專(zhuān)利名稱(chēng)：一種全自動(dòng)鐵鉆工的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鉆井和修井使用的鉆具連接或拆卸裝置，具體地說(shuō)是一種全自動(dòng)鐵鉆工。
背景技術(shù)：
目前，在石油鉆井和修井作業(yè)中，起下鉆過(guò)程中的鉆具連接和拆卸工作基本是由人工借助一些機(jī)械化設(shè)備，如液氣大鉗、貓頭、氣動(dòng)旋扣鉗等來(lái)完成的。這些機(jī)械化設(shè)備仍然需要由人在井口處操作，操作人員的安全不能得到有效保障，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大。就上述設(shè)備本身來(lái)說(shuō)，鉆具連接和拆卸的速度慢，直接影響到鉆、修井效率；同時(shí)，這些設(shè)備適應(yīng)的鉆具范圍較窄，并且需要在作業(yè)過(guò)程中反復(fù)更換牙板和設(shè)備，使鉆具連接和拆卸的工作更加繁瑣。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決人工操作存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性能低的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種全自動(dòng)鐵鉆工。該鐵鉆工可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作，扭矩可控，連接和拆卸鉆具速度快。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括伸縮臂、背鉗、主鉗及旋扣鉗，其中伸縮臂包括底座、回轉(zhuǎn)裝置、內(nèi)臂、外臂、伸縮油缸、主臂及升降裝置，內(nèi)臂及外臂的一端分別通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在底座上，內(nèi)臂及外臂的另一端分別與主臂的一端鉸接，主臂的另一端安裝有升降裝置，伸縮油缸的一端鉸接于內(nèi)臂上，另一端與主臂鉸接；所述背鉗安裝在升降裝置上，主鉗位于背鉗的上方、并與背鉗鉸接，旋扣鉗安裝在主鉗上，由背鉗及主鉗共同支撐；所述背鉗、主鉗及旋扣鉗隨升降裝置共同升降。其中所述內(nèi)臂及外臂的一端分別與回轉(zhuǎn)裝置鉸接，伸縮油缸上安裝有檢測(cè)伸縮臂伸縮的伸縮位移傳感器；所述回轉(zhuǎn)裝置包括回轉(zhuǎn)座、馬達(dá)、小齒輪及回轉(zhuǎn)支承大齒輪，其中回轉(zhuǎn)座通過(guò)回轉(zhuǎn)支承大齒輪與底座相連，在回轉(zhuǎn)座上設(shè)有馬達(dá)；所述回轉(zhuǎn)支承大齒輪及小齒輪位于回轉(zhuǎn)座內(nèi)，回轉(zhuǎn)支承大齒輪的外圈固接在底座上，內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)座固接，小齒輪安裝在馬達(dá)的輸出軸上、與回轉(zhuǎn)支承大齒輪的外圈相嚙合，回轉(zhuǎn)支承大齒輪的內(nèi)圈相對(duì)于外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，在馬達(dá)上安裝有編碼器；所述回轉(zhuǎn)座相對(duì)于底座轉(zhuǎn)動(dòng)；所述主臂的另一端為“凹” 形，該“凹”形的兩個(gè)分支上分別鉸接有結(jié)構(gòu)相同的升降裝置；所述升降裝置包括升降油缸、 內(nèi)套、升降位移傳感器及外套，其中外套與主臂的另一端相鉸接，內(nèi)套由外套的底部插入， 背鉗分別與主臂兩個(gè)分支上的內(nèi)套固接；所述升降油缸的頂端與外套鉸接，底端與內(nèi)套鉸接；在內(nèi)套上設(shè)有檢測(cè)垂直位移的升降位移傳感器。在背鉗與主鉗夾緊鉆具的一側(cè)，背鉗及主鉗上分別開(kāi)有與鉆具相對(duì)應(yīng)的凹槽，背鉗及主鉗上凹槽的兩側(cè)各設(shè)有一夾緊油缸，夾緊油缸的一端安裝在背鉗或主鉗上的導(dǎo)向套內(nèi)，另一端為活塞端、安裝有推板，牙板通過(guò)牙板座安裝在推板上，夾緊油缸通過(guò)推板實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，在夾緊油缸上連接有第二壓力傳感器；在背鉗與主鉗的另一側(cè)設(shè)有沖扣油缸，沖扣油缸上連接有第一壓力傳感器，該沖扣油缸的兩端分別與背鉗及主鉗鉸接；在背鉗內(nèi)安裝有接頭檢測(cè)裝置，接頭檢測(cè)裝置位于背鉗上兩個(gè)夾緊油缸之間，接頭檢測(cè)裝置的運(yùn)動(dòng)方向也位于兩個(gè)夾緊油缸之間；所述接頭檢測(cè)裝置包括檢測(cè)油缸、線(xiàn)性位移傳感器和第二接近傳感器，其中檢測(cè)油缸安裝在背鉗內(nèi)，在檢測(cè)油缸的活塞桿上連接有線(xiàn)性位移傳感器，檢測(cè)油缸活塞桿的端部安裝有第二接近傳感器；所述主鉗的橫截面為三角形，其中三角形的下表面設(shè)有與背鉗鉸接的弧形突臺(tái)，該突臺(tái)的縱向截面為“凹”形；所述主鉗上的兩個(gè)夾緊油缸以凹槽的中心線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)，分別安裝在凹槽的兩側(cè)；所述背鉗的橫截面為長(zhǎng)方形，其中長(zhǎng)方形的上表面設(shè)有與主鉗鉸接的弧形突臺(tái)，該突臺(tái)的縱向截面為“凹”形；所述背鉗上的兩個(gè)夾緊油缸以凹槽的中心線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)，分別安裝在凹槽的兩側(cè)；所述牙板為燕尾形平牙板，安裝于帶有燕尾槽的牙板座上，牙板呈“V”形對(duì)稱(chēng)分布；所述牙板座通過(guò)其上的燕尾槽與推板連接；所述牙板座的兩側(cè)分別安裝有托板，每個(gè)托板的兩端分別開(kāi)有槽，該槽內(nèi)容置有碟簧， 碟簧上設(shè)有支撐牙板座的支撐銷(xiāo)；所述主鉗的下表面上固接有一平板，在背鉗的上表面安裝有第一接近傳感器，該第一接近傳感器通過(guò)檢測(cè)所述平板確定主鉗的位置。所述旋扣鉗包括夾緊缸、旋扣臂、移動(dòng)架、導(dǎo)向板、支撐板及旋扣裝置，其中旋扣裝置包括液壓馬達(dá)、旋扣架及旋扣輥?zhàn)?，所述夾緊缸的兩端分別對(duì)稱(chēng)鉸接有旋扣臂，每個(gè)旋扣臂的一端與夾緊缸鉸接，另一端鉸接有旋扣架；在旋扣架上安裝有連接或拆卸鉆具的旋扣輥?zhàn)?，該旋扣輥?zhàn)油ㄟ^(guò)傳動(dòng)裝置與設(shè)在旋扣架上的液壓馬達(dá)相連；所述移動(dòng)架位于兩旋扣臂之間，分別與兩旋扣臂相鉸接，在移動(dòng)架的下方設(shè)有支撐板，所述導(dǎo)向板的下部浮動(dòng)放置于支撐板上，導(dǎo)向板的上部位于移動(dòng)架的一側(cè)，該導(dǎo)向板沿垂直于夾緊缸的方向移動(dòng)；所述移動(dòng)架包括橫梁、第一護(hù)套及護(hù)板，其中橫梁的兩端分別與兩個(gè)旋扣臂鉸接，在橫梁的一側(cè)設(shè)有第一護(hù)套，該第一護(hù)套內(nèi)固接有導(dǎo)桿，橫梁的另一側(cè)設(shè)有兩個(gè)護(hù)板，導(dǎo)向板的上部位于兩護(hù)板之間；所述導(dǎo)向板上安裝有導(dǎo)套，導(dǎo)套的頂部插入第一護(hù)套內(nèi)，導(dǎo)桿的下端插入導(dǎo)套內(nèi)，在導(dǎo)桿上套設(shè)有組合彈簧，該組合彈簧分別抵接于第一護(hù)套的內(nèi)壁上表面及導(dǎo)向板上； 在移動(dòng)架中每個(gè)護(hù)板的內(nèi)表面上均設(shè)有多組滾輪，導(dǎo)向板的上部由兩個(gè)護(hù)板內(nèi)表面上的滾輪組穿過(guò)；在移動(dòng)架中每個(gè)護(hù)板的外表面上分別與復(fù)位拉簧的一端相連，復(fù)位拉簧的另一端連接于旋扣臂；所述導(dǎo)向板包括相互垂直并固連的兩塊板，其中橫板浮動(dòng)放置于支撐板上，在豎板的底部固接有第二護(hù)套；螺桿的一端安裝在支撐板上，另一端分別穿過(guò)第二護(hù)套及導(dǎo)向板、并由第二護(hù)套的另一端穿出，在第二護(hù)套內(nèi)被導(dǎo)向板分割的兩個(gè)空間，分別設(shè)有套在螺桿上的復(fù)位壓簧；在每個(gè)旋扣架與移動(dòng)架之間均設(shè)有連桿，該連桿的一端鉸接于旋扣架的底部，另一端鉸接于移動(dòng)架上；所述連桿與旋扣臂相平行；所述傳動(dòng)裝置包括從動(dòng)齒輪及主動(dòng)齒輪，旋扣架上設(shè)有外罩，液壓馬達(dá)安裝在外罩上，該液壓馬達(dá)的輸出軸位于外罩內(nèi)、并鍵連接有主動(dòng)齒輪；所述旋扣輥?zhàn)訛閮蓚€(gè)，通過(guò)軸承安裝在旋扣架上，每個(gè)旋扣輥?zhàn)拥妮佔(zhàn)虞S頂端插入外罩內(nèi)、并鍵連接有與主動(dòng)齒輪相嚙合的從動(dòng)齒輪；所述旋扣輥?zhàn)拥谋砻嫔显O(shè)有滾花；在液壓馬達(dá)上連接有第三壓力傳感器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為1.本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了鉆具連接和拆卸的全自動(dòng)操作，提高了鉆、修井的自動(dòng)化程度；由于實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)操作，使得操作人員離開(kāi)了危險(xiǎn)的井口，極大地提高了操作人員的安全性。[0011]2.本實(shí)用新型對(duì)鉆具上扣扭矩可精確控制和監(jiān)測(cè)，保證了鉆具密封效果及其連接強(qiáng)度；對(duì)不同鉆具可施加不同的夾緊力，最大限度地保護(hù)了鉆具本身的強(qiáng)度，防止夾緊力過(guò)大損壞鉆具。3.本實(shí)用新型的伸縮臂由馬達(dá)提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力，伸縮油缸提供伸縮動(dòng)力，升降油缸提供升降動(dòng)力，只需按下啟動(dòng)按鈕或由一人遙控操作即可；而回轉(zhuǎn)、伸縮和升降分別由編碼器、伸縮位移傳感器和升降位移傳感器檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井口方向的精確定位。4.本實(shí)用新型定位準(zhǔn)確，可通過(guò)接頭檢測(cè)裝置自動(dòng)尋找鉆具接頭，克服了以往鉆具連接和拆卸過(guò)程中，需要人為調(diào)整鉆具接頭的高度來(lái)適應(yīng)動(dòng)力鉗等設(shè)備的高度。5.本實(shí)用新型主鉗、背鉗上夾緊鉆具的牙板為燕尾形平牙板，呈“V”形對(duì)稱(chēng)分布， 適應(yīng)鉆具范圍寬，不同鉆具也無(wú)需更換牙板；牙板座由碟簧和支撐銷(xiāo)支撐，在上扣和沖扣時(shí)可浮動(dòng)，保證了必要的軸向位移。6.本實(shí)用新型的旋扣鉗在移動(dòng)架上安裝了組合彈簧，保證了在上卸扣過(guò)程中所需要的沿鉆具軸向的位移補(bǔ)償；導(dǎo)向板浮動(dòng)放置于支撐板上，可前后移動(dòng)少量距離，保證了旋扣架中心與鉆具在同一平面內(nèi)；在完成旋扣后，可在復(fù)位壓簧的作用下回到初始位置；在移動(dòng)架與兩側(cè)的旋扣臂之間均設(shè)置了復(fù)位拉簧，保證了兩旋扣臂與整個(gè)旋扣鉗的中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)；在旋扣架與移動(dòng)架之間鉸接有連桿，保證了旋扣架始終保持同一姿態(tài)。7.本實(shí)用新型上卸扣速度快，極大地提高了鉆、修井的效率。

圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型伸縮臂的結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為圖2伸縮臂中回轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖4為本實(shí)用新型伸縮臂的結(jié)構(gòu)俯視圖；圖5為本實(shí)用新型沖扣鉗的俯視剖視圖；圖6為本實(shí)用新型沖扣鉗的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖6中I處的局部放大圖；圖8為圖6中接頭檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為圖6中背鉗的剖面圖圖10為本實(shí)用新型旋扣鉗的主視剖視圖；圖11為本實(shí)用新型旋扣鉗的俯視圖；圖12為圖10中旋扣裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為底座，2為回轉(zhuǎn)座，3為馬達(dá)，4為編碼器，5為內(nèi)臂，6為外臂，7為伸縮油缸，8為伸縮位移傳感器，9為主臂，10為升降油缸，11為內(nèi)套，12為升降位移傳感器，13為外套，14為小齒輪，15為回轉(zhuǎn)支承大齒輪，16為第一鉸軸，17為第二鉸軸，18為第三鉸軸，19 為第四鉸軸，20為第五鉸軸，21為背鉗，22為主鉗，23為沖扣油缸，24為第一壓力傳感器，25 為第二壓力傳感器，26為夾緊油缸，27為推板，28為牙板座，29為牙板，30為第一接近傳感器，31為接頭檢測(cè)裝置，32為托板，33為碟簧，34為支撐銷(xiāo)，35為檢測(cè)油缸，36為線(xiàn)性位移傳感器，37為第二接近傳感器，38為夾緊缸，39為旋扣臂，40為移動(dòng)架，41為導(dǎo)向板，42為組合彈簧，43為旋扣輥?zhàn)樱?4為第三壓力傳感器，45為液壓馬達(dá)，46為連桿，47為復(fù)位彈簧，48為支撐板，49為復(fù)位拉簧，50為旋扣架，51為從動(dòng)齒輪，52為主動(dòng)齒輪，53為導(dǎo)桿，54為導(dǎo)套，55為第一護(hù)套，56為螺桿，57為第二護(hù)套，58為外罩，59為旋扣鉗。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。如圖1所示，本實(shí)有新型包括伸縮臂、背鉗21、主鉗22及旋扣鉗59，其中伸縮臂包括底座1、回轉(zhuǎn)裝置、內(nèi)臂5、外臂6、伸縮油缸7、主臂9及升降裝置，內(nèi)臂5及外臂6的一端分別通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在底座1上，內(nèi)臂5及外臂6的另一端分別與主臂9的一端鉸接，主臂9的另一端安裝有升降裝置，伸縮油缸7的一端鉸接于內(nèi)臂5上，另一端與主臂9鉸接；所述背鉗21安裝在升降裝置上，主鉗22位于背鉗21的上方、并與背鉗21鉸接， 旋扣鉗59安裝在主鉗22上，由背鉗21及主鉗22共同支撐；所述背鉗21、主鉗22及旋扣鉗59隨升降裝置共同升降。如圖2 4所示，伸縮臂包括底座1、回轉(zhuǎn)裝置、內(nèi)臂5、外臂6、伸縮油缸7、伸縮位移傳感器8、主臂9及升降裝置；其中回轉(zhuǎn)裝置安裝在底座1上，包括回轉(zhuǎn)座2、馬達(dá)3、小齒輪14及回轉(zhuǎn)支承大齒輪15，回轉(zhuǎn)座2通過(guò)回轉(zhuǎn)支承大齒輪15與底座1相連，在回轉(zhuǎn)座2上固接有馬達(dá)3，馬達(dá)3上安裝有編碼器4。回轉(zhuǎn)支承大齒輪15及小齒輪14分別位于回轉(zhuǎn)座 2內(nèi)，回轉(zhuǎn)支承大齒輪15的外圈通過(guò)螺釘固接在底座1上，內(nèi)圈通過(guò)螺釘與回轉(zhuǎn)座2固接， 回轉(zhuǎn)支承大齒輪15的內(nèi)圈相對(duì)于外圈可轉(zhuǎn)動(dòng)；小齒輪14鍵連接于馬達(dá)3的輸出軸上，小齒輪14與回轉(zhuǎn)支承大齒輪15的外圈相嚙合。內(nèi)臂5的一端通過(guò)第一鉸軸16與回轉(zhuǎn)座2鉸接，另一端通過(guò)第三鉸軸18與主臂 9的一端鉸接；外臂6的一端通過(guò)第二鉸軸17與回轉(zhuǎn)座2鉸接，另一端通過(guò)第四鉸軸19與主臂9的一端鉸接。主臂9的另一端為“凹”形，該“凹”形的兩個(gè)分支上分別鉸接有結(jié)構(gòu)相同的升降裝置。所述伸縮油缸7的一端鉸接于內(nèi)臂5上，另一端通過(guò)第五鉸軸20與主臂9 鉸接；在伸縮油缸7上安裝有檢測(cè)伸縮臂伸縮的伸縮位移傳感器8。升降裝置包括升降油缸10、內(nèi)套11、升降位移傳感器12及外套13，其中外套13的中部與主臂9的另一端相鉸接，內(nèi)套11由外套13的底部插入，背鉗21分別與主臂9兩個(gè)分支上的內(nèi)套11固接；所述升降油缸10的頂端與外套13的頂部?jī)?nèi)壁鉸接，底端(活塞端) 與內(nèi)套11底部?jī)?nèi)壁鉸接；在內(nèi)套11上設(shè)有檢測(cè)垂直位移的升降位移傳感器12。如圖5、圖6所示，沖扣鉗包括背鉗21、主鉗22、沖扣油缸23、夾緊油缸沈及接頭檢測(cè)裝置31 ；其中，背鉗21位于兩個(gè)升降裝置之間，并分別與兩個(gè)升降裝置上的肉套11固接；主鉗22的橫截面為三角形，背鉗21的橫截面為長(zhǎng)方形，主鉗22位于背鉗21的上方，主鉗22與背鉗21相鉸接；主鉗22的下表面設(shè)有與背鉗21鉸接的弧形突臺(tái)，背鉗21的上表面設(shè)有與主鉗22鉸接的弧形突臺(tái)，該突臺(tái)的縱向截面為“凹”形，主鉗22下表面的“凹”形突臺(tái)逆時(shí)針?lè)D(zhuǎn)90°后焊接在主鉗22的下表面，背鉗21上表面的“凹”形突臺(tái)順時(shí)針?lè)D(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)90°后焊接在背鉗21的上表面，主、背鉗上的凸臺(tái)相互連接即可實(shí)現(xiàn)主、背鉗之間的鉸接。在背鉗21與主鉗22夾緊鉆具的一側(cè)，背鉗21與主鉗22上分別開(kāi)有一容納鉆具的凹槽，該凹槽與鉆具相對(duì)應(yīng)。背鉗21及主鉗22上凹槽的兩側(cè)各設(shè)有一夾緊油缸沈，共計(jì)四個(gè)夾緊油缸，背鉗21上的兩個(gè)夾緊油缸的軸線(xiàn)共線(xiàn)，主鉗22上的兩個(gè)夾緊油缸的軸線(xiàn)共線(xiàn)。主鉗22上的凹槽位于其凸臺(tái)的上方，主鉗22上的兩個(gè)夾緊油缸沈以凹槽的中心線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)，分別安裝在主鉗凹槽的兩側(cè)。背鉗21上的凹槽位于其凸臺(tái)的下方，背鉗21上的兩個(gè)夾緊油缸26以凹槽的中心線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)，分別安裝在背鉗凹槽的兩側(cè)。主鉗22上的凹槽軸線(xiàn)與背鉗1上的凹槽軸線(xiàn)共線(xiàn)。在背鉗21與主鉗22的另一側(cè)設(shè)有沖扣油缸23，該沖扣油缸23的兩端分別與背鉗21及主鉗22鉸接；這樣在沖扣油缸23的驅(qū)動(dòng)下，主鉗22可相對(duì)于背鉗21轉(zhuǎn)動(dòng)。沖扣油缸23上連接有第一壓力傳感器24，上卸扣扭矩由該第一壓力傳感器對(duì)檢測(cè)，并由PLC控制大小。夾緊油缸沈的一端安裝在背鉗21或主鉗22上，另一端為活塞端、安裝有推板27， 牙板四通過(guò)牙板座觀安裝在推板27上；夾緊油缸沈位于導(dǎo)向套內(nèi)，通過(guò)推板27實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，在夾緊油缸26上連接有第二壓力傳感器25，該第二壓力傳感器25可根據(jù)不同鉆具施加不同的夾緊力。牙板四為燕尾形平牙板，安裝于帶有燕尾槽的牙板座觀上，牙板四呈 “V”形對(duì)稱(chēng)分布，可適應(yīng)不同管徑的鉆具而不需要更換牙板。牙板座觀通過(guò)其上的燕尾槽與推板27連接，如圖7所示，在牙板座觀的兩側(cè)分別安裝有托板32，每個(gè)托板32的兩端分別開(kāi)有槽，該槽內(nèi)容置有碟簧33，碟簧33上設(shè)有支撐牙板座觀的支撐銷(xiāo)34 ；牙板座觀可上下浮動(dòng)，保證了上卸扣過(guò)程中所需要的位移。主鉗22的下表面上還固接有一平板，在背鉗21的上表面安裝有第一接近傳感器 30，該第一接近傳感器30通過(guò)檢測(cè)所述平板確定主鉗22的位置。在背鉗21內(nèi)安裝有接頭檢測(cè)裝置31，該接頭檢測(cè)裝置31位于背鉗21上兩個(gè)夾緊油缸沈中間，接頭檢測(cè)裝置31的運(yùn)動(dòng)方向也位于兩個(gè)夾緊油缸之間，本實(shí)施例為背鉗21 上兩個(gè)夾緊油缸的軸線(xiàn)共線(xiàn)，接頭檢測(cè)裝置21的運(yùn)動(dòng)方向與兩個(gè)夾緊油缸的軸線(xiàn)相垂直。 如圖8所示，接頭檢測(cè)裝置31包括檢測(cè)油缸35、線(xiàn)性位移傳感器36和第二接近傳感器37， 其中檢測(cè)油缸35安裝在背鉗21內(nèi)，在檢測(cè)油缸35的活塞桿上連接有線(xiàn)性位移傳感器36， 檢測(cè)油缸35活塞桿的端部安裝有第二接近傳感器37。如圖10 12所示，旋扣鉗59包括夾緊缸38、旋扣臂39、移動(dòng)架40、導(dǎo)向板41、支撐板48及旋扣裝置，其中旋扣裝置包括液壓馬達(dá)45、旋扣架50及旋扣輥?zhàn)?3，夾緊缸38的兩端分別對(duì)稱(chēng)鉸接有旋扣臂39，每個(gè)旋扣臂39的一端與夾緊缸38鉸接，另一端鉸接有旋扣架50。移動(dòng)架40包括橫梁、第一護(hù)套55及護(hù)板，其中橫梁的兩端分別與兩信旋扣臂39的中部相鉸接，在橫梁的一側(cè)設(shè)有兩個(gè)第一護(hù)套陽(yáng)，每個(gè)第一護(hù)套陽(yáng)內(nèi)均固接有導(dǎo)桿53，橫梁的另一側(cè)設(shè)有兩個(gè)相平行的護(hù)板；兩個(gè)護(hù)板相對(duì)的內(nèi)表面上由上至下設(shè)有多組滾輪，兩個(gè)為一組。在移動(dòng)架40的下方設(shè)有支撐板48，整個(gè)旋扣鉗59通過(guò)支撐板48安裝在沖扣鉗的主鉗22上。導(dǎo)向板41的下部浮動(dòng)放置于支撐板48上，導(dǎo)向板41的上部位于兩個(gè)護(hù)板之間，并由每組滾輪之間穿過(guò)。所述導(dǎo)向板41包括相互垂直并固接在一起的兩塊板，即橫板與豎板，其中橫板浮動(dòng)放置于支撐板48上，豎板垂直固接在橫板上，在豎板的底部(橫板的上方)通過(guò)螺栓固接有第二護(hù)套57 ；該第二護(hù)套57的內(nèi)部被導(dǎo)向板41分割成兩部分，分別位于豎板的左右兩側(cè)。螺桿56的一端通過(guò)螺母安裝在支撐板48上，另一端為自由端、依次穿過(guò)左邊的第二護(hù)套57、導(dǎo)向板41的豎板、并由右邊的第二護(hù)套57穿出，再螺紋連接螺母。在左側(cè)的第二護(hù)套57與導(dǎo)向板41的豎板之間及右側(cè)的第二護(hù)套57與導(dǎo)向板41的豎板之間，分別設(shè)有套在螺桿56上的復(fù)位壓簧47，兩個(gè)復(fù)位壓簧47分別抵接在第二護(hù)套57 及導(dǎo)向板41的豎板上。整個(gè)導(dǎo)向板41可沿垂直于夾緊缸38的方向移動(dòng)少量距離，保證了旋扣架50的中心與鉆具在同一平面內(nèi)。在導(dǎo)向板41的橫板上設(shè)有導(dǎo)套M，該導(dǎo)套M與導(dǎo)向板41的豎板平行，導(dǎo)套M頂部插入第一護(hù)套55內(nèi)，導(dǎo)桿53的下端由導(dǎo)套M頂部插入； 在導(dǎo)桿53上套設(shè)有組合彈簧5，該組合彈簧42分別抵接于第一護(hù)套55的內(nèi)壁上表面及導(dǎo)向板41的橫板上。該組合彈簧42用于支撐移動(dòng)架40，以保證上卸扣過(guò)程中所需要的沿鉆具軸向的位移補(bǔ)償。 兩個(gè)旋扣架50及夾緊缸38分別位于移動(dòng)架40的兩側(cè)，在旋扣架50上安裝有連接或拆卸鉆具的旋扣輥?zhàn)?3，每個(gè)旋扣架50上安裝有兩個(gè)旋扣輥?zhàn)?3，該旋扣輥?zhàn)?3通過(guò)傳動(dòng)裝置與設(shè)在旋扣架50上的液壓馬達(dá)45相連。傳動(dòng)裝置包括從動(dòng)齒輪51及主動(dòng)齒輪 52，旋扣架50上設(shè)有外罩58，液壓馬達(dá)45安裝在外罩58上，該液壓馬達(dá)45的輸出軸位于外罩58內(nèi)、并鍵連接有主動(dòng)齒輪52 ；每個(gè)旋扣輥?zhàn)?3的輥?zhàn)虞S通過(guò)軸承安裝在旋扣架50 上，軸承通過(guò)軸承壓蓋定位；每個(gè)旋扣輥?zhàn)?3的輥?zhàn)虞S頂端插入外罩58內(nèi)、并鍵連接有從動(dòng)齒輪51，兩個(gè)從動(dòng)齒輪51位于主動(dòng)齒輪52的兩側(cè)，分別與主動(dòng)齒輪52相嚙合，由液壓馬達(dá)45同時(shí)驅(qū)動(dòng)。每個(gè)旋扣輥?zhàn)?3的表面上設(shè)有滾花，用來(lái)增加與鉆具的摩擦力。在液壓馬達(dá)45上連接有第三壓力傳感器44，達(dá)到設(shè)定扭矩的壓力后，液壓馬達(dá)45自動(dòng)停止工作。在移動(dòng)架40的兩個(gè)護(hù)板的外表面上，分別與復(fù)位拉簧49的一端相連，復(fù)位拉簧49 的另一端連接于旋扣臂39，該復(fù)位拉簧49可以保證兩個(gè)旋扣臂39與整個(gè)旋扣鉗的中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)。在每個(gè)旋扣架50與移動(dòng)架40之間均設(shè)有與旋扣臂39相平行的連桿46，該連桿 46的一端鉸接于旋扣架50的底部，另一端鉸接于移動(dòng)架40上；連桿46可以保證旋扣架50 始終保持同一姿態(tài)。本實(shí)用新型的工作原理為首先，鉆具容納在背鉗21及主鉗22上的凹槽內(nèi)。根據(jù)鉆具的規(guī)格設(shè)定檢測(cè)油缸 35活塞桿伸出的距離。伸縮臂的回轉(zhuǎn)由馬達(dá)3驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)小齒輪14轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪14與回轉(zhuǎn)支承大齒輪15的外圈嚙合，由于回轉(zhuǎn)支承大齒輪15的外圈固接于底座1，因此回轉(zhuǎn)支承大齒輪15的外圈的反作用力使小齒輪14及馬達(dá)3繞回轉(zhuǎn)支承大齒輪15的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；又由于馬達(dá)3固定在回轉(zhuǎn)座2上，回轉(zhuǎn)支承大齒輪15的內(nèi)圈又可相對(duì)于外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使回轉(zhuǎn)座2相對(duì)于底座1轉(zhuǎn)動(dòng)；而內(nèi)臂5、外臂6、伸縮油缸7、伸縮位移傳感器8、主臂9及升降裝置共同隨回轉(zhuǎn)座2回轉(zhuǎn)，并通過(guò)編碼器4的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井口方向的精確定位。伸縮臂的伸縮由伸縮油缸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)伸縮位移傳感器8的檢測(cè)反饋，實(shí)現(xiàn)井口位置的精確定位。然后，檢測(cè)油缸15工作，活塞桿及其端部的第二接近傳感器37由背鉗21伸出，當(dāng)伸出到設(shè)定距離時(shí)，線(xiàn)性位移傳感器36發(fā)出信號(hào)，檢測(cè)油缸35停止工作。升降裝置工作，升降裝置的升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)升降油缸10驅(qū)動(dòng)的，對(duì)井口精確定位后，升降油缸10帶動(dòng)內(nèi)套11沿垂直方向向下運(yùn)動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)與內(nèi)套11相連接的背鉗21、及與背鉗21鉸接的主鉗22和安裝在主鉗22上的旋扣鉗59共同下降；而升降位移傳感器用來(lái)檢測(cè)垂直位移，從而實(shí)現(xiàn)高度方向上的精確定位。背鉗21及主鉗22隨升降裝置向下移動(dòng)，直到移動(dòng)至檢測(cè)油缸35活塞桿上的第二接近傳感器37檢測(cè)到鉆具接頭處，升降裝置再向下移動(dòng)設(shè)定距離、停止工作。夾緊缸38工作，使兩個(gè)旋扣架50相對(duì)移動(dòng)，直至與鉆具接觸后，夾緊缸38停止工作。然后液壓馬達(dá)45工作，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪52帶動(dòng)其兩側(cè)的從動(dòng)齒輪51旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使兩個(gè)旋扣輥?zhàn)?3旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋扣輥?zhàn)?3與鉆具之間的摩擦使鉆具連接。當(dāng)?shù)谌龎毫鞲衅?4檢測(cè)到已經(jīng)達(dá)到設(shè)定扭矩的壓力后，液壓馬達(dá)45接收到信號(hào)停止工作。夾緊缸38再反向工作，將兩個(gè)旋扣架50打開(kāi)。在鉆具連接或的過(guò)程中，可能出現(xiàn)鉆具通過(guò)摩擦力使旋扣鉗沿鉆具的軸向產(chǎn)生位移，產(chǎn)生的位移可以通過(guò)組合彈簧42補(bǔ)償。而一個(gè)旋扣架50上的兩個(gè)旋扣輥?zhàn)?3與鉆具接觸時(shí)，鉆具不一定正好位于兩旋扣輥?zhàn)又g，通過(guò)導(dǎo)向板的前后移動(dòng)，可保證旋扣架的中心與鉆具在同一平面內(nèi)；在完成旋扣后，可在復(fù)位壓簧47的作用下回到初始位置。旋扣鉗停止工作后，沖扣油缸23工作，使背鉗21夾緊下部鉆具，主鉗22相對(duì)背鉗 21轉(zhuǎn)動(dòng)，將上部鉆具與下部鉆具旋緊連接成一體。在主鉗22轉(zhuǎn)動(dòng)一次后回程的過(guò)程中，背鉗21上的第一接近傳感器30檢測(cè)到主鉗22上的平板后發(fā)出信號(hào)，表示主鉗22已回到初始位置，沖扣油缸23的活塞桿停止縮回，開(kāi)始反向伸出，進(jìn)行下一次旋緊，直至鉆具連接完成。上述為鉆具連接的操作過(guò)程，如需拆卸鉆具，則先通過(guò)背鉗21與主鉗22相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使鉆具之間旋松，然后再利用旋扣鉗59使上部鉆具旋轉(zhuǎn)，直至將上下兩個(gè)鉆具拆開(kāi)。本實(shí)用新型的全自動(dòng)功能是通過(guò)伸縮位移傳感器8、升降位移傳感器12、第一壓力傳感器對(duì)、第二壓力傳感器25、第一接近傳感器30、線(xiàn)性位移傳感器36、第二接近傳感器 37及第三壓力傳感器44的檢測(cè)，由PLC程序控制液壓執(zhí)行元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的；也可以通過(guò)遙控等方式實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)操作。井口(鼠洞)的中心位置通過(guò)一次機(jī)器人示教方式確定，編碼器 3和伸縮位移傳感器8、升降位移傳感器12的絕對(duì)數(shù)據(jù)可記入PLC程序；沖扣鉗的沖扣扭矩通過(guò)第一壓力傳感器M及第二壓力傳感器25檢測(cè)確定，并可根據(jù)不同規(guī)格的鉆具進(jìn)行調(diào)離本實(shí)用新型的伸縮位移傳感器8及升降位移傳感器12均為市購(gòu)產(chǎn)品，購(gòu)置于德國(guó)巴魯夫公司生產(chǎn)的BTL5型線(xiàn)性位移傳感器。編碼器4為市購(gòu)產(chǎn)品，購(gòu)置于丹麥SCANC0N公司生產(chǎn)的EXAG型編碼器。
權(quán)利要求1.一種全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于包括伸縮臂、背鉗(21)、主鉗02)及旋扣鉗(59)， 其中伸縮臂包括底座(1)、回轉(zhuǎn)裝置、內(nèi)臂(5)、外臂(6)、伸縮油缸(7)、主臂(9)及升降裝置，內(nèi)臂(5)及外臂(6)的一端分別通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在底座(1)上，內(nèi)臂(5)及外臂(6)的另一端分別與主臂(9)的一端鉸接，主臂(9)的另一端安裝有升降裝置，伸縮油缸(7)的一端鉸接于內(nèi)臂(5)上，另一端與主臂(9)鉸接；所述背鉗安裝在升降裝置上，主鉗02)位于背鉗的上方、并與背鉗鉸接，旋扣鉗(59)安裝在主鉗02) 上，由背鉗及主鉗0 共同支撐；所述背鉗、主鉗0 及旋扣鉗(59)隨升降裝置共同升降。
2.按權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于所述內(nèi)臂(5)及外臂(6)的一端分別與回轉(zhuǎn)裝置鉸接，伸縮油缸(7)上安裝有檢測(cè)伸縮臂伸縮的伸縮位移傳感器(8)；所述回轉(zhuǎn)裝置包括回轉(zhuǎn)座、馬達(dá)(3)、小齒輪(14)及回轉(zhuǎn)支承大齒輪(15)，其中回轉(zhuǎn)座(2) 通過(guò)回轉(zhuǎn)支承大齒輪(1 與底座(1)相連，在回轉(zhuǎn)座( 上設(shè)有馬達(dá)(3)；所述回轉(zhuǎn)支承大齒輪(1 及小齒輪(14)位于回轉(zhuǎn)座內(nèi)，回轉(zhuǎn)支承大齒輪(1 的外圈固接在底座 ⑴上，內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)座⑵固接，小齒輪(14)安裝在馬達(dá)(3)的輸出軸上、與回轉(zhuǎn)支承大齒輪(15)的外圈相嚙合，回轉(zhuǎn)支承大齒輪(15)的內(nèi)圈相對(duì)于外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，在馬達(dá)(3)上安裝有編碼器⑷；所述回轉(zhuǎn)座⑵相對(duì)于底座(1)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.按權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于所述主臂(9)的另一端為“凹” 形，該“凹”形的兩個(gè)分支上分別鉸接有結(jié)構(gòu)相同的升降裝置；所述升降裝置包括升降油缸 (10)、內(nèi)套(11)、升降位移傳感器(12)及外套(13)，其中外套(13)與主臂(9)的另一端相鉸接，內(nèi)套(11)由外套(13)的底部插入，背鉗分別與主臂(9)兩個(gè)分支上的內(nèi)套(11) 固接；所述升降油缸(10)的頂端與外套(13)鉸接，底端與內(nèi)套(11)鉸接；在內(nèi)套(11)上設(shè)有檢測(cè)垂直位移的升降位移傳感器(12)。
4.按權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于在背鉗與主鉗0 夾緊鉆具的一側(cè)，背鉗及主鉗0 上分別開(kāi)有與鉆具相對(duì)應(yīng)的凹槽，背鉗及主鉗02) 上凹槽的兩側(cè)各設(shè)有一夾緊油缸(26)，夾緊油缸06)的一端安裝在背鉗或主鉗02) 上的導(dǎo)向套內(nèi)，另一端為活塞端、安裝有推板(27)，牙板09)通過(guò)牙板座08)安裝在推板 (27)上，夾緊油缸06)通過(guò)推板(XT)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，在夾緊油缸06)上連接有第二壓力傳感器05)；在背鉗與主鉗02)的另一側(cè)設(shè)有沖扣油缸(23)，沖扣油缸03)上連接有第一壓力傳感器(M)，該沖扣油缸的兩端分別與背鉗及主鉗0 鉸接；在背鉗 (1)內(nèi)安裝有接頭檢測(cè)裝置(31)，接頭檢測(cè)裝置(31)位于背鉗上兩個(gè)夾緊油缸06) 之間，接頭檢測(cè)裝置(31)的運(yùn)動(dòng)方向也位于兩個(gè)夾緊油缸之間；所述接頭檢測(cè)裝置(31)包括檢測(cè)油缸(35)、線(xiàn)性位移傳感器(36)和第二接近傳感器(37)，其中檢測(cè)油缸(3 安裝在背鉗內(nèi)，在檢測(cè)油缸(3 的活塞桿上連接有線(xiàn)性位移傳感器(36)，檢測(cè)油缸(35) 活塞桿的端部安裝有第二接近傳感器(37)。
5.按權(quán)利要求1或4所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于所述主鉗0 的橫截面為三角形，其中三角形的下表面設(shè)有與背鉗鉸接的弧形突臺(tái)，該突臺(tái)的縱向截面為“凹” 形；所述主鉗0 上的兩個(gè)夾緊油缸06)以凹槽的中心線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)，分別安裝在凹槽的兩側(cè)；所述背鉗的橫截面為長(zhǎng)方形，其中長(zhǎng)方形的上表面設(shè)有與主鉗0 鉸接的弧形突臺(tái)，該突臺(tái)的縱向截面為“凹”形；所述背鉗上的兩個(gè)夾緊油缸06)以凹槽的中心線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)，分別安裝在凹槽的兩側(cè)。
6.按權(quán)利要求4所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于所述牙板09)為燕尾形平牙板， 安裝于帶有燕尾槽的牙板座08)上，牙板09)呈“V”形對(duì)稱(chēng)分布；所述牙板座08)通過(guò)其上的燕尾槽與推板(XT)連接；所述牙板座08)的兩側(cè)分別安裝有托板(32)，每個(gè)托板 (32)的兩端分別開(kāi)有槽，該槽內(nèi)容置有碟簧(33)，碟簧(3 上設(shè)有支撐牙板座08)的支撐銷(xiāo)(34)。
7.按權(quán)利要求4所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于所述主鉗0 的下表面上固接有一平板，在背鉗的上表面安裝有第一接近傳感器(30)，該第一接近傳感器(30)通過(guò)檢測(cè)所述平板確定主鉗0 的位置。
8.按權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于所述旋扣鉗(59)包括夾緊缸(38)、旋扣臂(39)、移動(dòng)架(40)、導(dǎo)向板(41)、支撐板(48)及旋扣裝置，其中旋扣裝置包括液壓馬達(dá)(45)、旋扣架(50)及旋扣輥?zhàn)?43)，所述夾緊缸(38)的兩端分別對(duì)稱(chēng)鉸接有旋扣臂(39)，每個(gè)旋扣臂(39)的一端與夾緊缸(38)鉸接，另一端鉸接有旋扣架(50)；在旋扣架(50)上安裝有連接或拆卸鉆具的旋扣輥?zhàn)?43)，該旋扣輥?zhàn)油ㄟ^(guò)傳動(dòng)裝置與設(shè)在旋扣架(50)上的液壓馬達(dá)G5)相連；所述移動(dòng)架00)位于兩旋扣臂(39)之間，分別與兩旋扣臂(39)相鉸接，在移動(dòng)架GO)的下方設(shè)有支撐板(48)，所述導(dǎo)向板的下部浮動(dòng)放置于支撐板G8)上，導(dǎo)向板Gl)的上部位于移動(dòng)架GO)的一側(cè)，該導(dǎo)向板Gl)沿垂直于夾緊缸(38)的方向移動(dòng)。
9.按權(quán)利要求8所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于所述移動(dòng)架00)包括橫梁、第一護(hù)套(55)及護(hù)板，其中橫梁的兩端分別與兩個(gè)旋扣臂(39)鉸接，在橫梁的一側(cè)設(shè)有第一護(hù)套(55)，該第一護(hù)套(5 內(nèi)固接有導(dǎo)桿(53)，橫梁的另一側(cè)設(shè)有兩個(gè)護(hù)板，導(dǎo)向板的上部位于兩護(hù)板之間；所述導(dǎo)向板Gl)上安裝有導(dǎo)套(M)，導(dǎo)套(54)的頂部插入第一護(hù)套(5 內(nèi)，導(dǎo)桿(5 的下端插入導(dǎo)套(54)內(nèi)，在導(dǎo)桿(5 上套設(shè)有組合彈簧(42)，該組合彈簧0 分別抵接于第一護(hù)套(5 的內(nèi)壁上表面及導(dǎo)向板Gl)上；在移動(dòng)架GO)中每個(gè)護(hù)板的內(nèi)表面上均設(shè)有多組滾輪，導(dǎo)向板Gl)的上部由兩個(gè)護(hù)板內(nèi)表面上的滾輪組穿過(guò)；在移動(dòng)架GO)中每個(gè)護(hù)板的外表面上分別與復(fù)位拉簧G9)的一端相連，復(fù)位拉簧 (49)的另一端連接于旋扣臂(39)；所述導(dǎo)向板Gl)包括相互垂直并固連的兩塊板，其中橫板浮動(dòng)放置于支撐板G8)上，在豎板的底部固接有第二護(hù)套(57)；螺桿(56)的一端安裝在支撐板G8)上，另一端分別穿過(guò)第二護(hù)套(57)及導(dǎo)向板(41)、并由第二護(hù)套(57)的另一端穿出，在第二護(hù)套(57)內(nèi)被導(dǎo)向板Gl)分割的兩個(gè)空間，分別設(shè)有套在螺桿(56) 上的復(fù)位壓簧G7)；在每個(gè)旋扣架(50)與移動(dòng)架00)之間均設(shè)有連桿(46)，該連桿06) 的一端鉸接于旋扣架(50)的底部，另一端鉸接于移動(dòng)架GO)上；所述連桿06)與旋扣臂(39)相平行。
10.按權(quán)利要求8所述的全自動(dòng)鐵鉆工，其特征在于所述傳動(dòng)裝置包括從動(dòng)齒輪(51) 及主動(dòng)齒輪(52)，旋扣架(50)上設(shè)有外罩(58)，液壓馬達(dá)05)安裝在外罩(58)上，該液壓馬達(dá)G5)的輸出軸位于外罩(58)內(nèi)、并鍵連接有主動(dòng)齒輪(52)；所述旋扣輥?zhàn)覩3)為兩個(gè)，通過(guò)軸承安裝在旋扣架(50)上，每個(gè)旋扣輥?zhàn)拥妮佔(zhàn)虞S頂端插入外罩(58)內(nèi)、 并鍵連接有與主動(dòng)齒輪(5 相嚙合的從動(dòng)齒輪(51)；所述旋扣輥?zhàn)拥谋砻嫔显O(shè)有滾花；在液壓馬達(dá)0 上連接有第三壓力傳感器G4)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及鉆井和修井使用的鉆具連接或拆卸裝置，具體地說(shuō)是一種全自動(dòng)鐵鉆工，包括伸縮臂、背鉗、主鉗及旋扣鉗，伸縮臂包括底座、回轉(zhuǎn)裝置、內(nèi)臂、外臂、伸縮油缸、主臂及升降裝置，內(nèi)臂及外臂的一端分別通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在底座上，內(nèi)臂及外臂的另一端分別與主臂的一端鉸接，主臂的另一端安裝有升降裝置，伸縮油缸的一端鉸接于內(nèi)臂上，另一端與主臂鉸接；背鉗安裝在升降裝置上，主鉗位于背鉗的上方、并與背鉗鉸接，旋扣鉗安裝在主鉗上，由背鉗及主鉗共同支撐；背鉗、主鉗及旋扣鉗隨升降裝置共同升降。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了鉆具連接、拆卸的全自動(dòng)操作，提高了鉆、修井的自動(dòng)化程度，使得操作人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的井口，提高了工作的安全性。
文檔編號(hào)E21B19/18GK202012308SQ20112011800
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者劉洋, 孫義田, 牟忠良, 趙淑蘭 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司