一种自动排管机同步行走位移补偿机构研究

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：自动排管机主要用于钻台上钻具移运、钻具排列、甩钻具、下钻、起钻等作业，是钻具处理过程中最为繁忙的设备，而上下同步行走机构是自动排管机的主体机构和核心机构，承载着整个排管机的行走任务，它的稳定性与否直接决定了钻具处理的质量和效率，本文主要介绍了同步行走机构的主要构成及其结构形式，为国内外自动排管机和钻台机器人的研究提供帮助。
　　关键词：自动排管机；钻具移运；钻具排列；同步行走
　　在海洋钻井作业中，钻具移运、钻具排列、甩钻具、下钻、起钻等钻井作业工程量非常大，尤其井深在9000米以上，人工消耗特别巨大。自动排管机可实现钻井过程的全自动化操作，整个钻井过程仅需2-3人即可完成。自动排管机行走的驱动力来自于顶部小车和底部小车，每个小车上配置一个液压马达，由液压马达驱动小车，小车带动立柱行走。在自动排管机行走过程中，要求顶部和底部液压马达同步控制，但因其工况的复杂性，液压马达的同步控制并不能形成小车的绝对同步驱动行走，这就使得顶部小车和底部小车出现了相对位移，相对位移产生作用力，作用力会对自动排管机和井架产生冲击。这种现象如果长期下去，会对连带设备和部件造成损伤，减少使用寿命。鉴于以上原因，自动排管机行走的同步性显得尤为重要。
　　1 自动排管机同步行走机构介绍
　　该同步行走机构是通过位移补偿的形式，来实现减小自动排管机行走过程中对自动排管机本体和井架产生的冲击。立柱同步行走位移补偿机构主要由底部行走机构（1）、摆动块机构（2）、立柱（3）、关节轴承机构（4）、顶部行走机构（5）、铰接轴机构（6）、支座（7）等部分组成，结构见图1。
　　底部行走机构（1）包含底部导轨和底部小车两部分，底部导轨与钻台焊接固定，底部小车为底部行走的载体和动力；摆动块机构（2）用于连接底部行走机构（1）和立柱（3），摆动块机构（2）两端均为铰接连接，起到位移补偿作用；立柱（3）为行走的主体，自动排管机的机械臂、滑车等机构均安装在立柱（3）上，主要载荷也均直接作用于立柱（3）；关节轴承机构（4）用于连接立柱（3）和顶部行走机构（5），起到位移补偿作用；顶部行走机构（5）包含顶部导轨和顶部小车两部分，顶部导轨通过铰接轴机构（6）与支座（7）连接，顶部小车为顶部行走的载体和动力；铰接轴机构（6）用于连接顶部行走机构（5）和支座（7），起到位移补偿作用；支座（7）通过配焊与井架固定。该机构的关键在于摆动块机构（2）、关节轴承机构（4）、铰接轴机构（6）的设计。
　　该自动排管机同步行走位移补偿机构的底部导轨与钻台焊接固定，序号7支座通过配焊与井架固定，以上两处为刚性连接；序号1底部行走机构、序号3立柱、序号5顶部行走机构、序号7支座间通过序号2摆动块机构、序号4万向节机构、序号6铰接轴机构连接，以上三处为铰接。当頂部小车和底部小车产生相对位移时，序号5顶部行走机构前端下倾，三处铰接位置同时作用，将相对位移转化为了机构转动，很好的吸收了相对位移带来的作用力，确保自动排管机平稳运行。
　　2 自动排管机的试验效果
　　目前，自动排管机样机已于2017年初在辽宁陆海石油装备研究院有限公司钻机成套基地进行了厂内试验，包括功能性试验、负荷试验、应急试验等，试验表明，该自动排管机运行平稳、安全可靠，钻具处理效率高。[1]
　　3 结论
　　立柱同步行走位移补偿机构结构简单、成本低廉、安装便捷、安全性高，能够大大的缓冲顶部小车和底部小车因相对位移产生的作用力，很好的保护了自动排管机本体和井架，提高了设备的安全可靠性，有助于延长设备的使用寿命。该同步行走位移补偿机构的研究可为类似设备的研制提供思路。
　　参考文献：
　　[1]戴克文.李晓光.张晓军等.海洋钻井平台关节式抓管机夹持器设计[J].中国设备工程.2017，12（上）：112-114.
　　作者简介：
　　李晓光（1987- ），男，工程师，长期从事石油钻采机械和海洋船舶的开发、设计和制造工作。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14851014.htm