一种石油钻机自动排管装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种石油钻机辅助设备，具体属于一种陆地石油钻机κ型井架配套使用的自动化钻柱排管装置。
【背景技术】
[0002]在我国现有钻井作业中，起下钻时立根在二层台上的抓取与排放主要还是依靠人工完成，起下一柱立根需要井架工站在三十多米的高空，依靠双手来移动立根上部，完成一柱立根的起下作业。井架工在二层台上作业时，工作累、危险高，而且效率低，极易发生事故，随着非常规油气井的开发，钻探区域的自然环境愈加恶劣以及HSE精神在石油钻探工程中的全面贯彻，研发能替代井架工的装置日益显得迫切，其性价比和社会、经济效益也正被潜在用户所认识而密切关注。为了解决目前这种传统作业费时、费力、效率低、环境恶劣、安全性差的问题，国内外相关机构开发了一些类似机械抓手的二层台管柱排放装置，但在国内，受高端装备研发和制造水平的限制，这类装置大都还处于研究试验阶段，少量的应用也主要是供应海洋钻机。
[0003]近年来陆地钻机对装备自动化、高安全性需求日益提高，国内外在钻柱自动化操作系统的研制上也有一定成果，如申请号为201310510852.0的《一种钻井管柱自动化操作系统》、申请号为201310519994.3的《钻井平台钻杆自动化排放机》和申请号为201420114549.9的《钻井平台自动排管机》等，这些装置在使用过程中，都能实现二层平台自动排管的功能，但上述装置各自存在一些问题，如:1.自动化程度不够，无法实现全自动操作；2.只具有抓取后上下输送的功能，在二层平台上不能横向进行排布。申请号为201320540562.6的《一种新型自动排管机械手》和申请号为201010264971.9的《一种井架排管装置》能实现全方位运动，且全自动性能较好，但其液压机械臂在进行抓取工作时需要全部伸出，横向和纵向的受力都集中于回转机构这一点上，机械臂振幅较大，对设备强度都有极高的要求，不利于节约成本，而且为了保持平衡，只能夹持管道的上端，使管道一直保持竖直状态，一旦遇到瞬时强风，可能造成管道偏移，造成安全隐患。
[0004]基于上述问题，当前钻井用自动排管装置研发的技术难点在于提供一种自动化程度高、操作便捷灵活、易于推广应用的井架二层台排管装置，该装置能提升钻机的技术水平，并提高工作效率，降低劳动强度和工作危险性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种推扶式自动排管机装置，用以实现钻柱的自动存取、运送，并按照一定顺序排列摆放，本发明要与液压自动吊卡配套使用，提高石油钻机的整体自动化水平。
[0006]本发明是通过下述技术方案来实现的:
[0007]—种石油钻机自动排管装置，包括平移机构、旋转机构、伸缩机构、斜臂机构、夹钳组件、检修平台、导轨梁、斜拉筋和具有PID调节功能的电液比例控制系统；
[0008]所述自动排管装置整体安装在二层平台上方，位于K型井架侧面，由导轨梁和斜拉筋与井架连接固定，斜拉筋一端连接排管装置，另一端通过高强度螺栓固定在井架上端，斜拉筋与连接排管装置夹角为45?70度；
[0009]所述平移机构包括平移导轨、平移油缸、滑动小车，平移导轨与二层平台保持平行，一端连接固定导轨梁上，另一端连接斜拉筋，平移油缸在平移导轨中，滑动小车连接在平移导轨上；
[0010]所述旋转机构包括安装座、回转支承、摆动油缸、芯管组件，安装座固定于滑动小车下端，回转支承固定于安装座中，摆动油缸连接回转支承，芯管组件为一根长轴，上端连接回转支承，下端设有环套；
[0011]所述伸缩机构包括液压伸缩油缸、伸缩臂、支撑梁和导管组件，导管组件套在芯管组件上，导管组件中部突出部用固定销轴连接伸缩臂，伸缩臂安装于液压伸缩油缸中，液压伸缩油缸末端连接支撑梁，支撑梁为曲轴形，其另一端连接芯管组件最下端的环套，液压伸缩油缸控制伸缩臂伸长或缩短，带动导管组件在芯管组件上下移动；
[0012]所述斜臂机构包括两根末端弯曲的展臂、支撑臂、辅臂、滑套和横杆组成，展臂上端通过固定销轴连接导管组件，两根展臂之间通过5根横杆连接，支撑臂一端连接芯管组件的环套，一端连接最中间的横杆中部，辅臂一端连接滑套，另一端连接夹钳组件，滑套另一端连接最上端横杆，当斜臂机构转动时，展臂、辅臂、滑套和夹钳组件构成了平行四边形的四边，滑套始终保持与地面垂直；
[0013]所述夹钳组件由钳口本体、钳口开合油缸与钳口调节油缸组成；钳口开合油缸和钳口调节油缸位于钳口本体和斜臂机构连接处，钳口开合油缸控制钳口开合，钳口调节油缸用于控制钳口开合的大小，夹钳钳口朝向保持与地面水平，确保夹取的管道在运送过程中垂直于地面。
[0014]进一步的，所述检修平台安装在旋转机构的安装座外侧，由一块平板加四面的护栏构成，容纳1-2个工作人员。
[0015]进一步的，所述旋转机构的芯管组件转动角度为0?180度，转动精度为0.1度，芯管组件上端与回转支承垂直固定安装，在转动过程中，芯管组件保持垂直。
[0016]进一步的，所述导管组件控制斜臂机构的动作，在斜臂机构动作过程中，导管组件和支撑臂分别作用于芯管组件中上部和下端，着力点分散在芯管两端，不会造成应力集中。
[0017]进一步的，所述钳口本体为环形，环形内侧设有锯齿，用于夹持管道。
[0018]进一步的，所述芯管组件和导管组件接触面保持光滑，芯管组件表面涂有润滑油。
[0019]进一步的，所述具有PID调节功能的电液比例控制系统，通过抗干扰电缆连接平移机构、旋转机构、伸缩机构、斜臂机构、夹钳组件，控制所有机构和组件；
[0020]所述自动排管装置所采用的液压系统采用电液比例控制，具有PID调节功能，根据前馈的位置、角度和重量数据，调节控制机构和组件运行，使本自动排管机装置具有工作精度高、反应速度快的特点，能及时、可靠、准确的完成每一个指令，确保排管机的安全运行。
[0021]本发明的优点是:
[0022]1、平移机构采用伺服级油缸驱动，在运动时速度平稳，可实现精确定位；
[0023]2、伸缩斜臂采用平行四边形结构，可以保持夹钳钳口朝向的水平；
[0024]3、旋转机构采用摆动油缸驱动，工作精度可达到0.1度，实现高精确角度定位；
[0025]4、夹钳机构可以抱住各种尺寸的钻柱；
[0026]5、伸缩机构采用伺服级油缸驱动，机械结构为滑套带动斜臂伸缩，抱住钻柱运动时，升降位移很小；
[0027]6、所有系统为PLC控制，系统结构简单，操作方便，运行稳定，易于维护；
[0028]7、各个油缸上都设有液压保护回路，保证设备的安全运行。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的井架安装图；
[0030]图2为本发明的侧视伸缩臂打开图；
[0031]图3为本发明的上斜视伸缩臂打开图；
[0032]图4为本发明的侧视伸缩臂闭合图；
[0033]图5为本发明的上斜视伸缩臂闭合图；
[0034]图6为本发明的二层台钻柱排放图。
[0035]图中所示:1为平移机构，2为滑动小车，3为旋转机构，4为导管组件，5为伸缩机构，6为芯管组件，7为斜臂机构，8为夹钳组件，9为平移油缸，10为检修平台，11为斜拉筋，12为导轨梁，13为二层平台。
【具体实施方式】
[0036]下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0037]如图1?图3所示，一种石油钻机自动排管装置，包括平移机构1、旋转机构3、伸缩机构5、斜臂机构7、夹钳组件8、检修平台10、导轨梁12、斜拉筋11和具有PID调节功能的电液比例控制系统；
[0038]所述自动排管装置整体安装在二层平台上方，位于K型井架侧面，由导轨梁12和斜拉筋11与井架连接固定，斜拉筋11 一端连接排管装置，另一端通过高强度螺栓固定在井架上端，斜拉筋11与连接排管装置夹角为45-70度，优选为60度；所述平移机构1包括平移导轨、平移油缸、滑动小车2，平移导轨与二层平台保持平行，平移导轨和二层平台的间距需确保容纳整套自动排管装置，平移导轨一端连接固定导轨梁12上，另一端连接斜拉筋11，平移油缸9在平移导轨中，滑动小车2连接在平移导轨上，平移机构1由平移油缸9驱动，带动滑动小车2在平移导轨上前后移动，平移导轨两端设有限位装置，确保在平移油缸9偶然失效的情况下，滑动小车2不会脱轨；所述旋转机构3包括安装座、回转支承、摆动油缸、芯管组件，安装座固定于滑动小车下端，回转支承固定于安装座中，摆动油缸连接回转支承，芯管组件6为一根长轴，上端连接回转支承，下端设有环套，所述环套固定安装在芯管组件6下端，当芯管转动时，环套也随芯管转动，旋转机构3由摆动油缸驱动带动下方的芯管和其他链接在芯管上的机构，所述旋转机构3的芯管组件6转动角度为0-180度，转动精度为0.1度，芯管组件6上端与回转支承垂直固定安装，在转动过程中，芯管组件6保持垂直；所述伸缩机构5包括液压伸缩油缸、伸缩臂、支撑梁和导管组件，导管组件套在芯管组件6上，所述芯管组件6和导