CN212532120U - 一种自动换档绞车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动换档绞车，包括带动外部钻机的绞车主体，安装于所述绞车主体上且用于驱动所述绞车主体换档的气控系统，控制绞车主体提升和下降且与气控系统气路连接的司钻操作系统，安装于外部钻机上且用于记录钻机荷载的传感器，控制所述绞车主体刹车的刹车机构，以及与所述传感器电性连接且用于控制刹车机构、气控系统和司钻操作系统工作的控制系统，其中，所述气控系统与司钻操作系统管路连接。本实用新型的提升载荷由传感器测量，当处于刹车状态且未开始提升钻机时，数据已经反馈到PLC控制系统，由系统处理并发出挂档信号，待主气路接通，即可挂档，不会造成挂档延迟，时效性有保证。

Description

一种自动换档绞车

技术领域

本实用新型涉及石油钻采设备，具体的讲，是涉及一种自动换档绞车。

背景技术

绞车是石油钻机配套的核心设备，用于石油钻机钻井过程中钻具的提升和下放。绞车可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。主要运用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖。

目前使用的绞车均需要手动操作换档，工作时需要司钻人员根据钻机提升载荷，手动操作档位。司钻长时间工作容易疲劳，难免在操作过程中出现换档错误，甚至发生意外事故。

实用新型内容

为克服现有技术存在的问题，本实用新型提供一种无需司钻人员手动操控的自动换档绞车。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种自动换档绞车，包括带动外部钻机的绞车主体，安装于所述绞车主体上且用于驱动所述绞车主体换档的气控系统，控制绞车主体提升和下降且与气控系统气路连接的司钻操作系统，安装于外部钻机上且用于记录钻机荷载的传感器，控制所述绞车主体刹车的刹车机构，以及与所述传感器电性连接且用于控制刹车机构、气控系统和司钻操作系统工作的控制系统，其中，所述气控系统与司钻操作系统管路连接。

进一步地，所述刹车机构包括通过控制系统控制的刹车系统，通过刹车系统控制且用于对绞车主体上滚筒刹车的刹车钳，以及通过刹车系统控制且与绞车主体上滚筒同轴连接的电磁涡流刹车。

进一步地，所述气控系统包括安装于所述绞车主体上且用于控制绞车主体上滚筒转速的多个换档离合器，与所述换档离合器气路连接的第二气控阀，以及与所述第二气控阀气路连接的电磁换向阀，其中，所述换档离合器数量为双数且对称安装于绞车主体上滚筒两侧，所述电磁换向阀和第二气控阀均与控制系统电性连接，所述电磁换向阀与司钻操作系统气路连接。

具体地，所述换档离合器数量为4个。

具体地，所述司钻操作系统包括接入外部气源且与控制系统电性连接的三通二位换向阀，与所述三通二位换向阀分别气路连接的第一气控阀和梭阀，以及分别与梭阀和绞车主体上总离合器气路连接的第三气控阀，其中，所述第一气控阀与每个电磁换向阀气路连接，所述第一气控阀、梭阀和第三气控阀分别与控制系统电性连接。

进一步地，所述绞车主体上安装有用于防止钻机提升高度过高导致碰撞的防碰机构，其中，所述防碰机构与控制系统电性连接。

进一步地，所述控制系统为PLC控制系统。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型绞车设置PLC控制系统，在需要上升工作时，PLC控制系统接收传感器信号，反馈提升载荷，进行数据分析处理，判定绞车对应档位，并将信号传输给刹车系统，通过刹车系统控制刹车钳和电磁涡流刹车松开刹车，同时，控制三通二位换向阀将档位切换到上升档位，向第一气控阀通气，进而向对应档位的电磁换向阀通气，使得对应档位的换档离合器工作，调整绞车主体上滚筒的转速，同时三通二位换向阀向梭阀通气，进而向第三气动阀通气，通过第三气动阀向绞车主体上总离合器通气，使得绞车可以转动，进而通过绞车主体上的绞绳将钻机带动提升，在上升到指定位置后，PLC控制系统控制司钻操作系统控制刹车钳对滚筒制动，同时控制总离合器断开连接、控制三通二位换向阀关闭，将气路断开，同时控制对应档位的换档离合器空档、总离合器空档，控制刹车系统工作，通过刹车钳对绞车主体上滚筒刹车；在需要下降工作时，PLC控制系统控制三通二位换向阀将档位切换到下放档位，第一气控阀和梭阀均未通气，同时PLC控制系统控制总离合器挂空档、刹车系统工作，通过刹车系统控制电磁涡流刹车对绞车主体上的滚筒转轴刹车，使得电磁涡流刹车对钻机下放速度进行控制，在下放到指定位置后，PLC控制系统控制刹车系统工作，通过刹车钳对滚筒制动，整个过程完全由PLC控制系统根据提升载荷大小自动挂档，无需人工操作，完全实现绞车的自动换档。

(2)本实用新型的提升载荷由传感器测量，当处于刹车状态且未开始提升钻机时，数据已经反馈到PLC控制系统，由系统处理并发出挂档信号，待主气路接通，即可挂档，不会造成挂档延迟，相较于人工操作时效性更有保证。

(3)本实用新型设置四个档位，档位切换通过电磁换向阀来控制，并且设置四个换挡离合器，四个换挡离合器配合工作，每个档位具备不同的提升能力，对应不同的载荷，在提升不同荷载的钻机时，可通过传感器测量获得数据，在控制系统接收传感器信号，反馈提升载荷，进行数据分析处理，判定绞车对应档位，切换成不同的档位，实现高度的自动化，此外，换档均为气动控制，控制简单易实现。

(4)本实用新型通过设置有防碰机构，防碰机构可以在钻机提升高度过高时，将信号传输给控制系统，控制系统接收信号并控制司钻操作系统，司钻操作系统断开气路，同时控制系统控制刹车系统对滚筒制动，对滚筒紧急刹车，同时控制气动机构将档位脱开，确保工作安全。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的流程示意图。

图3为本实用新型的侧面结构示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-绞车主体，2-传感器，3-控制系统，4-刹车钳，5-电磁涡流刹车，6-换档离合器，7-第二气控阀，8-电磁换向阀，9-三通二位换向阀，10-第一气控阀，11-梭阀，12-第三气控阀，13-滚筒，14-输出轴总成，15-万向轴，16-总离合器，17-中间轴总成，18-司钻控制室。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1～3所示，该自动换档绞车包括绞车主体1、刹车机构、气控系统、司钻操作系统、传感器2、控制系统3和防碰撞机构等。

绞车主体1包括滚筒13、输出轴总成14、万向轴15、总离合器16、中间轴总成17、司钻控制室18和绞绳等。其中，滚筒13用于缠绕绞绳，其由转轴带动，该转轴与中间轴总成17通过齿轮传动，且该转轴一端套接有电磁涡流刹车11，在钻机下降时，对滚筒13转轴进行制动，避免钻机下降速度过快，滚筒3转轴两端分别安装有一个换挡离合器6；输出轴总成14与滚筒13传动连接，其与中间轴总成17通过齿轮传动，中间轴总成17与滚筒13转轴通过齿轮传动，用于带动滚筒13转动，其上对称安装有两个换挡离合器6，该两个换挡离合器6分别与安装于滚筒13转轴两端的换挡离合器6啮合；万向轴15一端与输出轴总成14同轴连接且用于缓冲、减振和提高输出轴总成14动态性能，且其另一端与总离合器16同轴连接，通过总离合器16带动滚筒13转动；总离合器16通过第三气动阀12获得气源，带动总离合器16工作，进而使得滚筒13转动，使得绞绳带动钻机上升；中间轴总成17两端均安装有一个换档离合器6，通过该两个换档离合器6和安装于滚筒13转轴两端的换挡离合器6配合工作，切换不同档位，在不同档位情况下，带动滚筒13在不同转速转动；绞绳一端与滚筒13固定连接且另一端与钻机固定连接，其在滚筒13转动下，缠绕于滚筒13上，带动钻机上升；换司钻控制室18用于安装控制系统3、刹车系统和三通二位换向阀9。

刹车机构包括刹车系统、刹车钳4和电磁涡流刹车5。其中，刹车系统与控制系统3电性连接，其由控制系统3控制；刹车钳4由刹车系统控制，其安装于绞车主体1上，用于对滚筒3制动；电磁涡流刹车5套接于滚筒13转轴上，用于在滚筒13将绞绳下放时，对滚筒13转轴进行减速。

气控系统用于给转筒3转动提供动力，也用于对转筒3的转速调档，其包括换档离合器6、第二气控阀7和电磁换向阀8。其中，电磁换向阀8数量与换档离合器6数量相同且每一个电磁换向阀8均连接有一个换档离合器6，用于控制不同换档离合器6工作，在荷载变换的情况下，切换档位；第二气控阀7与电磁换向阀8电性连接，其与第一气控阀10电性连接，用于接收三通二位换向阀9的气源，控制档位的切换；换档离合器6数量有4个，位于同一侧边的换挡离合器6不同时启动，启动位于左侧的一个换挡离合器6和位于右侧的一个换挡离合器6，使他们配合工作，从而带动滚筒13转动。

司钻操作系统用于控制滚筒13上升下降，其包括三通二位换向阀9、第一气控阀10、梭阀11和第三气控阀12。其中，三通二位换向阀9接入外部气源，其分别与第一气控阀10和梭阀11气路连接，用于在上升时，控制气路打开，使得换档离合器6获得气源工作，使得梭阀11获得气源并将气路输向第三气控阀12，其控制总离合器16获得气源工作，三通二位换向阀9由控制系统3控制；第一气控阀10分别与每个电磁换向阀8气路连接，其由控制系统3控制；梭阀11与总离合器16气路连接，其由控制系统3控制。

传感器2安装于钻机上，其与控制系统3电性连接，将钻机的荷载传输控制系统，从而使得控制系统接收传感器2信号，反馈提升载荷，进行数据分析处理，判定绞车对应档位。

控制系统为PLC控制系统，其分别与传感器2、刹车系统、电磁换向阀8、第二气控阀7、第一气控阀10、梭阀11、第三气控阀12、三通二位换向阀9和防碰机构电性连接，用于控制各部件工作，其接收传感器2信号，反馈提升载荷，进行数据分析处理，判定绞车对应档位，PLC控制系统安装于司钻控制室18内。

防碰撞机构包括过卷阀防碰装置、电子防碰装置和重锤防碰装置，其中，过卷阀防碰装置安装于滚筒13转轴上，用于记录滚筒13的转数，防止滚筒13过卷导致钻机与本实用新型碰撞，其与PLC控制系统电性连接；电子防碰装置安装于钻机上，通过红外线记录钻机与滚筒13的距离，防止钻机与本实用新型距离过近导致碰撞，其与PLC控制系统电性连接；重锤防碰装置安装于绞车主体1上，在过卷阀防碰装置和电子防碰装置失灵的情况下，重锤防碰装置通过机械机构来达到防止钻机与本实用新型碰撞。

本实用新型在使用时，在需要上升工作时，PLC控制系统接收传感器2信号，反馈提升载荷，进行数据分析处理，判定绞车对应档位，并将信号传输给刹车系统，通过刹车系统控制刹车钳4和电磁涡流刹车5松开刹车，同时，控制三通二位换向阀9将档位切换到上升档位，向第一气控阀10通气，进而向对应档位的电磁换向阀8通气，使得对应档位的换档离合器6工作，调整绞车主体1上滚筒13的转速，同时三通二位换向阀9向梭阀通气，进而向第三气动阀12通气，通过第三气动阀12向绞车主体上1总离合器16通气，使得绞车可以转动，进而通过绞车主体1上的绞绳将钻机带动提升，在上升到指定位置后，PLC控制系统控制司钻操作系统控制刹车钳4对滚筒制动，同时控制总离合器16断开连接、控制三通二位换向阀9关闭，将气路断开，同时控制对应档位的换档离合器8空档、总离合器16空档，控制刹车系统工作，通过刹车钳4对绞车主体1上滚筒13刹车；在需要下降工作时，PLC控制系统控制三通二位换向阀9将档位切换到下放档位，第一气控阀10和梭阀11均未通气，同时PLC控制系统控制总离合器16挂空档、刹车系统工作，通过刹车系统控制电磁涡流刹5车对绞车主体上的滚筒13转轴刹车，使得电磁涡流刹车5对钻机下放速度进行控制，在下放到指定位置后，PLC控制系统控制刹车系统工作，通过刹车钳4对滚筒13制动，整个过程完全由PLC控制系统根据提升载荷大小自动挂档，无需人工操作，完全实现绞车的自动换档。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动换档绞车，其特征在于，包括带动外部钻机的绞车主体(1)，安装于所述绞车主体(1)上且用于驱动所述绞车主体(1)换档的气控系统，控制绞车主体(1)提升和下降且与气控系统气路连接的司钻操作系统，安装于外部钻机上且用于记录钻机荷载的传感器(2)，控制所述绞车主体(1)刹车的刹车机构，以及与所述传感器(2)电性连接且用于控制刹车机构、气控系统和司钻操作系统工作的控制系统(3)，其中，所述气控系统与司钻操作系统管路连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动换档绞车，其特征在于，所述刹车机构包括通过控制系统(3)控制的刹车系统，通过刹车系统控制且用于对绞车主体(1)上滚筒刹车的刹车钳(4)，以及通过刹车系统控制且与绞车主体(1)上滚筒同轴连接的电磁涡流刹车(5)。

3.根据权利要求1所述的一种自动换档绞车，其特征在于，所述气控系统包括安装于所述绞车主体(1)上且用于控制绞车主体(1)上滚筒转速的多个换档离合器(6)，与所述换档离合器(6)气路连接的第二气控阀(7)，以及与所述第二气控阀(7)气路连接的电磁换向阀(8)，其中，所述换档离合器(6)数量为双数且对称安装于绞车主体(1)上滚筒两侧，所述电磁换向阀(8)和第二气控阀(7)均与控制系统(3)电性连接，所述电磁换向阀(8)与司钻操作系统气路连接。

4.根据权利要求3所述的一种自动换档绞车，其特征在于，所述换档离合器(6)数量为4个。

5.根据权利要求3所述的一种自动换档绞车，其特征在于，所述司钻操作系统包括接入外部气源且与控制系统(3)电性连接的三通二位换向阀(9)，与所述三通二位换向阀(9)分别气路连接的第一气控阀(10)和梭阀(11)，以及分别与梭阀(11)和绞车主体(1)上总离合器气路连接的第三气控阀(12)，其中，所述第一气控阀(10)与每个电磁换向阀(8)气路连接，所述第一气控阀(10)、梭阀(11)和第三气控阀(12)分别与控制系统(3)电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种自动换档绞车，其特征在于，所述绞车主体(1)上安装有用于防止钻机提升高度过高导致碰撞的防碰机构，其中，所述防碰机构与控制系统(3)电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种自动换档绞车，其特征在于，所述控制系统(3)为PLC控制系统。

Images