CN202832297U - 一种具有平移特性的液压缸驱动摆排管装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有平移特性的液压缸驱动摆排管装置，是由变幅机构、调垂机构、旋转机构、平移机构和二层台机构构成，本实用新型采用全液压缸驱动，能够实现对于钻杆的变幅、调垂、移运、旋转等功能；变幅机构采用椭圆规原理，实现了变幅过程中钻杆的平移；调垂机构采用四边形机构，实现对于偏斜钻杆的抓取；移运操作采用多级液压缸驱动移动滑车在滑道上移动，操作稳定；旋转操作采用两驱动液压缸联合驱动驱动盘旋转，实现了对于钻杆方向的调整；在各驱动液压缸的作用下完成钻杆从排管架到井架井口往返运输的自动化操作，本实用新型结构简单，驱动方式独特，作业安全、稳定，操作简单，控制精度高。

Description

一种具有平移特性的液压缸驱动摆排管装置

技术领域

本实用新型涉及一种石油机械，特别涉及一种井架二层台直立的钻杆自动排放装置。

背景技术

摆排管装置安装于大陆石油钻机井架上，是钻机的重要组成部分；它承担着将钻杆立根从二层台排管架到井口之间往返运输的自动化操作。传统的钻杆排放操作需要工作人员与钻杆直接接触，各工人密切配合，稍有不慎可能会造成事故。随着石油钻井设备的不断发展，钻杆排放设备的自动化程度也越来越高。现有设备为完成钻杆自动排放作业基本都由液压马达和液压缸驱动，分别实现装置的回转和平移，运动形式较全液压缸驱动方案复杂。

专利申请号为：201110068266.6公开了一种《二层台管柱排放系统及其工作方法》，该系统能够实现在二层台上对钻杆立根的抓取、变幅、回转、移运作业。但是，该装置的机械臂由两个液压缸联合驱动，两个运动存在耦合关系，控制算法相对单液压缸驱动较复杂。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种钻杆钻机使用的具有平移特性的液压缸驱动摆排管装置。该装置能够实现对于排管架上倾斜钻杆的抓取，且能够保证运输过程中钻杆的平行移动和平稳性；同时系统变幅、移运、回转运动均由液压缸驱动，系统控制算法简单，运动精度高。

本实用新型是由变幅机构、调垂机构、旋转机构、平移机构和二层台机构构成，所述的变幅机构通过立柱滑套和机械手连接块分别与调垂机构中的调垂杆套和调垂杆联接，变幅机构通过立柱与旋转机构的连接法兰固定联接，旋转机构通过旋转推力滚子轴承与平移机构的移动滑车盖底部滑动连接，平移机构通过移动滑车架及其上的滑车滚轮与二层台机构的二层台滑道联接；

所述的变幅机构是由变幅驱动液压缸、变幅动臂、变幅挺杆、立柱、立柱滑套、机械手连接块、机械手臂、第一机械手和第二机械手组成，变幅驱动液压缸无杆腔端的吊耳与立柱上的耳板铰接， 变幅驱动液压缸有杆腔端的吊耳与立柱滑套一侧的耳板铰接，立柱滑套可以沿立柱上下方向滑动，变幅动臂与立柱滑套之间，变幅挺杆与立柱之间、变幅挺杆与变幅动臂之间、变幅动臂与机械手连接块之间均采用铰接方式联接，通过控制变幅驱动液压缸的伸缩带动立柱滑套沿立柱上下移动，能够实现机械手臂的变幅运动；

所述的调垂机构是由调垂驱动液压缸、调垂杆套和调垂杆组成，调垂驱动液压缸通过两端吊耳分别与调垂杆套与调垂杆固定连接，调垂杆套与立柱滑套之间铰接，调垂杆与机械手连接块之间铰接，正常工作状态时，调垂杆套与调垂杆两端点长度与变幅动臂长度相等，构成平行四边形，第一机械手和第二机械手轴线垂直于地面，实现机械手臂在变幅过程中的稳定性及钻杆的垂直性。需要调垂抓取钻杆时，通过控制调垂驱动液压缸的伸缩，实现机械手臂的倾斜，从而完成对倾斜钻杆的抓取；

所述的旋转机构是由第一旋转驱动液压缸、第二旋转驱动液压缸、连接法兰、法兰连接盘、旋转传动轴、旋转驱动盘、旋转推力轴承、扶正轴承、旋转盘、卡簧、第一螺栓组和第二螺栓组组成，连接法兰与立柱固定连接，连接法兰与法兰连接盘通过第二螺栓组固定连接，法兰连接盘内圈通过第一螺栓组与旋转盘固定连接，旋转传动轴与旋转驱动盘固定连接，扶正轴承内圈安装于旋转传动轴上，扶正轴承外圈安装在移动滑车架的轴承孔内，旋转推力轴承的一端与旋转盘接触，旋转推力轴承的另一端与移动滑车盖底部接触，卡簧安装于移动滑车盖的卡簧槽内，第一旋转驱动液压缸和第二旋转驱动液压缸的一端分别与旋转驱动盘上的两固定块铰接，第一旋转驱动液压缸和第二旋转驱动液压缸的另一端分别与移动滑车上的固定块铰接；

所述的平移机构是由第一多级驱动液压缸、第二多级驱动液压缸驱动、移动滑车架、移动滑车盖、滑车滚轮、液压缸固定块、液压缸固定螺栓和二层台滑道组成，液压缸固定块和二层台滑道均与二层台底部固定连接，第一多级驱动液压缸和第二多级驱动液压缸的一端分别与移动滑车架铰接，第一多级驱动液压缸、第二多级驱动液压缸的另一端通过液压缸无杆腔侧铰点固定于液压缸固定块上，移动滑车架与移动滑车盖通过螺栓连接，工作过程中，通过控制第一多级驱动液压缸和第二多级驱动液压缸的伸缩，带动平移机构通过滑车滚轮在二层台滑道内完成直线运动，从而实现了立柱及钻杆在二层台上的平移运动；

所述的二层台机构由二层台、二层台滑道和排管架组成，二层台通过螺栓与井架固连，二层台滑道与二层台固定连接，排管架固定连接在二层台内，能够存储钻杆。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的变幅、调垂、移运、转向均采用液压缸驱动，能够实现较高控制精度，可靠性高；

2、本实用新型具有调垂特性和平移特性；平移特性在变幅过程中能够实现钻杆的平移运输；调垂特性能够实现对倾斜钻杆的抓取；

附图说明

图1为本实用新型的立体示意图。

图2为本实用新型的平移机构剖视示意图。

图3为本实用新型的平移机构立体示意图。

图4为本实用新型的二层台机构立体示意图。

其中：1—变幅机构；2—调垂机构；3—旋转机构；4—平移机构；5—二层台机构；10—变幅驱动液压缸；11—变幅动臂；12—变幅挺杆；13—立柱；14—立柱滑套；15—机械手连接块；16—机械手臂；171—第一机械手；172—第二机械手；18—钻杆；20—调垂驱动液压缸；21—调垂杆套；22—调垂杆；301—第一旋转驱动液压缸；302—第二旋转驱动液压缸；31—连接法兰；32—法兰连接盘；33—旋转传动轴；34—旋转驱动盘；35—旋转推力轴承；36—扶正轴承；37—旋转盘；38—卡簧；391—第一螺栓组；392—第二螺栓组；401—第一多级驱动液压缸；402—第二多级驱动液压缸；41—移动滑车架；42—移动滑车盖；43—滑车滚轮；44—液压缸固定块；51—二层台；52—二层台滑道；53—排管架；54—排管架指梁。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3和图4所示，本实施例是由变幅机构1、调垂机构2、旋转机构3、平移机构4和二层台机构5构成，

所述的变幅机构1通过立柱滑套14和机械手连接块15分别与调垂机构2中的调垂杆套21和调垂杆22联接，变幅机构1通过立柱13与旋转机构3的连接法兰31固定联接，旋转机构3通过旋转推力滚子轴承35与平移机构4的移动滑车盖底部滑动连接，平移机构4通过移动滑车架41及其上的滑车滚轮43与二层台机构5的二层台滑道52联接；

所述的变幅机构1是由变幅驱动液压缸10、变幅动臂11、变幅挺杆12、立柱13、立柱滑套14、机械手连接块15、机械手臂16、第一机械手171和第二机械手172组成，变幅驱动液压缸10无杆腔端的吊耳与立柱13上的耳板铰接，变幅驱动液压缸10有杆腔端的吊耳与立柱滑套14一侧的耳板铰接，立柱滑套14可以沿立柱13上下方向滑动，变幅动臂11与立柱滑套14之间，变幅挺杆12与立柱13之间、变幅挺杆12与变幅动臂11之间、变幅动臂11与机械手连接块15之间均采用铰接方式联接，通过控制变幅驱动液压缸10的伸缩带动立柱滑套14沿立柱上下移动，能够实现机械手臂的变幅运动；

所述的调垂机构2是由调垂驱动液压缸20、调垂杆套21和调垂杆22组成，调垂驱动液压缸20通过两端吊耳分别与调垂杆套21与调垂杆22固定连接，调垂杆套21与立柱滑套14之间铰接，调垂杆22与机械手连接块15之间铰接，正常工作状态时，调垂杆套21与调垂杆22两端点长度与变幅动臂11长度相等，构成平行四边形，第一机械手171和第二机械手172轴线垂直于地面，实现机械手臂16在变幅过程中的稳定性及钻杆的垂直性。需要调垂抓取钻杆时，通过控制调垂驱动液压缸20的伸缩，实现机械手臂16的倾斜，从而完成对倾斜钻杆18的抓取；

所述的旋转机构3是由第一旋转驱动液压缸301、第二旋转驱动液压缸302、连接法兰31、法兰连接盘32、旋转传动轴33、旋转驱动盘34、旋转推力轴承35、扶正轴承36、旋转盘37、卡簧38、第一螺栓组391和第二螺栓组392组成，连接法兰31与立柱13固定连接，连接法兰31与法兰连接盘32通过第二螺栓组392固定连接，法兰连接盘32内圈通过第一螺栓组391与旋转盘37固定连接，旋转传动轴33与旋转驱动盘34固定连接，扶正轴承36内圈安装于旋转传动轴33上，扶正轴承36外圈安装在移动滑车架41的轴承孔内，旋转推力轴承35的一端与旋转盘37接触，旋转推力轴承35的另一端与移动滑车盖42底部接触，卡簧38安装于移动滑车盖42的卡簧槽内，第一旋转驱动液压缸301和第二旋转驱动液压缸302的一端分别与旋转驱动盘34上的两固定块铰接，第一旋转驱动液压缸301和第二旋转驱动液压缸302的另一端分别与移动滑车41上的固定块铰接；

所述的平移机构4是由第一多级驱动液压缸401、第二多级驱动液压缸402驱动、移动滑车架41、移动滑车盖42、滑车滚轮43、液压缸固定块44、液压缸固定螺栓45和二层台滑道52组成，液压缸固定块44和二层台滑道52均与二层台底部固定连接，第一多级驱动液压缸401、第二多级驱动液压缸402的一端分别与移动滑车架41铰接，第一多级驱动液压缸401、第二多级驱动液压缸402的另一端通过液压缸无杆腔侧铰点固定于液压缸固定块44上，移动滑车架41与移动滑车盖42通过螺栓连接，工作过程中，通过控制第一多级驱动液压缸401和第二多级驱动液压缸402的伸缩，带动平移机构4通过滑车滚轮43在二层台滑道52内完成直线运动，从而实现了立柱及钻杆在二层台上的平移运动；

所述的二层台机构5由二层台51、二层台滑道52和排管架53组成，二层台51通过螺栓与井架固连，二层台滑道52与二层台51固定连接，排管架53固定连接在二层台51内，能够存储钻杆。

本实用新型的工作过程是：

首先，假设直立的钻杆18存储在二层台51的任意排管架指梁54内，控制变幅驱动液压缸10收缩，通过变幅动臂11及变幅挺杆12传递运动，使机械手臂16带动第一机械手171和第二机械手172靠近钻杆；到达一定位置时，通过第一机械手171和第二机械手172在两个位置分别完成对钻杆18的抓取。当钻杆在排管架上受到额外载荷使钻杆发生一定角度的倾斜时，控制调垂驱动液压缸20的伸缩，调整机械手臂16在垂直方向的角度，当机械手臂16与钻杆倾斜角度相同时，通过第一机械手171和第二机械手172完成对钻杆的抓取。抓取钻杆后，控制调垂驱动液压缸20将钻杆调整垂直；驱动变幅驱动液压缸10伸长，使机械手臂16带着抓取的钻杆回收至靠近立柱10的位置，回收至钻杆脱离管架指梁54时，变幅驱动液压缸10停止伸长；

其次，驱动第一多级驱动液压缸401和第二多级驱动液压缸402伸长，使平移机构4带动立柱13和钻杆18及相关附件向井架方向平移；当平移机构4到达二层台滑道52末端时，第一多级驱动液压缸401和第二多级驱动液压缸402停止伸长；

再次，第一旋转驱动液压缸301和第二旋转驱动液压缸302伸缩，通过旋转传动轴32将运动传递至连接法兰31，立柱13及其附件带动钻杆18随连接法兰31一起旋转90度，使钻杆18转向井口方向；

最后，驱动变幅驱动液压缸10收缩，通过变幅动臂11及变幅挺杆12传递运动，使机械手臂16带动钻杆18伸出，向井口位置靠近，当钻杆18对准进口位置时，变幅驱动液压缸10停止，完成将钻,18从排放架到井口位置的输送。

本实用新型具有调垂机构，能够实现对倾斜钻杆的抓取；使用椭圆规机构，保证了变幅过程中钻杆的平行移动；本实用新型在变幅、调垂、移运、转向的运动过程均采用液压缸驱动，运动简单，能够实现较高控制精度，可靠性高。

Claims (1)

1.一种具有平移特性的液压缸驱动摆排管装置，特征在于：是由变幅机构、调垂机构、旋转机构、平移机构和二层台机构构成，

所述的变幅机构通过立柱滑套和机械手连接块分别与调垂机构中的调垂杆套和调垂杆联接，变幅机构通过立柱与旋转机构的连接法兰固定联接，旋转机构通过旋转推力滚子轴承与平移机构的移动滑车盖底部滑动连接，平移机构通过移动滑车架及其上的滑车滚轮与二层台机构的二层台滑道联接；

所述的变幅机构是由变幅驱动液压缸、变幅动臂、变幅挺杆、立柱、立柱滑套、机械手连接块、机械手臂、第一机械手和第二机械手组成，变幅驱动液压缸无杆腔端的吊耳与立柱上的耳板铰接， 变幅驱动液压缸有杆腔端的吊耳与立柱滑套一侧的耳板铰接，立柱滑套可以沿立柱上下方向滑动，变幅动臂与立柱滑套之间，变幅挺杆与立柱之间、变幅挺杆与变幅动臂之间、变幅动臂与机械手连接块之间均采用铰接方式联接，通过控制变幅驱动液压缸的伸缩带动立柱滑套沿立柱上下移动，能够实现机械手臂的变幅运动；

所述的调垂机构是由调垂驱动液压缸、调垂杆套和调垂杆组成，调垂驱动液压缸通过两端吊耳分别与调垂杆套与调垂杆固定连接，调垂杆套与立柱滑套之间铰接，调垂杆与机械手连接块之间铰接，正常工作状态时，调垂杆套与调垂杆两端点长度与变幅动臂长度相等，构成平行四边形，第一机械手和第二机械手轴线垂直于地面，实现机械手臂在变幅过程中的稳定性及钻杆的垂直性，需要调垂抓取钻杆时，通过控制调垂驱动液压缸的伸缩，实现机械手臂的倾斜，从而完成对倾斜钻杆的抓取；

所述的旋转机构是由第一旋转驱动液压缸、第二旋转驱动液压缸、连接法兰、法兰连接盘、旋转传动轴、旋转驱动盘、旋转推力轴承、扶正轴承、旋转盘、卡簧、第一螺栓组和第二螺栓组组成，连接法兰与立柱固定连接，连接法 兰与法兰连接盘通过第二螺栓组固定连接，法兰连接盘内圈通过第一螺栓组与旋转盘固定连接，旋转传动轴与旋转驱动盘固定连接，扶正轴承内圈安装于旋转传动轴上，扶正轴承外圈安装在移动滑车架的轴承孔内，旋转推力轴承的一端与旋转盘接触，旋转推力轴承的另一端与移动滑车盖底部接触，卡簧安装于移动滑车盖的卡簧槽内，第一旋转驱动液压缸和第二旋转驱动液压缸的一端分别与旋转驱动盘上的两固定块铰接，第一旋转驱动液压缸和第二旋转驱动液压缸的另一端分别与移动滑车上的固定块铰接；

所述的平移机构是由第一多级驱动液压缸、第二多级驱动液压缸驱动、移动滑车架、移动滑车盖、滑车滚轮、液压缸固定块、液压缸固定螺栓和二层台滑道组成，液压缸固定块和二层台滑道均与二层台底部固定连接，第一多级驱动液压缸和第二多级驱动液压缸的一端分别与移动滑车架铰接，第一多级驱动液压缸、第二多级驱动液压缸的另一端通过液压缸无杆腔侧铰点固定于液压缸固定块上，移动滑车架与移动滑车盖通过螺栓连接，通过控制第一多级驱动液压缸和第二多级驱动液压缸的伸缩，带动平移机构通过滑车滚轮在二层台滑道内完成直线运动；

所述的二层台机构由二层台、二层台滑道和排管架组成，二层台通过螺栓与井架固连，二层台滑道与二层台固定连接，排管架固定连接在二层台内。 

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