一种钻机游车大钩自动防砸系统的制作方法

本实用新型属于石油钻井工程领域，尤其是涉及一种钻机游车大钩自动防砸系统。

背景技术：

在石油钻井、修井过程中钻机游车大钩等悬吊系统(简称：游车)是一个非常重要的系统。它通过钢丝绳、定滑轮组(天车)、动滑轮组(游车)，来完成井架、钻具、井下工具的提升(上行)，下放(下行)等工作，但这些工作都必须限定在一定的游车行程内。

游车的速度控制主要靠司钻目测，游车下行的速度也通常靠司钻的感觉，当游车下行速度过快时容易导致刹车失灵，造成游车下行砸到钻台的事故。因此司钻操作的熟练程度决定着设备安全系数的高低；如果操作者操作不当或者违规操作，更会造成设备损坏或人员伤亡。为了提高钻井、修井作业的安全性，有必要研制钻机游车自动防砸系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种钻机游车大钩自动防砸系统，以解决在石油钻井、修井过程中，游车下行容易出现砸到钻台的现象，发生安全隐患的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种钻机游车大钩自动防砸系统，包括包括磁信号写入点、永磁铁、磁信号采集装置、控制装置和执行机构，所述执行机构包括游车内部设置的气胎离合器和主滚筒刹车气缸，所述永磁铁对钢丝绳上的所述磁信号写入点进行磁化，所述磁信号采集装置安装在天车上，当所述磁信号采集装置探测到所述磁信号写入点的磁信号后，采集该磁信号并转换为电信号传递给所述控制装置，所述控制装置内部的电磁阀线圈闭合，并经第一气路控制所述气胎离合器分离、经第二气路控制所述主滚筒刹车气缸刹车。

进一步的，所述永磁铁为TS-260高强度永磁铁。

进一步的，所述磁信号写入点为游车下放到距离钻台平面100mm位置时，快绳轮与磁信号感应装置最接近的钢丝绳处。

进一步的，所述磁信号采集装置包括感应线圈L、三极管、继电器J、一号整流桥和二号整流桥，所述一号整流桥包括二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，所述二号整流桥包括二极管D8、二极管D9、二极管D10和二极管D11，所述感应线圈L的负向电动势经电容C1连接至电源正极，正向电动势依次经电阻R8、滑动电阻VR、电阻R9和二极管D1进入三极管Q1的be结，所述三极管Q1的集电极经电容C2、二极管D2、三极管Q2的基极、电阻R11后连接电源负极，所述电容C2的一端经电阻R1连接至电源正极，另一端经电阻R2连接至电源正极，所述三极管Q2的集电极经电阻R4连接至电源正极；所述三极管Q1的基极经电阻R10接至电源负极，所述三极管Q1的基极经电阻R3、电阻R5、三极管Q3的基极和电阻R12后接至电源负极，所述电阻R3并联一个电容C3，所述三极管Q3的集电极经所述继电器J、电阻R7连接至所述一号整流桥的第一端，所述一号整流桥的第一端和第三端之间并联一个电容C4，所述继电器J并联一个二极管D3，所述一号整流桥的第一端经电阻R6连接至电源正极，电源正极和GND之间设有稳压二极管ZD1，GND和电源负极之间设有稳压二极管ZD2。

进一步的，所述磁信号采集装置的探测距离小于等于60mm。

进一步的，所述控制装置的控制电路包括旋钮开关SA1、继电器KA1、磁感应接近开关SQ和启动按钮QA1，所述继电器KA1的常开触点一端连接至电源正极，另一端经继电器KA1的线圈连接至电源负极，所述继电器KA1的常开触点并联一个磁信号采集装置SQ，所述启动按钮的常开触点QA1-1一端连接至电源正极，另一端经启动按钮的线圈QA接至电源负极，所述控制电路的电源负荷端设有旋钮开关SA1。

进一步的，所述控制装置的防砸气路包括第一梭阀、第一常闭继气阀、第二梭阀、辅助刹车控制阀、第二常闭继气阀、第三常闭继气阀、气胎离合器和电磁阀，所述电磁阀的一端经复位阀接至电源负极，另一端信号连接至所述第一梭阀，所述第一梭阀分别经所述第一常闭继气阀、所述第二梭阀连接至所述辅助刹车控制阀，经所述第二常闭继气阀连接至主滚筒控制阀，所述主滚筒控制阀经所述第三常闭继气阀连接至所述气胎离合器。

相对于现有技术，本实用新型所述的钻机游车大钩自动防砸系统具有以下优势：

(1)本实用新型所述的钻机游车大钩自动防砸系统，完善了游车的操控功能，填补了游车防砸系统的空白，能够有效避免在石油钻井、修井过程中出现游车下行砸到钻台的现象，大大提高了设备的安全性。

(2)本实用新型所述的钻机游车大钩自动防砸系统，自动化程度高，操控灵敏度高，能够实现游车大钩下行至下至点100mm时自动悬停，大大提高了游车的工作效率，实用性强，具有推广作用。

(3)本实用新型所述的钻机游车大钩自动防砸系统，永磁铁是高强度永磁铁，可以使接触过的钢丝绳或碳素金属被磁化并带有极性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的钻机游车大钩自动防砸系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的钻机游车顶部A-A向示意图的放大图；

图3为本实用新型实施例所述的永磁铁的主视图；

图4为本实用新型实施例所述的永磁铁的侧视图；

图5为本实用新型实施例所述的磁信号写入点的示意图；

图6为本实用新型实施例所述的磁信号采集原理图；

图7为本实用新型实施例所述的控制电路的原理图；

图8为本实用新型实施例所述防砸原理图。

附图标记说明：

1-磁信号写入点；2-永磁铁；3-磁信号采集装置；4-控制装置；4-第一梭阀；42-第一常闭继气阀；43-第二梭阀；44-辅助刹车控制阀；45-第二常闭继气阀；46-第三常闭继气阀；47-电磁阀；5-执行机构，51-气胎离合器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种钻机游车大钩自动防砸系统，如图1至图8所示，包括磁信号写入点1、永磁铁2、磁信号采集装置3、控制装置4和执行机构5，所述执行机构5包括游车内部设置的气胎离合器51和主滚筒刹车气缸，永磁铁2对钢丝绳上的所述磁信号写入点1进行磁化，所述磁信号采集装置3安装在天车上，当磁信号采集装置3探测到所述磁信号写入点1的磁信号后，采集该磁信号并转换为电信号传递给所述控制装置4，所述控制装置4内部的电磁阀线圈闭合，并经第一气路控制所述气胎离合器分离，切断动力输入，同时，经另一条气路至刹车气缸，由气缸推动刹车带，抱住主滚筒而刹车，为确保刹车效果，还同时控制辅助刹车工作。从而达到防砸目的。

如图1和图2所示，钢丝绳磁信号写入点的确立：游车下放到距离钻台平面100mm位置时，在天车上快绳轮与磁信号感应装置最接近的钢丝绳处，作为钢丝绳磁信号写入点。

如图3和图4所示，永磁铁2是高强度永磁铁，可以使接触过的钢丝绳或碳素金属被磁化并带有极性，也就是N、S极。

如图5所示，永磁铁2对钢丝绳上的磁信号写入点1磁化的方法：将永磁铁2与钢丝绳上的磁信号写入点1接触2-3秒钟，被接触的那段钢丝绳就会被磁化并带有N、S极性

如图6所示，所述磁信号采集装置3包括感应线圈L、三极管、继电器J、一号整流桥和二号整流桥，所述一号整流桥包括二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，所述二号整流桥包括二极管D8、二极管D9、二极管D10和二极管D11，所述感应线圈L的负向电动势经电容C1连接至电源正极，正向电动势依次经电阻R8、滑动电阻VR、电阻R9和二极管D1进入三极管Q1的be结，所述三极管Q1的集电极经电容C2、二极管D2、三极管Q2的基极、电阻R11后连接电源负极，所述电容C2的一端经电阻R1连接至电源正极，另一地经电阻R2连接至电源正极电源正极(+EC)，所述三极管Q2的集电极经电阻R4连接至电源正极；所述三极管Q1的基极经电阻R10接至电源负极，所述三极管Q1的基极经电阻R3、电阻R5、三极管Q3的基极和电阻R12后接至电源负极，所述电阻R3并联一个电容C3，所述三极管Q3的集电极经所述继电器J和电阻R7连接至一号整流桥的第一端，所述一号整流桥的第一端和第三端之间并联一个电容C4，所述继电器J并联一个二极管D3，所述一号整流桥的第一端经电阻R6连接至电源正极，电源正极和GND之间设有稳压二极管ZD1，GND和电源负极之间设有稳压二极管ZD2；

在三极管Q2组成的反相器中，由于电阻R2直接接在电源正极电源正极上(+EC)，只要合理选择电阻R2,电阻R4和三极管Q2的放大倍数β2，就可以使三极管Q2稳定在饱和状态，由三极管Q1组成的反相器中，其输入接在三极管Q2的集电极，当三极管Q2工作在饱和状态时，VC2＝VCES＝0.3V,在三极管Q1的基极，电阻R10与电源负极相接(-Ec＝-10V)，故从0.3V到电源负极-10V中间电阻R3与电阻R10，这两个电阻分压的结果使三极管Q1的基极电位为负，低于发射极的电位(0V),故三极管Q1管必定截止，VC1＝+Ec(+15V左右).此时，电路处于三极管Q2饱和，三极管Q1截止的稳定状态，如果无感应信号，这种稳定状态就能一直维持下去，这样，图中的继电器J不会动作，在稳态期间，电源正极+Ec经R1→C2→D2→b2→GND对电容C2充电，最后充到V2C＝+Ec-VBES＝+Ec＝15V；感应线圈L感应出感应信号使电路翻转到暂稳态，当充好磁的钢丝绳进入感应线圈L，感应线圈L感应出正反两个方向的电动势，极性为下“+”上“-”，正向电动势通过电容C6、电阻R8、滑动变阻器VR、电阻R9、二极管D1进入三极管Q1的be结，使VB1上升，VC1下降，经电容C2耦合，使VB2下降，VC2上升，经电阻R3,电容C3耦合，使VB1进一步上升因此产生下列正反馈：感应信号→VB1↑→VC1↓→VB2↓→VC2↑→VB1↑→...这个过程很快结束。三极管Q2由饱和变截止，三极管Q1由截止变饱和，这样，VC2就由VCES(约0.3V)上跳到：VC2＝+Ec-(Ec-VBES)·R4/(R3+R4)≈+EC·R4/(R3+R4).这个电压加于三极管Q3基极,使三极管Q3饱和导通，此时，串联接在三极管Q3集电极回路中的继电器J吸合，继电器动合触点闭合，接通控制信号，磁信号采集装置3由磁传感器和电子电路组成，当钢丝绳上的磁信号写入点1进入磁传感器的探测区域,靠磁场作用输出磁感应信号，磁传感器能识别磁场运动方向，磁传感器检测到外界作用磁场N—S极方向磁场过零时，磁信号感应装置动作，转换2s。静止该零点时磁场处于转换状态，失去外界磁场作用自动复位，S—N极方向磁场过零时不转换。

所述控制装置4包括控制电路和防砸气路，如图7所示，所述控制装置4的控制电路包括旋钮开关SA1、继电器KA1、磁感应接近开关SQ和启动按钮QA1，所述继电器KA1的常开触点一端连接至电源正极，另一端经继电器KA1的线圈连接至电源负极，所述继电器KA1的常开触点并联一个磁信号采集装置SQ，所述启动按钮的常开触点QA1-1一端连接至电源正极，另一端经启动按钮的线圈QA接至电源负极，所述控制电路的电源负荷端设有旋钮开关SA1。

控制电路的控制原理为：当旋钮开关SA1闭合，触点1～3接通24V电源，当磁感应接近开关SQ闭合时，触点3～4接通。继电器KA1的线圈得电，其常开触点KA1-1闭合，自锁。启动按钮的常开触点QA1-1闭合，触点接通3～5，启动按钮的线圈QA1得电，电磁阀47线圈吸合，打开或关闭气路。

如图8所示，所述控制装置4的防砸气路包括第一梭阀41、第一常闭继气阀42、第二梭阀43、辅助刹车控制阀44、第二常闭继气阀45、第三常闭继气阀46、气胎离合器51和电磁阀47，所述电磁阀47的一端经复位阀接至电源负极，另一端信号连接至所述第一梭阀41，所述第一梭阀41分别经所述第一常闭继气阀42、所述第二梭阀43连接至所述辅助刹车控制阀44，经所述第二常闭继气阀45连接至主滚筒控制阀，所述主滚筒控制阀经所述第三常闭继气阀46连接至所述气胎离合器51，控制电路通过控制电磁阀47发出指令，控制气通过第一梭阀41进入第一常闭继气阀42，第一常闭继气阀42打开，主气路气压进入绞车刹车气缸，刹车气缸推动刹带使主滚筒被刹带抱死，主滚筒停转，游车大钩悬停；同时，主气路通过第二梭阀43，进入辅助刹车控制阀44，进而起到辅助刹车功能；另一路控制气进入第二常闭继气阀45使之关闭，第三常闭继气阀46开启，使气胎离合器51放气，离合器分开。当控制电路中的旋钮开关SA1关闭时，电磁阀47的指令结束(电磁阀47断电)，气路恢复常态。

一种钻机游车大钩自动防砸系统的工作原理为：

通过高强度永磁铁2，对钢丝绳上磁信号写入点2进行磁信号写入，当安装在天车上的磁信号采集装置3，探测到钢丝绳磁信号写入点2的磁信号时，采集该磁信号并转换为电信号，通过控制装置4，使电磁阀47的线圈闭合，由电磁阀47自动控制气路，经气路至气胎离合器51并使之分离，切断动力输入，同时经另一条气路至刹车气缸，由气缸推动刹车带，抱住主滚筒而刹车，为确保刹车效果，还同时控制辅助刹车工作，从而达到防砸目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。