一种铁钻工伸缩臂的制作方法

本发明涉及石油钻井和修井中的自动化装置，也可以说是一种可实现全自动操作或由人供遥控的铁钻工液控伸缩臂。

背景技术：

目前，在国内的石油钻井和修井作业中，起下钻过程中的钻具连接和拆卸工作基本是由人工借助一些机械化设备(如液气大钳、猫头、气动旋扣钳等)来完成的。这些机械化设备需要人员辅助推动，重复性高，而且劳动强度大；操作人员在井口进行操作，人员的安全也不能得到有效保证，此外铁钻工钳体在移动过程中同步性较差，现在基本采用人工手动控制，人工效率较低且存在一定的安全隐患。

过去常用的一种方式是用安装在钻台轨道上的滑车将大钳等设备从存储位移动到井口。这种方法的弊端是安装在钻台上的轨道有时会影响钻台人员的行走安全性，而且一套导轨只能对应一个目标位置，为了适应多个目标位置，通常会布置多套导轨，这样占用的钻台面积又会非常大。

技术实现要素：

为了解决人工操作存在的劳动强度大、安全性能低、人工效率低以及铁钻工伸缩臂在工作状态下的不稳定性、伸缩臂占用空间大的问题，本发明提供一种铁钻工液控伸缩臂。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种铁钻工伸缩臂，包括一个上臂5、左右两个主力臂8、旋转装置12。两个主力臂8的结构相同，位于上臂5的两侧，两个主力臂8与上臂5构成三角形支承结构，增强整体伸缩臂的支承能力，且能保证钳体沿着工位轨迹的准确度，抗振性好，整体伸缩臂外壳采用钢结构件。

所述的主力臂8包括前臂6和后臂9，两个主力臂8的前臂6中部通过销轴连接，该销轴中部与上臂缩油缸7通过销轴铰接，上臂缩油缸7与前臂6处于同一竖直面，用于控制上臂5绕着销轴在满足上臂缩油缸量程内的前提下转动；上臂缩油缸7内部安装位移传感器，用于控制上臂缩油缸7前后移动。前臂6顶端与上臂5一端通过销轴连接，前臂6底端与后臂9的顶部固定连接，后臂9底部与旋转装置12通过销轴铰接，且后臂9与对称伸缩油缸13的一端铰接。上臂5另一端安装钳体吊钩4，用于安装固定铁钻工主钳体2，当主钳体2处于非工作状态时，可退回到左右两个主力臂8之间，减少钻井平台1的利用空间；主力臂8两侧上端安装两个悬挂吊耳14，用于铁钻工整体悬吊移动。油管3与主钳体2连接。对称伸缩油缸13内部安装位移传感器，用于检测伸缩臂xz平面伸缩，检测信号及控制铁钻工钳体满足工位要求，对称伸缩油缸13内部的位移传感器及安装方式与上臂伸缩缸7内部位移传感器和安装方式相同。

所述的旋转装置12用于实现铁钻工伸缩臂的旋转，包括底座17、油缸铰接座11、后置吊钩10、回转支座16、回转支承轴承、底座法兰18。旋转装置12通过螺栓组安装在钻井平台1上；油缸铰接座11一端与对称伸缩油缸13的另一端铰接，油缸铰接座11另一端固定在回转支座16上，用于固定和支承；后置吊钩10固定在回转支座16上，用于悬挂和吊装铁钻工。

所述的回转支承轴承包括轴承内圈20和轴承外圈19，可以在保证支承压力的前提下，尽可能减小摩擦力的相互转动，摩擦系数减小，磨损相对降低；底座17与回转支座16通过多个环形阵列的螺栓连接，轴承内圈20与底座法兰18通过螺栓固定连接，轴承外圈19处于轴承内圈20与回转支座16之间，并与上方圆形端盖通过多个螺栓固定连接，主力臂铰接座15底端和油缸铰接座11固定安装在圆形端盖上；主力臂铰接座15顶端与主力臂通过长销轴铰接。

所述的上臂缩油缸7内部的位移传感器包括传感器滑杆22、环形磁铁23、螺纹法兰24、外接插头26、传感器头27；传感器滑杆22的一端通过外螺纹与螺纹法兰24中部内螺纹孔连接，螺纹法兰通过4个螺钉与传感器头27的一端连接，传感器头27的另一端通过紧固螺母25与外接插头26连接，用于外接plc控制器；整体传感器头27顶部固定连接在上臂伸缩油缸7内壁上，环形磁铁23通过标准轴承穿过传感器滑杆22，并在满足传感器检测信号的最大位移移动下，可以在滑杆上水平移动，环形磁铁23与液压缸活塞杆21通过连接片固连，在液压缸内部同步移动，达到检测上臂伸缩油缸7位移的目的。

铁钻工伸缩臂的工位控制装置包括由上臂5、前臂6、后臂9组成的连杆机构和内部安装位移传感器的上臂伸缩油缸7和对称伸缩油缸13共同组成，与以往的水平伸缩和竖直升降的装置不同的是，该伸缩臂的工位控制装置通过位移传感器外接信号同时控制上部的上臂伸缩油缸7和底部的对称伸缩油缸13，使上臂伸缩油缸7和对称伸缩油缸13的液压缸活塞杆21自动伸缩，带动上臂5和l型的后臂9同时进行绕铰接触点的小角度转动，进而使整个铁钻工伸缩臂能够精确控制满足xz竖直平面内任意一点坐标的位置需求，达到下方主钳体2的工位要求。

本发明的工作原理为：

本发明的回转可由液压马达驱动，也可由人工手动操作转动，旋转底座芯轴得到动力转动，底座芯轴与轴承内圈20通过底座法兰18固定螺栓连接，回转支承大轴承的内圈20可相对于轴承外圈19转动，进而使整体伸缩臂及主钳体相对于底座17平稳转动，摩擦系数减小，磨损相对降低，，进而旋转实现对井口水平方向的精确定位。

伸缩臂的工位控制装置包括由上臂5、前臂6、后臂9组成的连杆机构和改进后的内部带有位移传感器的液压缸共同组成，与以往的水平伸缩和竖直升降的装置不同的是，该伸缩臂的工位控制装置通过内部传感器外接信号同时控制上部和底部的多个液压缸，使液压缸活塞杆自动伸缩，带动上臂5和l型后臂9同时进行绕铰接触点的小角度转动，进而使整体伸缩臂可以精确控制满足xz竖直平面内任意一点坐标的位置需求，进而达到下方主钳体2的工位要求。

伸缩臂上臂5由伸缩油缸7驱动绕铰接点转动，l型左右后臂8由对称伸缩油缸13驱动同时绕铰接座转动，两者通过连杆机构共同作用达到伸缩臂的行程要求，通过伸缩位移传感器的检测反馈，实现井口xz竖直平面位置的精确定位。

本发明的有益效果为：1)本发明作为可实现全自动操作或由人遥控的铁钻工移运设备，降低了操作人员的劳动强度，提高了操作人员的安全性，同时也提高了钻、修井的自动化程度，可以达到对井口的精确定位。2)本发明可由马达提供回转动力，上臂和力臂的三个伸缩油缸提供伸缩动力，只需按下启动按钮或由一人遥控操作即可；而伸缩臂的xz平面各个坐标运动由编码器和伸缩位移传感器检测，实现对井口方向的精确定位。3)本发明整体伸缩臂外形呈现三角形分布，增强了整体的结构稳定性，有利于铁钻工钳体在工作状态下的稳定性，此外，伸缩臂的整体结构得到优化，在钳体非工作状态下，可退回到两侧力臂之间，大大减少了伸缩臂在钻井平台上的占用面积。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的结构左视图；

图3为本发明的伸缩臂半剖视图；

图4为本发明的伸缩油缸内部剖视立体图；

图5为本发明的旋转装置剖视图；

图6为本发明的铁钻工工作工位主视图；

图7为本发明的铁钻工退回工位主视图；

图中：1钻井平台、2主钳体、3油管、4钳体吊钩、5上臂、6前臂、7上臂伸缩缸、8主力臂、9后臂、10后置吊钩、11油缸铰接座、12旋转装置、13对称伸缩油缸、14悬挂吊耳、15主力臂铰接座、16回转支座、17底座、18底座法兰、19回转支承轴承外圈、20回转支承轴承内圈、21液压缸活塞杆、22传感器滑杆、23环形磁铁、24螺纹法兰、25紧固螺母、26外接插头、27传感器头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明主要包括上臂5、主力臂8、旋转装置12、上臂伸缩油缸7、对称伸缩油缸13、位移传感器、工位控制装置，其中旋转装置安装在平台1上，包括回转支座16、回转支承轴承、底座17、底座法兰18，伸缩臂固定在回转支座16上，回转支承轴承包括轴承内圈20和轴承外圈19，可以在保证支承压力的前提下，尽可能减小摩擦力的相互转动，摩擦系数减小，磨损相对降低，旋转底座与回转支座通过螺栓组圆周连接，轴承内圈与底座芯轴通过螺栓组固定连接，轴承外圈处于轴承内圈与回转支座之间，并与上方圆形端盖通过多个螺栓固定连接，伸缩臂的铰接座和油缸铰接座固定安装在圆形端盖上，可以在保证支承压力的前提下，尽可能减小摩擦力的相互转动，摩擦系数减小，磨损相对降低。

如图1和图2所示，该伸缩臂包括一个上臂5、左右两个主力臂8；两个主力臂8的结构相同，位于上臂5的两侧，构成三角形支承结构，增强整体伸缩臂的支承能力，且能保证钳体沿着工位轨迹的准确度，抗振性好，整体伸缩臂外壳采用钢结构件；其尾端安装有吊耳装置4，用于安装铁钻工主钳体2，当主钳体2处于非工作状态时，可退回到左右两个主力臂8之间，减少钻井平台的利用空间。

主力臂8包括前臂6和后臂9，左右两个主力臂7的前臂6中部通过销轴连接，该销轴中部与上臂缩油缸7通过销轴铰接，上臂缩油缸7与前臂6处于同一竖直面，用于控制上臂5绕着销轴在满足上臂缩油缸量程内的前提下转动，上臂缩油缸内部安装传感器，用于控制上臂伸缩油缸前后移动。前臂6顶端与上臂5一端通过销轴连接，前臂6底端与后臂9的顶部固定连接，后臂9底部与旋转装置12通过销轴铰接，且后臂9与对称伸缩油缸13的一端铰接。上臂5另一端的后置吊钩10与主钳体2连接。

如图1和图2所示，旋转装置12用于实现铁钻工伸缩臂的旋转，包括底座17、油缸铰接座11、后置吊钩10，整体旋转装置通过螺栓组安装在钻井平台1上；底座17通过回转支承轴承和底座法兰18安装在平台1上，油缸铰接座11一端与对称伸缩油缸13的另一端铰接，油缸铰接座11另一端固定在回转支座16上，用于固定和支承，后置吊钩10固定在回转支座16上，用于悬挂和吊装铁钻工。

如图4所示，位移传感器包括传感器滑杆22、环形磁铁23、螺纹法兰24、外接插头26、传感器头27；传感器滑杆22的一端通过外螺纹与螺纹法兰24中部内螺纹孔连接，螺纹法兰通过4个螺钉与传感器头27的一端连接，传感器头27的另一端通过紧固螺母25与外接插头26连接，用于外接plc控制器；整体传感器头27顶部固定连接在液压缸内壁上，环形磁铁23通过标准轴承穿过传感器滑杆22，并在满足传感器检测信号的最大位移移动下，可以在滑杆上水平移动，环形磁铁23与液压缸活塞杆21通过连接片固连，在液压缸内部同步移动，达到检测液压缸位移的目的。

如图5所示，旋转装置12包括底座17、回转支座16、回转支承轴承、底座法兰18；回转支承轴承包括轴承内圈20和轴承外圈19，可以在保证支承压力的前提下，尽可能减小摩擦力的相互转动，摩擦系数减小，磨损相对降低，底座17与回转支座16通过多个环形阵列的螺栓连接，轴承内圈20与底座法兰18通过螺栓固定连接，轴承外圈19处于轴承内圈20与回转支座16之间，并与上方圆形端盖通过多个螺栓固定连接，伸缩臂的铰接座5和油缸铰接座11固定安装在圆形端盖上。

如图3所示，伸缩臂的工位控制装置包括由上臂5、前臂6、后臂9组成的连杆机构和改进后的内部带有位移传感器的液压缸共同组成，与以往的水平伸缩和竖直升降的装置不同的是，该伸缩臂的工位控制装置通过传感器外接信号同时控制上部和底部的多个液压缸，使液压缸活塞杆21自动伸缩，带动上臂5和l型后臂9同时进行绕铰接触点的小角度转动，进而使整体伸缩臂可以精确控制满足xz竖直平面内任意一点坐标的位置需求，进而达到下方主钳体2的工位要求。