一种电动吊卡的制作方法

1.本实用新型涉及修井钻口设备技术领域，具体地讲是一种用来悬吊钻杆、油管、钻套、钻铤等管柱部件的电动吊卡。


背景技术：

2.钻井工程中，吊卡是一种用来吊起钻杆、油管和套管等管材的必备工具。它悬挂在提升系统大钩两侧的吊环里面，以便对井眼进行起出或下入钻具及油管、套管的作业。
3.现有采用的吊卡多数为手动吊卡，自动化程度不高，现场使用时劳动强度大，对此有人实用新型了一种简易的液压吊卡，利用液压控制来驱动吊卡动作，虽然解决了使用劳动强度大的问题，但是带来了新的问题：
4.(1)控制液压管线繁多，而管线连接复杂，容易发生错连漏连的问题，导致施工事故；
5.(2)液压控制的液压油一旦泄漏会产生很严重的污染；
6.(3)需要单独外接液压源，增加设备占地面积、实用成本。
7.为此，设计一种可以保持吊卡较高自动化程度的同时缩减控制管线数量、降低使用成本的新型吊卡是十分有必要的。


技术实现要素：

8.本实用新型突破了现有技术的难题，设计了一种可以保持吊卡较高自动化程度的同时缩减控制管线数量、降低使用成本的新型吊卡，达成安装使用方便、降低能耗的目的。
9.为了达到上述目的，本实用新型设计了一种电动吊卡，包括吊卡主体，其特征在于：所述吊卡主体设置有利用电动控制组件控制的可开关的活门机构，所述活门机构设置有锁止机构，用于锁止所述活门机构，利用电力驱动代替液压驱动，取消了外接的液压动力源，避免了复杂的液压管路连接与液压油泄漏产生的污染。
10.进一步的，所述活门机构分为左活门机构和右活门机构，左活门机构与右活门机构的结构、控制方法均相同，用于配合控制吊卡的左、右活门的开合或者关闭。
11.进一步的，所述电动控制组件固定于所述吊卡主体上，将电动控制组件与吊卡集成为一体，取消了繁多、复杂的控制连接线，只需要一根电源线将电动控制组件与电源装置相连即可，不会出现错连、漏连的问题。
12.进一步的，所述电动控制组件包括控制活门减速电机与锁闩减速电机正反转的防爆控制单元、电机支架以及设置在电机支架上的驱动机构，所述驱动机构包括驱动活门机构运动的活门减速电机，驱动锁止机构的锁闩减速电机。
13.相应的，防爆控制单元内部设置有微控制器、光电隔离模块、电机驱动模块、稳压模块、无线遥控单元等，活门减速电机、锁闩减速电机、传感器单元均利用线缆与防爆控制单元相连接，传感器单元、无线遥控单元接收的信号均经由微控制器处理，再由微控制器输出控制信号给电机驱动模块控制相应的减速电机进行正反转，从而完成活门机构、锁止机
构的开关。
14.而通过无线遥控单元可以远程无线控制并显示吊卡的关闭与打开状态，无线遥控单元发送控制信号到防爆控制单元，防爆控制单元接收信号控制活门减速电机、锁闩减速电机的正反转，驱动吊卡的活门机构、锁止机构的打开与关闭。
15.进一步的，所述吊卡主体和所述活门机构的内侧均设置有内衬，内衬可以根据需要卡持的管柱管径选择合适的尺寸、形式，保证吊卡可以实现卡持不同管柱的功能，而且更换内衬与更换吊卡相比较更换内衬更方便快捷。
16.进一步的，所述活门机构包括活门、活门齿轮连杆机构，所述活门利用所述活门齿轮连杆机构与所述电动控制组件内部的活门减速电机相连，从而利用活门减速电机带动活门齿轮连杆机构驱动活门进行打开或关闭运动。
17.进一步的，所述活门齿轮连杆机构包括活门小齿轮、活门大齿轮、活门连杆，所述活门小齿轮固定安装在活门减速电机的输出轴上，所述活门小齿轮的齿部与活门大齿轮齿部相啮合，所述活门大齿轮上远离齿部的一端与活门连杆的一端活动连接，活门连杆的另一端与活门相连接。
18.活门减速电机的输出轴正反转带动活门小齿轮转动，活门小齿轮带动活门大齿轮运动，由于活门大齿轮为类扇形状的齿轮，因此在其齿部转动时，其远离齿部的一端(即无齿部的一端)会前后摆动，从而带动活门连杆前后运动，活门连杆则拉动活门完成打开或关闭运动。
19.进一步的，所述锁止机构包括锁止栓、锁止槽、锁止齿轮连杆机构，所述锁止栓设置于所述左活门机构上，于所述右活门机构上设置有与所述锁止栓相配合的锁止槽。
20.进一步的，所述锁止齿轮连杆机构包括锁止小齿轮、锁止大齿轮、第一锁止连杆、连接板、第二锁止连杆，所述锁止小齿轮设置在活门大齿轮下方与锁闩减速电机的输出轴连接，锁止小齿轮的齿部与锁止大齿轮的齿部相啮合，所述锁止大齿轮远离齿部的一端与第一锁止连杆的一端活动连接，第一锁止连杆的另一端与连接板相连接，所述连接板固定在所述吊卡主体上，使得连接板可以围绕固定点旋转运动，所述连接板还与第二锁止连杆的一端相固定，第二锁止连杆的另一端与锁止栓活动连接。
21.与活门机构相类似，锁闩减速电机的输出轴正反转带动锁止小齿轮转动，锁止小齿轮带动锁止大齿轮运动，由于锁止大齿轮同为类扇形状的齿轮，因此在其齿部转动时，其远离齿部的一端(即无齿部的一端)同样是做前后摆动，从而带动第一锁止连杆前后运动，第一锁止连杆则带动连接板旋转，连接板带动第二锁止连杆前后运动，从而带动锁止机构打开或者关闭。
22.进一步的，所述活门机构上设置有传感器单元，所述传感器单元包括锁止传感器、活门传感器；所述锁止传感器设置在锁止机构上，用于检测锁止机构的开关状态；所述活门传感器设置在活门检测机构上，用于检测活门机构的开关状态。
23.本实用新型与现有技术相比，利用电力驱动代替了液压驱动，避免了复杂的液压管路的连接与液压油泄漏产生的污染，且吊卡主体集成了防爆控制箱，同时设计了无线遥控单元，利用无线遥控操控吊卡的关闭与打开，在使用时仅需一根电源线连接电源与电动控制组件即可，本实用新型保持了吊卡的自动化控制，改进并简化了动力结构，使得吊卡安装使用方便，降低成本与能耗，提高作业效率。
附图说明
24.图1为一具体实施例中一种电动吊卡的俯视图。
25.图2为一具体实施例中一种电动吊卡的剖视图。
26.图3为一具体实施例中一种电动吊卡中电动控制组件的布局位置图。
27.图4为一具体实施例中一种电动吊卡中防爆控制单元的控制原理图。
28.其中，1为吊卡主体，2为电机支架，3为活门机构，4为锁止机构，5为内衬，6为传感器单元，7为连接销，8为电源，9为无线遥控器；
29.2-2为活门减速电机，2-3为锁闩减速电机，2-4为防爆控制单元；
30.2-4-1为微控制器，2-4-2为光电隔离模块，2-4-3为电机驱动模块，2-4-4为稳压模块，2-4-5为无线遥控单元；
31.3-1为活门，3-2-1为活门小齿轮，3-2-2为活门大齿轮，3-2-3为活门连杆；
32.4-1为锁止栓，4-2为锁止槽，4-3-1为锁止小齿轮，4-3-2为锁止大齿轮，4-3-3为第一锁止连杆，4-3-4为连接板，4-3-5为第二锁止连杆。
具体实施方式
33.结合附图对本实用新型做进一步描述，但不作为对本实用新型的限定。
34.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”、“顶”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，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。
37.本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。
38.参见图1，本实用新型设计了一种电动吊卡，包括吊卡主体1和安装于吊卡主体1内部的电动控制组件，所述电动控制组件固定在所述吊卡主体1上，可以设置在吊卡主体1的内部或者顶部或者背部等不影响工作的位置，所述吊卡主体1的两端分别利用连接销7活动连接有两个活门3-1，使得两个活门3-1分别可围绕连接销7转动，达成打开和关闭运动。
39.两个所述活门3-1按照其位置被称为左活门和右活门，两者均利用活门齿轮连杆机构与电动控制组件相连接，从而被电动控制组件控制进行开关活动。
40.所述活门3-1与所述活门齿轮连杆机构共同组成活门机构3，因此活门机构3分为左活门机构和右活门机构，而且左活门机构与右活门机构的结构相同，故两者的运动原理
也相同。
41.在结构上，参见图1和图2，活门3-1与吊卡主体1的之间利用连接销7活动连接，而活门齿轮连杆机构则包括活门小齿轮3-2-1、活门大齿轮3-2-2、活门连杆3-2-3，所述活门小齿轮3-2-1固定安装在活门减速电机2-2的输出轴上，所述活门小齿轮3-2-1的齿部与活门大齿轮3-2-2齿部相啮合，所述活门大齿轮3-2-2上远离齿部的一端与活门连杆3-2-3的一端活动连接，活门连杆3-2-3的另一端与活门3-1相连接。
42.在运动原理上，活门3-1利用所述活门齿轮连杆机构与所述电动控制组件内部的活门减速电机2-2相连，活门减速电机2-2的输出轴正反转带动活门小齿轮3-2-1转动，活门小齿轮3-2-1带动活门大齿轮3-2-2运动，从图2中可以看出，活门大齿轮3-2-2为类扇形状的齿轮，因此在其齿部转动时，其远离齿部的一端(即无齿部的一端)会前后摆动，从而带动活门连杆3-2-3前后运动，活门连杆3-2-3则拉动活门3-1完成打开或关闭运动。
43.由于活门3-1分为左、右活门，因此其连接的活门齿轮连杆机构也分为左、右两套，同样的，在电动控制组件中的活门减速电机2-2也分为左、右活门减速电机，左活门减速电机利用左活门齿轮连杆机构控制左活门的打开和关闭，相应的，右活门减速电机利用右活门齿轮连杆机构控制右活门的打开和关闭，为了避免重复赘述，在上述说明中没有区分为左、右，但是不论是左活门还是右活门都是按照上述运动原理进行运动的，这点应该是本领域技术人员应当理解的。
44.在具体实施例中，吊卡主体1和活门3-1的内侧均设置有内衬5，内衬5可以根据需要卡持的管柱管径选择合适的尺寸、形式，保证吊卡可以实现卡持不同管柱的功能，而且更换内衬5与更换吊卡相比较更换内衬5更方便快捷。
45.吊卡是一种用来悬吊钻杆、油管、钻套、钻铤等管柱部件的必备工具，其使用过程简单描述为：吊卡活门打开，使管柱部件进入吊卡中央的圆形腔体内，然后关闭吊卡活门，使管柱部件被夹紧在吊卡中，然后进行相关的钻井工作。因此吊卡活门的关闭状态尤为重要，一旦关闭状态出问题，会导致管柱部件松动下落，造成极为严重的施工事故。
46.故本实用新型为了保证吊卡活门关闭状态的有效性，特别在活门3-1上设计了一套锁止机构4和用于检测活门3-1、锁止机构4状态的传感器单元6。
47.参见图2，所述锁止机构4包括锁止栓4-1、锁止槽4-2、锁止齿轮连杆机构，所述锁止栓4-1设置于所述左活门机构上，于所述右活门机构上设置有与所述锁止栓4-1相配合的锁止槽4-2，使得锁止栓4-1可以进入锁止槽4-2中，形成吊卡关闭状态下的双重保险，即：第一重保险为电动控制组件驱动左右活门自动形成的关闭状态；第二重保险为锁止栓与锁止槽形成的门闩式锁止。
48.其中，锁止齿轮连杆机构包括锁止小齿轮4-3-1、锁止大齿轮4-3-2、第一锁止连杆4-3-3、连接板4-3-4、第二锁止连杆4-3-5，所述锁止小齿轮4-3-1设置在左侧的活门大齿轮3-2-2的下方并与锁闩减速电机2-3的输出轴连接，锁止小齿轮4-3-1的齿部与锁止大齿轮4-3-2的齿部相啮合，所述锁止大齿轮4-3-2远离齿部的一端与第一锁止连杆4-3-3的一端活动连接，第一锁止连杆4-3-3的另一端与连接板4-3-4相连接，所述连接板4-3-4固定在所述吊卡主体1上，使得连接板4-3-4可以围绕固定点旋转运动，所述连接板4-3-4还与第二锁止连杆4-3-5的一端相固定，第二锁止连杆4-3-5的另一端与锁止栓4-1活动连接。
49.在实施中，即使吊卡装置发生突然断电，第一重保险失效，第二重保险也会保证左
右活门处于关闭锁死状态，不会发生管柱部件瞬间脱落的问题。
50.为了检测活门机构3与锁止机构4的开关状态，本实用新型在具体实施例中在活门机构3上设置了传感器单元6，所述传感器单元6包括锁止传感器、活门传感器；所述锁止传感器用于检测锁止机构4的开关状态；所述活门传感器用于检测活门机构3的开关状态。
51.相应的，传感器也可安装在吊卡主体的活门齿轮、活门连杆、锁止齿轮、锁止连杆等附近的位置，对活门及锁闩的开关状态进行检测。在具体实施的过程中，设置传感器的位置可以根据需要进行选择设置。
52.参见图3，本实用新型设计的电动控制组件包括用于控制活门减速电机2-2与锁闩减速电机2-3正反转的防爆控制单元2-4、电机支架2以及设置在电机支架2上的驱动机构；
53.所述驱动机构包括驱动活门机构3运动的活门减速电机2-2，包括左活门减速电机、右活门减速电机，驱动锁止机构4的锁闩减速电机2-3。
54.在具体实施例中为了发送无线控制信号还会配备至少1个无线遥控器9，同时为了给本实用新型提供电力，也会外接一个低压电源8。
55.优选的，参见图4，防爆控制单元2-4内部设置有微控制器mcu、光电隔离模块2-4-2、电机驱动模块2-4-3、稳压模块2-4-4、以及接收远程无线控制信号并显示吊卡开闭状态的无线遥控单元2-4-5等。
56.防爆控制单元2-4利用一电缆和低压电源8相连接，利用另一电缆与左活门减速电机、右活门减速电机、锁闩减速电机2-3相连接，用于驱动左活门减速电机、右活门减速电机、锁闩减速电机2-3的正反转。
57.具体的，光电隔离模块2-4-2与传感器单元6(包括锁止传感器、活门传感器)相连接，检测活门3-1、锁止机构4的开关状态。
58.具体的，无线遥控单元2-4-5上连接有天线，用于接收无线遥控器9传输的信号。
59.在具体实施例中，传感器单元6、无线遥控单元2-4-5接收的信号均经由微控制器2-4-1处理，再由微控制器2-4-1输出控制信号给电机驱动模块2-4-3控制相应的减速电机进行正反转，从而完成活门机构3、锁止机构4的开关。
60.根据本实用新型所述的电动吊卡，可以根据如下方式进行控制：
61.一、控制电动吊卡打开：
62.1、作业人员选择无线遥控器9上的打开选项，无线信号通过无线收发装置传送到防爆控制单元2-4中的无线遥控单元2-4-5；2、无线遥控单元2-4-5根据接收到的信号控制锁闩减速电机2-3正转；
63.3、锁闩减速电机2-3正转，带动锁止小齿轮旋转，进而带动锁止大齿轮旋转，锁止大齿轮再带动第一锁止连杆动作，第一锁止连杆带动连接板围绕连接销7旋转，连接板带动第二锁止连杆动作，第二锁止连杆带动锁止栓围绕连接销7转动，直至锁止栓从锁止槽中完全旋出；
64.4、此时锁止传感器检测到锁止机构4已经完全打开，并将信号传送至防爆控制单元2-4；防爆控制单元2-4根据接收到的信号再控制左、右活门减速电机进行正转；
65.5、左、右活门减速电机同步正转，驱动活门小齿轮3-2-1旋转，左侧活门小齿轮驱动左活门大齿轮旋转，左活门大齿轮带动左活门连杆动作，左活门连杆进而推动左活门打开；右侧活门小齿轮驱动右活门大齿轮旋转，右活门大齿轮带动右活门连杆动作，右活门连
杆进而推动右活门打开；左活门和右活门在此过程是同步进行打开的。
66.二、控制电动吊卡关闭：
67.1、作业人员选择无线遥控器9上的关闭选项，电信号通过无线收发装置传送到防爆控制单元2-4；
68.2、防爆控制单元2-4根据接收到的信号控制左、右活门减速电机反转；
69.3、左、右活门减速电机同步反转，驱动活门小齿轮3-2-1，左侧活门小齿轮驱动左活门大齿轮旋转，左活门大齿轮带动左活门连杆动作，左连杆进而推动左活门关闭；右侧活门小齿轮驱动右活门大齿轮旋转，右活门大齿轮带动右活门连杆动作，右活门连杆进而推动右活门关闭；左活门和右活门在此过程是同步进行关闭的；
70.4、此时活门传感器检测到左活门和右活门已经完全关闭，并将信号传送至防爆控制单元2-4；防爆控制单元2-4根据接收到的信号控制锁闩减速电机2-3进行反转；
71.5、锁闩减速电机2-3反转，带动锁闩小齿轮旋转，进而带动锁闩大齿轮旋转，锁闩大齿轮再带动第一连杆动作，第一连杆带动连接板围绕连接销7旋转，连接板带动第二连杆动作，第二连杆带动锁闩围绕连接销7转动，直至锁止栓完全进入锁止槽中；
72.6、此时锁止传感器检测到锁止机构4到达关闭状态，左、右活门减速电机及锁闩减速电机2-3进入待机状态。
73.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。
74.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。