多档位双液压马达直驱钻井绞车

摘要

本发明公开了一种多档位双液压马达直驱钻井绞车，包括绞车主体和液压控制部分，液压控制部分包括自由轮阀组和双速阀组，自由轮阀组、双速阀组分别与液压源连通，绞车主体的结构是，包括滚筒总成，在滚筒总成左右两端对称安装有绞车架，两个绞车架的外周共同设置有护罩；左侧的绞车架外端安装有左液压马达总成，左液压马达总成集成有左刹车机构和左液压马达；右侧的绞车架外端安装有右液压马达总成，右液压马达总成集成有右刹车机构和右液压马达，右液压马达外侧轴端安装有编码器。本发明的装置，体积小、重量轻、维护简单，实现绞车4个档位的提升及4个档位的下放，提高了绞车的工作效率。

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井装备技术领域，涉及一种多档位双液压马达直驱钻井绞车。

背景技术

绞车是石油钻采钻机的核心部件，在石油钻井过程中，不仅担负着起下钻具、下套管、控制钻压、处理事故、提取岩芯筒、试油等各项作业，而且还担负着井架、底座起放任务等。目前常见的钻井绞车分两大类型：一种为机械驱动链传动形式，该类绞车的不足是传动链长、机构庞大、传动效率低、故障率高；另一种为电驱动齿轮传动形式，该类产品具有控制系统复杂、生产成本高、制造难度大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多档位双液压马达直驱钻井绞车，解决了现有技术中存在的传动链长、机构庞大、传动效率低；以及控制系统复杂、生产成本高、制造难度大的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种多档位双液压马达直驱钻井绞车，包括绞车主体和液压控制部分，液压控制部分包括自由轮阀组和双速阀组，自由轮阀组、双速阀组分别与液压源连通，

绞车主体的结构是，包括滚筒总成，在滚筒总成左右两端对称安装有绞车架，两个绞车架的外周共同设置有护罩；左侧的绞车架外端安装有左液压马达总成，左液压马达总成集成有左刹车机构和左液压马达；右侧的绞车架外端安装有右液压马达总成，右液压马达总成集成有右刹车机构和右液压马达，右液压马达外侧轴端安装有编码器。

本发明的多档位双液压马达直驱钻井绞车，其特征还在于：

左液压马达为液压定量马达，右液压马达为双排量液压马达。

滚筒总成的结构是，包括滚筒体，滚筒体两端分别固定连接有左轴和右轴，滚筒体外圆周加工有里巴斯绳槽；左轴与左液压马达的传动轴采用花键连接，右轴与右液压马达的传动轴采用花键连接。

右轴与右液压马达传动轴通过固定螺栓连接而轴向固定，左轴轴向浮动。

液压控制部分的结构是，

自由轮阀组包括平衡阀F2、液动换向阀F3、液动换向阀F5和电磁换向阀F4，集成在一起安装在左液压马达总成下方；

双速阀组包括平衡阀F6、单向阀F7、电液换向阀F8、液控换向阀F9、液控换向阀F10、单向阀F11、液控单向阀F12、刹车压力表G1，集成在一起安装在右液压马达总成下方；

液压源中设置有主泵ZB和辅助泵FB，主泵ZB和辅助泵FB与同一个电机M1同轴传动连接，主泵ZB为斜盘式轴向柱塞双向变量泵，主泵ZB另外连接有比例电磁换向阀F1；辅助泵FB为齿轮泵；主泵ZB安装有一个主泵压力表G2，辅助泵FB安装有一个辅助泵压力表G3；

液压源与自由轮阀组、双速阀组之间的接口对应关系是：P口为辅助泵供油口、A口和B口为主泵ZB工作油口、X口为泄油口；A1口和B1口为自由轮阀组的工作油口，X1口为自由轮阀组的泄油口；A2口和B2口为双速阀组的工作油口，Pc口为辅助控制油口，X2口为双速阀组的泄油口，Br口为刹车控制口；

绞车主体与自由轮阀组、双速阀组之间的接口对应关系是：A3口为左液压马达工作油口、B3口为左液压马达工作油口，Br1口为左刹车机构的控制油口；A4为右液压马达的工作油口，B4口为右液压马达的工作油口、Y口为右液压马达的变量控制口，Br2口为右刹车机构控制油口；X3口为左液压马达和右液压马达共同的泄油口；

在左液压马达的提升工作油口管路中安装有平衡阀F2，在右液压马达的提升工作油口管路中安装有平衡阀F6；

辅助泵FB供油口P口与双速阀组的辅助控制油口Pc口连通，单向阀F7与电液换向阀F8连通，电液换向阀F8同时与液控换向阀F9、液控换向阀F10连通，液控换向阀F10同时与液控换向阀F9、单向阀F11、液控单向阀F12连通，单向阀F11同时与压力表G1、刹车控制口Br口、液控单向阀F12连通，刹车控制口Br口与两个液压马达的刹车控制口Br1口、Br2口同时连通；

液压源的泄油口X口分别与泄油口X1、泄油口X2、泄油口X3连通，泄油口X1分别与电磁换向阀F4、液控换向阀F5连通，泄油口X2分别与电液换向阀F8、液控换向阀F9、液控换向阀F10、液控单向阀F12连通；

主泵ZB工作油口A口分别与自由轮阀组的工作油口A1口、双速阀组的工作油口A2口连通，主泵ZB工作油口B口分别与自由轮阀组的工作油口B1口、双速阀组的工作油口B2口连通；自由轮阀组工作油口A1口与平衡阀F2连通，平衡阀F2分别与液控换向阀F3、液控换向阀F5连通，液控换向阀F3与电磁换向阀F4连通，液控换向阀F4与液控换向阀F5连通；自由轮阀组的工作油口B1口分别与平衡阀F2、液控换向阀F3、液控换向阀F5连通，液控换向阀F5两个出口与左液压马达的工作油口A3口、B3口对应连通；双速阀组的工作油口A2口与平衡阀F6连通，平衡阀F6分别与液控换向阀F9、右液压马达的工作油口A4口连通，液控换向阀F9的两个出口分别与右液压马达的工作油口A4口、变量控制口Y口连通；双速阀组的工作油口B2口分别与平衡阀F6、液控换向阀F9、右液压马达的工作油口B4口连通。

本发明的有益效果是，该绞车由左、右液压马达总成直接驱动滚筒轴，由左、右液压马达总成作为滚筒轴的支撑，避免了复杂的机械传动或电传动系统，体积小、重量轻、维护简单；选用斜盘式轴向柱塞双向变量泵，通过比例控制方式改变泵的流量实现绞车的无级变速；采用电液控制技术，通过控制电磁换向阀F4、电液换向阀F8和比例电磁换向阀F1不同阀位的组合，改变左、右液压马达不同的工作状态，实现绞车4个档位的提升及4个档位的下放，提高了绞车的工作效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的A处局部放大示意图；

图3是图1中的B处局部放大示意图；

图4是图1中的C处局部放大示意图；

图5是本发明的液压传动原理示意图。

图中，1.绞车主体，2.自由轮阀组，3.双速阀组，4.液压源，5.绞车架，6.O型密封圈，7.护罩；

11.左液压马达总成，111.左刹车机构，112.左液压马达；

12.右液压马达总成，121.右刹车机构，122.右液压马达，123.编码器，124.固定螺栓；

13.滚筒总成，131.左轴，132.滚筒体，133.右轴；

另外，F1为比例电磁换向阀，F2为平衡阀，F3、F5均为液动换向阀，F4为电磁换向阀，F6为平衡阀，F7为单向阀，F8为电液换向阀，F9、F10均为液控换向阀，F11为单向阀，F12为液控单向阀；ZYLFK为自由轮阀块，SSFK为双速阀块；G1为刹车压力表，G2为主泵压力表，G3为辅助泵压力表；ZB为主泵，FB为辅助泵；YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、YA6均为电磁铁。

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。

以下文本中的上下左右均以图示为准，实际安装位置以此类推。

参照图1、图2、图3、图4，本发明装置的结构是，包括绞车主体1和液压控制部分，液压控制部分包括自由轮阀组2和双速阀组3，自由轮阀组2、双速阀组3分别与液压源4连通。

绞车主体1的结构是，包括滚筒总成13，在滚筒总成13左右两端对称安装有绞车架5，两个绞车架5的外周共同设置有护罩7；左侧的绞车架5外端安装有左液压马达总成11，左液压马达总成11集成有左刹车机构111和左液压马达112，左液压马达112为液压定量马达，从左刹车机构111外侧(刹车端)看，马达顺时针旋转时为提升工况；右侧的绞车架5外端安装有右液压马达总成12，右液压马达总成12集成有右刹车机构121和右液压马达122，右液压马达122为双排量液压马达，右液压马达122外侧轴端安装有编码器123，从右刹车机构121外侧(刹车端)看，马达逆时针旋转时为提升工况；左刹车机构111、右刹车机构121均为常闭式液压制动器，带压释放，失压制动。

参照图2、图3，滚筒总成13包括滚筒体132，滚筒体132两端分别固定连接有左轴131和右轴133，滚筒体132外圆周加工有里巴斯绳槽，保证钢丝绳缠绕时排列整齐；左轴131与左液压马达112的传动轴采用花键连接，右轴133与右液压马达122的传动轴采用花键连接，左轴131与左液压马达112的传动轴交接处设置有一个O型密封圈6，右轴133与右液压马达122的传动轴交接处设置有另一个O型密封圈6；

左轴131、右轴133的花键末端密封环槽处分别安装的O型密封圈6，直接插入左、右液压马达总成中。

参照图4，右轴133与右液压马达122传动轴通过固定螺栓124连接而轴向固定，而左轴131轴向浮动，由右液压马达总成12承受滚筒总成13的轴向载荷，同时左液压马达总成11、右液压马达总成12共同作为滚筒总成13的支撑，承受滚筒总成13的径向载荷。

上述的编码器123、左液压马达112、右液压马达122、以及下述的电机M1、各个电磁阀均与控制器连接，共同接受协调控制。

参照图5，液压控制部分的结构是，

自由轮阀组2包括平衡阀F2、液动换向阀F3、液动换向阀F5和电磁换向阀F4，集成在一起安装在左液压马达总成11下方，称为自由轮阀块ZYLFK；

双速阀组3包括平衡阀F6、单向阀F7、电液换向阀F8、液控换向阀F9、液控换向阀F10、单向阀F11、液控单向阀F12、刹车压力表G1，集成在一起安装在右液压马达总成12下方，称为双速阀块SSFK；

液压源4中设置有互为备份的主泵ZB和辅助泵FB，主泵ZB和辅助泵FB与同一个电机M1同轴传动连接，主泵ZB为斜盘式轴向柱塞双向变量泵，主泵ZB另外连接有比例电磁换向阀F1，比例电磁换向阀F1通过比例控制改变斜盘的角度从而实现主泵排量的无级变量、在换向时斜盘摆过中位平稳改变液体流出的方向；辅助泵FB为齿轮泵；主泵ZB安装有一个主泵压力表G2，辅助泵FB安装有一个辅助泵压力表G3；

液压源4与自由轮阀组2、双速阀组3之间的接口对应关系是：P口为辅助泵供油口、A口和B口为主泵ZB工作油口、X口为泄油口；A1口和B1口为自由轮阀组2的工作油口，X1口为自由轮阀组2的泄油口；A2口和B2口为双速阀组3的工作油口，Pc口为辅助控制油口，X2口为双速阀组3的泄油口，Br口为刹车控制口；

绞车主体1与自由轮阀组2、双速阀组3之间的接口对应关系是：A3口为左液压马达112工作油口(提升)、B3口为左液压马达112工作油口(下放)，Br1口为左刹车机构111的控制油口；A4为右液压马达122的工作油口(提升)，B4口为右液压马达122的工作油口(下放)、Y口为右液压马达122的变量控制口，Br2口为右刹车机构121控制油口；X3口为左液压马达112和右液压马达122共同的泄油口；

在左液压马达112的提升工作油口管路中安装有平衡阀F2，在右液压马达122的提升工作油口管路中安装有平衡阀F6，该两个平衡阀在液压回路中可以闭锁各自液压马达油路中的油液，在绞车静止悬挂重物时，使各自的液压马达不会因负载重量而下滑，起到闭锁作用；在绞车下放重物时，平衡阀F2、平衡阀F6能够在工作回路中建立一定的背压，保证各自液压马达不会因负载重量而超速下滑；

辅助泵FB供油口P口与双速阀组3的辅助控制油口Pc口连通，单向阀F7与电液换向阀F8连通，电液换向阀F8同时与液控换向阀F9、液控换向阀F10连通，液控换向阀F10同时与液控换向阀F9、单向阀F11、液控单向阀F12连通，单向阀F11同时与压力表G1、刹车控制口Br口、液控单向阀F12连通，刹车控制口Br口与两个液压马达的刹车控制口Br1口、Br2口同时连通；

液压源4的泄油口X口分别与泄油口X1、泄油口X2、泄油口X3连通，泄油口X1分别与电磁换向阀F4、液控换向阀F5连通，泄油口X2分别与电液换向阀F8、液控换向阀F9、液控换向阀F10、液控单向阀F12连通；

主泵ZB工作油口A口分别与自由轮阀组2的工作油口A1口、双速阀组3的工作油口A2口连通，主泵ZB工作油口B口分别与自由轮阀组2的工作油口B1口、双速阀组3的工作油口B2口连通；自由轮阀组2工作油口A1口与平衡阀F2连通，平衡阀F2分别与液控换向阀F3、液控换向阀F5连通，液控换向阀F3与电磁换向阀F4连通，液控换向阀F4与液控换向阀F5连通；自由轮阀组2的工作油口B1口分别与平衡阀F2、液控换向阀F3、液控换向阀F5连通，液控换向阀F5两个出口与左液压马达112的工作油口A3口、B3口对应连通；双速阀组3的工作油口A2口与平衡阀F6连通，平衡阀F6分别与液控换向阀F9、右液压马达122的工作油口A4口连通，液控换向阀F9的两个出口分别与右液压马达122的工作油口A4口、变量控制口Y口连通；双速阀组3的工作油口B2口分别与平衡阀F6、液控换向阀F9、右液压马达122的工作油口B4口连通。

本发明装置的工作原理是，

比例电磁换向阀F1用于控制主泵ZB的流量和方向，当电磁铁YA1来电动作时，工作油口A口为供油口，工作油口B口为回油口，液压绞车处于提升工作状态；当电磁铁YA2来电动作时，工作油口A口为回油口，工作油口B口为供油口，液压绞车处于下放工作状态。

自由轮阀组2用于实现左液压马达112的压力和流量控制，液控换向阀F3、液控换向阀F5、电磁换向阀F4配合实现左液压马达112的自由轮工况。电磁铁YA3来电动作，电磁换向阀F4处于左位，自由轮阀组2工作油口A1口或B1口压力油经过液控换向阀F3、电磁换向阀F4到达液控换向阀F5的左液控端，液控换向阀F5右液控端通过电磁阀F4与泄油口X1口连通，液控换向阀F5处于左位，左液压马达112工作油口A3口和B3口连通，左液压马达112处于自由轮工况，随动；电磁铁YA4来电动作，电磁换向阀F4处于右位，自由轮阀组2的工作油口A1口或B1口压力油经过液控换向阀F3，电磁换向阀F4达到液控换向阀F5的右液控端，液控换向阀F5左液控端通过电磁换向阀F4与泄油口X1连通，液控换向阀F5处于右位，左液压马达112的工作油口A3口经过液控换向阀F5、平衡阀F2与工作油口A1口连通，左液压马达112的工作油口B3口经过液控换向阀F5与自由轮阀组2的工作油口B1口连通，左液压马达112处于工作状态。

双速阀组3用于实现右液压马达122的半排量和全排量的切换，实现双速控制，同时控制左刹车机构111、右刹车机构121的开启和释放。电磁铁YA5来电动作，电液换向阀F8处于左位，辅助泵FB压力油由液压源4的P口到达双速阀组3的Pc口，经单向阀F7、电液换向阀F8到达液控换向阀F10的右液控端，液控换向阀F10换向，压力油经液控换向阀F10到达液控单向阀F12液控端，关闭液控单向阀F12，打开单向阀F11，分别到达左刹车机构111的刹车控制油口Br1口及右刹车机构121的刹车控制油口Br2口，左右刹车同时释放；同时液控换向阀F9下液控端经电液换向阀F8与泄油口X2口连通，液控换向阀F9上液控端弹簧复位，液控换向阀F9处于上位，变量控制口Y口与右液压马达122的工作油口A4口经液控换向阀F9相互连通，双速阀组3的工作油口A2口压力油经平衡阀F6分别到达液控换向阀F9、右液压马达122的工作油口A4口，双速阀组3的工作油口B2口与平衡阀F6、右液压马达122的工作油口B4口连通，右液压马达122处于全排量工作状态；电磁铁YA6来电动作，电液换向阀F8处于左位，辅助泵FB压力油由液压源P口到达双速阀组3的Pc口，经单向阀F7、电液换向阀F8到达液控换向阀F10的右液控端，液控换向阀F10换向，压力油经液控换向阀F10到达液控单向阀F12液控端，关闭液控单向阀F12，打开单向阀F11，分别到达左刹车机构111的刹车控制油口Br1口及右刹车机构121的刹车控制油口Br2口，左右刹车同时释放；同时控制压力油到达液控换向阀F9下液控端，液控换向阀F9上液控端弹簧压缩，液控换向阀F9上液控端经电液换向阀F8与泄油口X2口连通，液控换向阀F9处于下位，双速阀组3的工作油口B2口与右液压马达122的工作油口B4口直接连通、与变量控制口Y经液控换向阀F9连通，双速阀组3的工作油口A2口经平衡阀F6与右液压马达122的工作油口A4口、液控换向阀F9连通，液控换向阀F9与右液压马达122的工作油口A4口连通，右液压马达122处于半排量工作状态。

综上所述，本发明的多档位双液压马达直驱钻井绞车，多档位的实现方式包括以下方式：

1)电磁铁YA1、YA3、YA6同时动作时，绞车处于提升工作状态，左液压马达112随动，右液压马达122为半排量工作状态，绞车为提升档IV档。2)电磁铁YA1、YA3、YA5同时动作时，绞车为提升工作状态，左液压马达112随动，右液压马达122为全排量工作状态，绞车为提升档III档。3)电磁铁YA1、YA4、YA6同时动作时，绞车为提升工作状态，左液压马达112为全排量工作状态，右液压马达122为半排量工作状态，绞车为提升档II档。4)电磁铁YA1、YA4、YA5同时动作时，绞车为提升工作状态，左液压马达112为全排量工作状态，右液压马达122为全排量工作状态，绞车为提升档I档；5)电磁铁YA2、YA3、YA6同时动作时，绞车处于下放工作状态，左液压马达112随动，右液压马达122为半排量工作状态，绞车为下放档IV档。6)电磁铁YA2、YA3、YA5同时动作时，绞车为下放工作状态，左液压马达112随动，右液压马达122为全排量工作状态，绞车为下放档III档。7)电磁铁YA2、YA4、YA6同时动作时，绞车为下放工作状态，左液压马达112为全排量工作状态，右液压马达122为半排量工作状态，绞车为下放档II档。8)电磁铁YA2、YA4、YA5同时动作时，绞车为下放工作状态，左液压马达112为全排量工作状态，右液压马达122为全排量工作状态，绞车为下放档I档。