智能鉆井動力鉗的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能鉆井動力鉗，安裝架由底板、前支柱、后支柱、滑筒、懸掛梁及升降液缸組成，前后支柱分別固定在底板的四個角上，滑筒套裝在四個支柱上，懸掛梁與滑筒連接為一起。背鉗固定在安裝架的底板上，主鉗通過吊簧筒和鏈子吊裝在安裝架的懸掛梁下；在前后支柱內安裝有升降液缸；在后支柱和主鉗的鉗尾之間裝有拉力傳感器；在主鉗的傳動齒輪上裝有旋轉編碼器；在主鉗的變速機構設有撥桿和行程開關；在主鉗的復位機構設有撥塊和行程開關；在背鉗的夾緊液缸中裝有位移傳感器。本實用新型實現了鉆井動力鉗工作過程的自動化，從而達到鉆井井口無人化智能作業。
【專利說明】
智能鉆井動力鉗
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種石油礦場鉆井或修井作業中，用來上卸鉆桿、套管等管柱螺紋的智能鉆井動力鉗。
【背景技術】
[0002]目前石油礦場鉆井或修井用的動力鉗一般需要工人在井口手動操作液壓閥，來進行鉆桿、套管等管柱的上卸扣作業。其缺點是安全可靠性差、機械化程度低、勞動強度大。同時一般動力鉗的主鉗和背鉗采用滑桿或滑架式的聯接方式，其缺點是主鉗浮動性差，結構強度低。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種結構合理、安全可靠的智能鉆井動力鉗。
[0004]本實用新型的技術解決方案是:
[0005]—種智能鉆井動力鉗，由主鉗、背鉗、安裝架等構成。主鉗通過四個彈簧筒和鏈子等吊裝在安裝架的懸掛梁下，背鉗固定在安裝架的底板上。安裝架的前后四個支柱分別固定在底板的四個角上，懸掛梁與滑筒相連并套裝在前后四個支柱上，通過前后支柱內升降液缸的伸縮，懸掛梁可沿前后支柱相對底板上下移動，從而來調整主鉗和背鉗之間的距離。同時主鉗通過彈簧筒和鏈子，可相對于背鉗上下左右自由移動，具有較好的浮動性。
[0006]在兩個后支柱和主鉗的鉗尾之間各裝有拉力傳感器，拉力傳感器的一端與套裝在后支柱上的拉環鉸接，另一端通過連接叉與裝在鉗尾中的拉耳鉸接。通過拉力傳感器測量出工作中主鉗鉗尾產生的反作用拉力，與到鉗頭夾持中心的距離L相乘，可計算出鉗頭工作扭矩。主鉗相對背鉗上下移動時，拉環隨著主鉗沿后支柱上下滑動，使傳感器與鉗尾保持中心水平。左右兩個拉力傳感器分別用來測量上扣或卸扣時的鉗頭工作扭矩。
[0007]在主鉗的傳動齒輪上裝有旋轉編碼器，用來測量主鉗上卸扣工作時開口大齒輪的旋轉圈數η;并在上扣或卸扣動作結束后，開口大齒輪反向轉動圈數η中的非整數圈η’，自動對正鉗頭開口。主鉗變速機構的換檔液缸伸縮帶動高低變速齒輪離合，實現鉗頭高速或低速的換檔切換，同時變速機構中的撥桿觸動行程開關，發出切換至高速或低速信號，實現高低速的自動變速切換。主鉗復位機構的碰塊A或B在復位液缸A或B的動作下，按下上扣或卸扣的插銷A或B，同時碰塊上的撥塊觸動相應的行程開關，并發出上扣或卸扣復位開始信號；隨即碰塊A或B抬起與插銷A或B分離，此時撥塊又觸動相應的行程開關，并發出上扣或卸扣復位完畢信號。
[0008]背鉗由夾緊液缸伸縮實現在上扣或卸扣時背鉗的夾緊動作，在夾緊液缸中裝有位移傳感器，用來測量夾緊時鉗頭的轉動角度，保證背鉗正確夾緊；同時在完成夾緊動作后，自動回位對正鉗頭開口。
[0009]在主鉗和背鉗的鉗頭開口兩側均設有拉簧，當鉗頭完成夾緊動作后松開時，自動將兩側顎板張開與主鉗開口一致。
[0010]本實用新型結構合理，自動化程度高、安全可靠。
【附圖說明】
[0011 ]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0012]圖1是本實用新型一個實施例的的主視圖。
[0013]圖2是圖1的左視圖。
[0014]圖3是圖1的右視圖。
[0015]圖4是圖2的M-M視圖。
[0016]圖5是圖1的仰視圖。
[0017]圖6是復位機構的局部視圖。
[0018]圖7是圖6的俯視圖。
[0019]圖8是圖6的N-N剖視圖。
具體實施方案:
[0020]—種智能鉆井動力鉗，由主鉗(4)、背鉗(2)、安裝架等構成；安裝架由底板(I)、前支柱(3)、后支柱(11)、滑筒(8)、懸掛梁(9)及升降液缸(7)組成，兩個前支柱和兩個后支柱分別固定在底板的四個角上，滑筒套裝在前后四個支柱上，懸掛梁與滑筒連接一起，升降液缸裝在前后支柱內，液缸的桿端與滑筒連接，液缸的尾端座在底板上。主鉗的兩側共安裝有四個彈簧筒(5)，彈簧筒由筒體(12)、吊桿(13)、彈簧(14)組成，筒體與主鉗連接為一起，吊桿的下端套有彈簧并裝于筒體內，吊桿的上端通過鏈子(6)和活節螺栓(10)與懸掛梁吊裝，吊桿可在筒體內伸縮。背鉗固定在安裝架的底板上，工作時夾持下管柱并保持不動。主鉗通過四個彈簧筒和鏈子等吊裝在懸掛梁下，工作時夾持上管柱并進行旋轉。工作中，主鉗通過彈簧筒和鏈子可相對于背鉗上下左右自由移動，具有較好的浮動性，便于上、下管柱螺紋的對正。通過前后支柱內升降液缸的伸縮，可調整主鉗和背鉗上下之間的距離，用來夾持長短不同的管柱接頭。
[0021]在兩個后支柱和主鉗的鉗尾之間各裝有拉力傳感器(16)，拉力傳感器的一端與套裝在后支柱上的拉環(15)鉸接，另一端通過連接叉(17)與裝在鉗尾中的拉耳(18)鉸接。動力鉗上扣或卸扣過程中，主鉗在旋轉時鉗尾產生反作用的拉力。通過拉力傳感器測量出工作中產生的拉力，并與到鉗頭夾持中心的距離L相乘，便計算出鉗頭工作扭矩。主鉗相對背鉗上下移動時，拉環隨著主鉗沿后支柱上下滑動，使傳感器與鉗尾保持中心水平，從而提高扭矩測量精度。左右兩個拉力傳感器分別用來測量上扣或卸扣時的鉗頭工作扭矩。
[0022]主鉗的鉗頭為開口式，開口處裝有安全防護門(20)，并設有行程開關1(41)，防護門由門液缸(26)伸縮實現關閉或打開。主鉗馬達(21)的動力經變速齒輪(31)、傳動齒輪
(32)、惰輪A(33)、惰輪B(34)，傳遞至開口大齒輪(35)。在主鉗的傳動齒輪上裝有旋轉編碼器(46)，用來測量主鉗工作時開口大齒輪的旋轉圈數。主鉗的變速由換檔液缸(22)帶動變速齒輪離合，實現鉗頭高速或低速的換檔切換。變速機構中設有撥桿(45)，并在撥桿兩側裝有兩個行程開關2.1、2.2(42-1、42-2)。主鉗復位機構由兩個復位液缸A、B(23-1、23-2)、兩個碰塊4、8(24-1、24-2)、兩個插銷4、8(25-1、25-2)，來分別用于上扣或卸扣的復位切換。在碰塊A上設有兩個撥塊Α1、Α2(44-1、44-2)，碰塊B上設有兩個撥塊Β1、Β2(44-3、44-4)，四個撥塊旁各設有一個行程開關3.1、3.2、3.3、3.4(43-1、43_2、43_3、43_4)。碰塊A(或B)在復位液缸A (或B)的動作下，按下插銷A (或B )，實現上扣(或卸扣)復位切換，此時撥塊AI (或BI)觸動行程開關3.1并發出上扣復位開始信號;隨即碰塊A(或B)抬起與插銷A(或B)分離，此時撥塊A2(或B2)觸動行程開關3.2(或3.4)，并發出上扣(或卸扣)復位完畢信號。從而實現上扣或卸扣的自動復位切換。
[0023]背鉗的鉗頭為開口式，由夾緊液缸(28)伸縮實現在上扣或卸扣時背鉗的夾緊動作，在夾緊液缸中裝有位移傳感器，用來測量夾緊時鉗頭的轉動角度，保證背鉗正確夾緊。
[0024]在主鉗鉗頭開口兩側設有拉簧(36)，拉簧兩端分別與主鉗的圓盤(37)和顎板(27)連接，當鉗頭完成夾緊動作后松開時，拉簧自動將主鉗兩側顎板張開。在背鉗鉗頭開口兩側設有拉簧(38)，拉簧兩端分別與背鉗的圓盤(39)和顎板(29)連接，當鉗頭完成夾緊動作后松開時，拉簧自動將背鉗兩側顎板張開。
[0025]顯而易見，本實施例中的行程開關可用接近開關等元件來替代。
[0026]本實用新型的自動化作業過程為:
[0027]上扣過程:動力鉗打開防護門，移動到井口，管柱進入主鉗和背鉗的開口鉗頭。背鉗夾緊液缸向上扣方向動作，夾緊下管柱，位移傳感器測量鉗頭的轉動角度，確定背鉗正確實現上扣夾緊并發出信號。主鉗防護門關閉并觸動行程開關I，發出門關閉信號。主鉗變速機構的換檔液缸動作，帶動變速齒輪離合切換至高速，撥桿觸動行程開關2.1，發出切換至高速信號。主鉗復位機構的液缸A動作，按下插銷A進行上扣復位切換，此時撥塊Al觸動行程開關3.1并發出上扣復位開始信號；隨即碰塊A抬起與插銷A分離，此時撥塊A2觸動行程開關
3.2，并發出上扣復位完畢信號。隨后主鉗馬達向上扣方向旋轉，經過多級齒輪傳動帶動開口大齒輪進行夾緊和旋轉，旋轉編碼器測出開口大齒輪的旋轉圈數nl，拉力傳感器測量出主鉗的工作扭矩。至設定扭矩I和圈數I時，主鉗馬達怠速，變速機構的換檔液缸動作，帶動變速齒輪離合切換至低速，撥桿觸動行程開關2.2，發出切換至低速信號；主鉗馬達繼續向上扣方向帶動開口大齒輪旋轉，旋轉編碼器測出開口大齒輪的旋轉圈數n2;至設定扭矩2和圈數2時，馬達向卸扣方向旋轉圈數nl+n2和的非整數圈nS使開口大齒輪對正主鉗鉗頭開口。背鉗夾緊液缸根據位移傳感器的測量數據，回到初始位置，自動對正背鉗鉗頭開口。動力鉗退出井口，上扣過程結束。
[0028]卸扣過程:鉆井動力鉗打開防護門，移動到井口，管柱進入主鉗和背鉗的開口鉗頭。背鉗夾緊液缸向卸扣方向動作夾緊下管柱，位移傳感器測量鉗頭的轉動角度，確定背鉗正確實現卸扣夾緊并發出信號。主鉗防護門關閉并觸動行程開關I，發出門關閉信號。主鉗變速機構的換檔液缸動作，帶動變速齒輪離合切換至低速，撥桿觸動行程開關2.2，發出切換至低速信號。主鉗復位機構的液缸B動作，按下插銷B進行卸扣復位切換，此時撥塊BI觸動行程開關3.3并發出卸扣復位開始信號;隨即碰塊B抬起與插銷B分離，此時撥塊B2觸動行程開關3.4，并發出卸扣復位完畢信號。隨后主鉗馬達向卸扣方向旋轉，經過多級齒輪傳動帶動開口大齒輪進行夾緊和旋轉，旋轉編碼器測出開口大齒輪的旋轉圈數n3，拉力傳感器測量出主鉗的工作扭矩。至設定扭矩3和圈數3時，主鉗馬達怠速，變速機構的換檔液缸動作，帶動變速齒輪離合切換至高速，撥桿觸動行程開關2.1，發出切換至高速信號；主鉗馬達繼續向卸扣方向帶動開口大齒輪旋轉，旋轉編碼器測出開口大齒輪的旋轉圈數n4;至設定扭矩4和圈數4時，馬達向上扣方向旋轉圈數n3+n4和的非整數圈η"，使開口大齒輪對正主鉗鉗頭開口。背鉗夾緊液缸根據位移傳感器的測量數據，回到初始位置，自動對正背鉗鉗頭開口。動力鉗退出井口，卸扣動作結束。
【主權項】
1.一種智能鉆井動力鉗，包括主鉗(4)、背鉗(2)、安裝架，其特征是:安裝架包括底板(1)、前支柱(3)、后支柱(11)、滑筒(8)、懸掛梁(9)及升降液缸(7)，兩個前支柱和兩個后支柱分別固定在底板的四個角上，滑筒套裝在前后四個支柱上，懸掛梁與滑筒連接一起，升降液缸裝在前后支柱內，液缸的桿端與滑筒連接，液缸的尾端座在底板上;主鉗的兩側共安裝有四個彈簧筒(5)，彈簧筒由筒體(12)、吊桿(13)、彈簧(14)組成，筒體與主鉗連接為一起，吊桿的下端套有彈簧并裝于筒體內，吊桿的上端通過鏈子(6)和活節螺栓(10)與懸掛梁吊裝，吊桿可在筒體內伸縮;背鉗固定在安裝架的底板上，主鉗通過四個彈簧筒和鏈子吊裝在懸掛梁下，可相對于背鉗上下左右自由移動;通過前后支柱內升降液缸的伸縮，可調整與背鉗之間的距離。2.根據權利要求1所述的智能鉆井動力鉗，其特征是:在兩個后支柱和主鉗的鉗尾之間各裝有拉力傳感器(16)，拉力傳感器的一端與套裝在后支柱上的拉環(15)鉸接，另一端通過連接叉(17)與裝在鉗尾中的拉耳(18)鉸接;主鉗相對背鉗上下移動時，拉環隨著主鉗沿后支柱上下滑動;左右兩個拉力傳感器分別用來測量上扣或卸扣時的鉗頭工作扭矩。3.根據權利要求1或2所述的智能鉆井動力鉗，其特征是:主鉗的鉗頭為開□式，開口處裝有安全防護門(20)，由門液缸(26)伸縮實現門關閉或打開;當防護門關閉時，觸動行程開關(41)并發出門關閉信號； 在主鉗的傳動齒輪上設有旋轉編碼器(46); 在主鉗的變速機構設有撥桿(45)，并在撥桿兩側裝有兩個行程開關，換檔液缸(22)帶動高速或低速齒輪離合； 主鉗復位機構由第一、第二兩個復位液缸、第一、第二兩個碰塊、第一、第二兩個插銷，來分別實現上扣或卸扣的復位切換;在第一碰塊上設有第一、第二兩個撥塊，第二碰塊上設有第三、第四兩個撥塊，上述四個撥塊旁各設有一個行程開關； 在主鉗鉗頭開口兩側設有拉簧(36)，拉簧兩端分別與主鉗的圓盤(37)和顎板(27)連接。4.根據權利要求1或2所述的智能鉆井動力鉗，其特征是:背鉗的鉗頭為開口式，由夾緊液缸(28)伸縮實現上扣或卸扣時鉗頭的夾緊動作，在夾緊液缸中裝有位移傳感器，用來測量背鉗夾緊時鉗頭的轉動角度，同時在完成夾緊動作后，自動回位對正背鉗的鉗頭開口 ； 在背鉗鉗頭開口兩側設有拉簧(38)，拉簧兩端分別與背鉗的圓盤(39)和顎板(29)連接，當鉗頭完成夾緊動作后松開時，拉簧將兩側顎板自動張開與背鉗開口 一致。
【文檔編號】E21B19/16GK205503052SQ201620230159
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月24日
【發明人】劉志剛, 陳杰, 仲建軍
【申請人】江蘇如石機械有限公司