钻机井架的起升系统的制作方法

本发明涉及一种钻井辅助设备，特别涉及一种钻机井架的起升系统，属于钻井设备技术领域。

背景技术：

钻机井架的起升系统由绞车、井架、天车、游车、大钩及钢丝绳等组成，井架主要由井架主体、人字架、天车台、二层台、工作梯、立管平台、钻台和井口底座等几个部分组成，主要用于安放和悬挂天车、游车、大钩、吊环、液气大钳、液压绷扣器、吊钳、吊卡等提升设备与工具。井架除承受自身载荷外，还要承受提放钻具管柱的大钩载荷、风载荷以及钻机振动时产生的振动载荷等。

整个井架主体是三至五段焊接结构组成，各段井架间采用锥销定位和螺栓联接。通常采取水平拆装，整体起落和分段运输的方法搬迁井架。井架的起升和下放，是利用钻机自身的动力，通过绞车、游动系统、平衡滑轮、人字架、背绳、井架下部导向滑轮等完成的。

井架起升前，先把井口底座、人字架安装到位，井架支腿的下端通过井架大销铰接在井口底座上且铰接点位于人字架前支腿的底部前侧，绞车通过大绳及背绳使井架主体逐步竖起，起升到位后井架主体与人字架相互固定。

在井架起升到预定位置前后，操作人员要精心控制好绞车的刹车时机，如果刹车过早，则井架到达不了垂直位置，需要重新启动（或挂合）绞车，缓慢把井架起升到垂直位置。但是若刹车过晚，则易把井架拉变形，轻则造成井架报废，重则造成人员伤亡等，均会带来较大的损失。

为防止绞车刹车过晚导致的设备等财产损失和人员工伤事故，现有技术中产生了很多技术方案，例如⑴cn103452485a公开了一种“防井架倾倒装置”，该装置采用在井架一侧设置支架，支架靠近井架的一侧纵向开凹槽，井架面向支架的一侧连接有相应的连接件，防止井架起升时倾倒。⑵cn103452486a公开了一种“井架支撑装置”，该装置在井架两侧增设支撑装置，使井架的重量由单独的钻台面承受变成钻台面、左右支撑装置共同承受，提高井架的稳定性。⑶cn202181851u公开了一种“起井架缓冲装置”，该装置在左右两个人字架靠近井架的方向，安装缓冲液压缸，在起升井架到达预定位置前，提前伸出缓冲缸，当井架起升到预定位置时，缓冲缸首先与井架接触，减轻井架起升到位后对人字架的撞击。⑷cn205477392u公开了一种“石油钻井井架起升自锁装置”，该装置在井架大腿和人字架，分别设置三个耳板，耳板通孔上方安装液压缸，当井架起升到位后，三个耳板通孔处于同一芯轴上，此时启动液压缸，插入到三个耳板通孔中，实现井架固定。该装置解决高空作业空间狭小限制、人工操作速度慢等问题。⑸cn204675718u公开了一种“井架起升保护装置”，该装置在井架左右腿处设置电磁阀检测开关，当井架起升到位后，检测开关执行相应动作，切断电磁阀和继电器电源，切断绞车盘刹控制气信号，刹住绞车，对井架起到保护作用。

以上技术方案没有从根本上完全解决起升井架时绞车刹车不及时，导致的拉弯井架、设备、人员等损失的情况。现实施工中，曾发生过起升井架时由于工人误判断导致操作失误，井架起升到位后没有及时卸掉绞车动力并刹车，导致井架起升到与人字架限位块极限位置后继续被绞车拖拽，使井架倒塌的事故，造成较大经济损失，也给钻井公司的形象造成了较差的负面影响。

究其原因，前四个技术方案，通过支撑架、缓冲缸及液压缸等装置，起到加固、限位及自动对接固定的目的，这些技术方案属于被动的方式，没有从根本上阻止绞车工作，若井架起升到位后，人员操作注意力不集中甚至操作失误，没有及时停止绞车工作，依然会出现拉弯井架等问题。第五个技术方案，当井架起升到位后，通过电磁阀、继电器，阻止绞车继续工作，可以避免大绳拉弯井架等问题。但是电磁设备成本高、易损坏、故障率高及寿命短等，导致工作稳定性差，仍然存在诸多风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种钻机井架的起升系统，当井架起升到位后，可以及时卸掉绞车动力，避免拉弯井架或造成井架倒塌事故，即使操作工出现失误，也能确保起升井架的安全。

为解决以上技术问题，本发明的一种钻机井架的起升系统，包括井架主体、人字架和绞车，所述人字架包括沿竖直方向延伸的人字架立柱，所述人字架立柱的底部设有对称向前后伸出的人字架前支腿和人字架后支腿，人字架前支腿和人字架后支腿的底部固定在井口底座上；所述井架主体的下端设有倒三角形的井架支腿，所述井架支腿的后侧为井架支腿斜边，所述井架支腿斜边的倾斜角度与人字架前支腿相一致；所述井架支腿的下端通过井架大销铰接在井口底座上且铰接点位于人字架前支腿的底部前侧；所述人字架立柱上安装有自锁报警装置。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：井架主体绕井架支腿下端的井架大销逆时针转动逐渐向上竖起后，井架支腿斜边到达人字架前支腿的前侧，井架后立柱到达人字架立柱的前侧且进入自锁报警装置中，自锁报警装置既能够及时摘除绞车动力，井架也不会因为自重的原因往前倾倒或发生较大晃动。消除了人为操作失误带来的影响，增加起升作业的稳定性和可靠性，消除因绞车没及时刹车导致的井架拉弯甚至报废等事故，杜绝此类经济损失。

作为本发明的改进，所述井架主体的顶部安装有天车轮组，天车轮组的后侧设有天车导向轮；井架主体内部设有游车，游车设有游车轮组，游车轮组的下方设有游车大钩；钻井平台的后侧顶部安装有钻井平台导向轮，所述绞车固定于井口底座后侧的地面上；天车轮组及游车轮组的轴线相互平行，且与天车导向轮及钻井平台导向轮的轴线相垂直；从绞车滚筒上引出的大绳依次绕过钻井平台导向轮和天车导向轮后，在天车轮组和游车轮组之间反复绕行，从天车轮组的末级天车轮绕出后向下固定在大绳固定器上，所述大绳固定器固定在井架主体的前侧下部。天车轮组为定滑轮组，游车轮组为动滑轮组；大绳经天车导向轮转向后，向下绕包游车轮组的第一个滑轮，然后再向上绕包天车轮组的第一个滑轮，再向下绕包游车轮组的第二个滑轮，再向上绕包天车轮组的第二个滑轮，如此往复。绞车滚筒收卷大绳，经过钻井平台导向轮、天车导向轮和天车轮组的转向后，游车轮组带动游车大钩上升，游车大钩通过提拉背绳将井架主体竖起。

作为本发明的进一步改进，井架主体的下部设有井架导向轮一和井架导向轮二，井架导向轮二的下方设有井架转向轮，所述人字架立柱的顶部安装有人字架滑轮；井架导向轮一、井架导向轮二与游车轮组的轴线相互平行，且与井架转向轮及人字架滑轮轴线相垂直；背绳从游车大钩向下引出，依次绕过井架导向轮一和井架导向轮二，再经井架转向轮和人字架滑轮转向后，向上固定在背绳固定耳上，所述背绳固定耳固定于井架主体的后侧中部。背绳从井架导向轮一的左侧向下绕包，从井架导向轮二的右侧向下绕包，形成s形绕包，确保进入井架转向轮处的背绳不发生晃动，然后背绳从前侧向下绕包井架转向轮，最后经人字架滑轮转向后向上固定在背绳固定耳上。大绳拉动游车大钩上升时，游车大钩将背绳的活动端向上提起，绕过人字架滑轮的背绳通过背绳固定耳将井架主体慢慢拉起。

作为本发明的进一步改进，所述人字架立柱的下部前侧设有人字架铰接耳，所述井架支腿的上端后侧设有井架铰接耳，当井架主体竖立到位后，连接锁销插入人字架铰接耳和井架铰接耳的销孔中将井架主体与人字架固定连接。连接锁销将井架主体与人字架固定连接后，井架主体的起升工作即告完成，可以进行下道工序。

作为本发明的进一步改进，所述自锁报警装置包括夹持在人字架立柱的左右两侧且沿前后方向延伸的左夹板和右夹板，左夹板与右夹板的后部沿夹板长度方向均匀分布有多对夹板固定孔，夹板后螺柱穿过一对夹板固定孔将两夹板的后侧固定连接，两夹板的前侧通过夹板前螺柱相互连接；左夹板的后端通过左单头销铰接有向前延伸的左鄂板，右夹板的后端通过右单头销铰接有向前延伸的右鄂板，左鄂板与右鄂板的前端对称设有相向突出的倒钩，两倒钩的前端设有前宽后窄的喇叭口；左鄂板与右鄂板的后部分别安装有弹簧轴，鄂板拉簧的两端分别套装且固定在两弹簧轴上；当左鄂板与右鄂板的轴线相互平行时，两弹簧轴共轴线且相向端相互抵靠。夹板后螺柱使左夹板与右夹板的后端固定连接，根据人字架立柱在前后方向的宽度选择不同的夹板固定孔供夹板后螺柱穿过；夹板前螺柱使左夹板与右夹板的前端固定连接，左夹板与右夹板得以抱装在人字架立柱上。鄂板拉簧的张力使左鄂板与右鄂板的前端保持相互靠近的趋势，当井架后立柱向后进入左鄂板与右鄂板前端的喇叭口时，将左鄂板与右鄂板的前端向外呈八字形撑开，当井架后立柱继续向后越过倒钩完全进入左鄂板与右鄂板之间的锁闭空间后，在鄂板拉簧张力作用下，左鄂板与右鄂板的前端闭合，即恢复到左鄂板与右鄂板轴线相互平行的状态，此时两弹簧轴的相向端相互抵靠使左鄂板与右鄂板获得定位。左鄂板与右鄂板前端的倒钩可以阻止井架后立柱前倾，即使刹把操作人员为了稳定井架或因为误判断，提前摘掉绞车动力，绞车不再卷绕大绳带动井架继续起升，井架也不会因为自重的原因往前倾倒或发生较大晃动，从机械结构上形成井架起升的第一道保护。

作为本发明的进一步改进，所述人字架立柱的上部和下部分别安装有缓冲液缸，各缓冲液缸的活塞杆均向前伸出；当井架后立柱越过左鄂板与右鄂板的倒钩时，井架主体的重心位于井架大销与人字架立柱的轴线之间，各缓冲液缸的活塞杆均处于前止点且顶靠在井架后立柱的后端面。井架后立柱越过左鄂板与右鄂板的倒钩后，则进入了自锁报警装置的锁闭空间，倒钩可以阻止井架主体前倾。由于井架主体的重心位于井架大销的后侧，井架主体可以在重力作用下向后倾，此时绞车可以低速转动，缓慢提升游车大钩，各缓冲液缸的活塞杆慢慢缩回，直至人字架铰接耳和井架铰接耳的销孔共轴线，插入连接锁销将井架主体与人字架固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述右鄂板的中段设有多个沿竖直方向贯通的右鄂板固定孔，其中一个右鄂板固定孔中安装有右定位杆，所述右定位杆上安装有行程限位阀一，行程限位阀一的切换触柄向左伸出；当井架主体的轴线垂直于地面时，井架后立柱的后缘触发行程限位阀一的切换触柄；所述左鄂板的后部设有多个沿左右方向贯通的左鄂板固定孔，其中一个左鄂板固定孔中安装有左定位杆，所述左定位杆上安装有行程限位阀二，行程限位阀二的切换触柄向右伸出或向前伸出；行程限位阀二在前后方向位于弹簧轴与行程限位阀一之间。当井架主体的轴线垂直于地面时，绞车操作人员应该及时刹住绞车；如果此时刹把操作人员注意力不够集中，或经验不足，未及时刹住绞车，会导致绞车还在转动，游车继续上行，井架主体会继续向着人字架移动。本专利设置了行程限位阀一，在井架主体到位的状态点触发行程限位阀一，切断控制绞车的供气，绞车的左右刹车盘同时刹车，并接通气喇叭报警，提醒井架主体已经起升到位，绞车操作人员得以及时准确刹住绞车，既不提前，又不滞后，形成起升的第二道保护。气喇叭报警后，如果井架主体的轴线仍越过垂直位置，则操作人员可以控制缓冲液缸，使缓冲液缸的活塞杆伸出，缓慢推动井架主体回到直立，使气喇叭的警报解除，插入连接锁销将井架主体与人字架固定连接即可。右鄂板的中段设置多个右鄂板固定孔，便于调整行程限位阀一的安装位置，以保证发出绞车刹车信号的位置准确及时。如果因操作人员失误或行程限位阀一失灵，使井架主体越过直立位置后，没有摘除绞车导致游车还在上行，井架主体仍然继续向后倾斜，当井架后立柱触发行程限位阀二的切换触柄时，将切断控制柴油机联动箱气胎的气控阀组，从柴油机联动箱处切断气源，不再给联动箱的输入轴气胎供气，从而使绞车失去动力停转，形成起升的第三道保护。然后操作人员控制缓冲液缸，使缓冲液缸的活塞杆伸出，缓慢推动井架主体回到直立位置，插入连接锁销将井架主体与人字架固定连接。

作为本发明的进一步改进，行程限位阀一sv1与行程限位阀二sv2均为两位三通阀，行程限位阀一sv1与行程限位阀二sv2的p口均与装置总阀jv1的出口相连，装置总阀jv1的入口与气源管g1相连，行程限位阀一sv1的a口与梭阀一s1的左入口相连，梭阀一s1的中间出口与绞车气动控制阀qv3及气喇叭控制阀qv5的气控口相连，绞车气动控制阀qv3及气喇叭控制阀qv5的p口分别与气源管g1相连，绞车气动控制阀qv3的a口与绞车高低速换向阀qv4的p口相连，绞车高低速换向阀qv4的a口通过绞车低速气胎快速放气阀sf3与绞车低速气胎离合器t3的进气口相连，绞车高低速换向阀qv4的b口通过绞车高速气胎快速放气阀sf2与绞车高速气胎离合器t2的进气口相连；气喇叭控制阀qv5的a口与气喇叭bp的进气口相连；绞车气动控制阀qv3为两位三通阀，气喇叭控制阀qv5为两位两通阀；绞车高低速换向阀qv4为三位五通阀，绞车高低速换向阀qv4处于中位时，其p口不通，a口及b口均与排气口相通；梭阀一s1的中间出口还与梭阀二s2的左入口相连，梭阀二s2的右入口与过卷防碰供气管g2相连，梭阀二s2的中间出口与绞车紧急制动供气管g3相连。

起升作业时，打开装置总阀jv1，行程限位阀一sv1与行程限位阀二sv2的p口均与气源管g1相通；绞车气动控制阀qv3的p口与a口相通，绞车高低速换向阀qv4的p口建压，井架主体起升初期，操作工可以将绞车高低速换向阀qv4的阀芯切换至右工位，绞车高低速换向阀qv4的p口与b口相通，压缩空气经绞车高速气胎快速放气阀sf2进入绞车高速气胎离合器t2的进气口，绞车得以在较高速度下运行，通过大绳快速提升游车。当井架主体起升至快要直立的位置，操作工可以将绞车高低速换向阀qv4的阀芯切换至左工位，绞车高低速换向阀qv4的p口与a口相通，压缩空气经绞车低速气胎快速放气阀sf3进入绞车低速气胎离合器t3的进气口，绞车得以在较低速度下运行，通过大绳慢速提升游车。当行程限位阀一sv1的切换触柄被触发换向后，行程限位阀一sv1的p口与a口相通，压缩空气进入梭阀一s1的左入口，然后从梭阀一s1的中部出口进入绞车气动控制阀qv3和气喇叭控制阀qv5的气控口，绞车气动控制阀qv3的a口与t口相通，绞车高低速换向阀qv4的p口泄压；同时使气喇叭控制阀qv5的p口与a口相通，气喇叭bp发出警报；操作工听到警报后，将绞车高低速换向阀qv4切换至中位，绞车高速气胎离合器t2通过绞车高速气胎快速放气阀sf2泄压，绞车低速气胎离合器t3通过绞车低速气胎快速放气阀sf3泄压，绞车失去动力，停止提升游车。梭阀一s1的中间出口输出气压时，气喇叭bp报警及绞车失去动力，同时压缩空气从梭阀二s2的左入口进入，从梭阀二s2的中间出口输出进入绞车紧急制动供气管g3，使绞车的盘刹紧急制动，防止游车发生溜车。当绞车发生过卷时，过卷防碰供气管g2建压，压缩空气从梭阀二s2的右入口进入，也使绞车紧急制动供气管g3建压，绞车的盘刹得以紧急制动。

作为本发明的进一步改进，所述绞车由多台柴油机通过联动箱驱动，气源管g1还与柴油机离合器总阀qv1的p口相连，柴油机离合器总阀qv1的a口分别于各柴油机离合器手动控制阀hv1的p口相连，各柴油机离合器手动控制阀hv1的a口分别通过柴油机离合器快速放气阀sf1与相应的柴油机气胎离合器t1的进气口相连；行程限位阀二sv2的a口与柴油机离合器总阀qv1的气控口及梭阀一s1的右入口相连，柴油机离合器总阀qv1为两位三通阀。起升作业前，柴油机离合器总阀qv1的p口与a口相通，各柴油机离合器手动控制阀hv1的p口建压，操作工通过操控柴油机离合器手动控制阀hv1的手柄决定柴油机的投用台数，投用的柴油机其柴油机离合器手动控制阀hv1的p口与a口相通，压缩空气通过柴油机离合器快速放气阀sf1向相应的柴油机气胎离合器t1供气，该柴油机的输出轴与联动箱的输入轴结合得以传递扭矩。如果因操作人员失误或行程限位阀一失灵，使井架主体越过直立位置后，没有摘除绞车导致游车还在上行，井架主体仍然继续向后倾斜，当井架后立柱触发行程限位阀二sv2的切换触柄时，行程限位阀二sv2的p口与a口相通，柴油机离合器总阀qv1的气控口建压，柴油机离合器总阀qv1的a口与t口相通，各柴油机离合器手动控制阀hv1的p口失压，各柴油机气胎离合器t1通过柴油机离合器快速放气阀sf1泄压，各柴油机的输出轴与联动箱的输入轴分离，绞车失去动力输入，不会对井架主体造成过载牵引，如此形成了第三道保护，使起升作业的安全性、稳定性和可靠性得到大幅度提高。

作为本发明的进一步改进，气源管g1还与柴油机油门手动控制阀hv2的p口相连，柴油机油门手动控制阀hv2的a口与柴油机油门气动控制阀qv2的p口相连，柴油机油门气动控制阀qv2的a口与柴油机油门控制气管g4相连，柴油机油门气动控制阀qv2的气控口与行程限位阀二sv2的a口相连。起升作业时，操控柴油机油门手动控制阀hv2使其p口与a口相通，柴油机油门气动控制阀qv2的p口与a口相通，压缩空气得以进入柴油机油门控制气管g4。当行程限位阀二sv2的切换触柄被触发后，柴油机油门气动控制阀qv2的气控口建压，柴油机油门气动控制阀qv2的a口与t口相通，柴油机油门控制气管g4泄压，各柴油机油门关闭。

作为本发明的进一步改进，井架主体轴线越过垂直线后的夹角在2°以内，井架后立柱触发行程限位阀二的切换触柄。如此可以将井架主体向后过载牵引的角度控制在2°以内，确保井架主体的起升安全。

作为本发明的进一步改进，所述人字架立柱上还安装有限位报警装置，所述限位报警装置包括固定杆，所述固定杆的左端通过固定杆法兰固定在人字架立柱上，所述固定杆的右端旋接在调节套的左端口中，所述调节套的右端口中旋接有向右伸出的调节杆，所述调节杆的右端焊接有向右延伸的方形壳体，方形壳体的内腔设有可左右滑动的滑块，所述滑块的截面呈方形且与方形壳体的内壁间隙配合，所述滑块的左端与方形壳体的左侧底壁之间支撑有弹簧；所述方形壳体的右端口覆盖有壳体端盖，所述滑块的右端中心设有滑块触杆，所述滑块触杆的右端从所述壳体端盖的中心孔中伸出；所述滑块的下部设有截面呈倒l形的滑块缺口，锁块上端悬挂在滑块缺口中，所述锁块的左侧中部设有锁块凹槽，滑块缺口左侧底部的凸出部嵌于锁块凹槽的上部，所述方形壳体的底壁上设有供锁块穿过的壳体缺口，所述锁块的右侧抵靠在壳体缺口的右侧壁上且与滑块缺口的右侧壁留有间隙；所述锁块的下部悬挂有控制行程气开关sv3的触发机构。安装时，先将弹簧放入方形壳体的内腔，再放入调节杆，封上壳体端盖并通过螺钉固定；接着挤压滑块触杆使滑块缺口与壳体缺口对齐，然后插入锁块，松开滑块触杆，滑块在弹簧的张力作用下右移，使滑块缺口左侧底部的凸出部嵌于锁块凹槽中，且锁块的右侧被壳体缺口的右侧壁所限制，使锁块上部可靠钩在滑块缺口中。在井架起升到预定位置后，井架挤压滑块触杆使滑块克服弹簧的张力向左滑动，滑块缺口左侧底部的凸出部脱离锁块凹槽，锁块脱离滑块缺口且从壳体缺口落下，锁块的下落触发行程气开关sv3动作使绞车停止工作。

作为本发明的进一步改进，所述触发机构包括通过挂钩悬挂在锁块下端的钢丝绳，所述钢丝绳的下端悬挂有重锤，所述钢丝绳的中部与所述行程气开关的手柄相连；所述钢丝绳的中部固定有绳卡，所述绳卡与所述行程气开关的手柄相连或者压在所述行程气开关的手柄上；所述固定杆上旋接有固定杆锁紧螺母，所述固定杆锁紧螺母压在所述调节套的左端口上；所述调节杆上旋接有调节杆锁紧螺母，所述调节杆锁紧螺母压在所述调节套的右端口。滑块触杆受到挤压使滑块向左滑动后，锁块在重锤的重力作用下，脱离滑块缺口且从壳体缺口落下，钢丝绳牵引行程气开关的手柄向下摆动，使行程气开关的通断状态产生切换，使绞车停止工作；重锤牵引钢丝绳下落时，由绳卡带动行程气开关的手柄下落，产生切换动作；通过调节套及调节杆的旋转，可以精确调整滑块触杆右端头的位置，以便在井架起升到预定位置后，准确及时受到触碰；调节准确后旋紧固定杆锁紧螺母和调节杆锁紧螺母将调节套的位置固定。

作为本发明的进一步改进，行程气开关sv3为两位三通阀，行程气开关sv3的p口与气源管g1相连，行程气开关sv3的a口与绞车气动控制阀qv3及气喇叭控制阀qv5的气控口相连，行程气开关sv3的a口还与梭阀二s2的左入口相连。当行程气开关sv3的手柄被压下后，行程气开关sv3的p口与a口相通，压缩空气进入绞车气动控制阀qv3和气喇叭控制阀qv5的气控口，绞车气动控制阀qv3的a口与t口相通，绞车高低速换向阀qv4的p口泄压；同时使气喇叭控制阀qv5的p口与a口相通，气喇叭bp发出警报；操作工听到警报后，将绞车高低速换向阀qv4切换至中位，绞车高速气胎离合器t2通过绞车高速气胎快速放气阀sf2泄压，绞车低速气胎离合器t3通过绞车低速气胎快速放气阀sf3泄压，绞车失去动力，停止提升游车。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为本发明钻机井架的起升系统起升到位后的状态图。

图2为本发明钻机井架的起升系统起升前的状态图。

图3为人字架部位的放大图。

图4为自锁报警装置实施例一的工作状态图。

图5为自锁报警装置实施例二的工作状态图。

图6为自锁报警装置进入锁闭状态时的立面图。

图7为本发明钻机井架的起升系统的气路控制原理图一。

图8为本发明中限位报警装置的主视图。

图9为图8的右视图。

图10为锁块脱离滑块后的左视图。

图11为本发明钻机井架的起升系统的气路控制原理图二。

图中：1.井架主体；1a.井架支腿斜边；1b.井架后立柱；1c.大绳固定器；1d.背绳固定耳；1e.井架铰接耳；1f.井架大销；2.人字架；2a.人字架立柱；2b.人字架前支腿；2c.人字架后支腿；2d.人字架加强杆；2e.人字架铰接耳；2f.连接锁销；3.钻井平台；4.游车大钩；5.大绳；6.背绳；7.缓冲液缸；8.自锁报警装置；8a.左夹板；8a1.左夹板固定孔；8b.右夹板；8b1.右夹板固定孔；8c.夹板后螺柱；8d.夹板前螺柱；8e.左单头销；8f.右单头销；8g.左鄂板；8g1.左鄂板固定孔；8g2.左定位杆；8h.右鄂板；8h1.右鄂板固定孔；8j.倒钩；8k.弹簧轴；8m.鄂板拉簧；9.绞车；10.重锤；11.固定杆；11a.固定杆法兰；12.调节套；12a.调节套六方；13.固定杆锁紧螺母；14.调节杆；14a.调节杆锁紧螺母；15.方形壳体；15a.壳体缺口；16.滑块；16a.滑块触杆；16b.滑块缺口；17.弹簧；18.壳体端盖；19.锁块；19a.锁块凹槽；20.挂钩；21.钢丝绳；21a.绳卡；bp.气喇叭；c1.钻井平台导向轮；c2.天车导向轮；c3.天车轮组；c4.游车轮组；d1.井架导向轮一；d2.井架导向轮二；d3.井架转向轮；d4.人字架滑轮；jv1.装置总阀；sv1.行程限位阀一；sv2.行程限位阀二；sv3.行程气开关；qv1.柴油机离合器总阀；qv2.柴油机油门气动控制阀；qv3.绞车气动控制阀；qv4.绞车高低速换向阀；qv5.气喇叭控制阀；hv1.柴油机离合器手动控制阀；hv2.柴油机油门手动控制阀；s1.梭阀一；s2.梭阀二；sf1.柴油机离合器快速放气阀；sf2.绞车高速气胎快速放气阀；sf3.绞车低速气胎快速放气阀；t1.柴油机气胎离合器；t2.绞车高速气胎离合器；t3.绞车低速气胎离合器；g1.气源管；g2.过卷防碰供气管；g3.绞车紧急制动供气管；g4.柴油机油门控制气管。

具体实施方式

在本发明的以下描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于井架竖起后的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置必须具有特定的方位。

如图1至图6所示，本发明的钻机井架的起升系统，包括井架主体1、人字架2和绞车9，人字架2包括沿竖直方向延伸的人字架立柱2a，人字架立柱2a的底部设有对称向前后伸出的人字架前支腿2b和人字架后支腿2c，人字架前支腿2b和人字架后支腿2c的底部固定在井口底座上；人字架后支腿2c的下端与人字架立柱2a的上端之间连接有人字架加强杆2d。井架主体1的下端设有倒三角形的井架支腿，井架支腿的后侧为井架支腿斜边1a，井架支腿斜边1a的倾斜角度与人字架前支腿2b相一致；井架支腿的下端通过井架大销1f铰接在井口底座上且铰接点位于人字架前支腿2b的底部前侧；人字架立柱2a上安装有自锁报警装置8。

井架主体1绕井架支腿下端的井架大销1f逆时针转动逐渐向上竖起后，井架支腿斜边1a到达人字架前支腿2b的前侧，井架后立柱1b到达人字架立柱2a的前侧且进入自锁报警装置8中，自锁报警装置8既能够及时摘除绞车9动力，井架也不会因为自重的原因往前倾倒或发生较大晃动。消除了人为操作失误带来的影响，增加起升作业的稳定性和可靠性，消除因绞车9没及时刹车导致的井架拉弯甚至报废等事故，杜绝此类经济损失。

井架主体1的顶部安装有天车轮组c3，天车轮组c3的后侧设有天车导向轮c2；井架主体1内部设有游车，游车设有游车轮组c4，游车轮组c4的下方设有游车大钩4；钻井平台3的后侧顶部安装有钻井平台导向轮c1，绞车9固定于井口底座后侧的地面上；天车轮组c3及游车轮组c4的轴线相互平行，且与天车导向轮c2及钻井平台导向轮c1的轴线相垂直；从绞车滚筒上引出的大绳5依次绕过钻井平台导向轮c1和天车导向轮c2后，在天车轮组c3和游车轮组c4之间反复绕行，从天车轮组c3的末级天车轮绕出后向下固定在大绳固定器1c上，大绳固定器1c固定在井架主体1的前侧下部。

天车轮组c3为定滑轮组，游车轮组c4为动滑轮组；大绳5经天车导向轮c2转向后，向下绕包游车轮组c4的第一个滑轮，然后再向上绕包天车轮组c3的第一个滑轮，再向下绕包游车轮组c4的第二个滑轮，再向上绕包天车轮组c3的第二个滑轮，如此往复。绞车滚筒收卷大绳5，经过钻井平台导向轮c1、天车导向轮c2和天车轮组c3的转向后，游车轮组c4带动游车大钩4上升，游车大钩4通过提拉背绳6将井架主体1竖起。

井架主体1的下部设有井架导向轮一d1和井架导向轮二d2，井架导向轮二d2的下方设有井架转向轮d3，人字架立柱2a的顶部安装有人字架滑轮d4；井架导向轮一d1、井架导向轮二d2与游车轮组c4的轴线相互平行，且与井架转向轮d3及人字架滑轮d4轴线相垂直；背绳6从游车大钩4向下引出，依次绕过井架导向轮一d1和井架导向轮二d2，再经井架转向轮d3和人字架滑轮d4转向后，向上固定在背绳固定耳1d上，背绳固定耳1d固定于井架主体1的后侧中部。

背绳6从井架导向轮一d1的左侧向下绕包，从井架导向轮二d2的右侧向下绕包，形成s形绕包，确保进入井架转向轮d3处的背绳6不发生晃动，然后背绳6从前侧向下绕包井架转向轮d3，最后经人字架滑轮d4转向后向上固定在背绳固定耳1d上。大绳5拉动游车大钩4上升时，游车大钩4将背绳6的活动端向上提起，绕过人字架滑轮d4的背绳6通过背绳固定耳1d将井架主体1慢慢拉起。

人字架立柱2a的下部前侧设有人字架铰接耳2e，井架支腿的上端后侧设有井架铰接耳1e，当井架主体1竖立到位后，连接锁销2f插入人字架铰接耳2e和井架铰接耳1e的销孔中将井架主体1与人字架固定连接。连接锁销2f将井架主体1与人字架固定连接后，井架主体1的起升工作即告完成，可以进行下道工序。

自锁报警装置8包括夹持在人字架立柱2a的左右两侧且沿前后方向延伸的左夹板8a和右夹板8b，两夹板的后侧通过夹板后螺柱8c相互连接，两夹板的前侧通过夹板前螺柱8d相互连接；左夹板8a的后端通过左单头销8e铰接有向前延伸的左鄂板8g，右夹板8b的后端通过右单头销8f铰接有向前延伸的右鄂板8h，左鄂板8g与右鄂板8h的前端对称设有相向突出的倒钩8j，两倒钩8j的前端设有前宽后窄的喇叭口；左鄂板8g与右鄂板8h的后部分别安装有弹簧轴8k，鄂板拉簧8m的两端分别套装且固定在两弹簧轴8k上；当左鄂板8g与右鄂板8h的轴线相互平行时，两弹簧轴8k共轴线且相向端相互抵靠。

夹板后螺柱8c使左夹板8a与右夹板8b的后端固定连接，夹板前螺柱8d使左夹板8a与右夹板8b的前端固定连接，左夹板8a与右夹板8b得以抱装在人字架立柱2a上。鄂板拉簧8m的张力使左鄂板8g与右鄂板8h的前端保持相互靠近的趋势，当井架后立柱1b向后进入左鄂板8g与右鄂板8h前端的喇叭口时，将左鄂板8g与右鄂板8h的前端向外呈八字形撑开，当井架后立柱1b继续向后越过倒钩8j完全进入左鄂板8g与右鄂板8h之间的锁闭空间后，在鄂板拉簧8m张力作用下，左鄂板8g与右鄂板8h的前端闭合，即恢复到左鄂板8g与右鄂板8h轴线相互平行的状态，此时两弹簧轴8k的相向端相互抵靠使左鄂板8g与右鄂板8h获得定位。左鄂板8g与右鄂板8h前端的倒钩8j可以阻止井架后立柱1b前倾，即使刹把操作人员为了稳定井架或因为误判断，提前摘掉绞车9动力，绞车9不再卷绕大绳5带动井架继续起升，井架也不会因为自重的原因往前倾倒或发生较大晃动，从机械结构上形成井架起升的第一道保护。

左夹板8a沿夹板长度方向均匀分布有多个左夹板固定孔8a1，右夹板8b沿夹板长度方向均匀分布有多个右夹板固定孔8b1，左夹板固定孔8a1与右夹板固定孔8b1成对设置，夹板后螺柱8c穿过一对夹板固定孔将两夹板的后侧固定连接。根据人字架立柱2a在前后方向的宽度选择不同的夹板固定孔供夹板后螺柱8c穿过。

人字架立柱2a的上部和下部分别安装有缓冲液缸7，各缓冲液缸7的活塞杆均向前伸出；当井架后立柱1b越过左鄂板8g与右鄂板8h的倒钩8j时，井架主体1的重心位于井架大销1f与人字架立柱2a的轴线之间，各缓冲液缸7的活塞杆均处于前止点且顶靠在井架后立柱1b的后端面。井架后立柱1b越过左鄂板8g与右鄂板8h的倒钩8j后，则进入了自锁报警装置8的锁闭空间，倒钩8j可以阻止井架主体1前倾。由于井架主体1的重心位于井架大销1f的后侧，井架主体1可以在重力作用下向后倾，此时绞车9可以低速转动，缓慢提升游车大钩4，各缓冲液缸7的活塞杆慢慢缩回，直至人字架铰接耳2e和井架铰接耳1e的销孔共轴线，插入连接锁销2f将井架主体1与人字架固定连接。

右鄂板8h的中段设有多个沿竖直方向贯通的右鄂板固定孔8h1，其中一个右鄂板固定孔8h1中安装有右定位杆，右定位杆上安装有行程限位阀一，行程限位阀一的切换触柄向左伸出；当井架主体1的轴线垂直于地面时，井架后立柱1b的后缘触发行程限位阀一的切换触柄。

当井架主体1的轴线垂直于地面时，绞车操作人员应该及时刹住绞车9；如果此时刹把操作人员注意力不够集中，或经验不足，未及时刹住绞车9，会导致绞车9还在转动，游车继续上行，井架主体1会继续向着人字架移动。本专利设置了行程限位阀一，在井架主体1到位的状态点触发行程限位阀一，切断控制绞车9的供气，绞车9的左右刹车盘同时刹车，并接通气喇叭报警，提醒井架主体1已经起升到位，绞车操作人员得以及时准确刹住绞车9，既不提前，又不滞后，形成起升的第二道保护。气喇叭报警后，如果井架主体1的轴线仍越过垂直位置，则操作人员可以控制缓冲液缸7，使缓冲液缸7的活塞杆伸出，缓慢推动井架主体1回到直立，使气喇叭的警报解除，插入连接锁销2f将井架主体1与人字架固定连接即可。右鄂板8h的中段设置多个右鄂板固定孔8h1，便于调整行程限位阀一的安装位置，以保证发出绞车刹车信号的位置准确及时。

左鄂板8g的后部设有多个沿左右方向贯通的左鄂板固定孔8g1，其中一个左鄂板固定孔8g1中安装有左定位杆8g2，左定位杆8g2上安装有行程限位阀二，行程限位阀二的切换触柄向右伸出或向前伸出；行程限位阀二在前后方向位于弹簧轴8k与行程限位阀一之间。如果因操作人员失误或行程限位阀一失灵，使井架主体1越过直立位置后，没有摘除绞车9导致游车还在上行，井架主体1仍然继续向后倾斜，当井架后立柱1b触发行程限位阀二的切换触柄时，将切断控制柴油机联动箱气胎的气控阀组，从柴油机联动箱处切断气源，不再给联动箱的输入轴气胎供气，从而使绞车9失去动力停转，形成起升的第三道保护。然后操作人员控制缓冲液缸7，使缓冲液缸7的活塞杆伸出，缓慢推动井架主体1回到直立位置，插入连接锁销2f将井架主体1与人字架固定连接。

如图7所示，行程限位阀一sv1与行程限位阀二sv2均为两位三通阀，行程限位阀一sv1与行程限位阀二sv2的p口均与装置总阀jv1的出口相连，装置总阀jv1的入口与气源管g1相连，行程限位阀一sv1的a口与梭阀一s1的左入口相连，梭阀一s1的中间出口与绞车气动控制阀qv3及气喇叭控制阀qv5的气控口相连，绞车气动控制阀qv3及气喇叭控制阀qv5的p口分别与气源管g1相连，绞车气动控制阀qv3的a口与绞车高低速换向阀qv4的p口相连，绞车高低速换向阀qv4的a口通过绞车低速气胎快速放气阀sf3与绞车低速气胎离合器t3的进气口相连，绞车高低速换向阀qv4的b口通过绞车高速气胎快速放气阀sf2与绞车高速气胎离合器t2的进气口相连；气喇叭控制阀qv5的a口与气喇叭bp的进气口相连；绞车气动控制阀qv3为两位三通阀，气喇叭控制阀qv5为两位两通阀；绞车高低速换向阀qv4为三位五通阀，绞车高低速换向阀qv4处于中位时，其p口不通，a口及b口均与排气口相通。

起升作业时，打开装置总阀jv1，行程限位阀一sv1与行程限位阀二sv2的p口均与气源管g1相通；绞车气动控制阀qv3的p口与a口相通，绞车高低速换向阀qv4的p口建压，井架主体1起升初期，操作工可以将绞车高低速换向阀qv4的阀芯切换至右工位，绞车高低速换向阀qv4的p口与b口相通，压缩空气经绞车高速气胎快速放气阀sf2进入绞车高速气胎离合器t2的进气口，绞车9得以在较高速度下运行，通过大绳5快速提升游车。

当井架主体1起升至快要直立的位置，操作工可以将绞车高低速换向阀qv4的阀芯切换至左工位，绞车高低速换向阀qv4的p口与a口相通，压缩空气经绞车低速气胎快速放气阀sf3进入绞车低速气胎离合器t3的进气口，绞车9得以在较低速度下运行，通过大绳5慢速提升游车。

当行程限位阀一sv1的切换触柄被触发换向后，行程限位阀一sv1的p口与a口相通，压缩空气进入梭阀一s1的左入口，然后从梭阀一s1的中部出口进入绞车气动控制阀qv3和气喇叭控制阀qv5的气控口，绞车气动控制阀qv3的a口与t口相通，绞车高低速换向阀qv4的p口泄压；同时使气喇叭控制阀qv5的p口与a口相通，气喇叭bp发出警报；操作工听到警报后，将绞车高低速换向阀qv4切换至中位，绞车高速气胎离合器t2通过绞车高速气胎快速放气阀sf2泄压，绞车低速气胎离合器t3通过绞车低速气胎快速放气阀sf3泄压，绞车9失去动力，停止提升游车。

梭阀一s1的中间出口还与梭阀二s2的左入口相连，梭阀二s2的右入口与过卷防碰供气管g2相连，梭阀二s2的中间出口与绞车紧急制动供气管g3相连。梭阀一s1的中间出口输出气压时，气喇叭bp报警及绞车失去动力，同时压缩空气从梭阀二s2的左入口进入，从梭阀二s2的中间出口输出进入绞车紧急制动供气管g3，使绞车9的盘刹紧急制动，防止游车发生溜车。当绞车9发生过卷时，过卷防碰供气管g2建压，压缩空气从梭阀二s2的右入口进入，也使绞车紧急制动供气管g3建压，绞车9的盘刹得以紧急制动。

绞车9由多台柴油机通过联动箱驱动，气源管g1还与柴油机离合器总阀qv1的p口相连，柴油机离合器总阀qv1的a口分别于各柴油机离合器手动控制阀hv1的p口相连，各柴油机离合器手动控制阀hv1的a口分别通过柴油机离合器快速放气阀sf1与相应的柴油机气胎离合器t1的进气口相连；行程限位阀二sv2的a口与柴油机离合器总阀qv1的气控口及梭阀一s1的右入口相连，柴油机离合器总阀qv1为两位三通阀。

起升作业前，柴油机离合器总阀qv1的p口与a口相通，各柴油机离合器手动控制阀hv1的p口建压，操作工通过操控柴油机离合器手动控制阀hv1的手柄决定柴油机的投用台数，投用的柴油机其柴油机离合器手动控制阀hv1的p口与a口相通，压缩空气通过柴油机离合器快速放气阀sf1向相应的柴油机气胎离合器t1供气，该柴油机的输出轴与联动箱的输入轴结合得以传递扭矩。如果因操作人员失误或行程限位阀一失灵，使井架主体1越过直立位置后，没有摘除绞车9导致游车还在上行，井架主体1仍然继续向后倾斜，当井架后立柱1b触发行程限位阀二sv2的切换触柄时，行程限位阀二sv2的p口与a口相通，柴油机离合器总阀qv1的气控口建压，柴油机离合器总阀qv1的a口与t口相通，各柴油机离合器手动控制阀hv1的p口失压，各柴油机气胎离合器t1通过柴油机离合器快速放气阀sf1泄压，各柴油机的输出轴与联动箱的输入轴分离，绞车9失去动力输入，不会对井架主体1造成过载牵引，如此形成了第三道保护，使起升作业的安全性、稳定性和可靠性得到大幅度提高。

气源管g1还与柴油机油门手动控制阀hv2的p口相连，柴油机油门手动控制阀hv2的a口与柴油机油门气动控制阀qv2的p口相连，柴油机油门气动控制阀qv2的a口与柴油机油门控制气管g4相连，柴油机油门气动控制阀qv2的气控口与行程限位阀二sv2的a口相连。起升作业时，操控柴油机油门手动控制阀hv2使其p口与a口相通，柴油机油门气动控制阀qv2的p口与a口相通，压缩空气得以进入柴油机油门控制气管g4。当行程限位阀二sv2的切换触柄被触发后，柴油机油门气动控制阀qv2的气控口建压，柴油机油门气动控制阀qv2的a口与t口相通，柴油机油门控制气管g4泄压，各柴油机油门关闭。

井架主体轴线越过垂直线后的夹角在2°以内，井架后立柱1b触发行程限位阀二的切换触柄。如此可以将井架主体1向后过载牵引的角度控制在2°以内，确保井架主体1的起升安全。

如图8至图10所示，人字架立柱2a上还安装有限位报警装置，限位报警装置包括固定杆21，固定杆21的左端通过固定杆法兰21a固定在人字架立柱上，固定杆21的右端旋接在调节套12的左端口中，调节套12的右端口中旋接有向右伸出的调节杆14，调节杆14的右端焊接有向右延伸的方形壳体15，方形壳体15的内腔设有可左右滑动的滑块16，滑块16的截面呈方形且与方形壳体15的内壁间隙配合，滑块16的左端与方形壳体15的左侧底壁之间支撑有弹簧17；方形壳体15的右端口覆盖有壳体端盖18，滑块16的右端中心设有滑块触杆16a，滑块触杆16a的右端从壳体端盖18的中心孔中伸出；滑块16的下部设有截面呈倒l形的滑块缺口16b，锁块19上端悬挂在滑块缺口16b中，锁块19的左侧中部设有锁块凹槽19a，滑块缺口16b左侧底部的凸出部嵌于锁块凹槽19a的上部，方形壳体15的底壁上设有供锁块19穿过的壳体缺口15a，锁块19的右侧抵靠在壳体缺口15a的右侧壁上且与滑块缺口16b的右侧壁留有间隙；锁块19的下部悬挂有控制行程气开关sv3的触发机构。

安装时，先将弹簧17放入方形壳体15的内腔，再放入调节杆14，封上壳体端盖18并通过螺钉固定；接着挤压滑块触杆16a使滑块缺口16b与壳体缺口15a对齐，然后插入锁块19，松开滑块触杆16a，滑块16在弹簧17的张力作用下右移，使滑块缺口16b左侧底部的凸出部嵌于锁块凹槽19a中，且锁块19的右侧被壳体缺口15a的右侧壁所限制，使锁块19上部可靠钩在滑块缺口16b中。

在井架起升到预定位置后，井架挤压滑块触杆16a使滑块16克服弹簧17的张力向左滑动，滑块缺口16b左侧底部的凸出部脱离锁块凹槽19a，锁块19脱离滑块缺口16b且从壳体缺口15a落下，锁块19的下落触发行程气开关sv3动作使绞车停止工作。

触发机构包括通过挂钩20悬挂在锁块19下端的钢丝绳21，钢丝绳21的下端悬挂有重锤10，钢丝绳21的中部与行程气开关的手柄相连。滑块触杆16a受到挤压使滑块16向左滑动后，锁块19在重锤10的重力作用下，脱离滑块缺口16b且从壳体缺口15a落下，钢丝绳21牵引行程气开关的手柄向下摆动，使行程气开关的通断状态产生切换，使绞车停止工作。

钢丝绳21的中部固定有绳卡21a，绳卡21a与行程气开关的手柄相连或者压在行程气开关的手柄上。重锤10牵引钢丝绳21下落时，由绳卡21a带动行程气开关的手柄下落，产生切换动作。

固定杆21上旋接有固定杆锁紧螺母13，固定杆锁紧螺母13压在调节套12的左端口上；调节杆14上旋接有调节杆锁紧螺母14a，调节杆锁紧螺母14a压在调节套12的右端口。通过调节套12及调节杆14的旋转，可以精确调整滑块触杆16a右端头的位置，以便在井架起升到预定位置后，准确及时受到触碰；调节准确后旋紧固定杆锁紧螺母13和调节杆锁紧螺母14a将调节套12的位置固定。

调节套12的外壁设有调节套方榫或调节套六方12a。便于通过扳手转动调节套12，以调节调节套12的位置。

如图11所示，行程气开关sv3为两位三通阀，行程气开关sv3的p口与气源管g1相连，行程气开关sv3的a口与绞车气动控制阀qv3及气喇叭控制阀qv5的气控口相连，行程气开关sv3的a口还与梭阀二s2的左入口相连。当行程气开关sv3的手柄被压下后，行程气开关sv3的p口与a口相通，压缩空气进入绞车气动控制阀qv3和气喇叭控制阀qv5的气控口，绞车气动控制阀qv3的a口与t口相通，绞车高低速换向阀qv4的p口泄压；同时使气喇叭控制阀qv5的p口与a口相通，气喇叭bp发出警报；操作工听到警报后，将绞车高低速换向阀qv4切换至中位，绞车高速气胎离合器t2通过绞车高速气胎快速放气阀sf2泄压，绞车低速气胎离合器t3通过绞车低速气胎快速放气阀sf3泄压，绞车失去动力，停止提升游车。