專利名稱：二層臺管柱排放系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油天然氣開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及二層臺管柱排放系統(tǒng)及其工作方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的石油天然氣行業(yè)對HSE(健康、安全和環(huán)境)越來越重視，特別是在工作條件苛刻的鉆井、修井領(lǐng)域，逐漸減輕工人的勞動強度、提高作業(yè)效率、保證施工安全已經(jīng)成為今后主要的發(fā)展趨勢。目前，現(xiàn)有鉆機、修井機的管柱排放作業(yè)均由鉆工站在二層臺上完成，工作條件艱苦，安全性沒有保證，作業(yè)效率低，在惡劣天氣條件下可能無法進行。而在國內(nèi)的鉆機或修井機上，用于石油天然氣鉆探和修井的自動化設(shè)備技術(shù)的發(fā)展還只停留在研究階段。公開號為CN2522228的實用新型專利介紹了一種能在二層臺上將井架中心的鉆桿拉進到井架內(nèi)側(cè)和從井架內(nèi)側(cè)拉出鉆桿到井架中心的機械手，它由銷栓、軸柱、一號液壓缸軸、二層臺、 二號液壓缸、一號液壓缸、扇形齒輪體、齒條、小平形支桿、大平形支桿、三號液壓缸、三號液壓缸桿、四號液壓缸桿、活叉頭、死叉頭體、四號液壓缸、叉頭銷組成，在二層臺上安裝上機械手后，可實現(xiàn)一定程度的管柱排放自動化。但是，該系統(tǒng)總體上比較笨重，維護保養(yǎng)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種二層臺管柱排放系統(tǒng)，用以在實現(xiàn)二層臺管柱排放自動化的過程中減化機械結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備費用和維護成本，該系統(tǒng)包括縱向移動總成1、機械手總成2、機械臂總成3、滑車總成4、走臺總成5、二層臺管排架6;其中機械臂總成3包括前臂16和上臂10，均為抗彎曲焊接結(jié)構(gòu)，機械臂總成3的運動由兩只長行程油缸提供；機械臂總成3 —端與機械手總成2連接，另一端與滑車總成4連接；機械手總成2由液壓驅(qū)動，內(nèi)部為一柱塞油缸，夾持部分固定有鉗牙板25，用于夾緊管體，機械手總成2上安裝有接觸式位移傳感器沈，用于對管體與機械手總成2之間的相對位置進行檢測，管體接觸到接觸式位移傳感器沈的探頭后，接觸式位移傳感器沈向機械手總成2發(fā)出夾緊管體的信號；滑車總成4頂部為一低速大扭矩液壓馬達，通過傳動法蘭30與機械臂總成3連接，驅(qū)動機械臂總成3做旋轉(zhuǎn)運動，滑車總成4兩側(cè)為滾子組；縱向移動總成1利用滾珠絲杠螺母36與滑車總成4固定在一起，其液壓馬達帶動傳動絲杠45，轉(zhuǎn)化為傳動螺母的直線運動，以實現(xiàn)滑車的縱向移動；走臺總成5位于縱向移動總成1的上方，周圍有護欄；二層臺管排架6位于走臺總成5的上方，為一懸臂結(jié)構(gòu)，在遠(yuǎn)端安裝有兩只支撐加強桿，加強桿另一端與井架二層臺以下的位置鉸接，構(gòu)成三角形支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實施例還提供一種上述系統(tǒng)的工作方法，用以在實現(xiàn)二層臺管柱排放自動化的過程中減化機械結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備費用和維護成本，該方法包括現(xiàn)場起鉆時，縱向移動總成1將滑車總成4定位至走臺總成5的近井口一側(cè)，滑車總成4驅(qū)動機械臂總成3朝向井口，機械臂總成3伸出至待處理的管柱，機械手總成2夾持管柱，機械臂總成3將管柱提離鉆臺面，待穩(wěn)定后機械臂總成3縮回，滑車總成4驅(qū)動機械臂總成3旋轉(zhuǎn)至走臺總成5與二層臺管排架6指梁之間的空間，縱向移動總成1工作將滑車總成4定位到需要放置管柱的某一排指梁，之后機械臂總成3伸出將管柱推至指定位置， 待穩(wěn)定后放下管柱；現(xiàn)場下鉆時，滑車總成4驅(qū)動機械臂總成3旋轉(zhuǎn)至走臺總成5與二層臺管排架6 指梁之間的空間，縱向移動總成1工作將滑車總成4定位到需要提取管柱的某一排指梁，之后機械臂總成3伸出至待處理的管柱，機械手總成2夾持管柱，機械臂總成3將管柱提離二層臺管排架6，待穩(wěn)定后縱向移動總成1將滑車總成4定位至走臺總成5的近井口一側(cè)，滑車總成4驅(qū)動機械臂總成3朝向井口，機械臂總成3伸出，待穩(wěn)定后放下管柱。本發(fā)明實施例的二層臺管柱排放系統(tǒng)將抓取管柱的機械手總成與機械臂總成、滑車總成、縱向移動總成、走臺總成、二層臺管排架等子系統(tǒng)集成在一起，所有總成和部件均符合石油天然氣行業(yè)鉆井及修井作業(yè)設(shè)備規(guī)范，可安裝在現(xiàn)有陸地鉆機或修井機、海洋陸地鉆機或修井機上，取代現(xiàn)有的二層臺及配套設(shè)備，滿足鉆井、修井等作業(yè)時抓取、排放管柱的需要。該系統(tǒng)輕便、緊湊，與現(xiàn)有技術(shù)相比，機械結(jié)構(gòu)得到簡化，體積和重量大大減小， 在設(shè)備搬運和安裝過程中速度更快；該系統(tǒng)設(shè)備費用和維護成本低，與現(xiàn)有技術(shù)相比，系統(tǒng)整體上結(jié)構(gòu)緊湊，機械部件較少，成本較低，通用性強，可適應(yīng)石油天然氣開發(fā)現(xiàn)場惡劣苛刻的工作環(huán)境，便于維護檢修，符合國內(nèi)鉆井、修井作業(yè)的特點。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中圖1為本發(fā)明實施例中二層臺管柱排放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中機械臂總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中機械臂總成的俯視示意圖；圖4為本發(fā)明實施例中機械手總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例中機械手總成的俯視示意圖；圖6為本發(fā)明實施例中圖5的機械手總成的A-A剖視圖；圖7為本發(fā)明實施例中滑車總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實施例中滑車總成的俯視示意圖；圖9為本發(fā)明實施例中圖8的滑車總成的B-B剖視圖；圖10為本發(fā)明實施例中縱向移動總成的仰視示意圖；圖11為本發(fā)明實施例中走臺總成的結(jié)構(gòu)示意圖12為本發(fā)明實施例中圖11的走臺總成的左視示意圖；圖13為本發(fā)明實施例中二層臺管排架的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)號1-縱向移動總成；2-機械手總成；3-機械臂總成；4-滑車總成；5-走臺總成； 6-二層臺管排架；7-基座；8-角位移傳感器；9-基座油缸；10-上臂；11-端蓋擋圈；12-上臂-前臂油缸；13-連接銷；14-機械手油缸；15-機械手連桿；16-前臂；17-機械手油缸體；18-油缸蓋；19-活塞；20-組合液壓密封元件；21-傳動塊；22-夾持鉗連接銷；23-自潤滑滑動軸承；24-夾持鉗；25-鉗牙板；26-接觸式位移傳感器；27-水平狀態(tài)傳感器；28-滑車支架；29-滑車軸承套筒支架；30-傳動法蘭；31-滑車止推軸承；32-水平滾子組；33-垂直滾子組；34-止推軸承擋環(huán)；35-滑車馬達支撐架；36-滾珠絲杠螺母；37-滑車液壓馬達；38-馬達剎車裝置；39-馬達減速箱；40-旋轉(zhuǎn)編碼器；41-走臺支撐架；42-軸承端蓋； 43-前軸承盒；44-防撞緩沖墊；45-傳動絲杠；46-走臺液壓馬達；47-液壓馬達剎車裝置； 48-馬達傳動箱；49-水平位移傳感器；50-走臺馬達支撐板；51-后軸承盒；52-走臺連接支承；53-護欄。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，結(jié)合現(xiàn)場的工作環(huán)境和施工特點，本發(fā)明實施例提供一種二層臺管柱排放系統(tǒng)，該系統(tǒng)為現(xiàn)有石油天然氣鉆機或修井機配套的機電液一體化二層臺管柱排放系統(tǒng)，可安裝在現(xiàn)有鉆機和修井機上，滿足鉆井、修井等作業(yè)時抓取、排放管柱的需要，成為石油鉆機和修井機重要的自動化配套裝備。圖1為本發(fā)明實施例中二層臺管柱排放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例中的二層臺管柱排放系統(tǒng)包括縱向移動總成1、機械手總成2、機械臂總成3、滑車總成4、走臺總成5、二層臺管排架6;其中機械臂總成3包括前臂16和上臂10，均為抗彎曲焊接結(jié)構(gòu)，機械臂總成3的運動由兩只長行程油缸提供；機械臂總成3 —端與機械手總成2連接，另一端與滑車總成4連接；機械手總成2由液壓驅(qū)動，內(nèi)部為一柱塞油缸，夾持部分固定有鉗牙板25，用于夾緊管體，機械手總成2上安裝有接觸式位移傳感器沈，用于對管體與機械手總成2之間的相對位置進行檢測，管體接觸到接觸式位移傳感器沈的探頭后，接觸式位移傳感器沈向機械手總成2發(fā)出夾緊管體的信號；滑車總成4頂部為一低速大扭矩液壓馬達，通過傳動法蘭30與機械臂總成3連接，驅(qū)動機械臂總成3做旋轉(zhuǎn)運動，滑車總成4兩側(cè)為滾子組；該滾子組可降低滑車在走臺中縱向移動時的摩擦阻力；縱向移動總成1利用了螺旋傳動的工作原理，利用滾珠絲杠螺母36與滑車總成4 固定在一起，其液壓馬達帶動傳動絲杠45，轉(zhuǎn)化為傳動螺母的直線運動，以實現(xiàn)滑車的縱向移動；走臺總成5位于縱向移動總成1的上方，周圍有護欄，可以保證施工或設(shè)備檢修人員的人身安全；二層臺管排架6位于走臺總成5的上方，為一懸臂結(jié)構(gòu)，為提高整體強度和剛度， 在遠(yuǎn)端安裝有兩只支撐加強桿，加強桿另一端與井架二層臺以下的位置鉸接，構(gòu)成三角形支撐結(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明實施例中機械臂總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中機械臂總成的俯視示意圖。機械臂總成3的功能是實現(xiàn)伸出、收縮、上提、下放等動作。如圖2和圖3所示，機械臂總成3的具體結(jié)構(gòu)如下機械臂總成3頂部為基座7，與滑車總成4的傳動法蘭30相連，上臂10和前臂16 為帶加強筋的整體式焊接結(jié)構(gòu)，上臂10通過連接銷13與基座7的耳板鉸接在一起；基座油缸9分別與上臂10和基座7相連接，在基座油缸9靠近基座7 —側(cè)的鉸接處裝有角位移傳感器8，用于監(jiān)測上臂10相對于基座7的轉(zhuǎn)動角位移和角速度；上臂-前臂油缸12分別連接上臂10和前臂16，在上臂10和前臂16的鉸接處同樣安裝有角位移傳感器8，用于測量前臂16相對于上臂10的轉(zhuǎn)動角位移和角速度；機械手油缸14通過機械手連桿15與機械手總成2實現(xiàn)連接，用于在機械臂總成 3運動的過程中，保持抓取管柱的機械手總成2始終處于水平姿態(tài)；機械臂總成3所有角位移傳感器測量的運動參數(shù)用于計算管柱的位移、速度和加速度，并防止與二層臺管排架6和鉆臺碰撞，防止慣性力過大導(dǎo)致機械臂失穩(wěn)；機械臂總成3中所有的鉸接部分包括連接銷13和端蓋擋圈11，以固定限位。圖4為本發(fā)明實施例中機械手總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例中機械手總成的俯視示意圖；圖6為本發(fā)明實施例中圖5的機械手總成的A-A剖視圖。機械手總成 2的功能是夾持管柱。如圖4、圖5和圖6所示，機械手總成2的具體結(jié)構(gòu)如下機械手總成2的主體部分是機械手油缸體17，外部為油缸蓋18，內(nèi)部為一短行程的活塞19 ；為保證活塞19與機械手油缸體17內(nèi)壁之間有足夠的密封性，活塞19上有組合液壓密封元件20，活塞19另一端與傳動塊21通過螺紋連接，傳動塊21將活塞19的推力傳至夾持鉗M ； 兩個夾持鉗M的內(nèi)側(cè)固定有鉗牙板25，夾持鉗M由夾持鉗連接銷22與機械手油缸體17鉸接在一起，夾持鉗連接銷22與機械手油缸體17之間有自潤滑滑動軸承23 ；機械手總成2的頂部安裝有兩個傳感器接觸式位移傳感器沈，用于提供待操作管柱相對于夾持鉗M的位置信息，以適時向機械手油缸14發(fā)出夾持鉗M抓取管柱的控制指令；水平狀態(tài)傳感器27，用于監(jiān)測機械手總成2的姿態(tài)，在機械臂總成3和機械手總成2運動過程中，當(dāng)監(jiān)測到機械手總成2處于非水平姿態(tài)時，發(fā)出信號使機械手油缸14調(diào)整夾持管柱的機械手總成2的姿態(tài)，以保證管柱不會傾倒。圖7為本發(fā)明實施例中滑車總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實施例中滑車總成的俯視示意圖；圖9為本發(fā)明實施例中圖8的滑車總成的B-B剖視圖。滑車總成4的功能是實現(xiàn)機械臂總成3的旋轉(zhuǎn)運動。如圖7、圖8和圖9所示，滑車總成4的具體結(jié)構(gòu)如下滑車總成4的核心部件為串有馬達剎車裝置38和馬達減速箱39的低速大扭矩的滑車液壓馬達37，滑車液壓馬達37由滑車馬達支撐架35固定，頂部為旋轉(zhuǎn)編碼器40，用于測量并輸出液壓馬達轉(zhuǎn)軸的角位移、角速度，以供判斷機械臂總成3的位置和運動狀態(tài)；滑車支架觀是滑車總成4的保護外殼，為帶有均布加強肋板的焊接結(jié)構(gòu)，在一側(cè)的托板上安裝液壓控制閥組；滑車軸承套筒支架四用于對兩只滑車止推軸承31限位和固定；滑車支架觀兩側(cè)各有一排水平滾子組32，用于在滑車總成4縱向移動時降低摩擦阻力；滑車支架觀在頂面四角各有一個垂直滾子組33，用于降低在走臺支撐架41內(nèi)運動時的摩擦力；滑車總成4頂部為一滾珠絲杠螺母36，與縱向移動總成1的傳動絲杠45相配合；位于上方的滑車止推軸承31的上面為止推軸承擋環(huán)34，與機械臂總成3的基座7 頂部通過均布螺栓組進行聯(lián)接固定，傳動法蘭30與基座7的底部通過均布螺栓組固定，傳動法蘭30用于向機械臂總成3傳遞扭矩。圖10為本發(fā)明實施例中縱向移動總成的仰視示意圖。縱向移動總成1驅(qū)動滑車 4和機械臂總成3沿縱向運動。如圖10所示，縱向移動總成1的具體結(jié)構(gòu)如下縱向移動總成1的主體是走臺支撐架41，動力和驅(qū)動部分位于走臺支撐架41的內(nèi)部，傳動原理為螺旋傳動方式，滑車總成4的滾子組座在走臺支撐架41內(nèi)部兩側(cè)的軌道上；前軸承盒43固定在走臺支撐架41內(nèi)，前軸承盒43外部為軸承端蓋42 ；傳動絲杠45兩端安裝防撞緩沖墊44，走臺液壓馬達46通過液壓馬達剎車裝置47 驅(qū)動馬達傳動箱48，再將動力傳給傳動絲杠45 ；走臺馬達支撐板50上安裝水平位移傳感器49，用于測量滑車總成4運動時在傳動絲杠45上的位置；后軸承盒51通過法蘭固定在走臺馬達支撐板上；縱向移動總成1通過多個走臺連接支承52與二層臺管排架6連接。圖11為本發(fā)明實施例中走臺總成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本發(fā)明實施例中圖11的走臺總成的左視示意圖。走臺總成5位于縱向移動總成1的上方。如圖11和圖12所示， 走臺總成5位于縱向移動總成1的上方，周圍有護欄53。圖13為本發(fā)明實施例中二層臺管排架的結(jié)構(gòu)示意圖。二層臺管排架6與現(xiàn)有的二層臺結(jié)構(gòu)基本相同。本發(fā)明實施例中二層臺管柱排放系統(tǒng)的工作方法如下現(xiàn)場起鉆時，縱向移動總成1將滑車總成4定位至走臺總成5的近井口一側(cè)，滑車總成4驅(qū)動機械臂總成3朝向井口，機械臂總成3伸出至待處理的管柱，機械手總成2夾持管柱，機械臂總成3將管柱提離鉆臺面，待穩(wěn)定后機械臂總成3縮回，滑車總成4驅(qū)動機械臂總成3旋轉(zhuǎn)至走臺總成5與二層臺管排架6指梁之間的空間，縱向移動總成1工作將滑車總成4定位到需要放置管柱的某一排指梁，之后機械臂總成3伸出將管柱推至指定位置， 待穩(wěn)定后放下管柱，完成管柱存放的過程；現(xiàn)場下鉆的過程與起鉆過程完全相反；在現(xiàn)場下鉆時，滑車總成4驅(qū)動機械臂總成3旋轉(zhuǎn)至走臺總成5與二層臺管排架6指梁之間的空間，縱向移動總成1工作將滑車總成4定位到需要提取管柱的某一排指梁，之后機械臂總成3伸出至待處理的管柱，機械手總成2夾持管柱，機械臂總成3將管柱提離二層臺管排架6，待穩(wěn)定后縱向移動總成1將滑車總成4定位至走臺總成5的近井口一側(cè)，滑車總成4驅(qū)動機械臂總成3朝向井口，機械臂總成3伸出，待穩(wěn)定后放下管柱。具體的，機械手總成2的兩個夾持鉗M夾持管柱的過程依據(jù)了杠桿原理，可以包括當(dāng)進行管柱夾持操作時，機械臂總成3上機械手油缸14的無桿腔進高壓油，推動機械手總成2中機械手油缸體17內(nèi)部的活塞19運動，活塞19推動其另一端通過螺紋連接的傳動塊21，傳動塊21運動時撐開夾持鉗M的尾端，夾持鉗M繞鉸接機械手油缸體17的夾持鉗連接銷22轉(zhuǎn)動，夾持鉗M的另一側(cè)則收緊，夾持鉗M內(nèi)側(cè)固定的鉗牙板25抱緊管柱；當(dāng)管柱被放至指定位置后，機械手油缸14油路換向，有桿腔進高壓油，活塞19收回，傳動塊21不再給夾持鉗M施加推力，夾持鉗M松開管柱。本發(fā)明實施例的二層臺管柱排放系統(tǒng)將抓取管柱的機械手總成與機械臂總成、滑車總成、縱向移動總成、走臺總成、二層臺管排架等子系統(tǒng)集成在一起，所有總成和部件均符合石油天然氣行業(yè)鉆井及修井作業(yè)設(shè)備規(guī)范，可安裝在現(xiàn)有陸地鉆機或修井機、海洋陸地鉆機或修井機上，取代現(xiàn)有的二層臺及配套設(shè)備，滿足鉆井、修井等作業(yè)時抓取、排放管柱的需要。該系統(tǒng)的主要特點是(1)系統(tǒng)輕便、緊湊該系統(tǒng)為輕量化設(shè)計，與現(xiàn)有技術(shù)相比，機械結(jié)構(gòu)得到簡化，體積和重量大大減小，在設(shè)備搬運和安裝過程中速度更快；(2)作業(yè)效率高該系統(tǒng)為單臂抓取式管柱自動化作業(yè)裝置，其操作流程比較簡便、靈活；(3)機電液一體化采用液壓驅(qū)動方式，包括4只油缸和2只低速大扭矩液壓馬達，對機械手和機械臂的運動軌跡進行控制；(4)兼容性好從系統(tǒng)設(shè)計之初，就考慮到兼容性，二層臺管柱排放區(qū)可以設(shè)置為X-Y直角坐標(biāo)型，可安裝到現(xiàn)有的鉆機、修井機的井架上，不用進行改動，也可為新鉆機和新修井機進行配套；(5)設(shè)備費用和維護成本低與現(xiàn)有技術(shù)相比，系統(tǒng)整體上結(jié)構(gòu)緊湊，機械部件較少，成本較低，通用性強，可適應(yīng)石油天然氣開發(fā)現(xiàn)場惡劣苛刻的工作環(huán)境，便于維護檢修，符合國內(nèi)鉆井、修井作業(yè)的特點。該技術(shù)如果應(yīng)用于現(xiàn)場，與鉆臺上的管柱處理裝置一起配合工作，將可完成各類管柱處理作業(yè)，取代人工管柱處理作業(yè)，顯著提高作業(yè)效率，改善現(xiàn)有的工作環(huán)境，提高現(xiàn)場施工的安全性。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二層臺管柱排放系統(tǒng)，其特征在于，包括縱向移動總成⑴、機械手總成⑵、機械臂總成⑶、滑車總成⑷、走臺總成(5)、二層臺管排架(6)；其中機械臂總成⑶包括前臂(16)和上臂(10)，均為抗彎曲焊接結(jié)構(gòu)，機械臂總成(3)的運動由兩只長行程油缸提供；機械臂總成C3) —端與機械手總成( 連接，另一端與滑車總成⑷連接；機械手總成O)由液壓驅(qū)動，內(nèi)部為一柱塞油缸，夾持部分固定有鉗牙板(25)，用于夾緊管體，機械手總成( 上安裝有接觸式位移傳感器( )，用于對管體與機械手總成(2)之間的相對位置進行檢測，管體接觸到接觸式位移傳感器06)的探頭后，接觸式位移傳感器 (26)向機械手總成(2)發(fā)出夾緊管體的信號；滑車總成(4)頂部為一低速大扭矩液壓馬達，通過傳動法蘭(30)與機械臂總成(3)連接，驅(qū)動機械臂總成C3)做旋轉(zhuǎn)運動，滑車總成(4)兩側(cè)為滾子組；縱向移動總成⑴利用滾珠絲杠螺母(36)與滑車總成⑷固定在一起，其液壓馬達帶動傳動絲杠(45)，轉(zhuǎn)化為傳動螺母的直線運動，以實現(xiàn)滑車的縱向移動；走臺總成(5)位于縱向移動總成(1)的上方，周圍有護欄；二層臺管排架(6)位于走臺總成(5)的上方，為一懸臂結(jié)構(gòu)，在遠(yuǎn)端安裝有兩只支撐加強桿，加強桿另一端與井架二層臺以下的位置鉸接，構(gòu)成三角形支撐結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，機械臂總成(3)的具體結(jié)構(gòu)如下機械臂總成(3)頂部為基座(7)，與滑車總成的傳動法蘭(30)相連，上臂(10)和前臂(16)為帶加強筋的整體式焊接結(jié)構(gòu)，上臂(10)通過連接銷(13)與基座(7)的耳板鉸接在一起；基座油缸(9)分別與上臂(10)和基座(7)相連接，在基座油缸(9)靠近基座(7) —側(cè)的鉸接處裝有角位移傳感器(8)，用于監(jiān)測上臂(10)相對于基座(7)的轉(zhuǎn)動角位移和角速度；上臂-前臂油缸(12)分別連接上臂(10)和前臂(16)，在上臂(10)和前臂(16)的鉸接處同樣安裝有角位移傳感器(8)，用于測量前臂(16)相對于上臂(10)的轉(zhuǎn)動角位移和角速度；機械手油缸(14)通過機械手連桿(1 與機械手總成( 實現(xiàn)連接，用于在機械臂總成C3)運動的過程中，保持抓取管柱的機械手總成( 始終處于水平姿態(tài)；機械臂總成C3)所有角位移傳感器測量的運動參數(shù)用于計算管柱的位移、速度和加速度，并防止與二層臺管排架(6)和鉆臺碰撞，防止慣性力過大導(dǎo)致機械臂失穩(wěn)；機械臂總成⑶中所有的鉸接部分包括連接銷(13)和端蓋擋圈(11)，以固定限位。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，機械手總成O)的具體結(jié)構(gòu)如下機械手總成O)的主體部分是機械手油缸體(17)，內(nèi)部為一短行程的活塞(19)，活塞 (19)上有組合液壓密封元件(20)，活塞(19)另一端與傳動塊通過螺紋連接，傳動塊 (21)將活塞(19)的推力傳至夾持鉗04)；兩個夾持鉗04)的內(nèi)側(cè)固定有鉗牙板(25)，夾持鉗04)由夾持鉗連接銷0 與機械手油缸體(17)鉸接在一起，夾持鉗連接銷0 與機械手油缸體(17)之間有自潤滑滑動軸承(23)；機械手總成O)的頂部安裝有兩個傳感器接觸式位移傳感器(沈)，用于提供待操作管柱相對于夾持鉗04)的位置信息，以適時向機械手油缸(14)發(fā)出夾持鉗04)抓取管柱的控制指令；水平狀態(tài)傳感器(27)，用于監(jiān)測機械手總成的姿態(tài)，在機械臂總成C3)和機械手總成( 運動過程中，當(dāng)監(jiān)測到機械手總成( 處于非水平姿態(tài)時，發(fā)出信號使機械手油缸 (14)調(diào)整夾持管柱的機械手總成的姿態(tài)，以保證管柱不會傾倒。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，滑車總成的具體結(jié)構(gòu)如下滑車總成(4)的核心部件為串有馬達剎車裝置(38)和馬達減速箱(39)的低速大扭矩的滑車液壓馬達(37)，滑車液壓馬達(37)由滑車馬達支撐架(3 固定，頂部為旋轉(zhuǎn)編碼器(40)，用于測量并輸出液壓馬達轉(zhuǎn)軸的角位移、角速度，以供判斷機械臂總成(3)的位置和運動狀態(tài)；滑車支架08)是滑車總成的保護外殼，為帶有均布加強肋板的焊接結(jié)構(gòu)，在一側(cè)的托板上安裝液壓控制閥組；滑車軸承套筒支架09)用于對兩只滑車止推軸承(31)限位和固定；滑車支架08)兩側(cè)各有一排水平滾子組(32)，用于在滑車總成(4)縱向移動時降低摩擦阻力；滑車支架08)在頂面四角各有一個垂直滾子組(33)，用于降低在走臺支撐架(41)內(nèi)運動時的摩擦力；滑車總成(4)頂部為一滾珠絲杠螺母(36)，與縱向移動總成(1)的傳動絲杠0 相配合；位于上方的滑車止推軸承(31)的上面為止推軸承擋環(huán)(34)，與機械臂總成C3)的基座 (7)頂部通過均布螺栓組進行聯(lián)接固定，傳動法蘭(30)與基座(7)的底部通過均布螺栓組固定，傳動法蘭(30)用于向機械臂總成(3)傳遞扭矩。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，縱向移動總成(1)的具體結(jié)構(gòu)如下 縱向移動總成(1)的主體是走臺支撐架(41)，動力和驅(qū)動部分位于走臺支撐架的內(nèi)部，滑車總成的滾子組座在走臺支撐架Gl)內(nèi)部兩側(cè)的軌道上；前軸承盒^幻固定在走臺支撐架Gl)內(nèi)，前軸承盒外部為軸承端蓋G2)； 傳動絲杠0 兩端安裝防撞緩沖墊(44)，走臺液壓馬達06)通過液壓馬達剎車裝置 (47)驅(qū)動馬達傳動箱(48)，再將動力傳給傳動絲杠05)；走臺馬達支撐板(50)上安裝水平位移傳感器(49)，用于測量滑車總成(4)運動時在傳動絲杠0 上的位置；后軸承盒(51)通過法蘭固定在走臺馬達支撐板上；縱向移動總成(1)通過多個走臺連接支承(5 與二層臺管排架(6)連接。
6.一種權(quán)利要求1至5任一項所述系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括現(xiàn)場起鉆時，縱向移動總成(1)將滑車總成(4)定位至走臺總成( 的近井口一側(cè)，滑車總成⑷驅(qū)動機械臂總成⑶朝向井口，機械臂總成⑶伸出至待處理的管柱，機械手總成(2)夾持管柱，機械臂總成(3)將管柱提離鉆臺面，待穩(wěn)定后機械臂總成(3)縮回，滑車總成(4)驅(qū)動機械臂總成(3)旋轉(zhuǎn)至走臺總成(5)與二層臺管排架(6)指梁之間的空間， 縱向移動總成⑴工作將滑車總成⑷定位到需要放置管柱的某一排指梁，之后機械臂總成C3)伸出將管柱推至指定位置，待穩(wěn)定后放下管柱；現(xiàn)場下鉆時，滑車總成(4)驅(qū)動機械臂總成C3)旋轉(zhuǎn)至走臺總成( 與二層臺管排架(6)指梁之間的空間，縱向移動總成⑴工作將滑車總成⑷定位到需要提取管柱的某一排指梁，之后機械臂總成(3)伸出至待處理的管柱，機械手總成(2)夾持管柱，機械臂總成(3) 將管柱提離二層臺管排架(6)，待穩(wěn)定后縱向移動總成(1)將滑車總成(4)定位至走臺總成(5)的近井口一側(cè)，滑車總成⑷驅(qū)動機械臂總成⑶朝向井口，機械臂總成⑶伸出， 待穩(wěn)定后放下管柱。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，機械手總成O)的兩個夾持鉗04)夾持管柱的過程如下當(dāng)進行管柱夾持操作時，機械臂總成C3)上機械手油缸(14)的無桿腔進高壓油，推動機械手總成O)中機械手油缸體(17)內(nèi)部的活塞(19)運動，活塞(19)推動其另一端通過螺紋連接的傳動塊(21)，傳動塊運動時撐開夾持鉗04)的尾端，夾持鉗04)繞鉸接機械手油缸體(17)的夾持鉗連接銷0 轉(zhuǎn)動，夾持鉗04)的另一側(cè)則收緊，夾持鉗04) 內(nèi)側(cè)固定的鉗牙板0 抱緊管柱；當(dāng)管柱被放至指定位置后，機械手油缸(14)油路換向， 有桿腔進高壓油，活塞(19)收回，傳動塊不再給夾持鉗04)施加推力，夾持鉗04) 松開管柱。
全文摘要
本發(fā)明公開一種二層臺管柱排放系統(tǒng)及其工作方法，該系統(tǒng)包括縱向移動總成、機械手總成、機械臂總成、滑車總成、走臺總成、二層臺管排架；機械臂總成一端與機械手總成連接，另一端與滑車總成連接；機械手總成由液壓驅(qū)動，內(nèi)部為一柱塞油缸，夾持部分固定有鉗牙板，機械手總成上安裝有接觸式位移傳感器；滑車總成頂部為一低速大扭矩液壓馬達，通過傳動法蘭與機械臂總成連接，驅(qū)動機械臂總成做旋轉(zhuǎn)運動，滑車總成兩側(cè)為滾子組；縱向移動總成利用滾珠絲杠螺母與滑車總成固定在一起；走臺總成位于縱向移動總成的上方；二層臺管排架位于走臺總成的上方。本發(fā)明可在實現(xiàn)二層臺管柱排放自動化的過程中減化機械結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備費用和維護成本。
文檔編號E21B19/14GK102174879SQ20111006826
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者孫福超, 李濤, 王新忠, 童征, 鄭立臣, 高向前 申請人:中國石油天然氣股份有限公司