基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，包括主电机，主电机通过减速箱电动换挡器与滚筒传动连接，滚筒两端均设置有盘刹机构，各个盘刹机构均与盘刹液气控制阀组连通；减速箱电动换挡器还通过电动送钻离合器与自动送钻电机传动连接；在主电机轴端、滚筒轴端、自动送钻电机轴端分别安装有一个编码器，三个编码器均与PLC控制器的信号输入端连接，PLC控制器的一个信号输出端与司钻操作显示屏连接，PLC控制器的另一个信号输出端与盘刹液气控制阀组控制连接。本发明还公开了基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护方法。本发明的装置结构简单，控制方法便捷可靠。
【专利说明】
基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于机械设备控制技术领域，用于在传动机构故障时的自动应急刹车，涉及一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，本发明还涉及基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护方法。
【背景技术】
[0002]目前，石油钻机均配备了绞车盘刹刹车机构以实现钻机提升装置位置的有效保护控制;并且基于PLC自动控制技术也可以实现部分状态的自动刹车功能，如变频器故障、通讯故障等状态下的自动刹车。
[0003]但对于配备了多档绞车或独立自动送钻装置的钻机而言，当主电机换挡机构或自动送钻挂合机构出现问题，动力无法传输到绞车滚筒提升装置上时，盘刹系统如何能快速自动的投入工作，防止“溜钻”事故发生，目前尚未得到有效解决。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供了一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，解决了现有技术钻机绞车主电机换挡机构或自动送钻挂合机构故障后，盘刹系统无法实现自动投入工作，系统安全性不足的问题。
[0005]本发明的另一目的是提供了一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护方法。
[0006]本发明采用的技术方案是，一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，包括主电机，主电机通过第一联轴器与减速箱电动换挡器传动连接，减速箱电动换挡器通过第二联轴器与滚筒传动连接，滚筒两端均设置有盘刹机构，各个盘刹机构均与盘刹液气控制阀组连通;减速箱电动换挡器还通过电动送钻离合器与自动送钻电机传动连接;在主电机轴端安装有主电机编码器，在滚筒轴端安装有滚筒编码器，在自动送钻电机轴端安装有自动送钻编码器，主电机编码器、滚筒编码器、自动送钻编码器均与PLC控制器的信号输入端连接，PLC控制器的一个信号输出端与司钻操作显示屏连接，PLC控制器的另一个信号输出端与盘刹液气控制阀组控制连接。
[0007]本发明采用的另一技术方案是，包括两种控制方式:
[0008]第一种，一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护方法，利用上述的基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，按照以下步骤实施:
[0009]主电机工作，当减速箱电动换挡器工作在A位置时，为低速档，减速比为i低;当减速箱电动换挡器工作在B位置时，为空挡；当减速箱电动换挡器工作在C位置时，为高速档，减速比为i高，
[0010]具体控制过程是:
[0011 ]主电机编码器实时检测出当前主电机的旋转速度提供给PLC控制器;滚筒编码器实时检测当前绞车滚筒的实际旋转速度示提供给PLC控制器；同时，PLC控制器将司钻人员通过司钻操作显示屏发出的档位控制命令进行记录，当司钻将档位挂在空挡时，则PLC控制器立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将档位挂在低速档时，则PLC控制器立即计算滚筒理论旋转速度11瀚飄仑=1^5観(7) + i低，随即进行速度比对，即当η滚.示-1???*仑彡Λ?午时，PLC控制器立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将档位挂在高速档挡时，则PLC控制器立即计算滚筒理论旋转速度η滚m仑+ i高，随即进行速度比对，即当η滚1；魏!示-η滚m仑彡Λ?午时,PLC控制器立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组，从而控制盘刹机构立即刹车;在执行盘刹刹车命令的同时，PLC控制器自动发出报警信息给司钻操作显示屏；当上述条件不满足时，PLC控制器不发送控制命令给盘刹液气控制阀组，盘刹机构不刹车。
[0012]第二种，一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护方法，利用上述的基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，按照以下步骤实施:
[0013]自动送钻电机工作模式，当电动送钻离合器工作在D位置时，自动送钻电机与减速箱电动换挡器脱离；当电动送钻离合器工作在E位置时，自动送钻电机与减速箱电动换挡器挂合，自动送钻电机以减速比iiM将转速传递到绞车的滚筒上，
[0014]具体控制过程是:
[0015]自动送钻编码器实时检测出当前自动送钻电机的旋转速度η邀抽m提供给PLC控制器，滚筒编码器实时检测当前滚筒的实际旋转速度η?Τ_提供给PLC控制器，同时，PLC控制器将司钻人员通过司钻操作显示屏发出的送钻电机挂合控制命令进行记录；当司钻将档位挂在脱离空挡位时，即电动送钻离合器在D位置时，自动送钻电机与减速箱电动换挡器脱离，则PLC控制器立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将电动送钻离合器与减速箱电动换挡器挂合时，则PLC控制器立即计算滚筒理论旋转速度仑=η激甜/I+ i.，随即进行速度比对，即当仑彡午时，PLC控制器立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组，从而控制盘刹机构立即刹车;在执行盘刹刹车命令的同时，PLC控制器自动发出报警信息给司钻操作显示屏；当上述条件不满足时，PLC控制器不发送控制命令给盘刹液气控制阀组，盘刹机构不刹车。
[0016]本发明的有益效果是，与传统当主电机换挡机构或自动送钻挂合机构故障需手动控制刹车系统相比，I)针对主电机工作模式下换档机构故障或绞车运行过程中出现的“脱档”事故，盘刹系统可自动投入工作，大大提高系统的安全性。2)针对自动送钻电机工作模式下挂合机构故障或者运行过程中出现的“离合分离”事故，盘刹系统可自动投入工作，大大提高系统的安全性。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的结构及控制原理示意图；
[0018]图2是本发明方法在主电机工作模式下的工作流程示意图；
[0019]图3是本发明方法在自动送钻电机工作模式下的工作流程示意图。
[0020]图中，1.主电机编码器，2.滚筒编码器，3.盘刹液气控制阀组，4.自动送钻编码器，
5.PLC控制器，6.司钻操作显示屏，7.主电机，8.自动送钻电机，9.滚筒，1.减速箱电动换挡器，11.电动送钻离合器。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0022]参照图1，本发明方法所采用的多档绞车传动机构的结构是，包括主电机7，主电机7通过第一联轴器与减速箱电动换挡器10传动连接，减速箱电动换挡器10通过第二联轴器与滚筒9传动连接，滚筒9两端均设置有盘刹机构，各个盘刹机构均与盘刹液气控制阀组3连通;减速箱电动换挡器10还通过电动送钻离合器11与自动送钻电机8传动连接;在主电机7轴端安装有主电机编码器I，在滚筒9轴端安装有滚筒编码器2，在自动送钻电机8轴端安装有自动送钻编码器4，主电机编码器1、滚筒编码器2、自动送钻编码器4均与PLC控制器5的信号输入端连接，PLC控制器5的一个信号输出端与司钻操作显示屏6连接，PLC控制器5的另一个信号输出端与盘刹液气控制阀组3控制连接。
[0023]PLC控制器5不需单独配备，可与常规钻机中的PLC共用，仅按上述的方法预置控制程序即可。
[0024]在上述的多档绞车传动机构中，主电机7工作时通过减速箱电动换挡器10将电机输出转速以不同的减速比传递到绞车的滚筒9上，其中当减速箱电动换挡器1工作在A位置时，为低速档，减速比为i低;当减速箱电动换挡器10工作在B位置时，为空挡，主电机7输出力矩无法传递到滚筒9上，实现与滚筒9的脱离；当减速箱电动换挡器10工作在C位置时，为高速档，减速比为i高;在配有自动送钻电机的绞车中，当自动送钻电机8工作时，此时主电机7不工作，通过电动送钻离合器11的挂合或分离实现自动送钻电机8输出转速与滚筒9之间的传递或脱离，其中当电动送钻离合器11工作在D位置时，自动送钻电机8与减速箱电动换挡器10脱离，自动送钻电机8的力矩无法传递到滚筒9上，实现与滚筒9的脱离；当电动送钻离合器11工作在E位置时，自动送钻电机8与减速箱电动换挡器10挂合，自动送钻电机8以减速比iiM将转速传递到绞车的滚筒9上。
[0025]本发明的方法，利用主电机编码器I检测出当前主电机7的旋转速度提供给PLC控制器5，利用滚筒编码器2检测当前绞车的滚筒9实际旋转速度提供给PLC控制器5，利用自动送钻编码器4检测当前自动送钻电机8实际旋转速度提供给PLC控制器5，PLC控制器5根据操作命令识别出当前实际工作的电机类型及其减速箱档位，同时PLC控制器5将主电机7旋转速度或自动送钻电机8旋转速度通过软件程序计算出理论的滚筒转速。正常情况下，该理论的滚筒转速与滚筒编码器2检测得到的当前滚筒实际旋转速基本一致，当设备出现故障时二者转速差别较大，此时PLC控制器5自动发出控制指令给盘刹液气控制阀组3，从而控制盘刹机构实现自动刹车；同时PLC控制器5自动发出报警信息给司钻操作显示屏6，提醒操作人员进行维修。
[0026]本发明方法的工作过程是，
[0027]I)绞车工作在主电机7运行模式:
[0028]如图2所示，安装在绞车主电机7非传动端输出轴的主电机编码器I实时检测出当前主电机7的旋转速度提供给PLC控制器5;安装在绞车的滚筒9上的滚筒编码器2实时检测当前绞车滚筒的实际旋转速度η?_示提供给PLC控制器5;同时，PLC控制器5将司钻人员通过司钻操作显示屏6发出的档位控制命令进行记录，当司钻将档位挂在空挡时，则PLC控制器5立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组3，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将档位挂在低速档时，贝1Jplc控制器5立即计算滚筒理论旋转速度η滚m仑机7+i低，随即进行速度比对，即当η滚.示-η滚1?*仑彡Λ??午时，(Λ?午根据控制精度的要求可在PLC控制器5中进行预先设定，该数值越小则刹车系统越灵敏)，PLC控制器5立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组3，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将档位挂在高速档挡时，则PLC控制器5立即计算滚筒理论旋转速度仑=]?*机7+ i高，随即进行速度比对，即当η滚.示-]???*仑彡Λ?午时，PLC控制器5立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组3，从而控制盘刹机构立即刹车;在执行盘刹刹车命令的同时，PLC控制器5自动发出报警信息给司钻操作显示屏6，提醒操作人员对减速箱挂档机构进行维修检查；当上述条件不满足时，PLC控制器5不发送控制命令给盘刹液气控制阀组3，盘刹机构不刹车。
[0029]另外，对于多个主电机7及其多个减速箱的钻机绞车系统，本发明方法同样适用。具体过程为:PLC控制器5根据司钻人员在司钻操作显示屏6中的操作记录判别出当前投入工作的主电机7以及当前减速箱档位，同样根据上述过程实现基于速度比对模式下的绞车自动刹车功能。
[0030]2)绞车工作在自动送钻电机8的运行模式:
[0031]如图3所示，安装在自动送钻电机8非传动端输出轴的自动送钻编码器4实时检测出当前自动送钻电机8的旋转速度η邀抽m提供给PLC控制器5，滚筒编码器2实时检测当前滚筒9的实际旋转速度nir_提供给PLC控制器5，同时，PLC控制器5将司钻人员通过司钻操作显示屏6发出的送钻电机挂合控制命令进行记录。当司钻将档位挂在脱离空挡位时，即电动送钻离合器11在D位置时，自动送钻电机8与减速箱电动换挡器10脱离，则PLC控制器5立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组3，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将电动送钻离合器11与减速箱电动换挡器1挂合时，则PLC控制器5立即计算滚筒9理论旋转速度nir_=η?；甜/I+ i.，随即进行速度比对，即当ng麵!示-η滚I?*仑彡Λ?午时，PLC控制器5立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组3，从而控制盘刹机构立即刹车;在执行盘刹刹车命令的同时，PLC控制器5自动发出报警信息给司钻操作显示屏6，提醒操作人员对减速箱电动换挡器10进行维修检查；当上述条件不满足时，PLC控制器5不发送控制命令给盘刹液气控制阀组3，盘刹机构不刹车。
【主权项】
1.一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，其特征在于:包括主电机(7)，主电机(7)通过第一联轴器与减速箱电动换挡器(10)传动连接，减速箱电动换挡器(10)通过第二联轴器与滚筒(9)传动连接，滚筒(9)两端均设置有盘刹机构，各个盘刹机构均与盘刹液气控制阀组(3)连通;减速箱电动换挡器(10)还通过电动送钻离合器(11)与自动送钻电机(8)传动连接;在主电机(7)轴端安装有主电机编码器(I)，在滚筒(9)轴端安装有滚筒编码器(2)，在自动送钻电机(8)轴端安装有自动送钻编码器(4)，主电机编码器(1)、滚筒编码器(2)、自动送钻编码器(4)均与PLC控制器(5)的信号输入端连接，PLC控制器(5)的一个信号输出端与司钻操作显示屏(6)连接，PLC控制器(5)的另一个信号输出端与盘刹液气控制阀组(3)控制连接。2.一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护方法，其特征在于，利用权利要求1所述的基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，按照以下步骤实施: 主电机(7)工作模式 当减速箱电动换挡器(1)工作在A位置时，为低速档，减速比为i低;当减速箱电动换挡器(10)工作在B位置时，为空挡；当减速箱电动换挡器(10)工作在C位置时，为高速档，减速比为i高， 具体控制过程是: 主电机编码器(I)实时检测出当前主电机(7)的旋转速度提供给PLC控制器(5);滚筒编码器(2)实时检测当前绞车滚筒的实际旋转速度η?_示提供给PLC控制器(5);同时，PLC控制器(5)将司钻人员通过司钻操作显示屏(6)发出的档位控制命令进行记录，当司钻将档位挂在空挡时，则PLC控制器(5)立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组(3)，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将档位挂在低速档时，则PLC控制器(5)立即计算滚筒理论旋转速度nife*仑+ i低，随即进行速度比对，即当nig馨!示仑彡Λ餅时，PLC控制器(5)立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组(3)，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将档位挂在高速档挡时，贝1Jplc控制器(5)立即计算滚筒理论旋转速度仑高，随即进行速度比对，即当1????-]???*仑彡Λ?午时，PLC控制器(5)立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组(3)，从而控制盘刹机构立即刹车;在执行盘刹刹车命令的同时，PLC控制器(5)自动发出报警信息给司钻操作显示屏(6);当上述条件不满足时，PLC控制器(5)不发送控制命令给盘刹液气控制阀组(3)，盘刹机构不刹车。3.一种基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护方法，其特征在于，利用权利要求1所述的基于速度比对的钻机绞车自动刹车保护装置，按照以下步骤实施: 自动送钻电机(8)工作模式 当电动送钻离合器(11)工作在D位置时，自动送钻电机(8)与减速箱电动换挡器(I O)脱离；当电动送钻离合器(11)工作在E位置时，自动送钻电机(8)与减速箱电动换挡器(10)挂合，自动送钻电机(8)以减速比iiM将转速传递到绞车的滚筒(9)上， 具体控制过程是: 自动送钻编码器(4)实时检测出当前自动送钻电机(8)的旋转速度η邀抽m提供给PLC控制器(5)，滚筒编码器(2)实时检测当前滚筒(9)的实际旋转速度η滚筒飯提供给PLC控制器(5)，同时，PLC控制器(5)将司钻人员通过司钻操作显示屏(6)发出的送钻电机挂合控制命令进行记录；当司钻将档位挂在脱离空挡位时，即电动送钻离合器(11)在D位置时，自动送钻电机(8)与减速箱电动换挡器(10)脱离，则PLC控制器(5)立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组(3)，从而控制盘刹机构立即刹车；当司钻将电动送钻离合器(11)与减速箱电动换挡器(10)挂合时，则PLC控制器(5)立即计算滚筒(9)理论旋转速度nife*仑=n激甜/I+ ii^，随即进行速度比对，即当仑彡午时，PLC控制器(5)立即发送控制命令给盘刹液气控制阀组(3)，从而控制盘刹机构立即刹车;在执行盘刹刹车命令的同时，PLC控制器(5)自动发出报警信息给司钻操作显示屏(6);当上述条件不满足时，PLC控制器(5)不发送控制命令给盘刹液气控制阀组(3)，盘刹机构不刹车。
【文档编号】B66D1/54GK106081970SQ201610428521
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】于兴军, 魏培静, 罗磊, 张彦伟, 朱永庆, 曹晓宇
【申请人】宝鸡石油机械有限责任公司