明在旋扣滚轮22与上、下侧的驱动法兰轴16之间分别安装有由两个半环构成的垫圈21，无需拆卸液压马达3，即可取下垫圈21，进行旋扣滚轮22的拆卸及更换。
本发明提出的铁钻工旋扣机构，其结构简单，运行平稳，同步性好，夹紧可靠，调整方便，能够自动调整自身位姿以适应钻杆位置偏差以及多种规格钻杆。
Claims (6)
1.一种铁钻工旋扣机构，是由旋扣钳、旋扣立柱(11)、凹形支架(10)、前后调整装置(5)及上下浮动装置组成，其特征在于：所述旋扣钳包括连杆架(1)、固定横梁(12)、旋扣支座(2)、水平油缸(14)、拉杆组件(26)、导向拉杆组件(17)、旋扣滚轮(22)及液压马达(3)，所述连杆架(1)的一端通过第一转轴(4)与固定横梁(12)连接，连杆架(1)的另一端通过第二转轴(19)与旋扣支座(2)连接；所述固定横梁(12)由横梁座(6)与固定在横梁座(6)上的横梁围板(31)组成；所述水平油缸(14)通过夹紧缸座(27)和短销轴(28)固定在连杆架(1)上；所述拉杆组件(26)与连杆架(1)组成平行四连杆机构，拉杆组件(26)一端通过销轴与旋扣支座(2)底部中间位置连接，拉杆组件(26)另一端通过拉杆销轴(25)与固定横梁(12)连接；所述导向拉杆组件(17)一端通过连接销轴(29)与拉杆组件(26)中间位置铰接，另一端通过导向销轴(15)与横梁座(6)上的导向滑槽套接，导向销轴(15)沿导向滑槽前后移动；所述旋扣滚轮(22)通过驱动法兰轴(16)安装在旋扣支座(2)上，在旋扣滚轮(22)轴线的正上方及正下方分别安装有驱动法兰轴(16)，旋扣滚轮(22)与驱动法兰轴(16)通过螺栓组件(30)连接，旋扣滚轮(22)通过上方的驱动法兰轴(16)与液压马达(3)的输出轴连接；所述前后调整装置(5)由限位座(9)、调整螺杆(18)、横梁座(6)、横梁滑板(24)及滑板座(23)组成，所述限位座(9)安装在横梁座(6)上，数量为两个，两个限位座(9)的中心均设置有轴向通孔，一个限位座(9)的轴向通孔为螺纹孔，另一个限位座(9)的轴向通孔为光孔；所述调整螺杆(18)穿过旋扣立柱(11)两端分别套设在两个限位座(9)轴向通孔内，且在调整螺杆(18)与限位座(9)螺纹孔配合段上设置有外螺纹；所述横梁滑板(24)固定在横梁座(6)上，二者一起沿着滑板座(23)前后移动；所述滑板座(23)安装在旋扣立柱(11)上；所述旋扣立柱(11)和凹形支架(10)之间设置有上下浮动装置。
2.根据权利要求1所述的铁钻工旋扣机构，其特征在于：所述旋扣支座(2)与拉杆组件(26)连接端上开设有销孔，该销孔为弧形孔。
3.根据权利要求1所述的铁钻工旋扣机构，其特征在于：所述导向拉杆组件(17)数量为一个或两个。
4.根据权利要求3所述的铁钻工旋扣机构，其特征在于：所述导向拉杆组件(17)数量为两个，两个导向拉杆组件(17)的一端均连接在同一个导向销轴(15)上，两个导向拉杆组件(17)通过导向销轴(15)铰接，并套装在横梁座(6)上。
5.根据权利要求1所述的铁钻工旋扣机构，其特征在于：所述上下浮动装置由浮动油缸耳座(7)和浮动油缸(8)构成，所述浮动油缸耳座(7)固定在旋扣立柱(11)上，所述浮动油缸(8)的缸筒通过销轴与凹形支架(10)连接，浮动油缸(8)的活塞杆通过销轴与浮动油缸耳座(7)连接；所述旋扣立柱(11)两侧安装有导向键(13)；所述凹形支架(10)上设置有与导向键(13)匹配的限位槽(20)。
6.根据权利要求1所述的铁钻工旋扣机构，其特征在于：所述旋扣滚轮(22)与驱动法兰轴(16)之间安装有垫圈(21)，所述垫圈(21)是由两个半环扣合而成的圆环。
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