举升式液压动力猫道系统.pdf

本发明属于石油机械技术领域，具体是为实现在钻具架与钻台之间自动运移钻具而设计的一种举升式液压动力猫道系统。举升式液压动力猫道系统主要由钻具架翻出机构、翻转臂机构、翻板机构、举升机构和滑车机构五个机构组成。钻具架翻出机构通过液压缸的举升实现钻具在钻具架与猫道主体之间的运移。翻转臂机构将钻具由翻转臂运移到输送臂或者返回。翻板机构与翻转臂机构相互配合，将单根钻具由翻转臂上运移到输送臂或返回。举升机构将运送钻具的输送臂举升到一定的高度。滑车机构将钻具沿着输送臂推出一定距离。本发明自动化程度高、适用性强、稳定性好、结构简单、稳定可靠，特别适合钻台高度较低的中小型钻修机作业。

1.  一种举升式液压动力猫道系统，其特征在于：主要由钻具架翻出机构、翻转臂机构、翻板机构、举升机构和滑车机构五个机构组成。

2.  根据权利要求1所述的举升式液压动力猫道系统，其特征在于：钻具架翻出机构用于在钻具架（16）与翻转臂（12）之间运移钻具，钻具架（16）和钻具架翻出机构采取两侧对称布置的方式。

3.  根据权利要求1所述的举升式液压动力猫道系统，其特征在于：钻具架翻出机构中翻出液压缸（10）与底板（17）上的固定点铰接，另一端与翻出板（18）的一端进行铰接，翻出板（18）的另一端与支撑架（9）进行铰接，支撑架（9）固定在底板（17）上。

4.  根据权利要求1所述的举升式液压动力猫道系统，其特征在于：翻转臂机构中的支腿液压缸（11）举升时，挡板（20）可以在轨道中滑动，轨道上部具有限制位置的挡块（19）。

5.  根据权利要求1所述的举升式液压动力猫道系统，其特征在于：翻转臂机构上具有限制钻具（8）运动的升板（26）。

6.  根据权利要求1所述的举升式液压动力猫道系统，其特征在于：翻板机构中的翻板（5）具有特殊的分段弧面结构。

7.  根据权利要求1所述的举升式液压动力猫道系统，其特征在于：翻板机构中的翻板（5）具有一定的侧边高度。

8.  根据权利要求1所述的举升式液压动力猫道系统，其特征在于：举升机构中旋转臂（7）的直角部分改进为与铰接点同圆心的圆弧段，同时与圆弧段连接的两条直线段相切过渡。

举升式液压动力猫道系统
技术领域
本发明专利属于石油机械技术领域，具体是为实现在钻具架与钻台之间自动运移钻具而设计的一种举升式液压动力猫道系统。
背景技术
传统的钻具操作方式主要依靠人力来进行，这种操作方式存在安全性差，劳动强度大，工作效率低等弊端，极大的限制了自动化钻井系统的发展。为了改变传统的钻具操作方式，从20世纪40年代起国外便开始进行了液压动力猫道技术的研究及生产运用。国内对液压动力猫道技术的研究起步比较晚，经过近些年的发展，国内已经出现配套部分钻机的液压动力猫道系统。但是目前的动力猫道系统还主要存在以下不足：与车载钻机、液压钻机等钻台高度较低的中小型石油钻机配套的类型和数量比较少；适用钻台高度比较固定，调节范围有限；在钻具从钻具架移运到猫道主体的过程中仍需人力来推，没有实现完全意义上的自动化；起升方式多为钢丝绳牵引式，钢丝绳的柔性起升方式传动精度低，在运行过程中会产生晃动，稳定性差。
发明内容
本发明旨在克服现有技术和装备存在的上述不足，本发明提出一种适合中低高度钻台、调节范围比较大、实现完全自动化的举升式液压动力猫道系统，其采用的技术方案如下：
液压动力猫道系统主要由钻具架翻出机构、翻转臂机构、翻板机构、举升机构、滑车机构五个机构组成。
钻具架翻出机构的作用是通过液压缸的举升实现钻具在钻具架与猫道主体之间的运移。为了提高运移能力，钻具架和钻具架翻出机构采取两侧对称布置的方式。这样一侧可以运移尺寸较小的钻杆和钻铤，另一侧可以运移尺寸较大的套管。具体方案是液压缸一端与底板上的固定点铰接，另一端与翻板的一端进行铰接，翻板的另一端与支撑架进行铰接，支撑架固定在底板上，支腿起辅助支撑作用。
翻转臂机构的作用是将钻具由翻转臂运移到输送臂或者返回。其中，升板是为了阻止从钻具架过来的钻具直接进入输送臂，支腿液压缸一端与支腿底板铰接，另一端与挡板进行铰接。当支腿液压缸举升时，挡板可以在轨道中滑动，到达挡块位置后停止滑动，然后带动翻转臂绕着固定在猫道基座上的铰接点进行翻转。这样使得在支腿液压缸举升前，钻具可以从钻具架进入猫道主体。在支腿液压缸举升时，避免钻具继续进入猫道主体。
翻板机构的作用是与翻转臂机构相互配合，将单根钻具由翻转臂上运移到输送臂或返回。具体方案是液压缸一端与输送臂上的固定点铰接，另一端与翻板的一端进行铰接，翻板的另一端与输送臂上的固定点铰接。特别的，翻板侧边高度比较大，在输送钻具时，可以防止钻具滚落，取代安全销结构，起安全保护作用。
举升机构的作用是将运送钻具的输送臂举升到一定的高度。具体方案是举升液压缸一端与猫道底座上的固定点铰接，另一端与旋转臂的中间位置进行铰接。旋转臂一端与猫道底座上的固定点铰接，另一端与输送臂的一端铰接。两组翻板均匀安装在输送臂的中部位置。滑车安装在输送臂尾部，可以沿着输送臂滑动，用来将钻具推出一定距离。输送臂尾端安装有滚轮，滚轮可以沿着固定在猫道底座上的滑道滚动。特别的，举升机构中旋转臂的形状经过优化设计得到。旋转臂的尖角改进为与铰接点同圆心的圆弧段。与圆弧段连接的两条直线段与圆弧段相切过渡。初始状态下，长直线段与猫道底座上的底板相接触；举升过程中，圆弧段与猫道底座上的底板相接触；终止状态下，短直线段与猫道底座上的底板相接触。这样可以很好的提高旋转臂的运行稳定性，降低对举升液压缸的控制要求，同时也降低发生失稳事故的可能性。另外，旋转臂上有不同的铰接位置，可以适应不同的钻台高度。
滑车机构的作用是将钻具沿着输送臂推出一定距离。该机构主要由液压马达提供动力，经过联轴器和减速器驱动主动链轮转动。主动链轮通过主链条带动从动链轮转动。从动链轮与辅助链轮同轴转动，带动辅助链条与主链条同时运动，滑车下方的支腿与主链条以及辅助链条固定。所以通过控制液压马达的正反转以及转速，便可以控制滑车的移动方向和速度。另外，输送臂尾部的封盖用来保护滑车机构里的液压和传动系统，避免外界杂质的侵入。
本发明具有如下优点：自动化程度高。通过钻具架翻出机构，实现全自动化机械操作运移钻具，减少了钻井工人数量，减轻了劳动强度，提高了作业安全，减少了井场事故的发生，同时降低了人力成本；适用性强。一方面可以适用不同尺寸的钻杆、套管和钻铤，另一方面可以适用于不同钻台高度的钻修机设备。因而可以提高钻井辅助设备的利用率，有效降低设备的采购成本；稳定性好。采用刚性机械结构进行举升，同时对旋转臂的形状结构进行优化，使得系统更加稳定可靠；结构简单。利用翻板机构代替安全销机构，进一步简化运移钻具的机械结构，同时也简化了液压系统。
附图说明
图1：本发明举升式液压动力猫道系统整体结构图。
图2：本发明举升式液压动力猫道系统运移钻具过程图。
图3：本发明举升式液压动力猫道系统滑车机构结构图。
1.滚轮，2.封盖，3.滑车，4.输送臂，5.翻板，6.举升液压缸，7.旋转臂，8.钻具，9.支撑架，10.翻出液压缸，11.支腿液压缸，12.翻转臂，13.轨道，14.猫道基座，15.支撑板，16.钻具架，17.底板，18.翻出板，19.挡块，20.挡板，21.翻板液压缸，22.链条，23.链轮，24.减速器，25.液压马达，26.升板。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1、图2和图3所示，本发明的举升式液压动力猫道系统，包括钻具架翻出机构、翻转臂机构、翻板机构、举升机构、滑车机构五个机构。
钻具架翻出机构的具体结构是翻出液压缸10与底板17上的固定点铰接，另一端与翻出板18的一端进行铰接，翻出板18的另一端与支撑架9进行铰接，支撑架9固定在底板17上。
翻转臂机构的具体结构是升板26固定在翻转臂12一端，是为了阻止从钻具架16过来的钻具8直接进入输送臂4，支腿液压缸11一端与支撑板15铰接，另一端与挡板20进行铰接。当支腿液压缸11举升时，挡板20可以在轨道中滑动，到达挡块19位置后停止滑动，然后带动翻转臂12绕着固定在猫道基座14上的铰接点进行翻转。这样使得在支腿液压缸11举升前，钻具8可以从钻具架16到达翻转臂12。在支腿液压缸11举升时，避免钻具8继续到达翻转臂12。
翻板机构的具体结构是翻板液压缸21一端与输送臂4上的固定点铰接，另一端与翻板5的一端进行铰接，翻板5的另一端与输送臂4上的固定点铰接。特别的，翻板5侧边高度比较大，在输送钻具8时，可以防止钻具8滚落，取代安全销结构，起安全保护作用。
举升机构的具体结构是举升液压缸6一端与猫道基座14上的固定点铰接，另一端与旋转臂7的中间位置进行铰接。旋转臂7一端与猫道基座14上的固定点铰接，另一端与输送臂4的一端铰接。两组翻板5均匀安装在输送臂4的中部位置。滑车3安装在输送臂4尾部，可以沿着输送臂4滑动，用来将钻具8推出一定距离。输送臂4尾端安装有滚轮1，滚轮1可以沿着固定在猫道基座14上的滑道13滚动。特别的，举升机构中旋转臂7的形状经过优化设计得到。旋转臂7的尖角改进为与铰接点同圆心的圆弧段。与圆弧段连接的两条直线段与圆弧段相切过渡。初始状态下，长直线段与猫道基座14上的底板相接触；举升过程中，圆弧段与猫道基座14上的底板相接触；终止状态下，短直线段与猫道基座14上的底板相接触。这样可以很好的提高旋转臂7的运行稳定性，降低对举升液压缸的控制要求，同时也降低发生失稳事故的可能性。另外，旋转臂7上有不同的铰接位置，可以适应不同的钻台高度。
滑车机构的具体结构是由液压马达25提供动力，经过减速器24驱动链轮23转动，从而带动链条22运动，滑车3下方的支腿与链条22固定。所以通过控制液压马达25的正反转以及转速，便可以控制滑车3的移动方向和速度。另外，输送臂尾部的封盖2用来保护滑车机构里的液压和传动系统，避免外界杂质的侵入。
本发明的工作原理是：
上钻具时，首先是钻具架翻出机构中的翻出液压缸10举升，钻具8在重力的作用下由钻具架16滚落到翻转臂12上。然后是翻转臂机构中的支腿液压缸11举升，同时翻板机构中的翻板液压缸21也进行举升，此时钻具8由翻转臂12向输送臂4滚落，在翻板5的配合下，恰好使得单根钻具8滚落到输送臂4上，具体过程如图2所示。之后是举升机构中的举升液压缸6进行举升，推动旋转臂7发生旋转，从而使得输送臂4产生起升，钻具8随着输送臂4被举升到一定的高度。最后是滑车机构中的液压马达25工作，从而带动滑车3推动钻具8沿着输送臂4前进一段距离，完成上钻具过程。
下钻具时，首先是滑车机构中的液压马达25工作，滑车3复位到起始位置，钻具8在重力作用下下移一段距离。然后举升机构中的举升液压缸6复位，拉动旋转臂7发生旋转，从而使得输送臂4下降，钻具8随着输送臂4恢复到水平状态。之后，翻板机构中的翻板液压缸21举升，将钻具8由输送臂4翻出到翻转臂12上。最后，钻具架翻出机构中的翻出液压缸10举升，将钻具8由翻转臂12运移到钻具架16上，完成下钻具过程。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。