CN109812235B - 一种动力钳开口自动对正装置及对正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种动力钳开口自动对正装置，包括安装在钳头开口处的缺口大齿轮，缺口大齿轮上安装有浮动壳体，浮动壳体上固定有圆弧状开口对正定位装置，动力钳固定壳体上固定有顺时针接近感应器、逆时针接近感应器，PLC控制器。本发明还公开了一种采用如上述的一种动力钳开口自动对正装置的对正方法，首先记录液压旋转马达的起始和终止旋转圈数和缺口大齿轮旋转圈数，将液压旋转马达的起始和终止旋转圈数之差的小数部分与缺口大齿轮旋转圈数比较判断工况，根据工况采取相应措施。本发明解决了现有技术无法自动控制完成动力钳开口对正的问题。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井设备技术领域，涉及一种动力钳开口自动对正装置及对正方法。
背景技术
在石油钻井作业中，动力钳是钻修井常用的井口工具，目前在油气田作业起下管柱过程中，需要工人站在井口反复操控液压油管钳上卸扣，不但劳动强度大，而且时刻面临磕碰夹挤、高空落物、有害井液飞溅等多种危险与危害。动力钳的缺口大齿轮在液压旋转马达的驱动下360度自由转动，完成钻杆的上/卸扣动作。上/卸扣完毕，必须使动力钳钳头开口与缺口大齿轮的开口对齐，方能使钻杆从动力钳的钳口中退出。否则，动力钳无法退离井口。现场施工中，工人手动拉动换向阀手柄完成动力钳对正开口，有时需要反复操作几次才能将开口对正。因此，要实现动力钳远程自动安全控制，必须解决动力钳自动对开口这一技术关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力钳开口自动对正装置解决了现有技术无法自动控制完成动力钳开口对正的问题。
本发明的另一目的是提供一种动力钳开口自动对正装置的对正方法。
本发明所采用的技术方案是，一种动力钳开口自动对正装置，包括安装在钳头开口处的缺口大齿轮，缺口大齿轮上安装有浮动壳体，浮动壳体上固定有圆弧状开口对正定位装置，动力钳固定壳体上固定有顺时针接近感应器、逆时针接近感应器，开口对正定位装置位于顺时针接近感应器与逆时针接近感应器之间，且开口对正定位装置的两个端部分别对应顺时针接近感应器、逆时针接近感应器，
还包括固定在动力钳固定壳体上的编码器、液压旋转马达、马达变速阀，缺口大齿轮通过中间齿轮与液压旋转马达主轴上的齿轮连接，编码器通过测速齿轮与液压旋转马达主轴上的齿轮连接，
顺时针接近感应器、逆时针接近感应器、编码器、马达变速阀均通过电缆与PLC控制器连接，PLC控制器还通过电缆连接电磁阀控制液压旋转马达正反转。
本发明的其他特点还在于，
测速齿轮与编码器的主轴连接。
本发明的另一技术方案是一种采用如上述的一种动力钳开口自动对正装置的对正方法，其特征在于，首先记录液压旋转马达的起始和终止旋转圈数和缺口大齿轮旋转圈数，将液压旋转马达的起始和终止旋转圈数之差的小数部分与缺口大齿轮旋转圈数比较判断工况，根据工况采取相应措施
具体的记录和判断工况步骤如下：
步骤1编码器记录动力钳上/卸扣开始和结束时液压旋转马达的旋转圈数数据并实时发送到PLC控制器，PLC控制器将数据分别换算为缺口大齿轮起始旋转圈数、终止旋转圈数，分别记为N1、N2；
步骤2PLC控制器进行数据运算得到N1、N2的差值，记为N，N的小数部分记为N11，PLC控制器将预先输入的钳头开口大小数据换算为缺口大齿轮旋转圈数记为N3，对N1和N3进行比较，若N11大于N3，则属于第一种工况并采取相关措施，否则，属于第二种工况并采取相关措施。
第一种工况采取的措施步骤如下：
步骤1当N11大于N3时，PLC控制器控制液压旋转马达向与动力钳上/卸扣过程中其自身旋转的方向反向旋转，当完成上扣过程PLC控制器检测到逆时针接近感应器信号即逆时针接近感应器与开口对正定位装置相应端部对正时或当完成卸扣过程PLC控制器检测到顺时针接近感应器信号即顺时针接近感应器与开口对正定位装置相应端部对正时，PLC控制器控制马达变速阀得电，切换至低速档；
步骤2液压旋转马达继续反向转动当同时检测到顺时针接近感应器、逆时针接近感应器的对正信号时，停止液压旋转马达转动，缺口大齿轮、浮动壳体、钳头开口三者对正，即动力钳开口对正。
第一种工况采取的措施步骤如下：
步骤1当N11不大于N3时，PLC控制器控制液压旋转马达向与动力钳上/卸扣过程中其自身旋转的方向反向旋转，当完成上扣过程PLC控制器检测到顺时针接近感应器即顺时针接近感应器与开口对正定位装置相应端部对正时或当完成卸扣过程PLC控制器检测到逆时针接近感应器即逆时针接近感应器与开口对正定位装置相应端部对正时，PLC控制器控制马达变速阀得电，切换至低速档；
步骤2液压旋转马达继续反向转动当编码器记录的液压旋转马达的旋转圈数也即PLC控制器换算成的缺口大齿轮的旋转圈数不大于N-1且同时检测到顺时针接近感应器、逆时针接近感应器的对正信号时，停止液压旋转马达转动，缺口大齿轮、浮动壳体、钳头开口三者对正，即动力钳开口对正。
本发明的有益效果是，一种动力钳开口自动对正装置及对正方法，解决了现有技术需要手动完成动力钳开口对正，无法实现自动控制动力钳开口对正的问题。本发明一种动力钳开口自动对正装置利用电控液技术，通过PLC控制器自动控制可以实现动力钳钳头开口对正，降低人工劳动强度，保证人员安全。针对上/卸扣结束对正开口时，与传统需要人工手动通过换低速挡、换上/卸扣插销及拉动马达换向阀等一系列复杂动作，本发明可以自动实现开口对正，大大提高动力钳的上卸扣效率。
附图说明
图1是本发明的一种动力钳开口自动对正装置的结构示意图；
图2是本发明的一种动力钳开口自动对正装置的控制原理图；
图3是本发明的一种动力钳开口自动对正装置的控制流程图。
图中，1.顺时针接近感应器，2.逆时针接近感应器，3.开口对正定位装置，4.编码器，5.PLC控制器，6.液压旋转马达，7.浮动壳体，8.钳头开口，9.缺口大齿轮，10.马达变速阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种动力钳开口自动对正装置，结构示意图如1和图2所示，包括安装在钳头开口处的缺口大齿轮9，缺口大齿轮9上安装有浮动壳体7，浮动壳体7上固定有圆弧状开口对正定位装置3，动力钳固定壳体上固定有顺时针接近感应器1、逆时针接近感应器2，开口对正定位装置3位于顺时针接近感应器1与逆时针接近感应器2之间，且开口对正定位装置3的两个端部分别对应顺时针接近感应器1、逆时针接近感应器2，
还包括固定在动力钳固定壳体上的编码器4、液压旋转马达6、马达变速阀10，缺口大齿轮9通过中间齿轮与液压旋转马达6主轴上的齿轮连接，编码器4通过测速齿轮与液压旋转马达6主轴上的齿轮连接，
顺时针接近感应器1、逆时针接近感应器2、编码器4、马达变速阀10均通过电缆与PLC控制器5连接，PLC控制器5通过电缆连接马达变速阀10从而控制其得失电，实现液压旋转马达6的高低速切换，PLC控制器5还通过电缆连接电磁阀控制液压旋转马达6正反转。
测速齿轮与编码器4的主轴连接。
本发明一种动力钳开口自动对正装置，利用顺时针接近感应器1、逆时针接近感应器2与开口对正定位装置3的端部对正检测信号，通过PLC控制器5控制液压旋转马达6的正反转、控制马达变速阀10的得失电实现液压旋转马达6的高低速切换达到动力钳开口对正的目的。本发明一种动力钳开口自动对正装置根据现有的动力钳结构特点研制，通过电控液方法，可使动力钳的缺口大齿轮9自动复位，从而实现了浮动壳体7、缺口大齿轮9与主钳开口三者开口对正，保证了动力钳的钳口朝钻杆方向进退自由。
本发明的一种采用如上的一种动力钳开口自动对正装置的对正方法，主要步骤见图3所示，其特征在于，首先记录液压旋转马达6的起始和终止旋转圈数和缺口大齿轮9旋转圈数，将液压旋转马达6的起始和终止旋转圈数之差的小数部分与缺口大齿轮9旋转圈数比较判断工况，根据工况采取相应措施。
具体的记录和判断工况步骤如下：
步骤1编码器4记录动力钳上/卸扣开始和结束时液压旋转马达6的旋转圈数数据并实时发送到PLC控制器5，PLC控制器5将数据分别换算为缺口大齿轮9起始旋转圈数、终止旋转圈数，分别记为N1、N2；
步骤2PLC控制器5进行数据运算得到N1、N2的差值，记为N，N＝N2-N1，N的小数部分记为N11，PLC控制器5将预先输入的钳头开口大小数据换算为缺口大齿轮9旋转圈数记为N3，对N11和N3进行比较，若N11大于N3，则属于第一种工况并采取相关措施，否则，属于第二种工况并采取相关措施。
第一种工况采取的措施步骤如下：
步骤1当N11大于N3时，PLC控制器5控制液压旋转马达6向与动力钳上/卸扣过程中其自身旋转的方向反向旋转，当完成上扣过程PLC控制器5检测到逆时针接近感应器2信号即逆时针接近感应器2与开口对正定位装置3相应端部对正时或当完成卸扣过程PLC控制器5检测到顺时针接近感应器1信号即顺时针接近感应器1与开口对正定位装置3相应端部对正时，PLC控制器5控制马达变速阀10得电，切换至低速档；
步骤2液压旋转马达6继续反向转动当同时检测到顺时针接近感应器1、逆时针接近感应器2的对正信号时，停止液压旋转马达6转动，缺口大齿轮9、浮动壳体7、钳头开口三者对正，即动力钳开口对正。
第二种工况采取的措施步骤如下：
步骤1当N11不大于N3时，PLC控制器5控制液压旋转马达6向与动力钳上/卸扣过程中其自身旋转的方向反向旋转，当完成上扣过程PLC控制器5检测到顺时针接近感应器1即顺时针接近感应器1与开口对正定位装置3相应端部对正时或当完成卸扣过程PLC控制器5检测到逆时针接近感应器2即逆时针接近感应器2与开口对正定位装置3相应端部对正时，PLC控制器5控制马达变速阀10得电，切换至低速档；
步骤2液压旋转马达6继续反向转动当编码器4记录的液压旋转马达6的旋转圈数也即PLC控制器5换算成的缺口大齿轮9的旋转圈数不大于N-1即此时缺口大齿轮9的旋转圈数较一开始对正之前的起始旋转圈数、终止旋转圈数之差N至少小了一圈也就是缺口大齿轮9至少回转了一圈，且同时检测到顺时针接近感应器1、逆时针接近感应器2的对正信号时，停止液压旋转马达6转动，缺口大齿轮9、浮动壳体7、钳头开口三者对正，即动力钳开口对正。
本发明的一种动力钳开口自动对正装置的对正方法，根据动力钳本身特点即动力钳开口对正过程中，缺口大齿轮9转动一定角度后才带动浮动壳体7运动，它们之间存在一定的相对位移，液压旋转马达6带动缺口大齿轮9反向转动，先将浮动壳体7与缺口大齿轮9相对齐，然后再继续转动将浮动壳体7、缺口大齿轮9与主钳开口相对齐，为了高效率完成动力钳开口对正，对动力钳上/卸扣结束后分为两种工况，利用顺时针接近感应器1和逆时针接近感应器2检测开口对正定位装置3来精确定位钳头开口的对准位置，当钳头开口对准时将此两种接近感应器信号传输到PLC控制器5，通过编码器4可检测缺口大齿轮9的旋转圈数提供给PLC控制器5，在动力钳上/卸扣结束，钳头开口对正时，PLC控制器5控制液压旋转马达6反向转动，根据编码器4提供的数据计算出缺口大齿轮9的旋转圈数，并和顺时针接近感应器1、逆时针接近感应器2与缺口对正检测定位装置3配合使用实现动力钳开口对正。本发明针对上述缺口对正装置3的信号检测及动力钳控制均是通过PLC控制器5进行自动控制实现，故解决了以往必须依赖于操作人员手动通过换低速挡、换上/卸扣插销及拉动马达换向阀等一系列复杂动作，实现了动力钳开口对正的自动化，大大提高了动力钳上/卸扣的效率和操作的安全性。
Claims (1)
1.一种动力钳开口自动对正装置的对正方法，其特征在于，所述对正装置具体包括安装在钳头开口处的缺口大齿轮（9），所述缺口大齿轮（9）上安装有浮动壳体（7），所述浮动壳体（7）上固定有圆弧状开口对正定位装置（3），动力钳固定壳体上固定有顺时针接近感应器（1）、逆时针接近感应器（2），所述开口对正定位装置（3）位于顺时针接近感应器（1）与逆时针接近感应器（2）之间，且开口对正定位装置（3）的两个端部分别对应顺时针接近感应器（1）、逆时针接近感应器（2）；
还包括固定在动力钳固定壳体上的编码器（4）、液压旋转马达（6）、马达变速阀（10），所述缺口大齿轮（9）通过中间齿轮与液压旋转马达（6）主轴上的齿轮连接，所述编码器（4）通过测速齿轮与液压旋转马达（6）主轴上的齿轮连接，所述测速齿轮与编码器（4）的主轴连接；
所述顺时针接近感应器（1）、逆时针接近感应器（2）、编码器（4）、马达变速阀（10）均通过电缆与PLC控制器（5）连接，所述PLC控制器（5）还通过电缆连接电磁阀控制液压旋转马达（6）正反转；
首先记录液压旋转马达（6）的起始和终止旋转圈数和缺口大齿轮（9）旋转圈数，将液压旋转马达（6）的起始和终止旋转圈数之差的小数部分与缺口大齿轮（9）旋转圈数比较判断工况，根据工况采取相应措施；
具体的记录和判断工况步骤如下：
步骤1 编码器（4）记录动力钳上/卸扣开始和结束时液压旋转马达（6）的旋转圈数数据并实时发送到PLC控制器（5），PLC控制器（5）将数据分别换算为缺口大齿轮（9）起始旋转圈数、终止旋转圈数，分别记为N1、N2；
步骤2 PLC控制器（5）进行数据运算得到N1、N2的差值，记为N，N的小数部分记为N11，PLC控制器（5）将预先输入的钳头开口大小数据换算为缺口大齿轮（9）旋转圈数记为N3，对N11和N3进行比较，若N11大于N3，则属于第一种工况并采取相关措施，否则，属于第二种工况并采取相关措施；
所述第一种工况采取的措施步骤如下：
步骤1 当N11大于N3时，PLC控制器（5）控制液压旋转马达（6）向与动力钳上/卸扣过程中其自身旋转的方向反向旋转，当完成上扣过程PLC控制器（5）检测到逆时针接近感应器（2）信号即逆时针接近感应器（2）与开口对正定位装置（3）相应端部对正时或当完成卸扣过程PLC控制器（5）检测到顺时针接近感应器（1）信号即顺时针接近感应器（1）与开口对正定位装置（3）相应端部对正时，PLC控制器（5）控制马达变速阀（10）得电，切换至低速档；
步骤2 液压旋转马达（6）继续反向转动当同时检测到顺时针接近感应器（1）、逆时针接近感应器（2）的对正信号时，停止液压旋转马达（6）转动，缺口大齿轮（9）、浮动壳体（7）、钳头开口三者对正，即动力钳开口对正；
所述第二种工况采取的措施步骤如下：
步骤1 当N11不大于N3时，PLC控制器（5）控制液压旋转马达（6）向与动力钳上/卸扣过程中其自身旋转的方向反向旋转，当完成上扣过程PLC控制器（5）检测到顺时针接近感应器（1）即顺时针接近感应器（1）与开口对正定位装置（3）相应端部对正时或当完成卸扣过程PLC控制器（5）检测到逆时针接近感应器（2）即逆时针接近感应器（2）与开口对正定位装置（3）相应端部对正时，PLC控制器（5）控制马达变速阀（10）得电，切换至低速档；
步骤2 液压旋转马达（6）继续反向转动当编码器（4）记录的液压旋转马达（6）的旋转圈数也即PLC控制器（5）换算成的缺口大齿轮（9）的旋转圈数不大于N-1且同时检测到顺时针接近感应器（1）、逆时针接近感应器（2）的对正信号时，停止液压旋转马达（6）转动，缺口大齿轮（9）、浮动壳体（7）、钳头开口三者对正，即动力钳开口对正。
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