專利名稱：一種全自動鐵鉆工的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鉆井和修井使用的鉆具連接或拆卸裝置，具體地說是一種全自動鐵鉆工。
背景技術：
目前，在石油鉆井和修井作業(yè)中，起下鉆過程中的鉆具連接和拆卸工作基本是由人工借助一些機械化設備，如液氣大鉗、貓頭、氣動旋扣鉗等來完成的。這些機械化設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，而且勞動強度大。就上述設備本身來說，鉆具連接和拆卸的速度慢，直接影響到鉆、修井效率；同時，這些設備適應的鉆具范圍較窄，并且需要在作業(yè)過程中反復更換牙板和設備，使鉆具連接和拆卸的工作更加繁瑣。

實用新型內(nèi)容為了解決人工操作存在的勞動強度大、安全性能低的問題，本實用新型的目的在于提供一種全自動鐵鉆工。該鐵鉆工可實現(xiàn)全自動操作，扭矩可控，連接和拆卸鉆具速度快。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的本實用新型包括伸縮臂、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回轉裝置可轉動地安裝在底座上，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裝置鉸接，伸縮油缸上安裝有檢測伸縮臂伸縮的伸縮位移傳感器；所述回轉裝置包括回轉座、馬達、小齒輪及回轉支承大齒輪，其中回轉座通過回轉支承大齒輪與底座相連，在回轉座上設有馬達；所述回轉支承大齒輪及小齒輪位于回轉座內(nèi)，回轉支承大齒輪的外圈固接在底座上，內(nèi)圈與回轉座固接，小齒輪安裝在馬達的輸出軸上、與回轉支承大齒輪的外圈相嚙合，回轉支承大齒輪的內(nèi)圈相對于外圈轉動，在馬達上安裝有編碼器；所述回轉座相對于底座轉動；所述主臂的另一端為“凹” 形，該“凹”形的兩個分支上分別鉸接有結構相同的升降裝置；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)套上設有檢測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，背鉗及主鉗上分別開有與鉆具相對應的凹槽，背鉗及主鉗上凹槽的兩側各設有一夾緊油缸，夾緊油缸的一端安裝在背鉗或主鉗上的導向套內(nèi)，另一端為活塞端、安裝有推板，牙板通過牙板座安裝在推板上，夾緊油缸通過推板實現(xiàn)導向，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設有沖扣油缸，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)安裝有接頭檢測裝置，接頭檢測裝置位于背鉗上兩個夾緊油缸之間，接頭檢測裝置的運動方向也位于兩個夾緊油缸之間；所述接頭檢測裝置包括檢測油缸、線性位移傳感器和第二接近傳感器，其中檢測油缸安裝在背鉗內(nèi)，在檢測油缸的活塞桿上連接有線性位移傳感器，檢測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有與背鉗鉸接的弧形突臺，該突臺的縱向截面為“凹”形；所述主鉗上的兩個夾緊油缸以凹槽的中心線為對稱，分別安裝在凹槽的兩側；所述背鉗的橫截面為長方形，其中長方形的上表面設有與主鉗鉸接的弧形突臺，該突臺的縱向截面為“凹”形；所述背鉗上的兩個夾緊油缸以凹槽的中心線為對稱，分別安裝在凹槽的兩側；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”形對稱分布；所述牙板座通過其上的燕尾槽與推板連接；所述牙板座的兩側分別安裝有托板，每個托板的兩端分別開有槽，該槽內(nèi)容置有碟簧， 碟簧上設有支撐牙板座的支撐銷；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檢測所述平板確定主鉗的位置。所述旋扣鉗包括夾緊缸、旋扣臂、移動架、導向板、支撐板及旋扣裝置，其中旋扣裝置包括液壓馬達、旋扣架及旋扣輥子，所述夾緊缸的兩端分別對稱鉸接有旋扣臂，每個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子，該旋扣輥子通過傳動裝置與設在旋扣架上的液壓馬達相連；所述移動架位于兩旋扣臂之間，分別與兩旋扣臂相鉸接，在移動架的下方設有支撐板，所述導向板的下部浮動放置于支撐板上，導向板的上部位于移動架的一側，該導向板沿垂直于夾緊缸的方向移動；所述移動架包括橫梁、第一護套及護板，其中橫梁的兩端分別與兩個旋扣臂鉸接，在橫梁的一側設有第一護套，該第一護套內(nèi)固接有導桿，橫梁的另一側設有兩個護板，導向板的上部位于兩護板之間；所述導向板上安裝有導套，導套的頂部插入第一護套內(nèi)，導桿的下端插入導套內(nèi)，在導桿上套設有組合彈簧，該組合彈簧分別抵接于第一護套的內(nèi)壁上表面及導向板上； 在移動架中每個護板的內(nèi)表面上均設有多組滾輪，導向板的上部由兩個護板內(nèi)表面上的滾輪組穿過；在移動架中每個護板的外表面上分別與復位拉簧的一端相連，復位拉簧的另一端連接于旋扣臂；所述導向板包括相互垂直并固連的兩塊板，其中橫板浮動放置于支撐板上，在豎板的底部固接有第二護套；螺桿的一端安裝在支撐板上，另一端分別穿過第二護套及導向板、并由第二護套的另一端穿出，在第二護套內(nèi)被導向板分割的兩個空間，分別設有套在螺桿上的復位壓簧；在每個旋扣架與移動架之間均設有連桿，該連桿的一端鉸接于旋扣架的底部，另一端鉸接于移動架上；所述連桿與旋扣臂相平行；所述傳動裝置包括從動齒輪及主動齒輪，旋扣架上設有外罩，液壓馬達安裝在外罩上，該液壓馬達的輸出軸位于外罩內(nèi)、并鍵連接有主動齒輪；所述旋扣輥子為兩個，通過軸承安裝在旋扣架上，每個旋扣輥子的輥子軸頂端插入外罩內(nèi)、并鍵連接有與主動齒輪相嚙合的從動齒輪；所述旋扣輥子的表面上設有滾花；在液壓馬達上連接有第三壓力傳感器。本實用新型的優(yōu)點與積極效果為1.本實用新型實現(xiàn)了鉆具連接和拆卸的全自動操作，提高了鉆、修井的自動化程度；由于實現(xiàn)了全自動操作，使得操作人員離開了危險的井口，極大地提高了操作人員的安全性。[0011]2.本實用新型對鉆具上扣扭矩可精確控制和監(jiān)測，保證了鉆具密封效果及其連接強度；對不同鉆具可施加不同的夾緊力，最大限度地保護了鉆具本身的強度，防止夾緊力過大損壞鉆具。3.本實用新型的伸縮臂由馬達提供回轉動力，伸縮油缸提供伸縮動力，升降油缸提供升降動力，只需按下啟動按鈕或由一人遙控操作即可；而回轉、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，實現(xiàn)對井口方向的精確定位。4.本實用新型定位準確，可通過接頭檢測裝置自動尋找鉆具接頭，克服了以往鉆具連接和拆卸過程中，需要人為調整鉆具接頭的高度來適應動力鉗等設備的高度。5.本實用新型主鉗、背鉗上夾緊鉆具的牙板為燕尾形平牙板，呈“V”形對稱分布， 適應鉆具范圍寬，不同鉆具也無需更換牙板；牙板座由碟簧和支撐銷支撐，在上扣和沖扣時可浮動，保證了必要的軸向位移。6.本實用新型的旋扣鉗在移動架上安裝了組合彈簧，保證了在上卸扣過程中所需要的沿鉆具軸向的位移補償；導向板浮動放置于支撐板上，可前后移動少量距離，保證了旋扣架中心與鉆具在同一平面內(nèi)；在完成旋扣后，可在復位壓簧的作用下回到初始位置；在移動架與兩側的旋扣臂之間均設置了復位拉簧，保證了兩旋扣臂與整個旋扣鉗的中心線對稱；在旋扣架與移動架之間鉸接有連桿，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為本實用新型的整體結構示意圖；圖2為本實用新型伸縮臂的結構主視圖；圖3為圖2伸縮臂中回轉裝置的結構剖視圖；圖4為本實用新型伸縮臂的結構俯視圖；圖5為本實用新型沖扣鉗的俯視剖視圖；圖6為本實用新型沖扣鉗的內(nèi)部結構示意圖；圖7為圖6中I處的局部放大圖；圖8為圖6中接頭檢測裝置的結構示意圖；圖9為圖6中背鉗的剖面圖圖10為本實用新型旋扣鉗的主視剖視圖；圖11為本實用新型旋扣鉗的俯視圖；圖12為圖10中旋扣裝置的內(nèi)部結構示意圖；其中1為底座，2為回轉座，3為馬達，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為接頭檢測裝置，32為托板，33為碟簧，34為支撐銷，35為檢測油缸，36為線性位移傳感器，37為第二接近傳感器，38為夾緊缸，39為旋扣臂，40為移動架，41為導向板，42為組合彈簧，43為旋扣輥子，44為第三壓力傳感器，45為液壓馬達，46為連桿，47為復位彈簧，48為支撐板，49為復位拉簧，50為旋扣架，51為從動齒輪，52為主動齒輪，53為導桿，54為導套，55為第一護套，56為螺桿，57為第二護套，58為外罩，59為旋扣鉗。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。如圖1所示，本實有新型包括伸縮臂、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的一端分別通過回轉裝置可轉動地安裝在底座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；其中回轉裝置安裝在底座1上，包括回轉座2、馬達3、小齒輪14及回轉支承大齒輪15，回轉座2通過回轉支承大齒輪15與底座1相連，在回轉座2上固接有馬達3，馬達3上安裝有編碼器4?；剞D支承大齒輪15及小齒輪14分別位于回轉座 2內(nèi)，回轉支承大齒輪15的外圈通過螺釘固接在底座1上，內(nèi)圈通過螺釘與回轉座2固接， 回轉支承大齒輪15的內(nèi)圈相對于外圈可轉動；小齒輪14鍵連接于馬達3的輸出軸上，小齒輪14與回轉支承大齒輪15的外圈相嚙合。內(nèi)臂5的一端通過第一鉸軸16與回轉座2鉸接，另一端通過第三鉸軸18與主臂 9的一端鉸接；外臂6的一端通過第二鉸軸17與回轉座2鉸接，另一端通過第四鉸軸19與主臂9的一端鉸接。主臂9的另一端為“凹”形，該“凹”形的兩個分支上分別鉸接有結構相同的升降裝置。所述伸縮油缸7的一端鉸接于內(nèi)臂5上，另一端通過第五鉸軸20與主臂9 鉸接；在伸縮油缸7上安裝有檢測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的頂部內(nèi)壁鉸接，底端(活塞端) 與內(nèi)套11底部內(nèi)壁鉸接；在內(nèi)套11上設有檢測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裝置31 ；其中，背鉗21位于兩個升降裝置之間，并分別與兩個升降裝置上的肉套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的下表面設有與背鉗21鉸接的弧形突臺，背鉗21的上表面設有與主鉗22鉸接的弧形突臺，該突臺的縱向截面為“凹”形，主鉗22下表面的“凹”形突臺逆時針翻轉90°后焊接在主鉗22的下表面，背鉗21上表面的“凹”形突臺順時針翻轉翻轉90°后焊接在背鉗21的上表面，主、背鉗上的凸臺相互連接即可實現(xiàn)主、背鉗之間的鉸接。在背鉗21與主鉗22夾緊鉆具的一側，背鉗21與主鉗22上分別開有一容納鉆具的凹槽，該凹槽與鉆具相對應。背鉗21及主鉗22上凹槽的兩側各設有一夾緊油缸沈，共計四個夾緊油缸，背鉗21上的兩個夾緊油缸的軸線共線，主鉗22上的兩個夾緊油缸的軸線共線。主鉗22上的凹槽位于其凸臺的上方，主鉗22上的兩個夾緊油缸沈以凹槽的中心線為對稱，分別安裝在主鉗凹槽的兩側。背鉗21上的凹槽位于其凸臺的下方，背鉗21上的兩個夾緊油缸26以凹槽的中心線為對稱，分別安裝在背鉗凹槽的兩側。主鉗22上的凹槽軸線與背鉗1上的凹槽軸線共線。在背鉗21與主鉗22的另一側設有沖扣油缸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的驅動下，主鉗22可相對于背鉗21轉動。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檢測，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， 牙板四通過牙板座觀安裝在推板27上；夾緊油缸沈位于導向套內(nèi)，通過推板27實現(xiàn)導向，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”形對稱分布，可適應不同管徑的鉆具而不需要更換牙板。牙板座觀通過其上的燕尾槽與推板27連接，如圖7所示，在牙板座觀的兩側分別安裝有托板32，每個托板32的兩端分別開有槽，該槽內(nèi)容置有碟簧33，碟簧33上設有支撐牙板座觀的支撐銷34 ；牙板座觀可上下浮動，保證了上卸扣過程中所需要的位移。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通過檢測所述平板確定主鉗22的位置。在背鉗21內(nèi)安裝有接頭檢測裝置31，該接頭檢測裝置31位于背鉗21上兩個夾緊油缸沈中間，接頭檢測裝置31的運動方向也位于兩個夾緊油缸之間，本實施例為背鉗21 上兩個夾緊油缸的軸線共線，接頭檢測裝置21的運動方向與兩個夾緊油缸的軸線相垂直。 如圖8所示，接頭檢測裝置31包括檢測油缸35、線性位移傳感器36和第二接近傳感器37， 其中檢測油缸35安裝在背鉗21內(nèi)，在檢測油缸35的活塞桿上連接有線性位移傳感器36， 檢測油缸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、移動架40、導向板41、支撐板48及旋扣裝置，其中旋扣裝置包括液壓馬達45、旋扣架50及旋扣輥子43，夾緊缸38的兩端分別對稱鉸接有旋扣臂39，每個旋扣臂39的一端與夾緊缸38鉸接，另一端鉸接有旋扣架50。移動架40包括橫梁、第一護套55及護板，其中橫梁的兩端分別與兩信旋扣臂39的中部相鉸接，在橫梁的一側設有兩個第一護套陽，每個第一護套陽內(nèi)均固接有導桿53，橫梁的另一側設有兩個相平行的護板；兩個護板相對的內(nèi)表面上由上至下設有多組滾輪，兩個為一組。在移動架40的下方設有支撐板48，整個旋扣鉗59通過支撐板48安裝在沖扣鉗的主鉗22上。導向板41的下部浮動放置于支撐板48上，導向板41的上部位于兩個護板之間，并由每組滾輪之間穿過。所述導向板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)通過螺栓固接有第二護套57 ；該第二護套57的內(nèi)部被導向板41分割成兩部分，分別位于豎板的左右兩側。螺桿56的一端通過螺母安裝在支撐板48上，另一端為自由端、依次穿過左邊的第二護套57、導向板41的豎板、并由右邊的第二護套57穿出，再螺紋連接螺母。在左側的第二護套57與導向板41的豎板之間及右側的第二護套57與導向板41的豎板之間，分別設有套在螺桿56上的復位壓簧47，兩個復位壓簧47分別抵接在第二護套57 及導向板41的豎板上。整個導向板41可沿垂直于夾緊缸38的方向移動少量距離，保證了旋扣架50的中心與鉆具在同一平面內(nèi)。在導向板41的橫板上設有導套M，該導套M與導向板41的豎板平行，導套M頂部插入第一護套55內(nèi)，導桿53的下端由導套M頂部插入； 在導桿53上套設有組合彈簧5，該組合彈簧42分別抵接于第一護套55的內(nèi)壁上表面及導向板41的橫板上。該組合彈簧42用于支撐移動架40，以保證上卸扣過程中所需要的沿鉆具軸向的位移補償。 兩個旋扣架50及夾緊缸38分別位于移動架40的兩側，在旋扣架50上安裝有連接或拆卸鉆具的旋扣輥子43，每個旋扣架50上安裝有兩個旋扣輥子43，該旋扣輥子43通過傳動裝置與設在旋扣架50上的液壓馬達45相連。傳動裝置包括從動齒輪51及主動齒輪 52，旋扣架50上設有外罩58，液壓馬達45安裝在外罩58上，該液壓馬達45的輸出軸位于外罩58內(nèi)、并鍵連接有主動齒輪52 ；每個旋扣輥子43的輥子軸通過軸承安裝在旋扣架50 上，軸承通過軸承壓蓋定位；每個旋扣輥子43的輥子軸頂端插入外罩58內(nèi)、并鍵連接有從動齒輪51，兩個從動齒輪51位于主動齒輪52的兩側，分別與主動齒輪52相嚙合，由液壓馬達45同時驅動。每個旋扣輥子43的表面上設有滾花，用來增加與鉆具的摩擦力。在液壓馬達45上連接有第三壓力傳感器44，達到設定扭矩的壓力后，液壓馬達45自動停止工作。在移動架40的兩個護板的外表面上，分別與復位拉簧49的一端相連，復位拉簧49 的另一端連接于旋扣臂39，該復位拉簧49可以保證兩個旋扣臂39與整個旋扣鉗的中心線對稱。在每個旋扣架50與移動架40之間均設有與旋扣臂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)格設定檢測油缸 35活塞桿伸出的距離。伸縮臂的回轉由馬達3驅動，帶動小齒輪14轉動，小齒輪14與回轉支承大齒輪15的外圈嚙合，由于回轉支承大齒輪15的外圈固接于底座1，因此回轉支承大齒輪15的外圈的反作用力使小齒輪14及馬達3繞回轉支承大齒輪15的中心軸轉動；又由于馬達3固定在回轉座2上，回轉支承大齒輪15的內(nèi)圈又可相對于外圈轉動，進而使回轉座2相對于底座1轉動；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座2回轉，并通過編碼器4的檢測，實現(xiàn)對井口方向的精確定位。伸縮臂的伸縮由伸縮油缸驅動，通過伸縮位移傳感器8的檢測反饋，實現(xiàn)井口位置的精確定位。然后，檢測油缸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，當伸出到設定距離時，線性位移傳感器36發(fā)出信號，檢測油缸35停止工作。升降裝置工作，升降裝置的升降運動是通過升降油缸10驅動的，對井口精確定位后，升降油缸10帶動內(nèi)套11沿垂直方向向下運動，由此實現(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檢測垂直位移，從而實現(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，直到移動至檢測油缸35活塞桿上的第二接近傳感器37檢測到鉆具接頭處，升降裝置再向下移動設定距離、停止工作。夾緊缸38工作，使兩個旋扣架50相對移動，直至與鉆具接觸后，夾緊缸38停止工作。然后液壓馬達45工作，驅動主動齒輪52帶動其兩側的從動齒輪51旋轉，進而使兩個旋扣輥子43旋轉，通過旋扣輥子43與鉆具之間的摩擦使鉆具連接。當?shù)谌龎毫鞲衅?4檢測到已經(jīng)達到設定扭矩的壓力后，液壓馬達45接收到信號停止工作。夾緊缸38再反向工作，將兩個旋扣架50打開。在鉆具連接或的過程中，可能出現(xiàn)鉆具通過摩擦力使旋扣鉗沿鉆具的軸向產(chǎn)生位移，產(chǎn)生的位移可以通過組合彈簧42補償。而一個旋扣架50上的兩個旋扣輥子43與鉆具接觸時，鉆具不一定正好位于兩旋扣輥子之間，通過導向板的前后移動，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相對背鉗 21轉動，將上部鉆具與下部鉆具旋緊連接成一體。在主鉗22轉動一次后回程的過程中，背鉗21上的第一接近傳感器30檢測到主鉗22上的平板后發(fā)出信號，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，開始反向伸出，進行下一次旋緊，直至鉆具連接完成。上述為鉆具連接的操作過程，如需拆卸鉆具，則先通過背鉗21與主鉗22相對轉動，使鉆具之間旋松，然后再利用旋扣鉗59使上部鉆具旋轉，直至將上下兩個鉆具拆開。本實用新型的全自動功能是通過伸縮位移傳感器8、升降位移傳感器12、第一壓力傳感器對、第二壓力傳感器25、第一接近傳感器30、線性位移傳感器36、第二接近傳感器 37及第三壓力傳感器44的檢測，由PLC程序控制液壓執(zhí)行元件來實現(xiàn)的；也可以通過遙控等方式實現(xiàn)半自動操作。井口(鼠洞)的中心位置通過一次機器人示教方式確定，編碼器 3和伸縮位移傳感器8、升降位移傳感器12的絕對數(shù)據(jù)可記入PLC程序；沖扣鉗的沖扣扭矩通過第一壓力傳感器M及第二壓力傳感器25檢測確定，并可根據(jù)不同規(guī)格的鉆具進行調離本實用新型的伸縮位移傳感器8及升降位移傳感器12均為市購產(chǎn)品，購置于德國巴魯夫公司生產(chǎn)的BTL5型線性位移傳感器。編碼器4為市購產(chǎn)品，購置于丹麥SCANC0N公司生產(chǎn)的EXAG型編碼器。
權利要求1.一種全自動鐵鉆工，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)的一端分別通過回轉裝置可轉動地安裝在底座(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.按權利要求1所述的全自動鐵鉆工，其特征在于所述內(nèi)臂(5)及外臂(6)的一端分別與回轉裝置鉸接，伸縮油缸(7)上安裝有檢測伸縮臂伸縮的伸縮位移傳感器(8)；所述回轉裝置包括回轉座、馬達(3)、小齒輪(14)及回轉支承大齒輪(15)，其中回轉座(2) 通過回轉支承大齒輪(1 與底座(1)相連，在回轉座( 上設有馬達(3)；所述回轉支承大齒輪(1 及小齒輪(14)位于回轉座內(nèi)，回轉支承大齒輪(1 的外圈固接在底座 ⑴上，內(nèi)圈與回轉座⑵固接，小齒輪(14)安裝在馬達(3)的輸出軸上、與回轉支承大齒輪(15)的外圈相嚙合，回轉支承大齒輪(15)的內(nèi)圈相對于外圈轉動，在馬達(3)上安裝有編碼器⑷；所述回轉座⑵相對于底座(1)轉動。
3.按權利要求1所述的全自動鐵鉆工，其特征在于所述主臂(9)的另一端為“凹” 形，該“凹”形的兩個分支上分別鉸接有結構相同的升降裝置；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)上設有檢測垂直位移的升降位移傳感器(12)。
4.按權利要求1所述的全自動鐵鉆工，其特征在于在背鉗與主鉗0 夾緊鉆具的一側，背鉗及主鉗0 上分別開有與鉆具相對應的凹槽，背鉗及主鉗02) 上凹槽的兩側各設有一夾緊油缸(26)，夾緊油缸06)的一端安裝在背鉗或主鉗02) 上的導向套內(nèi)，另一端為活塞端、安裝有推板(27)，牙板09)通過牙板座08)安裝在推板 (27)上，夾緊油缸06)通過推板(XT)實現(xiàn)導向，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)的另一側設有沖扣油缸(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)安裝有接頭檢測裝置(31)，接頭檢測裝置(31)位于背鉗上兩個夾緊油缸06) 之間，接頭檢測裝置(31)的運動方向也位于兩個夾緊油缸之間；所述接頭檢測裝置(31)包括檢測油缸(35)、線性位移傳感器(36)和第二接近傳感器(37)，其中檢測油缸(3 安裝在背鉗內(nèi)，在檢測油缸(3 的活塞桿上連接有線性位移傳感器(36)，檢測油缸(35) 活塞桿的端部安裝有第二接近傳感器(37)。
5.按權利要求1或4所述的全自動鐵鉆工，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有與背鉗鉸接的弧形突臺，該突臺的縱向截面為“凹” 形；所述主鉗0 上的兩個夾緊油缸06)以凹槽的中心線為對稱，分別安裝在凹槽的兩側；所述背鉗的橫截面為長方形，其中長方形的上表面設有與主鉗0 鉸接的弧形突臺，該突臺的縱向截面為“凹”形；所述背鉗上的兩個夾緊油缸06)以凹槽的中心線為對稱，分別安裝在凹槽的兩側。
6.按權利要求4所述的全自動鐵鉆工，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”形對稱分布；所述牙板座08)通過其上的燕尾槽與推板(XT)連接；所述牙板座08)的兩側分別安裝有托板(32)，每個托板 (32)的兩端分別開有槽，該槽內(nèi)容置有碟簧(33)，碟簧(3 上設有支撐牙板座08)的支撐銷(34)。
7.按權利要求4所述的全自動鐵鉆工，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)通過檢測所述平板確定主鉗0 的位置。
8.按權利要求1所述的全自動鐵鉆工，其特征在于所述旋扣鉗(59)包括夾緊缸(38)、旋扣臂(39)、移動架(40)、導向板(41)、支撐板(48)及旋扣裝置，其中旋扣裝置包括液壓馬達(45)、旋扣架(50)及旋扣輥子(43)，所述夾緊缸(38)的兩端分別對稱鉸接有旋扣臂(39)，每個旋扣臂(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子(43)，該旋扣輥子通過傳動裝置與設在旋扣架(50)上的液壓馬達G5)相連；所述移動架00)位于兩旋扣臂(39)之間，分別與兩旋扣臂(39)相鉸接，在移動架GO)的下方設有支撐板(48)，所述導向板的下部浮動放置于支撐板G8)上，導向板Gl)的上部位于移動架GO)的一側，該導向板Gl)沿垂直于夾緊缸(38)的方向移動。
9.按權利要求8所述的全自動鐵鉆工，其特征在于所述移動架00)包括橫梁、第一護套(55)及護板，其中橫梁的兩端分別與兩個旋扣臂(39)鉸接，在橫梁的一側設有第一護套(55)，該第一護套(5 內(nèi)固接有導桿(53)，橫梁的另一側設有兩個護板，導向板的上部位于兩護板之間；所述導向板Gl)上安裝有導套(M)，導套(54)的頂部插入第一護套(5 內(nèi)，導桿(5 的下端插入導套(54)內(nèi)，在導桿(5 上套設有組合彈簧(42)，該組合彈簧0 分別抵接于第一護套(5 的內(nèi)壁上表面及導向板Gl)上；在移動架GO)中每個護板的內(nèi)表面上均設有多組滾輪，導向板Gl)的上部由兩個護板內(nèi)表面上的滾輪組穿過；在移動架GO)中每個護板的外表面上分別與復位拉簧G9)的一端相連，復位拉簧 (49)的另一端連接于旋扣臂(39)；所述導向板Gl)包括相互垂直并固連的兩塊板，其中橫板浮動放置于支撐板G8)上，在豎板的底部固接有第二護套(57)；螺桿(56)的一端安裝在支撐板G8)上，另一端分別穿過第二護套(57)及導向板(41)、并由第二護套(57)的另一端穿出，在第二護套(57)內(nèi)被導向板Gl)分割的兩個空間，分別設有套在螺桿(56) 上的復位壓簧G7)；在每個旋扣架(50)與移動架00)之間均設有連桿(46)，該連桿06) 的一端鉸接于旋扣架(50)的底部，另一端鉸接于移動架GO)上；所述連桿06)與旋扣臂(39)相平行。
10.按權利要求8所述的全自動鐵鉆工，其特征在于所述傳動裝置包括從動齒輪(51) 及主動齒輪(52)，旋扣架(50)上設有外罩(58)，液壓馬達05)安裝在外罩(58)上，該液壓馬達G5)的輸出軸位于外罩(58)內(nèi)、并鍵連接有主動齒輪(52)；所述旋扣輥子G3)為兩個，通過軸承安裝在旋扣架(50)上，每個旋扣輥子的輥子軸頂端插入外罩(58)內(nèi)、 并鍵連接有與主動齒輪(5 相嚙合的從動齒輪(51)；所述旋扣輥子的表面上設有滾花；在液壓馬達0 上連接有第三壓力傳感器G4)。
專利摘要本實用新型涉及鉆井和修井使用的鉆具連接或拆卸裝置，具體地說是一種全自動鐵鉆工，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回轉裝置可轉動地安裝在底座上，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。本實用新型實現(xiàn)了鉆具連接、拆卸的全自動操作，提高了鉆、修井的自動化程度，使得操作人員遠離危險的井口，提高了工作的安全性。
文檔編號E21B19/18GK202012308SQ20112011800
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權日2011年4月20日
發(fā)明者劉洋, 孫義田, 牟忠良, 趙淑蘭 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司