本发明属于机械制造领域，提供一种铁钻工液压夹紧系统，包括夹紧液压系统、蓄能液压系统、液压动力站，三部分由同一个PLC主控制器控制，液压动力站与两液压系统通过供油总管和回油总管连接，夹紧液压系统和蓄能液压系统安装在铁钻工主钳体的上钳钳身上。本发明提供的液压系统能够实现对铁钻工夹紧油管的自动化控制，且夹紧动作能够自动完成，夹紧动作可靠性提高。
1.一种铁钻工液压夹紧系统，其特征在于，包括夹紧液压系统、蓄能液压系统、液压动力站，三部分由同一个PLC主控制器控制，液压动力站与两液压系统通过供油总管和回油总管连接，夹紧液压系统和蓄能液压系统安装在铁钻工主钳体的上钳钳身上；
所述的夹紧液压系统包括主动力双活塞杆液压缸(1)、辅助液压缸(2)、第一蓄能器(4)、第一行程阀(5)、供油油缸(6)、旋转液压缸(7)、第二行程阀(8)、第二蓄能器(9)；所述的第一行程阀(5)、第二行程阀(8)均为二位二通机动阀，一个阀口为顺序阀，另一个阀口为单向阀；第二行程阀(8)和第一行程阀(5)中的顺序阀和单向阀的进油口分别为B、D出口，并且二者的进油口同时与供油油缸(6)的出油口相连接；第二行程阀(8)和第一行程阀(5)中的顺序阀和单向阀的出油口分别为A、C出口，并且二者的出油口同时与第二蓄能器(9)的进油口相连接，用于单方向控制进入阀体内的液压油流向，防止出现逆流造成整个系统压力不稳定；
所述的主动力双活塞杆液压缸(1)的供油口外接主液压回路，与其他液压操作系统共用同一个液压泵，主动力双活塞杆液压缸(1)的左右两端活塞杆与左右两侧辅助液压缸(2)的活塞杆处于同一水平面且同轴心，用于控制辅助液压缸(2)的活塞杆水平向外或向内移动；左右两侧辅助液压缸(2)通过辅助连杆(3)及销轴与供油油缸(6)的双侧活塞杆连接，带动供油油缸(6)的活塞杆向内移动，控制供油油缸(6)的压力油进入夹紧液压回路中；供油油缸(6)的内腔通过油管与第二行程阀(8)的D进油口连通，第二行程阀(8)的C出油口和第一行程阀(5)的A出油口连通，并且二者同时通过油管与第二蓄能器(9)的进油口连通；第一行程阀(5)的B进油口与第二行程阀(8)的D进油口通过油管连通，控制整个液压系统中的压力值；同时，供油油缸(6)的供油内腔通过油管与旋转液压缸(7)的大腔连通，旋转液压缸(7)的小腔与第一蓄能器(4)通过油管相连通；当铁钻工夹紧油管时，第一蓄能器(4)压力与液压回路压力相同，保证两边的分流量相等，保持油管夹紧时的夹紧力；
所述蓄能液压系统包括第一蓄能器(4)、第二蓄能器(9)、顶升液压缸组、旋转液压缸(7)、第一行程阀(5)、第二行程阀(8)；所述的顶升液压缸组包括四个顶升液压缸(11)，安装在上钳钳身的四周；蓄能系统中第一行程阀(5)的A出油口与第二行程阀(8)的C出油口通过油管连通，并且二者同时通过油管与第二蓄能器(9)的进油口连通；采用双行程阀，保证行程阀的工作效果；第一行程阀(5)的B进油口与第二行程阀(8)的D进油口口通过油管连通，并且二者同时与旋转液压缸(7)的大腔连通，用于控制旋转液压缸(7)压力稳定；第一蓄能器(4)通过油管与旋转液压缸(7)的小腔连通，第一蓄能器(4)和第二蓄能器(9)均由外接PLC控制调节蓄能器内部预先压力，控制不同直径的钻井油管的夹紧压力；第一行程阀(5)和第二行程阀(8)的弹簧行程开关的上端与圆弧形盖板(10)接触，顶升液压缸组的活塞杆与圆弧形盖板(10)固定连接，用于控制圆弧形盖板的竖直方向的移动，进而控制两个行程阀中顺序阀和单向阀之间的阀位转换。
2.根据权利要求1所述的一种铁钻工液压夹紧系统，其特征在于，所述的第一蓄能器(4)和第二蓄能器(9)为弹簧式气体蓄能器，蓄能器通过压缩气体完成能量转化；使用时首先向蓄能器内充入预定压力的气体，当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的油在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量，在该夹紧液压系统中起到节能、回路供油、系统保压和缓和冲击压力的作用。
3.根据权利要求1或2所述的一种铁钻工液压夹紧系统，其特征在于，所述的辅助连杆(3)为双连杆结构。
一种铁钻工液压夹紧系统
技术领域
[0001] 本发明属于机械制造领域，提供一种铁钻工的自动化液压夹紧系统。
背景技术
[0002] 石油是当今世界极其重要的工业能源，近年来，随着石油钻井行业的不断发展，石油开采领域对于石油设备提出了越来越高的技术要求。起下管设备，油管移动设备，油管排布设备以及带压修井设备等是油田内的主要设备，而油管夹持以及拧紧机构又是以上设备的共同的最主要部件之一，因此铁钻工的创新以及自动化控制有较为重要的实际意义。目前铁钻工的每次夹紧和松开以及在夹紧过程中两个油管之间的拧紧的同步都需要人工来控制，导致机械化自动化程度低，依靠工人手动操作，工作的强度大，工作效率低，并且在油管的夹紧与拧紧同步进行过程中存在安全隐患。
发明内容
[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供一种新型铁钻工的液压夹紧系统，该液压系统能够实现对铁钻工夹紧油管的自动化控制，且夹紧动作能够自动完成，夹紧动作可靠性提高。
[0004] 为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
[0005] 一种铁钻工液压夹紧系统，包括夹紧液压系统、蓄能液压系统、液压动力站，三部分由同一个PLC主控制器控制，液压动力站与两液压系统通过供油总管和回油总管连接，夹紧液压系统和蓄能液压系统安装在铁钻工主钳体的上钳钳身上。
[0006] 所述的夹紧液压系统包括主动力双活塞杆液压缸1、辅助液压缸2、第一蓄能器4、第一行程阀5、供油油缸6、旋转液压缸7、第二行程阀8、第二蓄能器9。所述的第一行程阀5、第二行程阀8均为二位二通机动阀，一个阀口为顺序阀，另一个阀口为单向阀；第二行程阀8和第一行程阀5中的顺序阀和单向阀的进油口分别为B、D出口，并且二者的进油口同时与供油油缸6的出油口相连接；第二行程阀8和第一行程阀5中的顺序阀和单向阀的出油口分别为A、C出口，并且二者的出油口同时与第二蓄能器9的进油口相连接，用于单方向控制进入阀体内的液压油流向，防止出现逆流造成整个系统压力不稳定；所述的辅助连杆为双连杆结构。
[0007] 所述的主动力双活塞杆液压缸1的供油口外接主液压回路，与其他液压操作系统共用同一个液压泵，主动力双活塞杆液压缸1的左右两端活塞杆与左右两侧辅助液压缸2的活塞杆处于同一水平面且同轴心，用于控制辅助液压缸2的活塞杆水平向外或向内移动；左右两侧辅助液压缸2通过辅助连杆3及销轴与供油油缸6的双侧活塞杆连接，通过双连杆机理带动供油油缸6的活塞杆向内移动，进而控制供油油缸6的压力油进入夹紧液压回路中。供油油缸6的内腔通过油管与第二行程阀8的D进油口相连通，第二行程阀8的C出油口和第一行程阀5的A出油口相连通，并且二者同时通过油管与第二蓄能器9的进油口连通，使得供油油缸6内腔中的压力油顺利通过第二行程阀8，并最终使压力油流进第二蓄能器9中，使得液压回路中多余的能量得以储存；第一行程阀5的B进油口与第二行程阀8的D进油口通过油管相连通，达到两蓄能器压力稳定，控制整个液压系统中的压力值，与此同时，供油油缸6的供油内腔通过油管与旋转液压缸7的大腔相连通，旋转液压缸7的小腔与第二蓄能器9通过油管相连通。当铁钻工夹紧油管时，第一蓄能器4压力与液压回路压力相同，保证两边的分流量相等，进而保持油管夹紧时维持一定的夹紧力。
[0008] 所述蓄能液压系统包括第一蓄能器4、第二蓄能器9、顶升液压缸组、旋转液压缸7、第一行程阀5、第二行程阀8。所述的顶升液压缸组包括四个顶升液压缸11，安装在上钳钳身的四周；蓄能系统中第一行程阀5的A出油口与第二行程阀8的C出油口通过油管相连通，并且二者同时通过油管与第二蓄能器9的进油口连通；采用双行程阀的目的是由于上钳钳身内部为缺口齿轮，当上钳旋转拧紧钻井油管时，防止出现单一行程阀恰好处于上钳缺口处，而此时缺口处并无圆形盖板，无法控制行程阀下压弹簧，导致行程阀失去工作效果，第一行程阀5的B进油口与第二行程阀8的D进油口口通过油管相连通，并且二者同时与旋转液压缸7的大腔相连通，用于控制旋转液压缸7压力稳定；第一蓄能器4通过油管与旋转液压缸7的小腔相连通，第一蓄能器4和第二蓄能器8均由外接PLC控制调节蓄能器内部预先压力，目的是控制不同直径的钻井油管的夹紧压力；第一行程阀5和第二行程阀8的弹簧行程开关的上端与圆弧形盖板10接触，顶升液压缸组的活塞杆与圆弧形盖板10通过螺栓组固定连接，用于控制圆弧形盖板的竖直方向的移动，进而控制两个行程阀中顺序阀和单向阀之间的阀位转换。
[0009] 所述的两个蓄能器为弹簧式气体蓄能器，该蓄能器功能为通过压缩气体完成能量转化，使用时首先向蓄能器充入预定压力的气体，当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的油在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量，在该夹紧液压系统中起到节能、回路供油、系统保压和缓和冲击压力的作用。
[0010] 本发明的有益效果在于：该液压系统能够实现对铁钻工的液压驱动和控制，以及对液压能的储存和循环利用，能够满足在快速夹持，稳定夹紧，夹紧期间套管的拧紧和套管的松开不同功能下的要求，夹紧工作自动完成，夹紧动作可靠性提高，合理有效地发挥了原动机的动力，达到较高的作业效率，特别指出的是，该液压系统可以大大降低工人人工操作的劳动成本，可实现在夹紧机构运行的同时自动化控制其套管的旋转拧紧，此外在该液压系统中的添加的蓄能液压系统，既储存了原动机在夹紧和松开过程的额外的液压能，将此部分液压能应用于夹紧松开过程，达到循环利用的效果，在夹紧过程中也起到保持系统压力恒定的作用，当换向阀突然换向、执行元件运动的突然停止都会在液压系统中产生压力冲击，使系统压力在短时间内快速升高，蓄能器吸收液压冲击同时也将人工开闭夹紧系统替代为自动化控制夹紧系统，提高了自动化的生产效率，降低了生产成本，合理利用了原动机的液压能。
附图说明
[0011] 图1为铁钻工夹紧液压系统原理图；
[0012] 图2为铁钻工液压元器件俯视图；
[0013] 图3为铁钻工上钳立体示意图；
[0014] 图中：1主动力双活塞杆液压缸；2辅助液压缸；3辅助连杆；4第一蓄能器；5第一行程阀；6供油油缸；7旋转液压缸；8第二行程阀；9第二蓄能器；10圆弧形盖板；11顶升液压缸。
具体实施方式
[0015] 如图1-3所示，该铁钻工的液压夹紧系统，它包括液压动力站、夹紧液压系统和蓄能液压系统，液压动力站为独立设置(采用现有公知技术)，夹紧液压系统和蓄能液压系统安装在铁钻工的上钳机身上，液压动力站与两液压系统用供油总管和回油总管连接；
[0016] 所述的夹紧液压系统包括主动力双活塞杆液压缸1、供油油缸6、辅助液压缸2，旋转液压缸7，第一行程阀5，第二行程阀8，第一蓄能器4，第二蓄能器9，顶升液压缸组11。主动力液压缸1的供油口外接主液压回路，与其他液压操作系统共用同一个液压动力站，主动力双活塞杆液压缸1的左右两端活塞杆与左右两侧辅助液压缸2的活塞杆处于同一水平面且同轴心；左右两侧辅助液压缸2通过双连杆机构3与供油油缸6的双侧活塞杆连接，用于控制供油油缸6的压力油进入夹紧液压回路中，供油油缸6的内腔通过油管与第二行程阀8的D进油口相连通，第二行程阀8的C出油口和第一行程阀5的A出油口相连通，并且二者同时通过油管与第二蓄能器连通，第一行程阀5的B进油口与第二行程阀8的D进油口通过油管相连通，与此同时，供油油缸6的供油内腔通过油管与旋转液压缸7的大腔相连通，旋转液压缸7的小腔与第二蓄能器9通过油管相连通；当铁钻工夹紧钻井油管时，第一蓄能器4压力与液压回路压力相同，保证两边的分流量相等，进而保持钻井油管夹紧时维持一定的夹紧力。
[0017] 所述的蓄能液压系统包括第一蓄能器4，第二蓄能器9，顶升液压缸组11，旋转液压缸7，第一行程阀5，第二行程阀8；第一行程阀5的A出油口与第二行程阀8的C出油口通过油管相连通，并且二者同时通过油管与第二蓄能器9的进油口连通，第一行程阀5的B进油口与第二行程阀8的D进油口通过油管相连通，并且二者同时与旋转液压缸7的大腔相连通，第一蓄能器4通过油管与旋转液压缸7的小腔相连通，第一蓄能器4和第二蓄能器9均由外接PLC控制调节蓄能器内部预先压力，第一行程阀5和第二行程阀8的弹簧行程开关的上端与圆弧形盖板接触，顶升液压缸组11的活塞杆与圆弧形盖板10通过螺栓组固定连接，用于控制圆弧形盖板10的竖直方向的移动。此外考虑到安全操作问题，在行程阀在换向过程中，系统压力在短时间内快速升高，造成仪表、元件和密封装置的损坏，并产生振动和噪声，两蓄能器可以很好地吸收和缓冲液压冲击。
[0018] 本液压系统的自动化夹紧功能是这样实现的：
[0019] 液压油通过液压动力站的液压泵进入到供油管中，进而流进主动力双活塞杆液压缸1的大腔，压力油推动两侧活塞杆，通过与供油油缸6活塞杆连接的双连杆机构，带动供油油缸6的双侧活塞杆向内移动，供油油缸6的内腔压力油通过油管流进该液压系统的液压回路中，此时主动力双活塞杆液压缸1的两侧活塞杆自动退回，完成供油工作；液压油通过油管流入旋转液压缸7的大腔，带动钻井油管夹紧装置旋合夹紧，旋转液压缸7小腔的液压油通过管路流入第一蓄能器4中，当达到最大夹紧力时，第一蓄能器4的内部压力恰好与旋转液压缸7的小腔内压力相同，保持该夹紧力持续稳定进入下一旋转工位。
[0020] 供油液压缸6继续供油，此时旋转液压缸7压力已经恒定，压力油无法通过油管路流入旋转液压缸7，而是通过油管流经第一行程阀5和第二行程阀8，此时两个行程阀5/8向右换向，单向阀打开，液压油通过第一行程阀5、第二行程阀8流进第二蓄能器9，进而使多余的液压能得以暂时储存在蓄能器9中，此时整个液压回路压力恒定。
[0021] 当两个钻井油管通过齿轮旋转拧紧为一根钻井油管后，第一蓄能器4开始释放液压能，压力油通过管路流进旋转液压缸7的小腔，使旋转液压缸7反向运转，夹紧力慢慢减小，夹紧卡爪逐渐松开，然后将钻井油管通过修井机构下压到地表以下，该操作过程结束。
[0022] 当上一过程结束后，第二蓄能器9通过PLC控制开始工作，此时顶升液压缸组活塞杆向下移动，带动圆弧形盖板10下压，第一行程阀5和第二行程阀8向左换向，顺序阀打开，第二蓄能器9的压力油通过AC出油口流到顺序阀再由BD进油口进入旋转液压缸7的大腔，带动钻井油管夹紧装置旋合夹紧，旋转液压缸7小腔的液压油通过管路流入第一蓄能器4中，稳定液压回路压力，在此说明的是，除了第一次需要供油油缸6提供，供油油缸6不需要再提供液压油，后续的操作过程中，整体液压回路的液压油由第一蓄能器4和第二蓄能器9提供，可保证夹紧过程的自动化完成，无需再人工操作；夹紧之后的过程重复第一次钻井油管的工位过程。
