CN205172474U - 一种大容量多钻杆兼容型钻杆库系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大容量多钻杆兼容型钻杆库系统，包括设于钻机（1）一侧的钻杆存放装置（2），该钻杆存放装置与钻机之间设置钻杆夹持输送装置（3），一PLC控制系统电性连接该钻杆存放装置和钻杆夹持输送装置。本实用新型可以存放几十根不同规格的钻杆，并且能实现自动更换钻杆，提高更换钻杆的效率。

Description

一种大容量多钻杆兼容型钻杆库系统

技术领域

本实用新型涉及工程钻机钻杆库系统，特别是一种大容量多钻杆兼容型钻杆库系统。

背景技术

随着经济社会发展，劳动力成本越来越高，自动化、智能化、省人化已经成为许多设备买家的潜在要求；另外，随着生活和教育水平提高，操作者越来越要求设备人性化、降低劳动强度、优化劳动环境。国家层面也十分重视科技进步和工业转型升级，许多地方正在力推机器换人工作，设备的自动化、智能化、省人化也是社会发展、科技进步的大势所趋。然而，目前国内市场上许多钻机的钻杆更换工艺依然依靠工人肩扛手抬，这种方式劳动强度大、效率低、存在较大安全隐患，是一种比较落后的工艺方法。为了改善这种落后的工艺，需要研发一种能够自动更换钻杆的钻杆库系统。

根据已有的公开资料，目前存在若干种钻杆库，但是这些钻杆库存在库容钻杆比较少（一般只能容纳4-6根钻杆）,以及兼容性不强等缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种大容量多钻杆兼容型钻杆库系统，其可以存放并且能自动更换钻杆，用于替代人工更换钻杆的工艺，提高更换钻杆的效率。另外，该钻杆库系统可以存放多根不同规格的钻杆，库容量和存放规格数可以根据实际使用需要调整。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种大容量多钻杆兼容型钻杆库系统，包括设于钻机一侧的钻杆存放装置，该钻杆存放装置与钻机之间设置钻杆夹持输送装置，一PLC控制系统电性连接该钻杆存放装置和钻杆夹持输送装置。

该钻杆存放装置包括第一驱动单元、立轴支撑部件、钻杆存放圆盘；该立轴支撑部件包括第一立轴，该第一立轴的下端部经轴承安装于第一底座中，并使第一立轴的轴线处于竖直状态；该第一立轴的中部与第一圆柱直齿轮固定联接，该第一驱动单元的输出轴上设置第二圆柱直齿轮，第一圆柱直齿轮与第二圆柱直齿轮外啮合连接，该第一立轴的上端部与钻杆存放圆盘联接。该钻杆存放圆盘由上、下圆盘和中心套管焊接而成，上圆盘上分布若干用于插入钻杆的第一孔洞，且上圆盘的上部完全敞开，下圆盘上安装有钻杆保持架，钻杆保持架上分布若干与第一孔洞对应的第二孔洞。该上、下圆周盘之间的距离为1200mm。该中心套管与第一立轴固定联接。

该钻杆夹持输送装置包括旋转部件、升降部件、伸缩部件、夹持器。该旋转部件包括第二驱动单元、第二立轴及第二底座,该第二立轴的下端部经轴承安装于第二底座中，并使第二立轴的轴线处于竖直状态,该第二立轴的中部固定连接第三圆柱直齿轮,该第二驱动单元的输出轴上设置第四圆柱直齿轮，第四圆柱直齿轮与第三圆柱直齿轮外啮合连接，使第二驱动单元的动力传送给第二立轴,该第二立轴的上端部与升降部件的第三底座固定联接。该升降部件包括第三底座和设置于该第三底座上的两级升降液压缸,该升降部件的上端面与两级升降液压缸的底部通过法兰联接，使两级升降液压缸能随第二立轴的旋转而旋转，并使两级升降液压缸的轴线处于竖直状态，且两级升降液压缸的柱塞只能沿着轴线作往复直线运动，不能绕轴线旋转，该两级升降液压缸的上部和伸缩部件通过直角法兰联接，使伸缩部件水平设置于两级升降液压缸的上部。该伸缩部件包括一级伸缩液压缸，且该一级伸缩液压缸的轴线处于水平位置，柱塞只能沿着轴线作往复直线运动，不能绕轴线旋转,该一级伸缩液压缸的一端与升降部件的末级液压缸联接，另一端与夹持器联接。

该PLC控制系统包括PLC控制器，该PLC控制器的输入端连接信号处理器，该PLC控制器的输出端连接用于控制第一、二驱动单元动作的电机运动控制器及用于控制两级升降液压缸和一级伸缩液压缸动作的电磁阀控制器,该信号处理器的输入端并接角位移传感器、夹紧力传感器、夹持器位置传感器、伸缩油缸位置传感器、升降油缸位置传感器，该角位移传感器安装在钻杆存放圆盘的下圆盘底部，以测量第一立轴的旋转角位移;该夹紧力传感器和夹持器位置传感器安装在夹持器上;该伸缩油缸位置传感器安装于一级伸缩液压缸上，该升降油缸位置传感器安装于两级升降液压缸上。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：

1、本实用新型通过采用PLC控制系统对钻杆库进行控制，并于钻杆存放圆盘的下圆盘底部设置角位移传感器，夹持器上设置夹紧力传感器和夹持器位置传感器，伸缩部件及升降部件上设置伸缩油缸位置传感器或升降油缸位置传感器，从而实现了钻杆库的自动化控制，钻杆放入钻杆存放圆盘后，就无需人力，就可实现钻杆的自动更换。

2、本实用新型钻杆存放圆盘的上圆盘上部完全敞开，因而可存放钻杆的长度范围更宽，且钻杆存放圆盘上的第一、二孔洞至少有30对，因而存放的钻杆数量更多。

附图说明

图1为本实用新型结构原理示意图，也是本实用新型各零部件处于原点位置的示意图。

图2为本实用新型PLC控制系统原理示意图。

图3为本实用新型夹持钻杆并上升到指定位置的示意图。

图4为本实用新型钻杆输送到钻机钻盘孔正上方位置的示意图。

图5为本实用新型钻杆装配到钻机钻盘孔内位置的示意图。

图6为本实用新型PLC控制系统工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型钻杆库系统一实施例包括设于钻机1一侧的钻杆存放装置2，该钻杆存放装置2与钻机1之间设置钻杆夹持输送装置3，一PLC控制系统4与该钻杆存放装置2、钻杆夹持输送装置3电性连接。

该钻杆存放装置2包括第一驱动单元21、立轴支撑部件22、钻杆存放圆盘23。该立轴支撑部件22包括第一立轴221，该第一立轴221的下端部经轴承安装于第一底座222中，并使第一立轴221的轴线处于竖直状态。该第一立轴221的中部通过键与第一圆柱直齿轮223联接，该第一驱动单元21的输出轴上设置第二圆柱直齿轮211，第一圆柱直齿轮223与第二圆柱直齿轮211外啮合连接。该第一立轴221的上端部通过花键与钻杆存放圆盘23联接。钻杆存放圆盘23由上、下圆盘231、232和中心套管233焊接而成，上圆盘231上分布若干用于插入钻杆5的孔洞（孔洞的直径可以根据不同钻杆直径配备，数量至少为30个），且上圆盘231的上部完全敞开，下圆盘232上安装有钻杆保持架234，钻杆保持架234上也分布若干孔洞，并与上圆盘上的孔洞一一对应。上、下圆周盘231、232之间的距离一般为1200mm，由于上圆盘231的上部完全敞开，因此，只要是长度大于1200mm的钻杆5均可以存放。钻杆5存放时，直立插在上圆盘231的孔洞内，钻杆下端部插在钻杆保持架234的孔洞内。该中心套管233内有花键槽，中心套管233通过花键与第一立轴221联接，因此，当第一立轴221旋转时，可带动钻杆存放圆盘23一同旋转。

该钻杆夹持输送装置3包括旋转部件31、升降部件32、伸缩部件33、夹持器34。

该旋转部件31包括第二驱动单元311、第二立轴312及第二底座313。该第二立轴312的下端部经轴承安装于第二底座313中，并使第二立轴312的轴线处于竖直状态。该第二立轴312的中部通过键连接第三圆柱直齿轮314。该第二驱动单元311的输出轴上设置第四圆柱直齿轮315，第四圆柱直齿轮315与第三圆柱直齿轮314外啮合连接，使第二驱动单元311的动力能传送给第二立轴312。该第二立轴312的上端部通过花键与升降部件32联接。

该升降部件32包括第三底座321和设置于该第三底座321上的两级升降液压缸322。该升降部件32的第三底座321与第二立轴312通过花键联接，该升降部件32的上端面与两级升降液压缸322的底部通过法兰联接，使两级升降液压缸322能随第二立轴312的旋转而旋转，并使两级升降液压缸322的轴线处于竖直状态，且两级升降液压缸322的柱塞只能沿着轴线作往复直线运动，不能绕轴线旋转。该两级升降液压缸322的上部和伸缩部件33通过直角法兰联接，使伸缩部件33水平设置于两级升降液压缸322的上部。

该伸缩部件33包括一级伸缩液压缸331，且该一级伸缩液压缸331的轴线处于水平位置，柱塞只能沿着轴线作往复直线运动，不能绕轴线旋转。该一级伸缩液压缸331的一端与升降部件32的末级液压缸联接，另一端与夹持器34联接。

该升降部件32的两级升降液压缸322、伸缩部件33的一级伸缩液压缸331均由液压控制系统控制。液压控制系统为本领域公知系统，因而在此不作过多叙述。

如图2所示，该PLC控制系统4包括PLC控制器41，该PLC控制器41的输入端连接信号处理器42，该PLC控制器41的输出端连接电机运动控制器43及电磁阀控制器44。该信号处理器42的输入端并接角位移传感器421、夹紧力传感器422、夹持器位置传感器423、伸缩油缸位置传感器424、升降油缸位置传感器425，信号处理器42的功能主要是将传感器反馈的电脉冲信号处理成标准的电脉冲，即将脉冲的幅值电平和周期时长进行整形，变成标准的矩形脉冲，以便于PLC控制器41识别，避免误操作。其中，该角位移传感器421安装在上述钻杆存放圆盘23的下圆盘底部，与钻杆存放圆盘23的旋转轴心相同，因而可以测量第一立轴221的旋转角位移。该角位移传感器421的作用是将第一立轴221的角位移量变换为PLC控制器41可以识别的二进制码。该夹紧力传感器422和夹持器位置传感器423安装在夹持器34上。该夹紧力传感器422用于检测夹钳在夹紧钻杆时的力量是否在设计值范围内，如果夹紧力太小，则钻杆在移动过程中可能从夹钳上脱落，造成危险；而夹紧力过大，有可能将钻杆挤压变形。因此，对夹紧力的检测是一道重要安全防线。如果夹紧力传感器421检测到夹紧力出现异常情况，则一方面将向PLC控制器41传输数据，由PLC控制器41发出调整指令，另一方面发出报警，指示操作者注意。该伸缩油缸位置传感器424和升降油缸位置传感器425分别安装于一级伸缩液压缸331和两级升降液压缸322上，以检测其位置信息。该电机运动控制器43用于控制第一驱动单元21、第二驱动单元311的启动、停止、调速、换向等动作。该电磁阀控制器44用于控制各液压缸控制电磁阀的动作，从而控制各液压缸活塞杆的伸出、缩回、停止等动作，并能控制活塞杆运动的速度。

如图1-图6所示，本发明在开始工作前，各零部件处于如图1所示的原点位置。本发明在工作时，由操作人员先将钻杆存放装置2中的钻杆存放位置、钻杆存放型号存入PLC控制系统4的PLC控制器41内，然后通过PLC控制器41内经电机运动控制器43向第一驱动单元21发出预设的指令，第一驱动单元21的电动机按照预设指令的转速、角位移、旋转方向运转，从而通过齿轮传动带动钻杆存放圆盘23按照预设的指令旋转，使得所需要的目标钻杆旋转到夹持器34的工作位置，并通过角位移传感器421将指定钻杆就位信号反馈给PLC控制器41。与此同时，PLC控制器41经电机运动控制器43及电磁阀控制器44向钻杆夹持输送装置3发出动作指令，夹持钻杆5，并将钻杆5输送到钻机1的钻盘孔内。更为具体的工作步骤如图6为：第一步，夹持器34的驱动电磁阀接收到动作信号，控制夹持器34的液压缸驱动夹钳推杆运动，夹钳张开，并将就位信号反馈给电控系统；第二步，伸缩部件33的电磁阀接收到电信号，控制一级伸缩液压缸331运动到夹持位置，并通过伸缩油缸位置传感器424、夹持器位置传感器423将夹持器34就位信号反馈给PLC控制器41；第三步，夹持器34收到夹紧指令，将钻杆5夹紧，并通过夹紧力传感器422将夹紧信号反馈给PLC控制器41；第四步，升降部件32接收到PLC控制器41发出的上升指令开始动作，带动钻杆5上升到预定位置，使得钻杆5的底部端面高出钻杆存放圆盘23的上表面一定高度，并通过升降油缸位置传感器425将就位信号反馈给PLC控制器41；第五步，伸缩部件33接收到PLC控制器41发出的回缩指令，带动钻杆5水平位移，离开钻杆存放圆盘23，到达预定位置，并通过伸缩油缸位置传感器424将就位信号反馈给PLC控制器41，本动作的目的是确保钻杆5在旋转时不与钻杆存放圆盘23上其余钻杆干涉；第六步，钻杆夹持输送装置3的旋转部件31接收到指令，带动钻杆旋转到钻机1的转盘孔正上方，使得钻杆5的轴线与钻机1的钻盘孔轴线重合，并将就位信号反馈给PLC控制器41；第七步，升降部件32接收到指令下降，使钻杆5装配到钻机1的钻盘孔内，并到达指定深度，且将就位信号反馈给PLC控制器41；第八步，夹持器34接收到信号松开，并将就位信号反馈给PLC控制器41；第九步，伸缩机构33接收到信号回缩，到达指定位置，并将就位信号反馈给PLC控制器41；第十步，钻杆夹持输送装置3的旋转部件31、升降部件32和钻杆存放圆盘23的旋转部件接收到指令，钻杆夹持输送装置3下降并旋转，钻杆存放圆盘23也旋转，使得所有零部件回到原点位置。上述的各零部件从原点位置开始动作，将钻杆输送到钻机工作位置后，各零部件又回到原点位置的过程称为一个工作周期。工作周期内的动作步骤，每个动作持续的时间长短，各零部件运送的速度均可通过PLC控制器41调整。

Claims (4)

1.一种大容量多钻杆兼容型钻杆库系统，包括设于钻机（1）一侧的钻杆存放装置（2），该钻杆存放装置与钻机之间设置钻杆夹持输送装置（3），其特征在于，

一PLC控制系统电性连接该钻杆存放装置和钻杆夹持输送装置；

该钻杆存放装置包括第一驱动单元（21）、立轴支撑部件（22）、钻杆存放圆盘（23）；该立轴支撑部件（22）包括第一立轴（221），该第一立轴的下端部经轴承安装于第一底座（222）中，并使第一立轴的轴线处于竖直状态；该第一立轴的中部与第一圆柱直齿轮（223）固定联接，该第一驱动单元的输出轴上设置第二圆柱直齿轮（211），第一圆柱直齿轮与第二圆柱直齿轮外啮合连接，该第一立轴的上端部与钻杆存放圆盘联接；

该钻杆夹持输送装置包括旋转部件（31）、升降部件（32）、伸缩部件（33）、夹持器（34）:

该旋转部件(31)包括第二驱动单元(311)、第二立轴(312)及第二底座(313),该第二立轴的下端部经轴承安装于第二底座中，并使第二立轴的轴线处于竖直状态,该第二立轴的中部固定连接第三圆柱直齿轮(314),该第二驱动单元的输出轴上设置第四圆柱直齿轮(315)，第四圆柱直齿轮与第三圆柱直齿轮外啮合连接，使第二驱动单元的动力传送给第二立轴,该第二立轴的上端部与升降部件(32)的第三底座(321)固定联接；

该升降部件包括第三底座(321)和设置于该第三底座上的两级升降液压缸(322),该升降部件的上端面与两级升降液压缸的底部通过法兰联接，使两级升降液压缸能随第二立轴的旋转而旋转，并使两级升降液压缸的轴线处于竖直状态，且两级升降液压缸的柱塞只能沿着轴线作往复直线运动，不能绕轴线旋转，该两级升降液压缸的上部和伸缩部件（33）通过直角法兰联接，使伸缩部件水平设置于两级升降液压缸的上部；

该伸缩部件包括一级伸缩液压缸(331)，且该一级伸缩液压缸的轴线处于水平位置，柱塞只能沿着轴线作往复直线运动，不能绕轴线旋转,该一级伸缩液压缸的一端与升降部件的末级液压缸联接，另一端与夹持器(34)联接；

该PLC控制系统(4)包括PLC控制器(41)，该PLC控制器的输入端连接信号处理器(42)，该PLC控制器的输出端连接用于控制第一、二驱动单元动作的电机运动控制器(43)及用于控制两级升降液压缸和一级伸缩液压缸动作的电磁阀控制器(44),该信号处理器的输入端并接角位移传感器(421)、夹紧力传感器(422)、夹持器位置传感器(423)、伸缩油缸位置传感器(424)、升降油缸位置传感器(425)，该角位移传感器安装在钻杆存放圆盘(23)的下圆盘底部，以测量第一立轴(221)的旋转角位移;该夹紧力传感器和夹持器位置传感器安装在夹持器上;该伸缩油缸位置传感器和升降油缸位置传感器分别安装于一级伸缩液压缸和两级升降液压缸上。

2.根据权利要求1所述的大容量多钻杆兼容型钻杆库系统，其特征在于，该钻杆存放圆盘（23）由上、下圆盘和中心套管焊接而成，上圆盘上分布若干用于插入钻杆的第一孔洞，且上圆盘的上部完全敞开，下圆盘上安装有钻杆保持架，钻杆保持架上分布若干与第一孔洞对应的第二孔洞。

3.根据权利要求2所述的大容量多钻杆兼容型钻杆库系统，其特征在于，该上、下圆周盘之间的距离为1200mm。

4.根据权利要求2所述的大容量多钻杆兼容型钻杆库系统，其特征在于，该中心套管与第一立轴固定联接。