本發(fā)明涉及石油鉆井和修井中的自動(dòng)化裝置，也可以說(shuō)是一種可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作或由人供遙控的鐵鉆工液控伸縮臂。

背景技術(shù)：

目前，在國(guó)內(nèi)的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)備需要人員輔助推動(dòng)，重復(fù)性高，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大；操作人員在井口進(jìn)行操作，人員的安全也不能得到有效保證，此外鐵鉆工鉗體在移動(dòng)過(guò)程中同步性較差，現(xiàn)在基本采用人工手動(dòng)控制，人工效率較低且存在一定的安全隱患。

過(guò)去常用的一種方式是用安裝在鉆臺(tái)軌道上的滑車將大鉗等設(shè)備從存儲(chǔ)位移動(dòng)到井口。這種方法的弊端是安裝在鉆臺(tái)上的軌道有時(shí)會(huì)影響鉆臺(tái)人員的行走安全性，而且一套導(dǎo)軌只能對(duì)應(yīng)一個(gè)目標(biāo)位置，為了適應(yīng)多個(gè)目標(biāo)位置，通常會(huì)布置多套導(dǎo)軌，這樣占用的鉆臺(tái)面積又會(huì)非常大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決人工操作存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性能低、人工效率低以及鐵鉆工伸縮臂在工作狀態(tài)下的不穩(wěn)定性、伸縮臂占用空間大的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鐵鉆工液控伸縮臂。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種鐵鉆工伸縮臂，包括一個(gè)上臂5、左右兩個(gè)主力臂8、旋轉(zhuǎn)裝置12。兩個(gè)主力臂8的結(jié)構(gòu)相同，位于上臂5的兩側(cè)，兩個(gè)主力臂8與上臂5構(gòu)成三角形支承結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體伸縮臂的支承能力，且能保證鉗體沿著工位軌跡的準(zhǔn)確度，抗振性好，整體伸縮臂外殼采用鋼結(jié)構(gòu)件。

所述的主力臂8包括前臂6和后臂9，兩個(gè)主力臂8的前臂6中部通過(guò)銷軸連接，該銷軸中部與上臂縮油缸7通過(guò)銷軸鉸接，上臂縮油缸7與前臂6處于同一豎直面，用于控制上臂5繞著銷軸在滿足上臂縮油缸量程內(nèi)的前提下轉(zhuǎn)動(dòng)；上臂縮油缸7內(nèi)部安裝位移傳感器，用于控制上臂縮油缸7前后移動(dòng)。前臂6頂端與上臂5一端通過(guò)銷軸連接，前臂6底端與后臂9的頂部固定連接，后臂9底部與旋轉(zhuǎn)裝置12通過(guò)銷軸鉸接，且后臂9與對(duì)稱伸縮油缸13的一端鉸接。上臂5另一端安裝鉗體吊鉤4，用于安裝固定鐵鉆工主鉗體2，當(dāng)主鉗體2處于非工作狀態(tài)時(shí)，可退回到左右兩個(gè)主力臂8之間，減少鉆井平臺(tái)1的利用空間；主力臂8兩側(cè)上端安裝兩個(gè)懸掛吊耳14，用于鐵鉆工整體懸吊移動(dòng)。油管3與主鉗體2連接。對(duì)稱伸縮油缸13內(nèi)部安裝位移傳感器，用于檢測(cè)伸縮臂xz平面伸縮，檢測(cè)信號(hào)及控制鐵鉆工鉗體滿足工位要求，對(duì)稱伸縮油缸13內(nèi)部的位移傳感器及安裝方式與上臂伸縮缸7內(nèi)部位移傳感器和安裝方式相同。

所述的旋轉(zhuǎn)裝置12用于實(shí)現(xiàn)鐵鉆工伸縮臂的旋轉(zhuǎn)，包括底座17、油缸鉸接座11、后置吊鉤10、回轉(zhuǎn)支座16、回轉(zhuǎn)支承軸承、底座法蘭18。旋轉(zhuǎn)裝置12通過(guò)螺栓組安裝在鉆井平臺(tái)1上；油缸鉸接座11一端與對(duì)稱伸縮油缸13的另一端鉸接，油缸鉸接座11另一端固定在回轉(zhuǎn)支座16上，用于固定和支承；后置吊鉤10固定在回轉(zhuǎn)支座16上，用于懸掛和吊裝鐵鉆工。

所述的回轉(zhuǎn)支承軸承包括軸承內(nèi)圈20和軸承外圈19，可以在保證支承壓力的前提下，盡可能減小摩擦力的相互轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦系數(shù)減小，磨損相對(duì)降低；底座17與回轉(zhuǎn)支座16通過(guò)多個(gè)環(huán)形陣列的螺栓連接，軸承內(nèi)圈20與底座法蘭18通過(guò)螺栓固定連接，軸承外圈19處于軸承內(nèi)圈20與回轉(zhuǎn)支座16之間，并與上方圓形端蓋通過(guò)多個(gè)螺栓固定連接，主力臂鉸接座15底端和油缸鉸接座11固定安裝在圓形端蓋上；主力臂鉸接座15頂端與主力臂通過(guò)長(zhǎng)銷軸鉸接。

所述的上臂縮油缸7內(nèi)部的位移傳感器包括傳感器滑桿22、環(huán)形磁鐵23、螺紋法蘭24、外接插頭26、傳感器頭27；傳感器滑桿22的一端通過(guò)外螺紋與螺紋法蘭24中部?jī)?nèi)螺紋孔連接，螺紋法蘭通過(guò)4個(gè)螺釘與傳感器頭27的一端連接，傳感器頭27的另一端通過(guò)緊固螺母25與外接插頭26連接，用于外接plc控制器；整體傳感器頭27頂部固定連接在上臂伸縮油缸7內(nèi)壁上，環(huán)形磁鐵23通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)軸承穿過(guò)傳感器滑桿22，并在滿足傳感器檢測(cè)信號(hào)的最大位移移動(dòng)下，可以在滑桿上水平移動(dòng)，環(huán)形磁鐵23與液壓缸活塞桿21通過(guò)連接片固連，在液壓缸內(nèi)部同步移動(dòng)，達(dá)到檢測(cè)上臂伸縮油缸7位移的目的。

鐵鉆工伸縮臂的工位控制裝置包括由上臂5、前臂6、后臂9組成的連桿機(jī)構(gòu)和內(nèi)部安裝位移傳感器的上臂伸縮油缸7和對(duì)稱伸縮油缸13共同組成，與以往的水平伸縮和豎直升降的裝置不同的是，該伸縮臂的工位控制裝置通過(guò)位移傳感器外接信號(hào)同時(shí)控制上部的上臂伸縮油缸7和底部的對(duì)稱伸縮油缸13，使上臂伸縮油缸7和對(duì)稱伸縮油缸13的液壓缸活塞桿21自動(dòng)伸縮，帶動(dòng)上臂5和l型的后臂9同時(shí)進(jìn)行繞鉸接觸點(diǎn)的小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使整個(gè)鐵鉆工伸縮臂能夠精確控制滿足xz豎直平面內(nèi)任意一點(diǎn)坐標(biāo)的位置需求，達(dá)到下方主鉗體2的工位要求。

本發(fā)明的工作原理為：

本發(fā)明的回轉(zhuǎn)可由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，也可由人工手動(dòng)操作轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)底座芯軸得到動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)，底座芯軸與軸承內(nèi)圈20通過(guò)底座法蘭18固定螺栓連接，回轉(zhuǎn)支承大軸承的內(nèi)圈20可相對(duì)于軸承外圈19轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使整體伸縮臂及主鉗體相對(duì)于底座17平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦系數(shù)減小，磨損相對(duì)降低，，進(jìn)而旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)井口水平方向的精確定位。

伸縮臂的工位控制裝置包括由上臂5、前臂6、后臂9組成的連桿機(jī)構(gòu)和改進(jìn)后的內(nèi)部帶有位移傳感器的液壓缸共同組成，與以往的水平伸縮和豎直升降的裝置不同的是，該伸縮臂的工位控制裝置通過(guò)內(nèi)部傳感器外接信號(hào)同時(shí)控制上部和底部的多個(gè)液壓缸，使液壓缸活塞桿自動(dòng)伸縮，帶動(dòng)上臂5和l型后臂9同時(shí)進(jìn)行繞鉸接觸點(diǎn)的小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使整體伸縮臂可以精確控制滿足xz豎直平面內(nèi)任意一點(diǎn)坐標(biāo)的位置需求，進(jìn)而達(dá)到下方主鉗體2的工位要求。

伸縮臂上臂5由伸縮油缸7驅(qū)動(dòng)繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，l型左右后臂8由對(duì)稱伸縮油缸13驅(qū)動(dòng)同時(shí)繞鉸接座轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到伸縮臂的行程要求，通過(guò)伸縮位移傳感器的檢測(cè)反饋，實(shí)現(xiàn)井口xz豎直平面位置的精確定位。

本發(fā)明的有益效果為：1)本發(fā)明作為可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作或由人遙控的鐵鉆工移運(yùn)設(shè)備，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了操作人員的安全性，同時(shí)也提高了鉆、修井的自動(dòng)化程度，可以達(dá)到對(duì)井口的精確定位。2)本發(fā)明可由馬達(dá)提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力，上臂和力臂的三個(gè)伸縮油缸提供伸縮動(dòng)力，只需按下啟動(dòng)按鈕或由一人遙控操作即可；而伸縮臂的xz平面各個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)由編碼器和伸縮位移傳感器檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井口方向的精確定位。3)本發(fā)明整體伸縮臂外形呈現(xiàn)三角形分布，增強(qiáng)了整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于鐵鉆工鉗體在工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性，此外，伸縮臂的整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，在鉗體非工作狀態(tài)下，可退回到兩側(cè)力臂之間，大大減少了伸縮臂在鉆井平臺(tái)上的占用面積。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)左視圖；

圖3為本發(fā)明的伸縮臂半剖視圖；

圖4為本發(fā)明的伸縮油缸內(nèi)部剖視立體圖；

圖5為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)裝置剖視圖；

圖6為本發(fā)明的鐵鉆工工作工位主視圖；

圖7為本發(fā)明的鐵鉆工退回工位主視圖；

圖中：1鉆井平臺(tái)、2主鉗體、3油管、4鉗體吊鉤、5上臂、6前臂、7上臂伸縮缸、8主力臂、9后臂、10后置吊鉤、11油缸鉸接座、12旋轉(zhuǎn)裝置、13對(duì)稱伸縮油缸、14懸掛吊耳、15主力臂鉸接座、16回轉(zhuǎn)支座、17底座、18底座法蘭、19回轉(zhuǎn)支承軸承外圈、20回轉(zhuǎn)支承軸承內(nèi)圈、21液壓缸活塞桿、22傳感器滑桿、23環(huán)形磁鐵、24螺紋法蘭、25緊固螺母、26外接插頭、27傳感器頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

本發(fā)明主要包括上臂5、主力臂8、旋轉(zhuǎn)裝置12、上臂伸縮油缸7、對(duì)稱伸縮油缸13、位移傳感器、工位控制裝置，其中旋轉(zhuǎn)裝置安裝在平臺(tái)1上，包括回轉(zhuǎn)支座16、回轉(zhuǎn)支承軸承、底座17、底座法蘭18，伸縮臂固定在回轉(zhuǎn)支座16上，回轉(zhuǎn)支承軸承包括軸承內(nèi)圈20和軸承外圈19，可以在保證支承壓力的前提下，盡可能減小摩擦力的相互轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦系數(shù)減小，磨損相對(duì)降低，旋轉(zhuǎn)底座與回轉(zhuǎn)支座通過(guò)螺栓組圓周連接，軸承內(nèi)圈與底座芯軸通過(guò)螺栓組固定連接，軸承外圈處于軸承內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)支座之間，并與上方圓形端蓋通過(guò)多個(gè)螺栓固定連接，伸縮臂的鉸接座和油缸鉸接座固定安裝在圓形端蓋上，可以在保證支承壓力的前提下，盡可能減小摩擦力的相互轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦系數(shù)減小，磨損相對(duì)降低。

如圖1和圖2所示，該伸縮臂包括一個(gè)上臂5、左右兩個(gè)主力臂8；兩個(gè)主力臂8的結(jié)構(gòu)相同，位于上臂5的兩側(cè)，構(gòu)成三角形支承結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體伸縮臂的支承能力，且能保證鉗體沿著工位軌跡的準(zhǔn)確度，抗振性好，整體伸縮臂外殼采用鋼結(jié)構(gòu)件；其尾端安裝有吊耳裝置4，用于安裝鐵鉆工主鉗體2，當(dāng)主鉗體2處于非工作狀態(tài)時(shí)，可退回到左右兩個(gè)主力臂8之間，減少鉆井平臺(tái)的利用空間。

主力臂8包括前臂6和后臂9，左右兩個(gè)主力臂7的前臂6中部通過(guò)銷軸連接，該銷軸中部與上臂縮油缸7通過(guò)銷軸鉸接，上臂縮油缸7與前臂6處于同一豎直面，用于控制上臂5繞著銷軸在滿足上臂縮油缸量程內(nèi)的前提下轉(zhuǎn)動(dòng)，上臂縮油缸內(nèi)部安裝傳感器，用于控制上臂伸縮油缸前后移動(dòng)。前臂6頂端與上臂5一端通過(guò)銷軸連接，前臂6底端與后臂9的頂部固定連接，后臂9底部與旋轉(zhuǎn)裝置12通過(guò)銷軸鉸接，且后臂9與對(duì)稱伸縮油缸13的一端鉸接。上臂5另一端的后置吊鉤10與主鉗體2連接。

如圖1和圖2所示，旋轉(zhuǎn)裝置12用于實(shí)現(xiàn)鐵鉆工伸縮臂的旋轉(zhuǎn)，包括底座17、油缸鉸接座11、后置吊鉤10，整體旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)螺栓組安裝在鉆井平臺(tái)1上；底座17通過(guò)回轉(zhuǎn)支承軸承和底座法蘭18安裝在平臺(tái)1上，油缸鉸接座11一端與對(duì)稱伸縮油缸13的另一端鉸接，油缸鉸接座11另一端固定在回轉(zhuǎn)支座16上，用于固定和支承，后置吊鉤10固定在回轉(zhuǎn)支座16上，用于懸掛和吊裝鐵鉆工。

如圖4所示，位移傳感器包括傳感器滑桿22、環(huán)形磁鐵23、螺紋法蘭24、外接插頭26、傳感器頭27；傳感器滑桿22的一端通過(guò)外螺紋與螺紋法蘭24中部?jī)?nèi)螺紋孔連接，螺紋法蘭通過(guò)4個(gè)螺釘與傳感器頭27的一端連接，傳感器頭27的另一端通過(guò)緊固螺母25與外接插頭26連接，用于外接plc控制器；整體傳感器頭27頂部固定連接在液壓缸內(nèi)壁上，環(huán)形磁鐵23通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)軸承穿過(guò)傳感器滑桿22，并在滿足傳感器檢測(cè)信號(hào)的最大位移移動(dòng)下，可以在滑桿上水平移動(dòng)，環(huán)形磁鐵23與液壓缸活塞桿21通過(guò)連接片固連，在液壓缸內(nèi)部同步移動(dòng)，達(dá)到檢測(cè)液壓缸位移的目的。

如圖5所示，旋轉(zhuǎn)裝置12包括底座17、回轉(zhuǎn)支座16、回轉(zhuǎn)支承軸承、底座法蘭18；回轉(zhuǎn)支承軸承包括軸承內(nèi)圈20和軸承外圈19，可以在保證支承壓力的前提下，盡可能減小摩擦力的相互轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦系數(shù)減小，磨損相對(duì)降低，底座17與回轉(zhuǎn)支座16通過(guò)多個(gè)環(huán)形陣列的螺栓連接，軸承內(nèi)圈20與底座法蘭18通過(guò)螺栓固定連接，軸承外圈19處于軸承內(nèi)圈20與回轉(zhuǎn)支座16之間，并與上方圓形端蓋通過(guò)多個(gè)螺栓固定連接，伸縮臂的鉸接座5和油缸鉸接座11固定安裝在圓形端蓋上。

如圖3所示，伸縮臂的工位控制裝置包括由上臂5、前臂6、后臂9組成的連桿機(jī)構(gòu)和改進(jìn)后的內(nèi)部帶有位移傳感器的液壓缸共同組成，與以往的水平伸縮和豎直升降的裝置不同的是，該伸縮臂的工位控制裝置通過(guò)傳感器外接信號(hào)同時(shí)控制上部和底部的多個(gè)液壓缸，使液壓缸活塞桿21自動(dòng)伸縮，帶動(dòng)上臂5和l型后臂9同時(shí)進(jìn)行繞鉸接觸點(diǎn)的小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使整體伸縮臂可以精確控制滿足xz豎直平面內(nèi)任意一點(diǎn)坐標(biāo)的位置需求，進(jìn)而達(dá)到下方主鉗體2的工位要求。