一種自動排管機同步行走位移補償機構研究

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　　摘 要：自動排管機主要用于鉆臺上鉆具移運、鉆具排列、甩鉆具、下鉆、起鉆等作業，是鉆具處理過程中最為繁忙的設備，而上下同步行走機構是自動排管機的主體機構和核心機構，承載著整個排管機的行走任務，它的穩定性與否直接決定了鉆具處理的質量和效率，本文主要介紹了同步行走機構的主要構成及其結構形式，為國內外自動排管機和鉆臺機器人的研究提供幫助。
　　關鍵詞：自動排管機；鉆具移運；鉆具排列；同步行走
　　在海洋鉆井作業中，鉆具移運、鉆具排列、甩鉆具、下鉆、起鉆等鉆井作業工程量非常大，尤其井深在9000米以上，人工消耗特別巨大。自動排管機可實現鉆井過程的全自動化操作，整個鉆井過程僅需2-3人即可完成。自動排管機行走的驅動力來自于頂部小車和底部小車，每個小車上配置一個液壓馬達，由液壓馬達驅動小車，小車帶動立柱行走。在自動排管機行走過程中，要求頂部和底部液壓馬達同步控制，但因其工況的復雜性，液壓馬達的同步控制并不能形成小車的絕對同步驅動行走，這就使得頂部小車和底部小車出現了相對位移，相對位移產生作用力，作用力會對自動排管機和井架產生沖擊。這種現象如果長期下去，會對連帶設備和部件造成損傷，減少使用壽命。鑒于以上原因，自動排管機行走的同步性顯得尤為重要。
　　1 自動排管機同步行走機構介紹
　　該同步行走機構是通過位移補償的形式，來實現減小自動排管機行走過程中對自動排管機本體和井架產生的沖擊。立柱同步行走位移補償機構主要由底部行走機構（1）、擺動塊機構（2）、立柱（3）、關節軸承機構（4）、頂部行走機構（5）、鉸接軸機構（6）、支座（7）等部分組成，結構見圖1。
　　底部行走機構（1）包含底部導軌和底部小車兩部分，底部導軌與鉆臺焊接固定，底部小車為底部行走的載體和動力；擺動塊機構（2）用于連接底部行走機構（1）和立柱（3），擺動塊機構（2）兩端均為鉸接連接，起到位移補償作用；立柱（3）為行走的主體，自動排管機的機械臂、滑車等機構均安裝在立柱（3）上，主要載荷也均直接作用于立柱（3）；關節軸承機構（4）用于連接立柱（3）和頂部行走機構（5），起到位移補償作用；頂部行走機構（5）包含頂部導軌和頂部小車兩部分，頂部導軌通過鉸接軸機構（6）與支座（7）連接，頂部小車為頂部行走的載體和動力；鉸接軸機構（6）用于連接頂部行走機構（5）和支座（7），起到位移補償作用；支座（7）通過配焊與井架固定。該機構的關鍵在于擺動塊機構（2）、關節軸承機構（4）、鉸接軸機構（6）的設計。
　　該自動排管機同步行走位移補償機構的底部導軌與鉆臺焊接固定，序號7支座通過配焊與井架固定，以上兩處為剛性連接；序號1底部行走機構、序號3立柱、序號5頂部行走機構、序號7支座間通過序號2擺動塊機構、序號4萬向節機構、序號6鉸接軸機構連接，以上三處為鉸接。當頂部小車和底部小車產生相對位移時，序號5頂部行走機構前端下傾，三處鉸接位置同時作用，將相對位移轉化為了機構轉動，很好的吸收了相對位移帶來的作用力，確保自動排管機平穩運行。
　　2 自動排管機的試驗效果
　　目前，自動排管機樣機已于2017年初在遼寧陸海石油裝備研究院有限公司鉆機成套基地進行了廠內試驗，包括功能性試驗、負荷試驗、應急試驗等，試驗表明，該自動排管機運行平穩、安全可靠，鉆具處理效率高。[1]
　　3 結論
　　立柱同步行走位移補償機構結構簡單、成本低廉、安裝便捷、安全性高，能夠大大的緩沖頂部小車和底部小車因相對位移產生的作用力，很好的保護了自動排管機本體和井架，提高了設備的安全可靠性，有助于延長設備的使用壽命。該同步行走位移補償機構的研究可為類似設備的研制提供思路。
　　參考文獻：
　　[1]戴克文.李曉光.張曉軍等.海洋鉆井平臺關節式抓管機夾持器設計[J].中國設備工程.2017，12（上）：112-114.
　　作者簡介：
　　李曉光（1987- ），男，工程師，長期從事石油鉆采機械和海洋船舶的開發、設計和制造工作。
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