一種鐵鑽工液壓夾緊系統的製作方法

2023-05-28 12:52:01 1

本發明屬於機械製造領域，提供一種鐵鑽工的自動化液壓夾緊系統。

背景技術：

石油是當今世界極其重要的工業能源，近年來，隨著石油鑽井行業的不斷發展，石油開採領域對於石油設備提出了越來越高的技術要求。起下管設備，油管行動裝置，油管排布設備以及帶壓修井設備等是油田內的主要設備，而油管夾持以及擰緊機構又是以上設備的共同的最主要部件之一，因此鐵鑽工的創新以及自動化控制有較為重要的實際意義。目前鐵鑽工的每次夾緊和鬆開以及在夾緊過程中兩個油管之間的擰緊的同步都需要人工來控制，導致機械化自動化程度低，依靠工人手動操作，工作的強度大，工作效率低，並且在油管的夾緊與擰緊同步進行過程中存在安全隱患。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供一種新型鐵鑽工的液壓夾緊系統，該液壓系統能夠實現對鐵鑽工夾緊油管的自動化控制，且夾緊動作能夠自動完成，夾緊動作可靠性提高。

為了實現以上目的，本發明的技術方案為：

一種鐵鑽工液壓夾緊系統，包括夾緊液壓系統、蓄能液壓系統、液壓動力站，三部分由同一個plc主控制器控制，液壓動力站與兩液壓系統通過供油總管和回油總管連接，夾緊液壓系統和蓄能液壓系統安裝在鐵鑽工主鉗體的上鉗鉗身上。

所述的夾緊液壓系統包括主動力雙活塞杆液壓缸1、輔助液壓缸2、第一蓄能器4、第一行程閥5、供油油缸6、旋轉液壓缸7、第二行程閥8、第二蓄能器9。所述的第一行程閥5、第二行程閥8均為二位二通機動閥，一個閥口為順序閥，另一個閥口為單向閥；第二行程閥8和第一行程閥5中的順序閥和單向閥的進油口分別為b、d出口，並且二者的進油口同時與供油油缸6的出油口相連接；第二行程閥8和第一行程閥5中的順序閥和單向閥的出油口分別為a、c出口，並且二者的出油口同時與第二蓄能器9的進油口相連接，用於單方向控制進入閥體內的液壓油流向，防止出現逆流造成整個系統壓力不穩定；所述的輔助連杆為雙連杆結構。

所述的主動力雙活塞杆液壓缸1的供油口外接主液壓迴路，與其他液壓作業系統共用同一個液壓泵，主動力雙活塞杆液壓缸1的左右兩端活塞杆與左右兩側輔助液壓缸2的活塞杆處於同一水平面且同軸心，用於控制輔助液壓缸2的活塞杆水平向外或向內移動；左右兩側輔助液壓缸2通過輔助連杆3及銷軸與供油油缸6的雙側活塞杆連接，通過雙連杆機理帶動供油油缸6的活塞杆向內移動，進而控制供油油缸6的壓力油進入夾緊液壓迴路中。供油油缸6的內腔通過油管與第二行程閥8的d進油口相連通，第二行程閥8的c出油口和第一行程閥5的a出油口相連通，並且二者同時通過油管與第二蓄能器9的進油口連通，使得供油油缸6內腔中的壓力油順利通過第二行程閥8，並最終使壓力油流進第二蓄能器9中，使得液壓迴路中多餘的能量得以儲存；第一行程閥5的b進油口與第二行程閥8的d進油口通過油管相連通，達到兩蓄能器壓力穩定，控制整個液壓系統中的壓力值，與此同時，供油油缸6的供油內腔通過油管與旋轉液壓缸7的大腔相連通，旋轉液壓缸7的小腔與第二蓄能器9通過油管相連通。當鐵鑽工夾緊油管時，第一蓄能器4壓力與液壓迴路壓力相同，保證兩邊的分流量相等，進而保持油管夾緊時維持一定的夾緊力。

所述蓄能液壓系統包括第一蓄能器4、第二蓄能器9、頂升液壓缸組、旋轉液壓缸7、第一行程閥5、第二行程閥8。所述的頂升液壓缸組包括四個頂升液壓缸11，安裝在上鉗鉗身的四周；蓄能系統中第一行程閥5的a出油口與第二行程閥8的c出油口通過油管相連通，並且二者同時通過油管與第二蓄能器9的進油口連通；採用雙行程閥的目的是由於上鉗鉗身內部為缺口齒輪，當上鉗旋轉擰緊鑽井油管時，防止出現單一行程閥恰好處於上鉗缺口處，而此時缺口處並無圓形蓋板，無法控制行程閥下壓彈簧，導致行程閥失去工作效果，第一行程閥5的b進油口與第二行程閥8的d進油口口通過油管相連通，並且二者同時與旋轉液壓缸7的大腔相連通，用於控制旋轉液壓缸7壓力穩定；第一蓄能器4通過油管與旋轉液壓缸7的小腔相連通，第一蓄能器4和第二蓄能器8均由外接plc控制調節蓄能器內部預先壓力，目的是控制不同直徑的鑽井油管的夾緊壓力；第一行程閥5和第二行程閥8的彈簧行程開關的上端與圓弧形蓋板10接觸，頂升液壓缸組的活塞杆與圓弧形蓋板10通過螺栓組固定連接，用於控制圓弧形蓋板的豎直方向的移動，進而控制兩個行程閥中順序閥和單向閥之間的閥位轉換。

所述的兩個蓄能器為彈簧式氣體蓄能器，該蓄能器功能為通過壓縮氣體完成能量轉化，使用時首先向蓄能器充入預定壓力的氣體，當系統壓力超過蓄能器內部壓力時，油液壓縮氣體，將油液中的壓力轉化為氣體內能；當系統壓力低於蓄能器內部壓力時，蓄能器中的油在高壓氣體的作用下流向外部系統，釋放能量，在該夾緊液壓系統中起到節能、迴路供油、系統保壓和緩和衝擊壓力的作用。

本發明的有益效果在於：該液壓系統能夠實現對鐵鑽工的液壓驅動和控制，以及對液壓能的儲存和循環利用，能夠滿足在快速夾持，穩定夾緊，夾緊期間套管的擰緊和套管的鬆開不同功能下的要求，夾緊工作自動完成，夾緊動作可靠性提高，合理有效地發揮了原動機的動力，達到較高的作業效率，特別指出的是，該液壓系統可以大大降低工人人工操作的勞動成本，可實現在夾緊機構運行的同時自動化控制其套管的旋轉擰緊，此外在該液壓系統中的添加的蓄能液壓系統，既儲存了原動機在夾緊和鬆開過程的額外的液壓能，將此部分液壓能應用於夾緊鬆開過程，達到循環利用的效果，在夾緊過程中也起到保持系統壓力恆定的作用，當換向閥突然換向、執行元件運動的突然停止都會在液壓系統中產生壓力衝擊，使系統壓力在短時間內快速升高，蓄能器吸收液壓衝擊同時也將人工開閉夾緊系統替代為自動化控制夾緊系統，提高了自動化的生產效率，降低了生產成本，合理利用了原動機的液壓能。

附圖說明

圖1為鐵鑽工夾緊液壓系統原理圖；

圖2為鐵鑽工液壓元器件俯視圖；

圖3為鐵鑽工上鉗立體示意圖；

圖中：1主動力雙活塞杆液壓缸；2輔助液壓缸；3輔助連杆；4第一蓄能器；5第一行程閥；6供油油缸；7旋轉液壓缸；8第二行程閥；9第二蓄能器；10圓弧形蓋板；11頂升液壓缸。

具體實施方式

如圖1所示，該鐵鑽工的液壓夾緊系統，它包括液壓動力站、夾緊液壓系統和蓄能液壓系統，液壓動力站為獨立設置(採用現有公知技術)，夾緊液壓系統和蓄能液壓系統安裝在鐵鑽工的上鉗機身上，液壓動力站與兩液壓系統用供油總管和回油總管連接；

所述的夾緊液壓系統包括主動力雙活塞杆液壓缸1、供油油缸6、輔助液壓缸2，旋轉液壓缸7，第一行程閥5，第二行程閥8，第一蓄能器4，第二蓄能器9，頂升液壓缸組11。主動力液壓缸1的供油口外接主液壓迴路，與其他液壓作業系統共用同一個液壓動力站，主動力雙活塞杆液壓缸1的左右兩端活塞杆與左右兩側輔助液壓缸2的活塞杆處於同一水平面且同軸心；左右兩側輔助液壓缸2通過雙連杆機構3與供油油缸6的雙側活塞杆連接，用於控制供油油缸6的壓力油進入夾緊液壓迴路中，供油油缸6的內腔通過油管與第二行程閥8的d進油口相連通，第二行程閥8的c出油口和第一行程閥5的a出油口相連通，並且二者同時通過油管與第二蓄能器連通，第一行程閥5的b進油口與第二行程閥8的d進油口通過油管相連通，與此同時，供油油缸6的供油內腔通過油管與旋轉液壓缸7的大腔相連通，旋轉液壓缸7的小腔與第二蓄能器9通過油管相連通；當鐵鑽工夾緊鑽井油管時，第一蓄能器4壓力與液壓迴路壓力相同，保證兩邊的分流量相等，進而保持鑽井油管夾緊時維持一定的夾緊力。

所述的蓄能液壓系統包括第一蓄能器4，第二蓄能器9，頂升液壓缸組11，旋轉液壓缸7，第一行程閥5，第二行程閥8；第一行程閥5的a出油口與第二行程閥8的c出油口通過油管相連通，並且二者同時通過油管與第二蓄能器9的進油口連通，第一行程閥5的b進油口與第二行程閥8的d進油口通過油管相連通，並且二者同時與旋轉液壓缸7的大腔相連通，第一蓄能器4通過油管與旋轉液壓缸7的小腔相連通，第一蓄能器4和第二蓄能器9均由外接plc控制調節蓄能器內部預先壓力，第一行程閥5和第二行程閥8的彈簧行程開關的上端與圓弧形蓋板接觸，頂升液壓缸組11的活塞杆與圓弧形蓋板10通過螺栓組固定連接，用於控制圓弧形蓋板10的豎直方向的移動。此外考慮到安全操作問題，在行程閥在換向過程中，系統壓力在短時間內快速升高，造成儀表、元件和密封裝置的損壞，並產生振動和噪聲，兩蓄能器可以很好地吸收和緩衝液壓衝擊。

本液壓系統的自動化夾緊功能是這樣實現的：

液壓油通過液壓動力站的液壓泵進入到供油管中，進而流進主動力雙活塞杆液壓缸1的大腔，壓力油推動兩側活塞杆，通過與供油油缸6活塞杆連接的雙連杆機構，帶動供油油缸6的雙側活塞杆向內移動，供油油缸6的內腔壓力油通過油管流進該液壓系統的液壓迴路中，此時主動力雙活塞杆液壓缸1的兩側活塞杆自動退回，完成供油工作；液壓油通過油管流入旋轉液壓缸7的大腔，帶動鑽井油管夾緊裝置旋合夾緊，旋轉液壓缸7小腔的液壓油通過管路流入第一蓄能器4中，當達到最大夾緊力時，第一蓄能器4的內部壓力恰好與旋轉液壓缸7的小腔內壓力相同，保持該夾緊力持續穩定進入下一旋轉工位。

供油液壓缸6繼續供油，此時旋轉液壓缸7壓力已經恆定，壓力油無法通過油管路流入旋轉液壓缸7，而是通過油管流經第一行程閥5和第二行程閥8，此時兩個行程閥5/8向右換向，單向閥打開，液壓油通過第一行程閥5、第二行程閥8流進第二蓄能器9，進而使多餘的液壓能得以暫時儲存在蓄能器9中，此時整個液壓迴路壓力恆定。

當兩個鑽井油管通過齒輪旋轉擰緊為一根鑽井油管後，第一蓄能器4開始釋放液壓能，壓力油通過管路流進旋轉液壓缸7的小腔，使旋轉液壓缸7反向運轉，夾緊力慢慢減小，夾緊卡爪逐漸鬆開，然後將鑽井油管通過修井機構下壓到地表以下，該操作過程結束。

當上一過程結束後，第二蓄能器9通過plc控制開始工作，此時頂升液壓缸組活塞杆向下移動，帶動圓弧形蓋板10下壓，第一行程閥5和第二行程閥8向左換向，順序閥打開，第二蓄能器9的壓力油通過ac出油口流到順序閥再由bd進油口進入旋轉液壓缸7的大腔，帶動鑽井油管夾緊裝置旋合夾緊，旋轉液壓缸7小腔的液壓油通過管路流入第一蓄能器4中，穩定液壓迴路壓力，在此說明的是，除了第一次需要供油油缸6提供，供油油缸6不需要再提供液壓油，後續的操作過程中，整體液壓迴路的液壓油由第一蓄能器4和第二蓄能器9提供，可保證夾緊過程的自動化完成，無需再人工操作；夾緊之後的過程重複第一次鑽井油管的工位過程。