一种液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构及调节方法与流程

本发明属于石油钻采装备技术领域，涉及一种液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构，以及该行走机构的调节方法。

背景技术：

铁钻工作为先进的扭矩上卸扣设备，在自动化钻井生产中，可完成钻杆、钻铤等钻具的上卸扣工作，提高生产效率和安全性。目前油田现场应用的铁钻工主要有伸缩臂式、轨道式、悬吊式等种类，其中轨道式铁钻工由于可悬挂重量、体积较大的钳头总成，并且能满足海洋环境对钻杆处理的稳定性、耐腐蚀性等严格要求，因此更多的应用于浮式平台、半潜船等海洋工作环境。

但是，从目前海洋平台现场轨道式铁钻工的使用情况来看，大多数的轨道式铁钻工的行走机构是采用对称布置的双液压马达驱动齿轮齿条的方式来实现行走，此种方式不但存在液压马达和齿条等机构成本昂贵的弊端，而且过长的齿条占用钻台面空间较大，并且存在维护、拆卸困难等缺点，在一定程度上已经严重制约了海洋钻井平台的钻井工作效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构及调节方法，解决了现有技术中存在的液压马达和齿条等机构成本昂贵，过长的齿条占用钻台面空间较大，并且存在维护、拆卸困难的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构，包括底座和安装在底座上的悬挂架；底座包括两平移组件，两平移组件通过横撑连接；悬挂架底部与两平移组件连接，悬挂架内侧连接钳头总成。

平移组件包括固定的内侧滑轨和滑动连接的外侧滑轨，以及安装在内侧滑轨和外侧滑轨之间的平移油缸。

平移油缸的缸筒ⅱ与内侧滑轨连接；平移油缸的活塞杆ⅱ与外侧滑轨连接；平移油缸连接有线性位移传感器。

外侧滑轨为截面l型的凹槽结构，包括安装在外侧滑轨顶部的插筒，插筒两侧连接有筋板，筋板上带有连接孔；外侧滑轨两侧还带有护板，插筒底部的外侧滑轨上还连接有加强板；外侧滑轨内通过调节螺母配合调节垫片间隔安装有摩擦滚轮。

内侧滑轨底部连接轨道支撑；轨道支撑底部间隔布置有多个垫块。

悬挂架包括两组固定在平移组件上的升降筒；升降筒套接有导向柱；两导向柱顶部连接有活动耳座，两活动耳座之间连接活动横梁。

两升降筒相对侧的侧壁连接有连接座，连接座，通过连接螺栓与铁钻工的钳头总成相连接。

活动横梁两端通过活动接头与导向柱连接；活动接头带有吊环。

升降筒侧壁还连接有升降油缸；升降油缸的缸筒ⅰ与平移组件连接，升降油缸的活塞杆ⅰ与设置在升降筒上的单耳板连接；升降油缸连接有线性位移传感器。

本发明的特点还在于：一种液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构的调节方法，包括以下步骤：

定位调节：

初始装配时，根据平移油缸和升降油缸的不同行程参数与装配关系，分别将线性位移传感器装配到油缸上，保证线性位移传感器准确、灵活的反馈出油缸的实时位移，提供铁钻工的钳头总成的准确定位；

当工作过程中，油缸设置的线性位移传感器出现反馈参数不准确时，将铁钻工停止工作，重新进行装配校核，按初始位置重新标定，将平移油缸和升降油缸的初始长度和总长度，分别与线性位移传感器的初始位移和最大位移相对应设置，实现线性位移传感器与油缸的相对位移的对应关系；

滑动调节：

当摩擦滚轮与外侧滑轨之间装配间隙过大时，摩擦滚轮转动灵活，悬挂架水平移动灵活，但平移油缸停止工作时，悬挂架会因为间隙而出现晃动；此时通过拧紧调节螺母，减小摩擦滚轮与外侧滑轨之间装配间隙减小晃动；

当摩擦滚轮与外侧滑轨之间装配间隙过小，平移油缸停止工作时悬挂架停止动作平稳，但摩擦滚轮转动迟滞，磨损严重，悬挂架水平移动不灵活，磨损大；此时通过拧松调节螺母，增大摩擦滚轮与外侧滑轨之间装配间隙提高灵活度，减小磨损。

本发明的有益效果是：

1)底座配置平移组件，可沿平移油缸滑行，运动平稳。本发明的平移组件采用对称布置的配置有液压平衡阀的双液压缸驱动，实现双缸的液压同步工作，并且配置摩擦滚轮，最终可实现铁钻工面向或背离井口滑移时的运动平稳。

2)悬挂架配置升降油缸，可垂直方向升降，带动铁钻工钳头上下调整位置，实现上卸扣时精确地加紧钻杆，提高效率。本发明的悬挂架通过对称布置的双液缸驱动，并且双缸设置有液压同步机构，可保证垂直升降的同步，实现铁钻工冲扣钳的平稳升降。

3)快拆式结构设计，易于装配和拆卸。常规的轨道式铁钻工的行走架多为刚性连接机构，不仅存在结构部件体积大、重量大，导致整个行走架体积大、重量大的问题，而且存在大结构件装配难度大的问题。而本发明的行走架全部的部件均为快拆式结构设计，不仅降低了部件体积和重量，有效减小了整个行走架的外观体积和总体重量，而且可以很方便的完成行走架的整体装配和拆卸，工作量减小。

4)液压缸作为行走动力，易于控制，节约成本。常规轨道式铁钻工主要依靠马达驱动齿轮齿条的结构来实现铁钻工钳头的水平移运，不但马达、齿条等部件的成本很高，而且控制部分的要求也很高。而本发明的行走机构主要是靠价格相对较低的油缸来驱动铁钻工钳头总成的水平移动和垂直升降，并且驱动油缸配置线性位移传感器，在满足铁钻工钳头的水平与垂直运动的同时，有效降低了成产成本，同时油缸动作的控制易于实现，安全可靠。

5)结构简单，维护工作量小，运输方便。本发明的底座、悬挂架等大部件均可拆卸为体积很小的零件单元，运输时不占用大的空间，甚至可装箱运输，运输十分方便。底座、悬挂架等部件之间具有快速装配的特点，只需将悬挂架的升降筒插入底座的导向筒即可完成两者的连接装配，快速高效。并且本发明的行走架所采用的油缸、滑轨、滚轮等结构，均具备结构简单，成本低廉的特点，在油田现场等简陋环境下就可进行维护，易于日常的维护和更换。

附图说明

图1是本发明液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构整体结构图；

图2是本发明液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构的侧视图；

图3是本发明钳头悬挂示意图；

图4是本发明行走机构的底座结构图；

图5是本发明行走机构的外侧滑轨结构图；

图6是本发明行走机构的悬挂架结构图；

图中，1.底座，2.悬挂架，3.液压系统，4.内侧滑轨，5.外侧滑轨，6.升降筒，7.轨道支撑，8.平移油缸，9.升降油缸，10.导向柱，11.插筒，12.单耳板，13.销轴，14.垫块，15.活动横梁，16.摩擦滚轮，17.连接座，18.连接螺栓，19.钳头总成，20.横撑，21.双耳座，22.护板，23.筋板，24.加强板，25.活动耳座，26.活动接头，27.吊环，28.活塞杆ⅰ，29.缸筒ⅰ，30.活塞杆ⅱ，31.缸筒ⅱ，32.线性位移传感器，33.调节垫片，34.调节螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1-3所示，一种液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构，包括底座1和安装在底座1上的悬挂架2；所述底座1包括两平移组件，两平移组件通过横撑20连接；所述悬挂架2底部与两平移组件连接，悬挂架2内侧连接钳头总成19。

如图4所示，平移组件包括固定的内侧滑轨4和滑动连接的外侧滑轨5，以及安装在内侧滑轨4和外侧滑轨5之间的平移油缸8，即通过平移油缸8的伸缩运动实现内侧滑轨4和外侧滑轨5之间的相对运动。

平移油缸8的缸筒ⅱ31通过双耳座21与内侧滑轨4连接；平移油缸8的活塞杆ⅱ30通过销轴13插入筋板23的通孔内与外侧滑轨5连接；平移油缸8连接有线性位移传感器32。

如图5所示，外侧滑轨5为截面l型的凹槽结构，包括安装在外侧滑轨5顶部的插筒11，通过插筒11与悬挂架2连接，插筒11两侧连接有筋板23，对插筒11进行结构加强，筋板23上带有连接孔，用于固定连接平移油缸8和升降油缸9；所述外侧滑轨5两侧还带有护板22，插筒11底部的外侧滑轨5上还连接有加强板24；所述外侧滑轨5内通过调节螺母34配合调节垫片33间隔安装有摩擦滚轮16，降低摩擦的同时具备一定的导向功能。

内侧滑轨4为凹槽结构，底部连接轨道支撑7；所述轨道支撑7底部间隔布置有多个垫块14。

本例中内侧滑轨4、外侧滑轨5、平移油缸8和升降油缸9均成对对称布置。

如图6所示，悬挂架2包括两组固定在平移组件上的升降筒6，即插入外侧滑轨5顶部的插筒11内；所述升降筒6套接有导向柱10，升降筒6与导向柱10之间可相对滑动；所述两导向柱10顶部连接有活动耳座25，所述活动耳座25通过可拆卸的螺栓连接向柱10，损坏后可直接更换耳座；两活动耳座25之间连接活动横梁15。

两升降筒6相对侧的侧壁连接有连接座17，连接座17，通过连接螺栓18与铁钻工的钳头总成19相连接。

活动横梁15两端通过活动接头26与导向柱10通过销轴13连接；所述活动接头26带有吊环27；活动接头26与活动横梁15之间的连接可相对错动，可实现悬挂架2的柔性装配，避免刚性连接。

升降筒6侧壁还连接有升降油缸9；所述升降油缸9的缸筒ⅰ29与平移组件连接，即缸筒ⅰ29通过销轴13插入筋板23的通孔内与外侧滑轨5连接，升降油缸9的活塞杆ⅰ28与设置在升降筒6上的单耳板12连接；升降油缸9连接有线性位移传感器32，升降油缸9可带动升降筒6沿导向柱10上下运动。

一种液缸驱动具备升降功能的铁钻工行走机构的调节方法，包括以下步骤：

定位调节：

初始装配时，根据平移油缸8和升降油缸9的不同行程参数与装配关系，分别将线性位移传感器32装配到油缸上，保证线性位移传感器32准确、灵活的反馈出油缸的实时位移，提供铁钻工的钳头总成19的准确定位；

当工作过程中，油缸设置的线性位移传感器32出现反馈参数不准确时，将铁钻工停止工作，重新进行装配校核，按初始位置重新标定，将平移油缸8和升降油缸9的初始长度和总长度，分别与线性位移传感器32的初始位移和最大位移相对应设置，实现线性位移传感器32与油缸的相对位移的对应关系；

滑动调节：

当摩擦滚轮16与外侧滑轨5之间装配间隙过大时，摩擦滚轮16转动灵活，悬挂架2水平移动灵活，但平移油缸8停止工作时，悬挂架2会因为间隙而出现晃动；此时通过拧紧调节螺母34，减小摩擦滚轮16与外侧滑轨5之间装配间隙减小晃动；

当摩擦滚轮16与外侧滑轨5之间装配间隙过小，平移油缸8停止工作时悬挂架2停止动作平稳，但摩擦滚轮16转动迟滞，磨损严重，悬挂架2水平移动不灵活，磨损大；此时通过拧松调节螺母34，增大摩擦滚轮16与外侧滑轨5之间装配间隙提高灵活度，减小磨损。

本发明还具有如下效果：

1)底座配置平移组件，可沿平移油缸滑行，运动平稳。本发明的平移组件采用对称布置的配置有液压平衡阀的双液压缸驱动，实现双缸的液压同步工作，并且配置摩擦滚轮，最终可实现铁钻工面向或背离井口滑移时的运动平稳。

2)悬挂架配置升降油缸，可垂直方向升降，带动铁钻工钳头上下调整位置，实现上卸扣时精确地加紧钻杆，提高效率。本发明的悬挂架通过对称布置的双液缸驱动，并且双缸设置有液压同步机构，可保证垂直升降的同步，实现铁钻工冲扣钳的平稳升降。

3)快拆式结构设计，易于装配和拆卸。常规的轨道式铁钻工的行走架多为刚性连接机构，不仅存在结构部件体积大、重量大，导致整个行走架体积大、重量大的问题，而且存在大结构件装配难度大的问题。而本发明的行走架全部的部件均为快拆式结构设计，不仅降低了部件体积和重量，有效减小了整个行走架的外观体积和总体重量，而且可以很方便的完成行走架的整体装配和拆卸，工作量减小。

4)液压缸作为行走动力，易于控制，节约成本。常规轨道式铁钻工主要依靠马达驱动齿轮齿条的结构来实现铁钻工钳头的水平移运，不但马达、齿条等部件的成本很高，而且控制部分的要求也很高。而本发明的行走机构主要是靠价格相对较低的油缸来驱动铁钻工钳头总成的水平移动和垂直升降，并且驱动油缸配置线性位移传感器，在满足铁钻工钳头的水平与垂直运动的同时，有效降低了成产成本，同时油缸动作的控制易于实现，安全可靠。

5)结构简单，维护工作量小，运输方便。本发明的底座、悬挂架等大部件均可拆卸为体积很小的零件单元，运输时不占用大的空间，甚至可装箱运输，运输十分方便。底座、悬挂架等部件之间具有快速装配的特点，只需将悬挂架的升降筒插入底座的导向筒即可完成两者的连接装配，快速高效。并且本发明的行走架所采用的油缸、滑轨、滚轮等结构，均具备结构简单，成本低廉的特点，在油田现场等简陋环境下就可进行维护，易于日常的维护和更换。