CN206888935U - 一种全自动液压动力大钳 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动液压动力大钳，包括液压站及其控制系统、回转机构、运移机构、悬挂机构和钳体，所述悬挂机构包括悬挂液压缸、碟形弹簧和二号电子尺，所述悬挂液压缸的两端均设有耳环。本实用新型设计具有平移、升降、旋转功能的机构系统悬挂动力大钳钳体，并通过相应的检测装置和控制系统实现钳体自动进入/退出工位；通过对传统动力大钳进行自动化改造实现过桥齿轮定位，档位转换，上扣、卸扣的自动操作；采用快速液压插拔接头实现动力大钳的快速更换，以适用于不同的钻具管径，能够实现钻具连接与拆卸的自动化操作，提高钻具处理的安全可靠性和效率。

Description

一种全自动液压动力大钳

技术领域

本实用新型涉及钻具连接与拆卸用动力大钳，尤其设计一种能实现全自动工作的动力大钳，具体为一种全自动液压动力大钳。

背景技术

石油钻井过程中需要进行大量的钻具上扣、卸扣作业，目前国内陆地钻井多使用动力大钳进行钻具的连接和拆卸，传统动力大钳操作需靠人工完成，工作效率低、劳动强度大、危险程度高；海洋钻井平台常用铁钻工替代动力大钳，但铁钻工结构复杂，造价高，同时铁钻工没有传统动力大钳可靠，故障率较高，对传统动力大钳进行自动化改造是解决上述问题的新思路。

实用新型内容

为实现动力大钳的自动操作，提高钻井作业的安全性和效率，本实用新型提供一种全自动液压动力大钳，该动力大钳配有物料检测传感器，可自动进入/退出工作位置，通过控制系统的合理设计，实现了过桥齿轮对位、上扣/卸扣的自动化操作；同时能实时监控上/卸钻杆扭矩，保证作业质量。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种全自动液压动力大钳，包括液压站及其控制系统、回转机构、运移机构、悬挂机构和钳体，所述液压站及其控制系统包括配有压力及流量传感器的液压站、集成阀块、快速液压插拔接头、PLC及相应控制程序，所述集成阀块安装在回转机构上，所述运移机构、悬挂机构和钳体的油路均通过集成阀块与液压站相连，所述钳体的油路通过快速液压插拔接头与集成阀块相连接，该快速液压插拔接头用于钳体的快速更换。

所述回转机构包括立柱、安装底座、回转支承、液压马达、第一摄像头、限位块、第一齿轮测速传感器、支架和活动块，该回转机构用于实现动力大钳多工位工作；所述安装底座的底部通过地脚与地面固定，该安装底座通过螺栓与回转支承的内圈固接，且安装底座的顶部固定连接有限位块；所述回转支承的外圈与立柱通过螺栓固接，该回转支承的外转盘上固接有活动块，所述立柱的侧面安设集成阀块，该立柱上安装有用于传输现场工况至控制室的角度可调式的第一摄像头；所述液压马达的输出轴上安装有与回转支承外齿圈啮合的小齿轮，所述第一齿轮测速传感器通过支架安装在限位块上，该第一齿轮测速传感器的探头正对于回转支承的外齿圈，且第一齿轮测速传感器的探头用于检测回转机构的回转角度。

所述运移机构为摆臂式结构，该摆臂式结构的运移机构包括一号支座、摆臂、一号铰接座、二号铰接座、第一销轴、摆臂油缸、一号电子尺和转角检测机构，所述一号支座焊接于回转机构的立柱上，该一号支座与一号铰接座通过第一销轴铰接在一起；所述一号铰接座焊接于摆臂的前端，该摆臂的尾部焊接有用于连接悬挂系统的二号铰接座，且摆臂通过摆臂油缸的驱动下绕铰接点转动；所述摆臂油缸的两端环体同轴安装有用于检测摆臂转动角度的一号电子尺。

所述悬挂机构包括悬挂液压缸、碟形弹簧和二号电子尺，所述悬挂液压缸的两端均设有耳环，该悬挂液压缸一端的耳环与二号铰接座通过第二销轴铰接在一起，且耳环与二号铰接座之间的空隙填充有碟形弹簧；所述第二销轴上设有用于限定销轴转动的限位片，所述悬挂液压缸的顶部安装有用于检测钳体垂向位置的二号电子尺。

所述钳体连接于悬挂液压缸一端的耳环上，该钳体包括主钳、背钳、安全门、换挡拨杆、换挡油缸和旋扣马达；所述钳体通过换挡油缸带动换挡拨杆实现档位转换；所述主钳与背钳的缝隙间靠近钳口处安装有用于检测大钳与钻具相对位置的物料传感器，该主钳的旋扣马达油路上安装有液控比例流量调节阀；所述钳体的侧面通过钻孔安装有用于实现过桥齿轮自动对位的第二齿轮测速传感器，该钳体上安装有用于拍摄钳体工况的第二摄像头，且钳体上安装有控制安全门开闭的液压油缸。

优选的，所述运移机构还能为倒V式结构，该倒V式结构的运移机构包括安装板、二号支座、三号支座、一号梁、二号梁、中间连接板、三号梁、四号梁、三号铰接座、连接梁、伸缩液压缸和转角检测机构，二号支座、三号支座、一号梁、二号梁、中间连接板组成一级平行四边机构，中间连接板、三号梁、四号梁、三号铰接座组成二级平行四边机构，两级平行四边形呈倒V布置，在伸缩液压缸的驱动下展开或缩回。

优选的，所述转角检测机构包括编码器支架、拨杆和编码器；编码器与拨杆分别固定在发生相对转动的两个部件上，编码器通过测量拨杆的转角获得两部件的相对转动角度。

优选的，所述碟形弹簧的外圈直径大于耳环的内部孔径。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设计具有平移、升降、旋转功能的机构系统悬挂动力大钳钳体，并通过相应的检测装置和控制系统实现钳体自动进入/退出工位；通过对传统动力大钳进行自动化改造实现过桥齿轮定位，档位转换，上扣、卸扣的自动操作；采用快速液压插拔接头实现动力大钳的快速更换，以适用于不同的钻具管径，能够实现钻具连接与拆卸的自动化操作，提高钻具处理的安全可靠性和效率。

附图说明

图1为本实用新型采用摆臂式运移机构的主视图；

图2为本实用新型采用摆臂式运移机构的俯视图；

图3为本实用新型采用倒V式运移机构的示意图；

图4为转角检测机构的示意图；

图5为悬挂机构的示意图；

图6为钳体结构的示意图。

图中：1液压站及其控制系统、11集成阀块、12快速液压插拔接头、2回转机构、21立柱、22安装底座、23回转支承、24液压马达、25第一摄像头、26限位块、27第一齿轮测速传感器、28支架、29活动块、3运移机构、31一号支座、32摆臂、33一号铰接座、34二号铰接座、35第一销轴、36摆臂油缸、37一号电子尺、311安装板、312二号支座、313三号支座、314一号梁、315二号梁、316中间连接板、317三号梁、318四号梁、319三号铰接座、320连接梁、321伸缩液压缸、322编码器支架、323拨杆、324编码器、4悬挂机构、41悬挂液压缸、42耳环、43第二销轴、44碟形弹簧、45限位片、46二号电子尺、5钳体、51主钳、52背钳、53物料传感器、54第二齿轮测速传感器、55第二摄像头、56液压油缸、57安全门、58旋扣马达、59液控比例流量调节阀、510换挡油缸、511换挡拨杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：

如图1-6所示，一种全自动液压动力大钳，包括液压站及其控制系统1、回转机构2、运移机构3、悬挂机构4和钳体5，液压站及其控制系统1包括配有压力及流量传感器的液压站、集成阀块11、快速液压插拔接头12、PLC及相应控制程序，集成阀块11安装在回转机构2上，运移机构3、悬挂机构4和钳体5的油路均通过集成阀块11与液压站相连，钳体5的油路通过快速液压插拔接头12与集成阀块11相连接，该快速液压插拔接头12用于钳体5的快速更换。

回转机构2包括立柱21、安装底座22、回转支承23、液压马达24、第一摄像头25、限位块26、第一齿轮测速传感器27、支架28和活动块29，该回转机构2用于实现动力大钳多工位工作；安装底座22的底部通过地脚与地面固定，该安装底座22通过螺栓与回转支承23的内圈固接，且安装底座22的顶部固定连接有限位块26；回转支承23的外圈与立柱21通过螺栓固接，该回转支承23的外转盘上固接有活动块29，立柱21的侧面安设集成阀块11，该立柱21上安装有用于传输现场工况至控制室的角度可调式的第一摄像头25；液压马达24的输出轴上安装有与回转支承23外齿圈啮合的小齿轮，第一齿轮测速传感器27通过支架28安装在限位块26上，该第一齿轮测速传感器27的探头正对于回转支承23的外齿圈，且第一齿轮测速传感器27的探头用于检测回转机构2的回转角度，液压马达24集成减速器和制动器，具有断油自动制动功能，液压马达24输出轴上安装有与回转支承23的外齿圈啮合的小齿轮，回转机构2的动力传递路线为：液压马达24-减速器-小齿轮-回转支承23外齿圈-立柱21，回转机构2用于实现动力大钳多工位工作功能，立柱21主体结构为矩形方管。

通过检测转过齿轮数量判断动力大钳的转动角度，活动块29固定在回转支承23外转盘上，当回转支承23从图2所示位置旋转至接近180°时，活动块29与限位块26接触，阻止回转支承23继续旋转，保证设备安全。

运移机构3为摆臂式结构，该摆臂式结构的运移机构3包括一号支座31、摆臂32、一号铰接座33、二号铰接座34、第一销轴35、摆臂油缸36、一号电子尺37和转角检测机构，一号支座31焊接于回转机构2的立柱21上，该一号支座31与一号铰接座33通过第一销轴35铰接在一起；一号铰接座33焊接于摆臂32的前端，该摆臂32的尾部焊接有用于连接悬挂系统的二号铰接座34，且摆臂32通过摆臂油缸36的驱动下绕铰接点转动；摆臂油缸36的两端环体同轴安装有用于检测摆臂32转动角度的一号电子尺37。

悬挂机构4包括悬挂液压缸41、碟形弹簧44和二号电子尺46，悬挂液压缸41的两端均设有耳环42，该悬挂液压缸41一端的耳环42与二号铰接座34通过第二销轴43铰接在一起，且耳环42与二号铰接座34之间的空隙填充有碟形弹簧44；碟形弹簧44的外圈直径大于耳环42的内部孔径，第二销轴43上设有用于限定销轴转动的限位片45，悬挂液压缸41的顶部安装有用于检测钳体5垂向位置的二号电子尺46，钳体5连接在悬挂液压缸41另一端耳环42上，当悬挂液压缸41受到钳体5传递来的扭矩而发生旋转时，碟形弹簧44被压缩，当扭矩消失后，碟形弹簧44推动油缸回位，以此来减小连接处刚度，提高连接寿命和可靠性。

钳体5连接于悬挂液压缸41一端的耳环42上，该钳体5包括主钳51、背钳52、安全门57、换挡拨杆511、换挡油缸510和旋扣马达58；钳体5通过换挡油缸510带动换挡拨杆511实现档位转换；主钳51与背钳52的缝隙间靠近钳口处安装有用于检测大钳与钻具相对位置的物料传感器53，该主钳51的旋扣马达58油路上安装有液控比例流量调节阀59；钳体5的侧面通过钻孔安装有用于实现过桥齿轮自动对位的第二齿轮测速传感器54，该钳体5上安装有用于拍摄钳体5工况的第二摄像头55，且钳体5上安装有控制安全门57开闭的液压油缸56。

如图3所示，运移机构3还能为倒V式结构，该倒V式结构的运移机构3包括安装板311、二号支座312、三号支座313、一号梁314、二号梁315、中间连接板316、三号梁317、四号梁318、三号铰接座319、连接梁320、伸缩液压缸321和转角检测机构，二号支座312、三号支座313、一号梁314、二号梁315、中间连接板316组成一级平行四边机构，中间连接板316、三号梁317、四号梁318、三号铰接座319组成二级平行四边机构，两级平行四边形呈倒V布置，在伸缩液压缸321的驱动下展开或缩回。

如图4所示，转角检测机构包括编码器支架322、拨杆323和编码器324；编码器324与拨杆323分别固定在发生相对转动的两个部件上，编码器324通过测量拨杆323的转角获得两部件的相对转动角度，编码器324为光电编码器。

工作原理：全自动液压动力大钳的工作原理及流程，以摆臂式运移为例，同理可得倒V式运移：当控制系统接收到上/卸钻杆指令后，液压马达24带动立柱21从初始位置向工作位置转动，转动过程中控制系统依据第一齿轮测速传感器27检测的数据判断转过角度，当转过角度与预设角度相同时，液压马达24停止转动。系统根据第二齿轮测速传感器54检测的过桥齿轮转动角度和圈数自动操作过桥齿轮对位，摆臂油缸36先动作，将钳体5送入一号电子尺37预设的水平/垂直位置，悬挂油缸41随即动作，将钳体5垂直位置调整至二号电子尺46预设值，物料传感器53将检测出的钳体5与钻具相对位置信息传送至控制系统，若相对位置不合格，控制系统将自动微调相应的执行元件直到钳体5处于合适的工作位置，钳体5进入正确工作位置后，背钳52先动作，夹紧下方钻具接箍，主钳51再动作夹紧上方钻具，控制系统通过控制液压回路中的液控比例流量调节阀59，使得主钳51开始高速小扭矩快速上/卸旋扣操作，随着旋扣进行，旋扣阻力越来越大，油压逐渐升高，当油压压力数值达到规定数值后旋扣停止，换挡油缸510带动换挡拨杆511动作实现钳体5档位转换，换挡完成后开始低速大扭矩上/卸冲扣操作，控制系统根据油压传感器监测值来判断冲扣动作是否完成，若完成，过桥齿轮自动定位至钳口位置，钳体5退出工位并反方向回到初始位置，整个工作过程均可由控制系统自动判断完成。

本实用新型设计具有平移、升降、旋转功能的机构系统悬挂动力大钳钳体5，并通过相应的检测装置和控制系统实现钳体5自动进入/退出工位；通过对传统动力大钳进行自动化改造实现过桥齿轮定位，档位转换，上扣、卸扣的自动操作；采用快速液压插拔接头12实现动力大钳的快速更换，以适用于不同的钻具管径，能够实现钻具连接与拆卸的自动化操作，提高钻具处理的安全可靠性和效率。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种全自动液压动力大钳，包括液压站及其控制系统(1)、回转机构(2)、运移机构(3)、悬挂机构(4)和钳体(5)，其特征在于：所述液压站及其控制系统(1)包括配有压力及流量传感器的液压站、集成阀块(11)、快速液压插拔接头(12)、PLC及相应控制程序，所述集成阀块(11)安装在回转机构(2)上，所述运移机构(3)、悬挂机构(4)和钳体(5)的油路均通过集成阀块(11)与液压站相连，所述钳体(5)的油路通过快速液压插拔接头(12)与集成阀块(11)相连接，该快速液压插拔接头(12)用于钳体(5)的快速更换；

所述回转机构(2)包括立柱(21)、安装底座(22)、回转支承(23)、液压马达(24)、第一摄像头(25)、限位块(26)、第一齿轮测速传感器(27)、支架(28)和活动块(29)，该回转机构(2)用于实现动力大钳多工位工作；所述安装底座(22)的底部通过地脚与地面固定，该安装底座(22)通过螺栓与回转支承(23)的内圈固接，且安装底座(22)的顶部固定连接有限位块(26)；所述回转支承(23)的外圈与立柱(21)通过螺栓固接，该回转支承(23)的外转盘上固接有活动块(29)，所述立柱(21)的侧面安设集成阀块(11)，该立柱(21)上安装有用于传输现场工况至控制室的角度可调式的第一摄像头(25)；所述液压马达(24)的输出轴上安装有与回转支承(23)外齿圈啮合的小齿轮，所述第一齿轮测速传感器(27)通过支架(28)安装在限位块(26)上，该第一齿轮测速传感器(27)的探头正对于回转支承(23)的外齿圈，且第一齿轮测速传感器(27)的探头用于检测回转机构(2)的回转角度；

所述运移机构(3)为摆臂式结构，该摆臂式结构的运移机构(3)包括一号支座(31)、摆臂(32)、一号铰接座(33)、二号铰接座(34)、第一销轴(35)、摆臂油缸(36)、一号电子尺(37)和转角检测机构，所述一号支座(31)焊接于回转机构(2)的立柱(21)上，该一号支座(31)与一号铰接座(33)通过第一销轴(35)铰接在一起；所述一号铰接座(33)焊接于摆臂(32)的前端，该摆臂(32)的尾部焊接有用于连接悬挂系统的二号铰接座(34)，且摆臂(32)通过摆臂油缸(36)的驱动下绕铰接点转动；所述摆臂油缸(36)的两端环体同轴安装有用于检测摆臂(32)转动角度的一号电子尺(37)；

所述悬挂机构(4)包括悬挂液压缸(41)、碟形弹簧(44)和二号电子尺(46)，所述悬挂液压缸(41)的两端均设有耳环(42)，该悬挂液压缸(41)一端的耳环(42)与二号铰接座(34)通过第二销轴(43)铰接在一起，且耳环(42)与二号铰接座(34)之间的空隙填充有碟形弹簧(44)；所述第二销轴(43)上设有用于限定销轴转动的限位片(45)，所述悬挂液压缸(41)的顶部安装有用于检测钳体(5)垂向位置的二号电子尺(46)；

所述钳体(5)连接于悬挂液压缸(41)一端的耳环(42)上，该钳体(5)包括主钳(51)、背钳(52)、安全门(57)、换挡拨杆(511)、换挡油缸(510)和旋扣马达(58)；所述钳体(5)通过换挡油缸(510)带动换挡拨杆(511)实现档位转换；所述主钳(51)与背钳(52)的缝隙间靠近钳口处安装有用于检测大钳与钻具相对位置的物料传感器(53)，该主钳(51)的旋扣马达(58)油路上安装有液控比例流量调节阀(59)；所述钳体(5)的侧面通过钻孔安装有用于实现过桥齿轮自动对位的第二齿轮测速传感器(54)，该钳体(5)上安装有用于拍摄钳体(5)工况的第二摄像头(55)，且钳体(5)上安装有控制安全门(57)开闭的液压油缸(56)。

2.根据权利要求1所述的一种全自动液压动力大钳，其特征在于：所述运移机构(3)还能为倒V式结构，该倒V式结构的运移机构(3)包括安装板(311)、二号支座(312)、三号支座(313)、一号梁(314)、二号梁(315)、中间连接板(316)、三号梁(317)、四号梁(318)、三号铰接座(319)、连接梁(320)、伸缩液压缸(321)和转角检测机构，二号支座(312)、三号支座(313)、一号梁(314)、二号梁(315)、中间连接板(316)组成一级平行四边机构，中间连接板(316)、三号梁(317)、四号梁(318)、三号铰接座(319)组成二级平行四边机构，两级平行四边形呈倒V布置，在伸缩液压缸(321)的驱动下展开或缩回。

3.根据权利要求1或2所述的一种全自动液压动力大钳，其特征在于：所述转角检测机构包括编码器支架(322)、拨杆(323)和编码器(324)；编码器(324)与拨杆(323)分别固定在发生相对转动的两个部件上，编码器(324)通过测量拨杆(323)的转角获得两部件的相对转动角度。

4.根据权利要求1所述的一种全自动液压动力大钳，其特征在于：所述碟形弹簧(44)的外圈直径大于耳环(42)的内部孔径。