一种油田修井机械作业装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油田修井作业设备领域，具体来说是一种油田修井机械作业装置。
【背景技术】
[0002]多年来我国油田修井一直沿用传统的作业方式，用月牙吊卡来实现起下管柱作业。基本上是人工作业，需人工倒换油管或抽油杆吊卡、摘挂吊环、推拉液压钳、推放小滑车、辅助油管定位，工序复杂，自动化程度低，工作强度大，需要人员多，工作效率低，作业危险性大，工作环境恶劣，在油井维修作业中遇到油套管有溢流或大风雨雪天气时，不但会影响正常作业，还会造成井内液体喷洒井场、无法对接油管，形成环境和人员、设备的污染。国内各油田拥有大量修井设备，如通井机、井架、液压钳、吊卡等，修井作业方式急需改革，但又不能全部弃用现有设备。国外车载修井机性能较好，但该种作业机完全摒弃了原有的修井设备，工作条件要求高，价格昂贵，不适于我国国情。
[0003]本人在先申请了3项油田修井自动作业装置方面的专利(申请号分别为03112330.9、200410036305.4、201310053190.9)，包括防喷器、固定卡瓦、油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、油管/抽油杆吊卡组件、机械臂组件、液压钳、液压钳支架、底座组件、管柱排架以及控制系统。但是机械臂组件、液压钳支架组件、底座组件等部件的设计还存在不足;比如现有技术的机械臂组件、液压钳支架分别安装在底座组件上，且机械臂组件、液压钳支架通过联动组件控制在水平和竖直状态下转换;但是实际制作和使用中存在结构复杂、操作繁琐，且二者之间配合度和牢固度均不理想。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是针对现有油田修井管柱起下方式与设备的不足，提供一种油田修井机械作业装置，其一解决了现有自动起下系统在机械臂组件、液压钳支架的上述缺陷，其二进一步改进了底座组件的结构;从而更好的实现油管和抽油杆抓起、对接、卡紧、上卸、上提、下放和排布等动作的自动化，并尽量简化设备机构，优化操作程序。
[0005]本发明的技术方案是通过以下方案实现的:包括防喷器、固定卡瓦、油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、油管/抽油杆吊卡组件、机械臂组件、液压钳、液压钳支架、底座组件、管柱排架以及控制系统，其中油管/抽油杆导向机构、油管/抽油杆定位机构、固定卡瓦以及防喷器自上而下同轴安装，并向上同轴对准油管/抽油杆吊卡组件，所述的液压钳安装液压钳支架上，所述的控制系统包括可编程控制器PLC以及传感器、执行器;所述的机械臂组件包括与底座组件固定的铰接座、与铰接座铰接的机械臂以及机械臂上连接的摆动手臂及机械手爪，所述的机械臂与底座组件之间安装主臂旋转驱动液压缸且机械臂受其控制能够在水平位置与竖直位置之间翻转;所述液压钳支架安装于机械臂上并能够随其同步在水平位置与竖直位置之间翻转，且当机械臂处于竖直位置时，所述液压钳支架能够受控在空间内相对机械臂移动来实现液压钳正对井口。即本发明将液压钳支架由底座组件改为直接安装在机械臂上，当机械臂翻转时液压钳支架能够随其同步翻转，这样就不需要复杂的联动组件来实现二者的同步翻转；
[0006]以下提供两种液压钳支架与机械臂的连接方式:
[0007]第一种，所述液压钳支架包括由上至下间隔固定在机械臂上的悬臂横梁、悬臂斜梁和液压钳摆动液压缸;所述悬臂斜梁为长度可调结构，且所述悬臂斜梁的下端与所述铰接座铰接、上端与液压钳滑动连接，所述滑动连接为:所述液压钳上设有液压钳耳座，所述液压钳耳座上设有竖向滑孔，所述悬臂斜梁上端设有滑动件，所述滑动件嵌在竖向滑孔内并能沿其上下滑动;所述液压钳摆动液压缸的第一端与所述机械臂铰接、第二端与所述悬臂斜梁中部铰接;所述液压钳通过吊绳与悬臂横梁连接。即通过调节悬臂斜梁长度(上下位置调节)和调节液压钳摆动液压缸的伸缩(左右位置调节)可以调节液压钳在空间中的位置，使其正对井口。
[0008]第二种，所述的液压钳支架包括立柱、悬臂横梁、悬臂斜梁以及液压钳摆动液压缸，其中所述立柱与机械臂活动连接且能够沿其上下移动，所述悬臂横梁固定在立柱上端，所述悬臂斜梁的第一端铰接在立柱下端，所述液压钳摆动液压缸的两端分别与悬臂斜梁中部、立柱中部铰接;所述液压钳的上部通过长度可调的吊绳与悬臂横梁连接、下部与悬臂斜梁的第二端滑动配合连接;所述滑动配合连接为:所述液压钳上设有液压钳耳座，所述液压钳耳座上设有竖向滑孔，所述悬臂斜梁第二端上设有滑动件，所述滑动件嵌在竖向滑孔内并能沿其上下滑动；即通过即通过调节立柱沿机械臂移动(上下位置调节)和调节液压钳摆动液压缸的伸缩(左右位置调节)可以调节液压钳在空间中的位置，使其正对井口。上述方案进一步改进为:所述机械臂上安装立柱套筒，所述立柱贯穿所述立柱套筒，所述立柱套筒和立柱之间安装第二伸长调节机构;所述第二伸长调节机构包括通过连接块活动连接在立柱套筒上的调节螺杆、固定在立柱上的调节螺套，所述调节螺杆能够相对连接块自由旋转；所述调节螺杆通过螺纹配合穿过所述的调节螺套;所述悬臂横梁上安装第一伸长调节机构;所述第一伸长调节机构包括固定在悬臂横梁上的调节螺套以及通过螺纹配合贯穿调节螺套的调节螺杆，所述调节螺杆的外端通过连接块与所述吊绳连接，所述调节螺杆能够相对连接块自由旋转;所述立柱内腔固定有内支撑杆，所述内支撑杆中部通过一个或者间隔固定在立柱内壁的多个导向定位块实现定位;所述内支撑杆的上、下两端分别径向延伸穿过立柱壁形成液压缸耳座和斜梁耳座;所述液压钳摆动液压缸通过所述液压缸耳座与所述内支撑杆铰接;所述悬臂斜梁通过所述斜梁耳座与所述内支撑杆铰接;立柱内壁相对安装两个弹簧安装座，每个弹簧安装座上均安装有弹簧板；内支撑杆上设有扶正板，两个弹簧板相对安装夹紧扶正板。
[0009]机械臂组件的优选结构为:所述的机械臂为长度可控制调节结构臂，其包括与铰接座铰接的主臂套筒、与摆动手臂连接的支撑主臂以及主臂伸缩驱动液压缸，其中所述支撑主臂插接于主臂套筒中，且所述主臂伸缩驱动液压缸一端与支撑主臂连接，另一端与主臂套筒连接;所述的主臂旋转驱动液压缸连接在机械臂的主臂套筒上;所述的摆动手臂的一端设有铰接头，并与支撑主臂上的铰接座铰接;所述摆动手臂通过手臂旋转驱动机构控制摆动;所述手臂旋转驱动机构包括液压缸支撑梁、手臂摆动液压缸、驱动杆以及液压缸套筒，其中液压缸支撑梁一端与机械臂主梁连接、另一端与液压缸铰接，所述液压缸外装设液压缸套筒，所述液压缸套筒与驱动杆一端铰接，所述驱动杆另一端通过连接轴与摆动手臂上的手臂转轴连接。
[0010]摆动手臂和机械手爪的优选结构为:所述摆动手臂及机械手爪包括支撑臂主臂以及其前端安装的通过液压控制开闭的机械手爪，其中所述支撑臂主臂的后端连接铰接座，且所述铰接座通过手臂转轴与机械臂铰接;所述机械手爪包括相对布置且通过机械手轴铰接在支撑臂主臂前端的夹紧机械手上手爪和夹紧机械手下手爪;所述支撑臂主臂的中部固定机械手驱动液压缸，所述机械手驱动液压缸的活塞杆前端安装连接头，所述连接头上下分别铰接上、下连接杆，所述上、下连接杆的另一端分别与夹紧机械手上手爪和夹紧机械手下手爪连接。进一步优选为:所述夹紧机械手上手爪和夹紧机械手下手爪外端部一对朝向相反的侧面上分别向内延伸固定辅助收拢手爪，即比如夹紧机械手上手爪的外端部的左侧面上设有第一辅助收拢手爪，则夹紧机械手下手爪外端部的与其相反的外侧面上设有第一辅助收拢手爪，两个辅助收拢手爪相对布置且均指向夹紧机械手爪闭合的方向。当机械手爪闭合时，两辅助收拢手爪相互错开呈相对空间上的交叉状或重合状。辅助收拢手爪的作用是:其一，当油管在进入机械手爪夹紧时，两只辅助收拢手爪首先向中心聚拢将管体拨入机械手爪后端，从而避免普通手爪结构容易容易夹管子的问题，即管体在手爪的前端被夹住而造成手爪不能闭合的问题；其二，在上卸扣过程中，需要机械手爪处于半开状态，此时如果机械手驱动液压缸行程控制有偏差时，若机械手爪开口过大，可能造成油管或者抽油杆由开口脱落，增加了辅助收拢手爪后，即使外侧的机械手爪开口过大，油管或者抽油杆也能够被内侧的辅助收拢手爪限位而不能脱落，因此辅助收拢手爪使操作更加简单并且安全系数更高。
[0011]为了便于整体搬家时，液压钳支架的固定，特设计如下结构:所述液压钳耳座上固定有支撑板，所述机械臂上固定有固定板，且所述支撑板和固定板均开有通孔;且当所述机械臂处于水平位置时，所述支撑板和固定板相互叠合至通孔相对应后通过连接螺栓锁紧。
[0012]底座组件的优选结构为:所述底座组件包括固定底盘、安装在固定底盘上的滑动底盘以及安装在滑动底盘的滑动底座;所述滑动底盘与固定底盘之间通过安装左右调节液压缸实现滑动底盘相对固定底盘左右移动;所述滑动底座通过滑动配合安装在滑动底盘上且二者之间通过安装前后调节液压缸实现滑动底座相对滑动底盘前后移动;所述滑动底座的前后部分别设有用于与机械臂以及主臂旋转驱动液压缸铰接的支座。进一步优选为:所述固定底盘上安装多个地锚固定装置且地锚固定装置能够实现横向伸缩;所述地锚固定装置连接用于与地面固定的地锚组件，其中:所述地锚组件包括地锚、连接轴、压紧套、连接套以及动接头，所述地锚通过连接轴与连接套连接，所述压紧套与连接套通过螺纹连接，所述动接头置于压紧套与连接套之间且可以四处摇动，所述地锚固定装置通过竖直设置的地锚调节液压缸连接动接头。进一步优选为:所述固定底盘上安装辅助支撑装置，所述辅助支撑装置包括底座、支撑管、套管、螺母a、螺杆、轴承、挡块、螺母b、连接块以及底座挡板，所述支撑管下端固定连接块、上端固定螺母a，所述连接块置于底座的凹槽内并被其上的底座挡板封挡;所述螺杆位于支撑管内且其上端贯穿螺母a并与其实现螺纹配合;所述螺杆上端设有圆台，所述套管环套在支撑管外部且通过其上端设有的挡块与所述圆台实现台阶定位配合，所述挡块与所述圆台之间设有轴承实现套管绕轴向转动;所述挡块外侧通过安装在螺杆外端的螺母b封挡;所述固定底盘上固定补强板，所述套管通过外螺纹与所述补强板配合连接。作业时将固定底盘通过地锚组件固定于地面基础上，并通过辅助支撑装置支撑，机械臂止动组件安装于固定底盘上，通过调节止动组件的高度可调节机械臂起始位置角;滑动底座与滑动底盘间安装前后调节液机构，滑动底盘与固定底盘间安装左右调节机构，调节机构均包括固定的调节座以及调节液压缸，具体安装方式可以为:左右调节机构安装于固定底盘的中后部，通过前后调节液压缸实现滑动底盘左右位置的调整，前后调节机构安装于滑动底盘右端，通过前后调节液压缸实现滑动底座前后位置的调整。
[0013]用于起下油管时的油管吊卡组件、抽油杆吊卡组件、油管/抽油杆导向机构、油管定位机构、抽油杆定位机构其结构均与本申请于2 O I 3年2月I 9日申请的专利号为2013100531909的专利一致，在此不再赘述。
[0014]自动控制系统由可编程控制器PLC和相应的传感器、执行器组成，信号可以有线传输，也可为无线传输。信号经过变送器接入PLC输入端子，经PLC断分析后，输出可执行指令到相应的执行器，完成预定动作，相关传感器给出信号反馈，经PLC处理，给出指令，完成进一步动作。
[0015]本发明所提供油田修井机械作业装置将液压钳支架由底座组件改为直接安装在机械臂上，当机械臂翻转时液压钳支架能够随其同步翻转，结构更加合理，操作更加方便；同时进一步优化了底座组件和机械臂组件的结构，工作效率更高、操作更加方便且安全稳定。
【附图说明】
[0016]图1是依据本发明提出的油田修井油管自动起下系统正视配置示意图；
[0017]图2是依据本发明提出的油田修井油管自动起下系统俯视配置示意图；<