一种陆地钻机二层台自动排杆装置

1.本发明属于钻杆排放技术领域，更具体地说，是涉及一种陆地钻机二层台自动排杆装置。


背景技术：

2.地热资源被公认为是21世纪的“绿色能源”，近十年来地热直接利用率以每年10%速率增长，尤其在人口密集大的城市，人们对地热采暖、保健、疗养、旅游等方面的需求更为迫切。地热资源的开采类似于石油的开采过程，主要依靠钻井平台进行打井工作来实现资源的开采。钻杆排放是指钻杆在钻井平台上进行位置转换，是钻井作业中最频繁的操作，决定着能否顺利完成打井工作。
3.目前，钻井现场的钻杆排放工作主要依靠工人配合气动绞车用铁钩推拉才能完成，劳动强度大，工作效率低，工作环境恶劣，存在大量安全隐患。基于以上原因，设计了一种陆地钻机二层台自动排杆装置，完成钻杆的排放工作，提高了钻杆排放的工作效率，缩短了钻井周期，减少了作业成本，保证钻井工人的安全，为钻井工作现有生产难题提供了解决方案，推动钻井行业进步。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种陆地钻机二层台自动排杆装置，旨在解决二层台排杆过程中，工人高空作业所存在的安全问题，提高钻井作业的工作效率。它能够将钻杆上端从钻杆盒推扶至井口上方，同时通过动力吊卡将钻杆悬挂在井口上方。一种陆地钻机二层台自动排杆装置实现了钻杆在钻杆盒与井口之间的位置转换，无需人工参与，保证了钻井工人的安全，提高了钻井作业的工作效率。
5.本发明采用以下技术方案予以实现：一种陆地钻机二层台自动排杆装置，它包括二层台机械手和动力吊卡。所述二层台机械手吊装在钻井平台二层台下方，主要包括安装扣、防尘罩、安装座、平移组件、回转组件和机械手组件。所述安装扣连接防尘罩和井架二层台，所述安装座为拱形门状，中间掏空便于机械手组件进行前后的平移，所述防尘罩罩在安装座的上方，用于保护二层台机械手的内部结构并起到防尘的作用，所述防尘罩的上方连接多个安装扣，将二层台机械手悬挂在井架二层台下方。
6.所述平移组件安装在安装座的上方，所述平移组件的一端设有两组驱动电机，所述驱动电机通过电机座安装固定在安装座上，所述驱动电机通过联轴器带动丝杠转动，所述丝杠两端设有轴承座，所述轴承座通过螺钉固定在安装座上，所述丝杠的中间部分设有移动板，通过丝杠转动带动移动板进行往复运动，所述移动板为倒凸状，底部两侧设有两滑块，所述滑块的下方设有两条滑轨，滑块辅助移动板在滑轨上往复运动，起到导向的作用。
7.所述回转组件安装在移动板上，可随移动板进行往复运动，所述回转组件主要包括回转电机、减速器和旋转轴，所述减速器为l型，减速器负责将回转电机的动力传送至旋
转轴上，所述回转电机安装在移动板的上方，所述旋转轴贯穿整个移动板，所述旋转轴的下端连接机械手组件，带动机械手组件进行旋转动作。
8.所述机械手组件通过安装轴套与上方旋转轴连接，所述机械手组件悬挂于二层台机械手的最下方，所述机械手组件的前端设有抓取机械手，用于抓取钻杆，所述抓取机械手安装在后方电动推杆上，所述电动推杆杆身固定在安装轴套，带动抓取机械手前后运动，完成排杆工作。
9.所述抓取机械手主要包括机械手安装板、v型轮安装板、v型轮、保护罩、推行液压缸、连接块、连杆和抓取手爪，所述机械手安装板连接在电动推杆的前端，所述v型轮安装板安装在机械手安装板上，用于安装v型轮，所述推行液压缸放置在机械手安装板上，控制抓取手爪开合运动，所述连接块连接连杆和推行液压缸，所述抓取手爪的后端设有安装孔，与机械手安装板上的定位轴连接，所述抓取手爪通过推行液压杆推动连接块和连杆进行转动，实现开合，所述保护罩放置在推行液压缸的上方，起到防尘保护作用。
10.所述动力吊卡借助平台绞车悬挂于井口上方，所述动力吊卡的两侧设有定位装置，安装在平台井架上可在工作时夹紧动力吊卡，所述动力吊卡主要包括吊卡后座、开合液压缸、卡爪、锁紧机构、驱动连杆、导向杆、导向滑块、吊环和吊环固定架，所述吊卡后座为凹字型，所述吊卡后座的两侧突起处设有两卡爪，所述卡爪为扇形，工作时以连接处为原点进行开合运动，所述锁紧机构安装在一卡爪上，对合并后的卡爪进行锁紧，保证作业安全，所述吊卡后座的两侧设有吊环固定架，连接吊环与吊卡后座，实现动力吊卡的悬挂，所述开合液压缸位于动力吊卡的后方，通过驱动连杆控制卡爪的开合，所述导向杆为t字状，安装在吊卡后座的后方，所述导向滑块连接两侧的驱动连杆并在导向杆上进行往复运动，确保两卡爪同步运动，确保设备稳定运行。
11.所述定位装置安装在井架两侧，主要包括夹紧缸、支架、夹板和定位安装板，所述定位安装板直接固定在井架上，所述夹紧缸的前后两端均设有支架，通过支架固定在定位安装板的上方，所述夹板安装在夹紧缸的顶端，通过夹紧缸推动前进，完成对动力吊卡的夹紧工作。
12.所述锁紧机构安装在卡爪上，主要包括固定扣、锁紧缸和锁紧柱，所述锁紧缸通过安装扣固定在卡爪上，所述锁紧柱与锁紧缸连接，通过锁紧缸伸缩完成锁紧工作，保证作业安全。
13.本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：本发明采用电动推杆和推行液压缸对钻杆上端进行抓取工作，借助伺服电机和丝杠驱动移动板和机械手实现直线往复运动，通过减速器和回转电机带动机械手实现角度转换。将移动板安装在导轨滑块机构上，保证直线往复运动的稳定性。完成了钻杆上端从钻杆盒到井口上方的位置转换，实现了自动化排杆，保证了钻井作业安全，提高了工作效率。
14.并且它能实现钻杆的钻杆的下放工作，通过定位装置夹紧动力吊卡，利用开合液压缸的开合，并借助连杆将送入吊卡内的钻杆夹紧，通过卡爪上的锁紧机构将两卡爪锁紧，保证钻井作业的安全性。
15.本发明巧妙利用连杆机构控制抓取手爪开合，同时借助v型轮减少钻杆和手爪间的滑动摩擦，既能分担钻杆对机械手的压力，也大大提高了设备的工作寿命，降低作业风险。
16.此外，本发明设计的二层台机械手可安装在钻井平台两钻杆盒之间，通过切换角度完成200根钻杆的抓取排放工作，有效利用空间，提高生产效率。
附图说明
17.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明二层台机械手示意图；图3为本发明平移组件示意图；图4为本发明回转组件示意图；图5为本发明机械手组件示意图；图6为本发明抓取机械手示意图；图7为本发明动力吊卡等轴测视图；图8为本发明动力吊卡后图；图9为本发明锁紧机构示意图；图10为本发明夹紧装置示意图。
18.图中各部件标号说明：100.二层台机械手；101.安装扣；102.防尘罩；103.安装座；110.平移组件；111.驱动电机；112电机座；113.联轴器；114.丝杠；115.轴承座；116.移动板；117.滑块；118.滑轨；120.回转组件；121.回转电机；122.减速器；123.旋转轴；130.机械手组件；131.安装轴套；132.抓取机械手；133.电动推杆；1321.机械手安装板；1322.v型轮安装板；1323.v型轮；1324.保护罩；1325.推行液压缸；1326.连接块；1327.连杆；1328.抓取手爪；200.动力吊卡；201.吊卡后座；202.开合液压缸；203.卡爪；204.驱动连杆；205.导向杆；206.导向滑块；207.吊环；208.吊环固定架；210.定位装置；211.夹紧缸；212.支架；213.夹板；214.定位安装板；220.锁紧机构；221.固定扣。222.锁紧缸；223.锁紧柱。
具体实施方式
19.下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
20.参见图1至图8，本发明一种陆地钻机二层台自动排杆装置，它包括二层台机械手100和动力吊卡200。所述二层台机械手100吊装在钻井平台二层台的下方，主要包括安装扣101、防尘罩102、安装座103、平移组件110、回转组件120和机械手组件130。所述安装扣101连接防尘罩102和井架二层台，所述安装座103为拱形门状，中间掏空便于机械手组件130进行前后的平移，所述防尘罩102罩在安装座103的上方，用于保护二层台机械手100的内部结构并起到防尘的作用，所述防尘罩102的上方连接多个安装扣101，将二层台机械手100悬挂在井架二层台的下方。
21.所述平移组件110安装在安装座103的上方，所述平移组件110的一端设有两组驱动电机111，所述驱动电机111通过电机座112安装固定在安装座103上，所述驱动电机111通过联轴器113带动丝杠114转动，所述丝杠114两端设有轴承座115，所述轴承座115通过螺钉固定在安装座103上，所述丝杠114的中间部分设有移动板116，通过丝杠114转动带动移动板116进行往复运动，所述移动板116为倒凸状，底部两侧设有两滑块117，所述滑块117的下方设有两条滑轨118，滑块117辅助移动板116在滑轨118上往复运动，起到导向的作用。
22.所述回转组件120安装在移动板116上，可随移动板116进行往复运动，所述回转组件120主要包括回转电机121、减速器122和旋转轴123，所述减速器122为l型，减速器122负责将回转电机121的动力传送至旋转轴123上，所述回转电机121安装在移动板的上方，所述旋转轴123贯穿整个移动板116，所述旋转轴123的下端连接机械手组件130，带动机械手组件123进行旋转动作。
23.所述机械手组件130通过安装轴套131与上方旋转轴123连接，所述机械手组件130悬挂于二层台机械手100的最下方，所述机械手组件130的前端设有抓取机械手132，用于抓取钻杆，所述抓取机械手132安装在后方电动推杆133上，所述电动推杆杆身固定在安装轴套，带动抓取机械手132前后运动，完成排杆工作。
24.所述抓取机械手132主要包括机械手安装板1321、v型轮安装板1322、v型轮1323、保护罩1324、推行液压缸1325、连接块1326、连杆1327和抓取手爪1328，所述机械手安装板1321连接在电动推杆133的前端，所述v型轮安装板1322安装在机械手安装板1321上，用于安装v型轮1323，所述推行液压缸1325放置在机械手安装板上，控制抓取手爪1328开合运动，所述连接块1326连接连杆1327和推行液压缸1325，所述抓取手爪1328的后端设有安装孔，与机械手安装板1321上的定位轴连接，所述抓取手爪1328通过推行液压杆1325推动连接块1326和连杆1327进行转动，实现开合，所述保护罩1324放置在推行液压缸1325的上方，起到防尘保护作用。
25.所述动力吊卡200借助平台绞车悬挂于井口上方，所述动力吊卡200的两侧设有定位装置210，安装在平台井架上可在工作时夹紧动力吊卡200，所述动力吊卡200主要包括吊卡后座201、开合液压缸202、卡爪203、锁紧机构220、驱动连杆204、导向杆205、导向滑块206、吊环207和吊环固定架208，所述吊卡后座201为凹字型，所述吊卡后座201的两侧突起处设有两卡爪203，所述卡爪203为扇形，工作时以连接处为中点进行开合运动，所述锁紧机构220安装在一卡爪203上，对合并后的卡爪进行锁紧，保证作业安全，所述吊卡后座201的两侧设有吊环固定架208，连接吊环207与吊卡后座201，实现动力吊卡200的悬挂，所述开合液压缸202位于动力吊卡200的后方，通过驱动连杆204控制卡爪203的开合，所述导向杆205为t字状，安装在吊卡后座201的后方，所述导向滑块206连接两侧的驱动连杆204并在导向杆205上进行往复运动，确保两卡爪同步运动，确保设备稳定运行。
26.所述定位装置210安装在井架两侧，主要包括夹紧缸211、支架212、夹板213和定位安装板214，所述定位安装板214直接固定在井架上，所述夹紧缸211的前后两端均设有支架212，通过支架212固定在定位安装板214的上方，所述夹板213安装在夹紧缸211的顶端，通过夹紧缸211推动前进，完成对动力吊卡200的夹紧工作。
27.所述锁紧机构220安装在卡爪203上，主要包括固定扣221、锁紧缸222和锁紧柱223，所述锁紧缸222通过安装扣221固定在卡爪203上，所述锁紧柱223与锁紧缸222连接，通过锁紧缸222伸缩完成锁紧工作，保证作业安全。
28.下面说明本发明的工作原理：由图1可看出本发明一种陆地钻机二层台自动排杆装置，二层台机械手100安装在钻井平台两钻杆盒中间，动力吊卡200悬挂在钻井平台井口上方，工作进行时二层台机械手100对钻杆进行抓取工作，并将钻杆送至动力吊卡200内。
29.由图2可看出本发明一种陆地钻机二层台自动排杆装置，机械手组件130在平移组
件110和回转组件120的带动下精准到达指定位置，机械手组件130伸缩完成对钻杆的抓取工作。
30.由图2、图3、图4可看出本发明一种陆地钻机二层台自动排杆装置，移动板116通过驱动电机111带动丝杠114转动在滑轨118上进行平移运动，旋转轴123通过回转电机121驱动进行旋转运动，机械手组件130安装在旋转轴123上，可随移动板116和旋转轴123同步运动，完成钻杆排杆工作。
31.由图1、图2、图5、图6可看出本发明一种陆地钻机二层台自动排杆装置，安装轴套131与旋转轴123固定，实现联动，机械手组件130到达指定位置后电动推杆133推动前方抓取机械手132到达可抓取位置，推行液压缸1325通过推动连杆1327间接控制抓取手爪1328开合进行钻杆抓取工作，抓取完成后电动推杆133缩回并通过平移组件110和回转组件120将钻杆抓取至正对动力吊卡200处，电动推杆133再次伸长将钻杆送入动力吊卡200内，完成钻杆从钻杆盒至井口上方工作。
32.由图1、图7、图8可看出本发明一种陆地钻机二层台自动排杆装置，动力吊卡200通过吊环207悬挂在井口上方，两定位装置210对向伸长夹紧动力吊卡，钻杆送入吊卡内后，开合液压缸202伸长，导向滑块206辅助两侧驱动连杆204同步运动，完成卡爪203的开合工作，同时锁紧机构220通过卡爪上的立柱孔对两卡爪进行锁紧操作，保证作业的安全性。
33.由图7、图9可看出本发明一种陆地钻机二层台自动排杆装置，锁紧机构220安装在一卡爪上，可跟随卡爪同步运动，两卡爪闭合时锁紧缸222根据要求带动立柱223上下运动。
34.由图1、图9可看出本发明一种陆地钻机二层台自动排杆装置，钻杆即将送入动力吊卡200时，两组夹紧缸211带推动夹板213相向运动，夹紧动力吊卡200，确保二层台机械手100精准将钻杆送至动力吊卡200。
35.总之，本发明实现了钻杆从钻杆盒到井口上方的位置转换，可根据工况要求进行存取钻杆操作，提高了钻井作业的安全可靠性。同时可安装在现有平台进行使用，对现有平台进行升级优化，降低了企业生产成本，自动化程度较高。