CN102926685B - 深井钻机全液压自动钻具输运装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深井钻机全液压自动钻具输运装置，是由支架、平台、翻板机构、滑道变幅机构、撑杆机构、推送机构、顶出机构、防坠落机构、举升滑道、变角机构、提升滑车、链条和坡道组成，用于和顶驱配合完成钻具从地面到底座平台的输运；所述的平台和举升滑道采用分体结构，支架设计有阶梯形滚道，铰接在平台两侧；钻具挡销内安装有接近开关，用于翻板机构自动控制；采用提升滑车驱动链传动机构或齿轮齿条机构实现滑道举升，配以缓冲助力油缸，利用双轴倾角传感器检测并调整滑道位姿，确保运行平稳；采用双液压马达驱动链传动机构推送钻具；该装置采用机电液一体化控制，工作效率高，精度高，稳定性好。

Description

深井钻机全液压自动钻具输运装置

技术领域

本发明涉及一种陆地深井钻机的钻杆自动运移装置，用于将地面钻具输送至钻井平台，特别涉及一种深井钻机全液压自动钻具输运装置。

背景技术

陆地钻机管具自动化处理装置对于陆地钻机整机自动化程度的提高,起到至关重要的作用。陆地深井钻机所采用的常规猫道，尚不具备将地面钻机自动运移至钻台面的功能，这不仅直接影响了钻井系统的稳定性及生产效率，而且工人的劳动强度大，生产安全性低。全液压自动钻具输运装置俗称猫道，但其结构和功能较普通猫道复杂。主要用于完成钻杆、油管、套管、钻铤或其他钻具从地面向底座平台输送或反向输送。

自动猫道又称动力猫道，其结构形式主要有固定式、举升式和机械手臂等。固定式的动力猫道适用于低钻台的小型钻机，而机械手臂的结构复杂，生产、安装及维修费用极高。深井钻机的底座平台的台面高，同时考虑到钻机支腿的承载能力，井口需设计在底座平台的中心。因此现有猫道的坡道入口与钻机井口距离L固定，但由于底座平台入射角θ过大，由距离L及平台入射角θ共同决定的抓持管柱的液压吊卡位置H较高，管柱的接卸的难度较大。同时国内外设计的动力猫道的外形结构尺寸较大，不符合运输尺寸的要求。中国专利（ZL.200920033104.7）提出的钢丝绳拉升式钻机动力猫道，属举升式动力猫道，其采用滚筒式绞车通过钢丝绳拉动钻柱装置起升，通过钢丝绳的柔性起升方式不能保证较精确的传动比，因此运动的过程中会产生晃动，影响整机的稳定性。并且钢丝绳只能承受单向载荷，极易发生安全事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应性强，自动化程度高的深井钻机全液压自动钻具输运装置，集钻杆支架、平台、滑道、坡道为一体，举升高度、运输长度可调，可以完成接单根、甩钻杆、接卸孔底动力等钻具输送功能，由变角机构、提升滑车与链条构成的“爬链器”，采用链传动的刚性连接，可承受双向载荷，有精确的传动比并运行平稳。桁架结构的平台及举升滑道均采用两段式，并且曲面结构的钻杆支架铰接在平台两侧，运输时收回至两翼，装置容易安装、拆卸及运输。钻杆支架利用分流集流阀实现液压同步，通过PLC及平台上内置电感式接近开关的挡销自动控制翻板机构，完成钻杆的翻进翻出。滑道变幅机构上设置有缓冲助力油缸，采用电液联合控制的方式，利用双轴倾角传感器进行空间位姿的检测和控制，保证空间姿态的自动调节及系统的运行稳定性。装置满足不同深度的钻井需求，提高钻机自动化程度，缩短生产周期，大大地减轻工人的劳动强度，保证生产的安全，提高生产效率。由于采用全液压自动控制，控制精度高，配合顶部驱动系统联合使用，集成化，系统化、智能化地完成钻杆在地面和底座平台之间的输送运移。

所述的平台分为前平台及后平台，并通过销轴连接，销轴焊接在前平台上，平台均采用桁架式结构，重量轻，结构强度高，可拆卸并便于运输。

所述的钻杆支架和平台铰接，在工作时，钻杆支架与平台成90°，运输时，钻杆支架可收回至平台两翼，减小运输尺寸。钻杆支架采用曲面结构，并通过液压缸控制抬起动作。

所述的翻板机构由双缸液压缸控制，液压缸安装至缸筒耳座上，只有一个自由度，缸筒耳座焊接在平台上，通过PLC控制液压缸推动翻板，从而控制钻杆的翻进翻出。

所述的滑道变幅机构通过四对滚轮组件安装在平台内部的导轨上，通过销轴连接在滑道变幅机构上安装撑杆机构及缓冲助力油缸，可以根据提升滑车拉升举升滑道的速度，在平台内部滑动，自动调节机构位置。撑杆机构设置了两个连接位，可以适用不同尺寸钻机的需求。

所述举升滑道分为前后两段，并通过螺栓连接。举升滑道和撑杆机构采用销轴连接。举升滑道上主要有钻杆推送机构、防坠落机构、钻杆顶出机构。钻杆推送机构焊接在举升滑道的后端，采用双液压马达驱动链传动带动V型滑板推送钻杆，防坠落机构由铰接在举升滑道的液压缸及连杆机构组成，当液压缸动作时，挡柱伸出，防止钻杆坠落伤人。钻杆顶出机构焊接在举升滑道内部，带甩杆时，将钻杆从举升滑道顶出至钻杆支架上。

所述的坡道铰接在平台一端，在运输时，可以收回至平台上，坡道上安装有浮动式的滑车，运行中根据坡道自动调节，运行平稳，无冲击。

所述的提升滑车由双缸马达驱动链传动，拉升举升滑道至底座平台高度，提升滑车上安装有变角机构，当举升动作开始前，变角机构的液压缸先动作，将与之铰接的举升滑道举升一定角度，以便于提升滑车的拉升动作。

本发明的有益效果：

1、本发明的平台及举升滑道均采用两段式结构，平台桁架式，重量轻，容易拆卸，便于运输。

2、本发明由机、电、液联合控制，采用分流集流阀实现液压同步，利用电感式接近开关自动控制翻板机构，通过PLC控制机构动作。

3、提升滑车浮动式，举升动作采用由举升滑道、变角机构、双液压缸马达驱动的提升滑车及链条组成的“爬链器”，刚性连接，有精确的传动比，由缓冲助力油缸及滑道变幅机构配合，采用双轴倾角传感器控制举升滑道的空间位姿，运动平稳快速，无晃动，减少机构之间的冲击。

4、钻杆推送机构采用双液压马达驱动链传动带动V型滑板，实现推送钻杆功能。推送往复运动高效，并在工作过程中，防坠落机构伸出挡柱，防止钻杆坠落伤人，大大地减轻了工人的劳动强度，提高了生产的安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的深井钻机全液压自动钻具输运装置的结构示意图。

图3为图2中的局部放大示意图。

图4为本发明的平台结构的示意图。

图5为本发明的举升机构结构的示意图。

图6为本发明的爬升链机构结构的示意图。

图7、图8、图9为本发明的钻杆支架的结构示意图。

图10为本发明的变角机构的结构示意图。

图11为本发明的爬升链机构的结构示意图。

图12为本发明的钻杆推送机构的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图12所示，本发明是由钻杆支架1、平台2、翻板机构3、滑道变幅机构4、撑杆机构5、钻杆推送机构6、钻杆顶出机构7、防坠落机构8、举升滑道9、变角机构10、提升滑车11、链条12和坡道13组成。

平台2采用两段式，如图4所示，前平台303与后平台301通过定位销轴302连接，平台2采用桁架式结构，结构承载力强并可进行拆卸，方便运输。

举升滑道9分为前后两段，如图5所示，前举升滑道401与后举升滑道403通过螺栓402连接，。举升滑道9上安装有钻杆推送机构6、钻杆顶出机构7、防坠落机构8，提升滑车11安装在坡道13的链条12上，变角机构10通过销轴连接举升滑道9。钻杆推送机构6焊接在举升滑道9的后端，采用双液压马达405驱动传动链404带动V型滑板406推送钻杆，防坠落机构8由铰接在举升滑道9的液压缸407及连杆机构组成，当液压缸407动作时，挡柱408伸出，防止钻杆坠落伤人。钻杆顶出机构7铰接在顶出座筋板上，筋板焊接在举升滑道内部，带甩杆时，将钻杆从举升滑道9顶出至钻杆支架1上。

钻杆支架1铰接在平台2上，工作时，与平台2成90°直角，运输时，收回至平台2两翼，减小运输尺寸。如图7所示，钻杆支架1采用曲面结构，并通过液压缸601控制抬起动作，触发内有电感式接近开关的挡销602。翻板机构3由双缸液压缸控制，液压缸安装至缸筒耳座上，只有一个自由度，缸筒耳座焊接在平台上，通过PLC控制液压缸推动翻板，从而控制钻杆的翻进翻出。

如图6所示，滑道变幅机构4通过四对滚轮组件501安装在平台2内部的滑道上，其上安装撑杆机构5及缓冲助力油缸502，举升滑道9和撑杆机构5采用销轴连接。提升滑车11拉升举升滑道9使滑道变幅机构4在平台2内部滑动，自动调节机构位置。撑杆机构5设置了两个连接位，可以适用不同尺寸钻机的需求。

坡道13铰接在平台2一端，在运输时，可以收回至平台2上，坡道13上安装有浮动式的提升滑车11，运行中根据坡道13自动调节，运行平稳，无冲击。

提升滑车11由双缸马达驱动链12传动，拉升举升滑道9至底座102上的平台106高度，提升滑车11上安装有变角机构10，当举升动作开始前，先变角机构10的液压缸动作，将与之铰接的举升滑道9举升一定角度，便于提升滑车11的拉升动作。

本发明的工作过程：配合图1至图12所示：

整个系统由液压站提供动力，控制箱控制系统动作。当深井钻机全液压自动钻具输运装置101安放在底座102上的平台106下面时，钻杆100摆放在钻杆支架1上。

液压缸601动作，支腿抬起，翻板机构3配合动作，钻杆100接触到内置电感式接近开关的挡销602，自动控制钻杆100滚入举升滑道9的V型槽上，此时防坠落机构8的挡柱伸出，防止钻杆坠落伤人。而后变角机构10的液压缸动作，将与之铰接的举升滑道9举升一定角度，便于提升滑车11的拉升动作。提升滑车11的双液压马达驱动链传动机构，提升滑车11在坡道13的链12上滑动，并与变角机构10组成“爬链器”，在举升滑道9向上举升时，滑道变幅机构4向前适应动作，缓冲助力油缸502在起升中起到缓冲助力的作用。利用双轴倾角传感器进行检测、调整、控制举升机构9的空间位姿，保证机构运行稳定、迅速。

钻杆推送机构6采用双液压马达驱动传动链404带动V型滑板406，推送钻杆100，沿着举升滑道9的V型槽道，送至底座102上的平台106，由井架103上的顶驱动力系统104的液压吊卡将钻杆100拾起，送给至铁钻工105进行钻杆的拧卸。待甩干时，钻杆100随举升滑道9落回平台2上，钻杆顶出机构7动作，将钻杆100顶出送回至钻杆支架1上。

Claims (4)

1.一种深井钻机全液压自动钻具输运装置，其特征在于：是由钻杆支架（1）、平台（2）、翻板机构（3）、滑道变幅机构（4）、撑杆机构（5）、钻杆推送机构（6）、钻杆顶出机构（7）、防坠落机构（8）、举升滑道（9）、变角机构（10）、提升滑车（11）、双缸马达驱动的链条（12）和坡道（13）组成，平台（2）和举升滑道（9）均采用两段式，前平台（303）与后平台（301）通过定位销轴（302）连接，前举升滑道（401）与后举升滑道（403）通过螺栓（402）连接；钻杆支架（1）铰接在平台（2）上，工作时，与平台（2）成直角，运输时，收回至平台（2）两翼；举升滑道（9）上安装有钻杆推送机构（6）、钻杆顶出机构（7）和防坠落机构（8），提升滑车（11）安装在坡道（13）的滑道上，利用变角机构（10），通过销轴连接举升滑道（9）；滑道变幅机构（4）通过四对滚轮组件（501）安装在平台（2）内部的滑道上，其上安装撑杆机构（5）及缓冲助力油缸（502），举升滑道（9）和撑杆机构（5）采用销轴连接，提升滑车（11）拉升举升滑道（9）使滑道变幅机构（4）在平台（2）内部滑动，撑杆机构（5）设置有两个连接位；提升滑车（11）由双缸马达驱动的链条（12）传动，拉升举升滑道（9）至底座（102）上的平台（106）高度，提升滑车（11）上安装有变角机构（10）。

2.根据权利要求1所述的一种深井钻机全液压自动钻具输运装置，其特征在于：所述钻杆支架（1）采用曲面结构，一旦液压缸（601）动作，将钻杆（100）滚向采用桁架式结构的平台（2），接触内有电感式接近开关的挡销（602），利用分流集流阀实现液压同步，通过PLC控制翻板机构（3）动作，将钻杆（100）滚入举升滑道（9）的V型槽道。

3.根据权利要求1所述的一种深井钻机全液压自动钻具输运装置，其特征在于：所述钻杆推送机构（6）采用双液压马达驱动链传动机构，带动V型滑板（406）推送钻杆（100）；防坠落机构（8）的液压缸（407）动作，将挡柱（408）顶出。

4.根据权利要求1所述的一种深井钻机全液压自动钻具输运装置，其特征在于：所述的平台（2）上设置有缓冲装置。