发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中存在的不足,提供一种以气、液执行元件为动力的伸缩臂式石油钻机立柱排放助力装置。该装置通过操纵本实用新型中相关机构的动作,代替井架工使用兜绳、钻杆钩完成对立柱排放过程中的“兜、拉、推”等一系列操作,以机械完全替代人工作业,实现二层台立柱排放的机械助力作业。从而彻底摆脱人力排放立柱的现状,降低作业强度、提高作业效率和减小作业风险。
为实现上述发明目的,本实用新型的技术方案是:
一种石油钻机立柱排放助力装置,该装置的结构包括有框式双行走导轨梁机架、伸缩式排放臂、行走机构、回转机构、兜钳、电液控制箱和便携式移动操控盒,所述的框式双行走导轨梁机架通过多个行走导轨梁安装耳板固定在二层台的操作台底部;行走机构通过行走机构箱体、行走轮轴和两对行走轮安装在位于П字形行走导轨梁内的防倾导轨上;所述的回转机构通过回转支承座的回转支撑座壳体上法兰盘螺接于行走机构箱体的下部;伸缩式排放臂通过焊接在其顶部的排放臂过渡段上的法兰盘与回转支承主轴连接,并悬挂在回转机构的下方;所述的兜钳通过兜钳安装耳板铰接于伸缩式排放臂的排放臂内筒的排放臂内筒前基板上;电液控制箱设置在行走梁机架后上方,电液控制箱的管线经管线拖链与回转机构和行走机构相连;便携式移动操控盒经一根多芯电缆与电液控制箱相连。
在本实用新型中,所述的行走机构包括有行走机构箱体、行走液压缸、四个行走轮、四根行走轮轴、四根防倾导轨,在行走机构箱体两侧固定有所述的四个行走轮轴,每根行走轮轴上经轴承安装一个一侧带有凸轮毂的行走轮,行走轮则卡在固定于П字形行走导轨梁内的防倾导轨上;行走液压缸缸体尾部的耳环通过销轴与位于机架后横梁中部的液压缸安装耳板相连,活塞杆端部的耳环则通过销轴与行走机构箱体上的耳板相连。
在本实用新型中,所述的回转机构包括有回转液压缸、行走机构箱体、回转支承座及回转支承主轴,在行走机构箱体内安装有所述的回转液压缸,行走机构箱体下部法兰盘与回转支承座的回转支承座壳体上法兰盘连接固定;回转支承主轴通过两个回转支承止推轴承安装于回转支承座壳体内,回转支承主轴的上端插入回转液压缸的轴孔内,下端与排放臂过渡段的法兰盘连接固定。
在本实用新型中,所述的伸缩式排放臂为总长度小于二层台左、右指梁顶端间距离的三节伸缩式排放臂,伸缩式排放臂由排放臂内筒、排放臂中筒、排放臂外筒及筒间滑动支承块、外中筒前挡圈、内中筒后挡圈、排放臂外筒后封板、排放臂内筒前法兰盘、排放臂内筒前基板、排放臂伸缩液压缸、排放臂限位传感器组成,排放臂的外筒套在排放臂中筒外,排放臂中筒套在排放臂内筒外,筒间安装有减小摩擦的排放臂筒间滑动支承块,排放臂外筒和排放臂中筒的前端面上分别固定有排放臂外筒前挡圈和排放臂中筒前挡圈,排放臂中筒和排放臂内筒的后端面上分别固定有排放臂中筒后挡圈和排放臂内筒后挡圈,在排放臂外筒后端法兰面上安装有排放臂外筒后封板,排放臂外筒上安装有连接油气管线的油管接头和焊接在内侧的排放臂安装伸缩液压缸的耳板;在排放臂内筒前端焊有排放臂内筒前法兰盘,排放臂内筒前基板通过螺接固定于排放臂内筒前法兰盘上;排放臂内筒前基板内侧面焊接有耳板以连接排放臂伸缩液压缸的活塞杆耳环、其外侧面则焊接有连接兜钳的兜钳安装耳板;排放臂伸缩液压缸安装于排放臂内筒的中间,缸体和活塞的耳环分别通过轴销与排放臂外筒后封板、排放臂内筒前基板相连接。
在本实用新型中,所述的兜钳包括有由兜钳液缸、兜钳机架、兜钳上固定导引、兜钳下活动导引、兜钳门闩、兜钳门闩轴、兜钳扇形圆柱齿轮、兜钳直齿条、兜钳齿条导槽和兜钳安装耳板,所述的兜钳液缸垂直安装于兜钳机架的顶端,兜钳液缸的活塞杆通过端部螺杆与兜钳直齿条的螺孔相连接;兜钳直齿条安装于兜钳齿条导槽内,与安装于同一基座上的兜钳扇形圆柱齿轮相啮合;兜钳扇形圆柱齿轮则通过键与兜钳门闩轴连接,位于兜钳门闩轴端部的兜钳门闩亦通过键与螺栓固定连接;兜钳上固定导引为叉状导引,焊接固定于兜钳机架的上端;兜钳下活动导引亦为叉状导引,通过轴销与兜钳机架下端的水平条状孔连接;在兜钳机架的顶部与底部分别焊接有与排放臂内筒的排放臂内筒前基板连接用的兜钳安装上耳板和兜钳安装下耳板各一对。
在本实用新型中,所述的框式双行走导轨梁机架包括有六个行走导轨梁安装耳板、两根П字形行走导轨梁、机架前横梁、机架后横梁、四个可卸吊环、拖链安装横梁和行走液缸安装耳板;机架前横梁和机架后横梁正交焊接于两根П字形行走导轨梁的两端;拖链安装横梁焊装于两根П字形行走导轨梁中部下翼外侧;六个行走导轨梁安装耳板均布在两根П字形行走导轨梁的两侧;四个可卸吊环布置在两根П字形行走导轨梁的上翼。
从上述解决方案可看出,本实用新型的发明内容的具体技术优点是:
(1)通过立柱排放助力装置的便携式移动操控盒手柄操纵排放臂和兜钳机构完成井架工使用兜绳和钻杆钩在排放钻杆时所进行的“兜、拉”操作;
①起钻时钻柱坐井口后,操纵伸缩式排放臂伸出兜钳兜住钻柱上端,以防止卸扣时吊卡摆动,解决须由井架工在钻柱上绕兜绳,并把兜绳卡在U形槽内的操作;
②待卸扣完毕,立柱被提起脱离鉆柱,下端进管盒后,操纵排放臂收回,把立柱拉近操作台以便摘开吊卡,解决须由井架工用力拉兜绳,使立柱靠近操作台后迅速卡住兜绳稳住立柱的操作;
③下钻时,操纵排放臂伸出兜钳叉住要下井的立柱后,兜钳拴体转90°关闭兜住立柱,然后收回排放臂将立柱拉出排位靠在操作台槽位边上,解决下钻时井架工需用钩子或兜绳拉出立柱,然后绕上兜绳稳定立柱的操作;
(2)操纵立柱排放助力装置的排放臂伸缩、回转和行走完成井架工用人力将立柱上端从井口中心“推、拉”进、出槽位的操作和与之相反的操作;
①兜钳通过排放臂的收缩、回转可将立柱上端从位于井口中心线的位置转移到左侧或右侧的操作台与指梁间的槽位,反之,亦可将立柱从操作台与指梁间的槽位转移到井口中心线位置;
②兜钳通过行走机构的平移牵引立柱上端沿操作台与指梁间空档作直线运动通过;
③兜钳通过排放臂的伸出和收缩将立柱上端从槽位开口处推到指定排位或从指定排位拉到槽位开口处。
本实用新型着眼于解决当前二层台人工排放立柱的操作强度和安全问题,不涉及立柱的提升、下放等承重性操作,因而具有结构简单重量轻,小巧灵便易操控,特别适合各型钻机在二层台安装的突出优点。
具体实施方式
以下结合附图1、2、3、4、5、6对本实用新型结构、原理和功能作进一步描述,但不能以此来限制本实用新型的保护范围。
一种石油钻机立柱排放助力装置实例的总体结构见图1a和图1b,图1a是本实用新型的机构组成的主视图,图1b是图1a中的A-A向视图。本实用新型的石油钻机立柱排放助力装置的结构包括有框式双行走导轨梁机架、伸缩式排放臂、行走机构、回转机构、兜钳、电液控制箱和便携式移动操控盒。
框式双行走梁机架由两根П字形行导轨走梁10.1、10.2,机架前横梁41.1、机架后横梁41.2正交焊接组成。该框式双行走梁机架通过六个行走导轨梁安装耳板9.1-9.6固定在二层台的操作台底部,其纵向中心线通过井口中心并与指梁正交,其功能是为整个助力装置提供行走基座和与二层台连接固定接口。
行走机构主要由行走机构箱体22、行走液压缸47、四个行走轮13.1-13.4和分别安装在两根П字形行走导轨梁10.1-10.2的上下翼内的四条防脱导轨14.1-14.4组成,其主要功能是实现本实用新型的行走和提供防倾覆力矩。
上述行走机构的结构特征和工作原理是:在行走机构箱体22两侧固定有四个行走轮轴12.1-12.4,每个轮轴上经轴承安装一个一侧带凸轮毂的行走轮,则共有四个行走轮13.1-13.4,行走机构箱体22则通过四个行走轮13.1-13.4的凸轮毂卡在位于两根П字形行走导轨梁10.1、10.2内的四条防倾覆导轨14.1-14.4上,架于两根П字形行走导轨梁之间;行走液压缸47缸体尾部的耳环通过销轴与位于机架后横梁41.2中部的行走液缸安装耳板48相连,活塞杆端部的耳环则与行走机构箱体22上的耳板相连。当液压缸在防爆三位四通电磁换向阀45.1控制下动作时,便可驱动行走装置在两根П字形行走导轨梁上移动,П字形行走导轨梁上靠近机架前横梁41.1位置处设有行走机构限位接近开关42。如图3和图4所示,图3是本实用新型的行走机构组成侧视图,图4是本实用新型的行走机构组成仰视图。
回转支承机构位于行走装置箱体22内,主要由回转液压缸15和回转支承座20组成,其主要功能是承担助力装置伸缩式排放臂5在初始位置相对于中心线的±90°回转,并在兜钳兜住立柱时提供足够扭矩保持立柱稳定。
回转装置的结构特征和工作原理是:回转液压缸15安装在行走机构箱体22内;安装于回转支承座20内的回转支承主轴8的上端穿过行走机构箱体22通孔,与回转液压缸15上的安装孔连接;回转支承主轴8的中间部位安装有由两套回转支承止推轴承7.1、7.2形成的支承轴承组合,下端通过法兰盘与排放臂过渡段21固定连连接;回转支承座20则通过回转支承座壳体6的法兰盘与行走机构箱体22通过螺栓螺连接固定。当回转液压缸15在防爆三位四通电磁换向阀45.2控制动作时,便可驱动与回转支承主轴8下端固连的排放臂过渡段兜钳支架21及伸缩式排放臂5随之回转,并提供相应的回转力矩。
伸缩式排放臂5为总长度小于二层台左、右指梁顶端间距离的三节伸缩式排放臂,伸缩式排放臂5由排放臂内筒5.3、排放臂中筒5.2、排放臂外筒5.1及筒间滑动支承块30、外中筒前挡圈、内中筒后挡圈、排放臂外筒后封板31、排放臂内筒前法兰盘35、排放臂内筒前基板36、伸缩液压缸3、排放臂限位传感器29组成。其主要功能是通过伸缩式排放臂5的伸缩功能,提供相应的动力将兜钳兜住的立柱推到任意指定排位,或通过兜钳将立柱从任意排位拉出。如图2两幅图所示,图2a是本实用新型的排放臂伸展示意图,图2b是图2a中的B-B向视图。
本实用新型的伸缩式排放臂的结构特征和工作原理如下:
a.伸缩式排放臂5的套筒采用六边形横截面的空腹筒,六边形通过部分折弯矩形截面下两侧直角边后形成,在重力作用下六边形的内、中筒能在其外层筒中自动居中;
b.在伸缩式排放臂5的内、中、外筒之间衬有合金材料制成的减小筒间滑动摩擦的排放臂筒间滑动支承块30;
c.在排放臂外筒5.1、排放臂中筒5.2前端面上分别安装有外筒前挡圈34.1和中筒前挡圈34.2;同样,在排放臂内筒5.3、排放臂中筒5.2后端面上分别安装有中筒后挡圈32.1和内筒后挡圈32.2,挡圈构成排放臂中筒5.2和排放臂内筒5.3伸出时的限位机构,同时也限制排放臂筒间滑动支承块30的纵向移动;
d.排放臂外筒后封板31通过法兰盘和螺栓安装于排放臂外筒5.1的后端面,在排放臂外筒后封板31上安装有管线接头4,排放臂外筒后封板31的内侧焊有一对耳板通过销轴与伸缩液压缸3缸体耳环连接;
e.排放臂内筒前法兰盘35焊接于排放臂内筒5.3前端部;排放臂内筒前基板36螺接于内筒前法兰盘35与排放臂内筒5.3固连;在排放臂内筒前基板36的内侧面焊接有一对耳板,通过销轴与伸缩液压缸3的活塞杆端部耳环连接;外侧面焊有3对耳板,通过销轴与兜钳上相应的兜钳安装耳板40.1、40.2相连,上述的销轴共有六个,穿设于六个销轴孔11.1~11.6内;
f.排放臂伸缩液压缸3也选用多节液压缸,布置于排放臂的内筒内,其安装特征如上d、e条所述;
g.排放臂过渡段21的下法兰盘焊接于排放臂外筒顶部,上法兰盘通过螺栓与与回转支承主轴8的法兰固连;
h.当行走液压缸47、排放臂伸缩液压缸3、回转液压缸15在防爆三位四通电磁转向阀45.1、45.2、45.3控制下动作时,伸缩式排放臂5便可在收缩到位后沿П字形行走导轨梁行走,或绕行走机构箱体22中心回转,当到达槽位后便可伸展或收缩伸缩式排放臂5,将立柱推入或拉出排位,上述的三个防爆三位四通电磁转向阀45.1、45.2、45.3安装在电、气、液安装板49上,该电、气、液安装板49还安装有液压集成块46,伸缩式排放臂5的端部固定兜钳气缸管线2。
i.在伸缩式排放臂5的排放臂外筒5.2的顶部安装有伸缩臂限位传感器29,以防止各种原因所引起的超行程不安全状况出现。
所述的兜钳包括有由兜钳液缸23、兜钳机架24、兜钳上固定导引25、兜钳下活动导引28、兜钳门闩26、兜钳门闩轴27、兜钳扇形圆柱齿轮37、兜钳直齿条38、兜钳齿条导槽39、两个兜钳安装耳板40.1、40.2。其主要功能是在操作手的操控下将处于直立状态的立柱叉住并纳入兜钳内,放下闩杆兜住。
上述的兜钳机构主要结构特征和工作原理是:
a.兜钳液缸23垂直安装于兜钳机架24的顶端,其活塞杆通过端部螺杆与兜钳直齿条38的螺孔相连接;兜钳直齿条38安装于兜钳齿条导轨槽39内,与安装于同一基座上的兜钳扇形圆柱齿轮37相啮合;兜钳扇形圆柱齿轮37则通过键与门闩轴27连接;同样,位于兜钳门闩轴27端部的兜钳门闩26亦通过键与螺栓与之固连;当兜钳液缸23活塞杆伸出时,推动兜钳直齿条38向下运动,带动与之啮合的兜钳扇形圆柱齿轮37逆时针转动,与兜钳扇形圆柱齿轮37连为一体的兜钳门闩轴27将兜钳门闩26由竖直旋转至水平关闭兜钳;反之,当兜钳液缸23的活塞杆缩进时,将兜钳门闩26由水平旋转至竖直而打开兜钳;
b.兜钳上固定导引25为固定叉状导引,焊接固定于兜钳机架24的上端;兜钳下活动导引28为活动叉状导引,其与兜钳机架24依靠轴和轴孔连接;兜钳机架24上的轴孔为水平条状孔,允许兜钳下活动导引在水平方向上活动,以适应立柱在移运过程中出现的水平方向上的摆动,避免被立柱别住;
c.在兜钳机架24的顶部与底部分别焊接有与伸缩式排放臂5的排放臂内筒前封板36连接安装用的位于上部的兜钳安装耳板40.1和位于下部的兜钳安装耳板40.2各一对。图5四幅图揭示了其结构,图5a是本实用新型的兜钳结构正视图,图5b是图5a中的C-C向视图,图5c是本实用新型的兜钳结构侧视图,图5d是图5c中的D-D向视图。
本实用新型操控机构主要由便携式移动操控盒56、防爆接线箱17、隔离安全栅、电磁换向阀、压控单向阀、节流阀、安全溢流阀、液压蓄能器19、二位五通电控气动换向阀16等控制元件以及相应的线缆、管线拖链1组成。其主要功能是通过对便携式移动操控盒56上手柄的操纵,使行走机构、回转机构、排放臂、兜钳的执行部件完成相应动作,为使本实用新型操纵平稳、运行安全,在操控机构内设置有调速和限载回路。图6是本实用新型的电液气控制原理图。
上述的操控机构主要结构特征和工作原理是:
a.便携式移动操控盒56可通过附有的背带挂在操作人员胸前进行操作;在其面板上设置四个操纵手柄,可分别控制本实用新型的回转、行走、伸缩和开闭兜钳门杆;操纵手柄内采用本安型无触点开关;便携式移动操控盒56通过一多芯电缆与防爆接线盒17相连接;
b.防爆接线箱17内设置6路隔离安全栅51.1~51.6,以及DC24V电源,隔离安全栅的作用是将经电缆传送过来的便携式移动操控盒56上的操纵手柄开关信号转换成控制相应电磁阀的电压信号;DC24V电源则将50Hz220V交流电变换成DC24V直流电供给隔离安全栅;每一路隔离安全栅的输出经电缆与相应电磁阀接线端子连通,即第一隔离安全栅51.1连接第一防爆三位四通电磁换向阀45.1、第二隔离安全栅51.2连接第二防爆三位四通电磁换向阀45.2、第三隔离安全栅51.3连接第三防爆三位四通电磁换向阀45.3、第四隔离安全栅51.4连接二位五通电控气动换向阀16;
c.为控制液缸动作速度,在三个防爆三位四通电磁换向阀45.1~45.3的P口至进油管之间的分支油管上分别串接有节流阀54.1~54.3,即防爆三位四通电磁换向阀45.1的P口之前串接节流阀54.1;防爆三位四通电磁换向阀45.2的P口之前串接节流阀54.2;防爆三位四通电磁换向阀45.3的P口之前串接节流阀54.3;同样,在二位五通电控气动换向阀16与气源处理二联件18之间串接气节流阀55,;
d.为使液压缸在停止时保持当时位置不变,在液压缸进、出油口与电磁换向阀对应控制口之间的油路设置由压控单向阀组成的联锁回路,防爆三位四通电磁换向阀45.1的A口与行走液压缸47进油口之间串接有压控单向阀53.1,液孔单向阀53.1的控制口与防爆三位四通电磁换向阀45.1的B口相连;同样,防爆三位四通电磁换向阀45.1的B口与行走液压缸47回油口之间串接有压控单向阀53.2,其控制口与防爆三位四通电磁换向阀45.1的A口相连。其余排放臂伸缩液压缸3与回转液压缸13的连锁回路与前相同,不再重复。联锁回路工作原理是:当电磁换向阀某一侧控制口有压力时,除向该侧油路供油外,同时将串接于另一侧控制口的压控单向阀反向打开,形成液压缸工作的回油通路,活塞在压差作用下向一侧运动;反之,亦然,活塞作反向运动。当Y型电磁换向阀阀芯处于中间位置时,机能使A、B控制口同时与回油口连通泄压,使压控单向阀因控制口失压而关闭,导致液压缸两腔保持原有压力,活塞停止运动并被锁紧。
e.为不使液压缸及与之相连机构超载,在液压缸进、出油口与之串接的压控单向阀之间接有安全溢流阀,其溢流口与回油管相连;即在行走液压缸47进油口与压控单向阀52.1之间接有安全溢流阀53.1,回油口与压控单向阀52.2之间接有安全溢流阀53.2;排放臂伸缩液压缸3进油口与压控单向阀52.3之间接有安全溢流阀53.3,回油口与压控单向阀52.4之间接有安全溢流阀53.4;回转液压缸13进油口与压控单向阀52.5之间接有安全溢流阀53.5,回油口与压控单向阀52.6之间接有安全溢流阀53.6;
f.在主油管进口处设置有带单向阀的快速接头,快速接头前接有液压截止阀57,在其后的主油管回路上并接有液压蓄能器19、溢流阀53.7和压力表,当主油管失压时,本装置仍能维持操作到正常停止。
本实用新型提供的以气、液执行元件为动力的伸缩臂式石油钻机立柱排放助力装置。通过操纵本实用新型中的便携式移动操控盒控制相关机构的动作,代替井架工使用兜绳、钻杆钩完成对立柱排放过程中的的“兜、拉、推”等一系列人力手工操作,以机械完全替代人工作业,实现二层台立柱排放的机械助力作业。
毫无疑问,以上只是本实用新型的一个最佳实施例,本实用新型还有其他结果变换和部件替代,并不局限于所列具的具体结构。总而言之,本实用新型的保护范围还包括其他对于本领域技术人员来说显而易见的变换和替代。