一種新型頂驅導軌板對接裝置的設計與研究

關春輝++康發仁++趙慶

摘 要：頂驅導軌板對接裝置是全液壓套管鉆井鉆機的重要組成部分，傳統的對接裝置存在對接和拆卸效率低，成本高、操作復雜及需高空作業等諸多問題，為提高頂驅導軌板對接裝置的可靠性，本文設計了一種新型的頂驅導軌板對接裝置，并針對其布置形式、工作原理、有效效果及對接和安裝過程進行了詳細闡述，通過大量實驗結果表明，該裝置置更加可靠、高效和安全。

關鍵詞：頂驅導軌板對接裝置；布置；設計

中圖分類號：E21B 文獻標識碼：A

1 概述

傳統導軌板的對接和拆卸需要工人和設備，且費時費力，裝卸效率低、成本高，且需要高空作業。為解決存在的上述諸多問題，這就需要設計一種新型的頂驅導軌板對接裝置。本文中的頂驅導軌板對接裝置作為液壓頂驅車載鉆機的重要組成部分，頂驅裝置通過鉆桿動力遞送裝置從井架頂端驅動鉆具進行鉆井施工，鉆井施工中，為阻止頂驅自身旋轉，將頂驅安裝在井架與鉆臺間的導軌板上，

2 頂驅導軌板對接裝置布置形式

頂驅車載鉆機的外架鉸鏈在鉆井平臺上，內架和外架采用矩形框架式結構，內、外架通過液壓缸進行升降，并可由鎖定液壓缸進行鎖定。鉸鏈在內架上的液壓缸下端鉸鏈有滑輪，其上連接的引導鋼絲繩在繞過天車后連接在頂驅上，保證了液壓缸既能夠推動內架升降又可以帶動頂驅沿著導軌板進行移動，節省了絞車、盤剎等設備，使操作更加簡單。導軌板分別與內架和外架相連，其中導軌板與內架通過四連桿連接在一起，導軌板上設有凸臺和凹槽，導軌板和內架間鏈接有液壓缸，并通過液壓缸推動將內架上的導軌板的凸臺約束到外架導軌板的凹槽內，從而實現了自動對接，確保了內、外架上的導軌板成為一體。導軌板上的頂驅可以沿其滑動。內、外架頂驅上帶有鉆桿動力遞送裝置，其上排架上的鉆桿在鉆桿重力、排架傾角及旋轉定位撥盤的共同作用下向起落架提供鉆桿，并由起落架將鉆桿立起送給頂驅，待頂驅連接完畢，即可進行鉆井施工操作。

3 頂驅導軌板對接裝置的結構設計

依據頂驅導軌板的功能要求，保證其安全、高效、可靠的對接，對其進行結構設計，主要包括調節主件、對接頭、對接套、引導鋼絲繩及復位彈簧等，其結構如圖1所示。

具體工作過程：該對接裝置結構主要由調節主件、對接套及對接頭等構成，調節主件由調節板和調節背板組成，其中調節背板為盒狀結構，其大面上開有7排連接孔，調節背板頂端與吊耳相連，下端通過螺栓與調節板相連，并可依據井架高度選擇調節背板上的一排連接孔，從而能夠實現對頂驅導軌板對接裝置進行微調。

調節板下部與對接頭通過銷釘進行鉸接，對接頭下部采用球體結構，在對接頭的軸向孔內固定有引導鋼絲繩，其穿過對接套置于鉆臺上，對接套內部開有二級臺階孔，為上小下大結構形式，下臺階孔用于卡瓦向外脹開，上臺階孔用于卡瓦向內收縮。臺階孔內安裝的復位彈簧使卡瓦約束在上臺階孔內，復位彈簧安裝在彈簧座內，其開有4個凹槽，卡瓦的徑向凸臺結構安裝在彈簧座的徑向凹槽內，保證了4片卡瓦卡套在彈簧座的4個凹槽內，卡瓦通過彈簧座進行連接和移動。卡瓦上端的限位臺與對接頭下部球體的內表面相配合，此時對接套鏈接在第一節導軌板的頂部位置。在對接套上行過程中，此時對接頭和卡瓦開始向下移動進而壓縮復位彈簧，當卡瓦運動到下臺階孔處時，卡瓦開始逐漸向外脹開，此時對接頭下端球體開始進入對接套限位臺的內球面孔中，復位彈簧上的彈力作用促使卡瓦迅速向上移動，此時卡瓦加速收縮，其上端的限位臺卡套在對接頭球體上端位置，保證將對接頭鎖定在對接套內，從而完成了導軌板的對接操作。

4 頂驅導軌板對接裝置安裝、拆卸過程

頂驅導軌板對接裝置安裝過程大體分為兩步：（1）連接調節主件。待井架未立起時，通過銷釘將調節主件上的吊耳和井架頂部的U形環連接為一體。（2）引導鋼絲繩穿過對接套，通過井架上的大鉤把引導鋼絲繩與安裝小車連接起來，提升大鉤，促使安裝小車帶動導軌板一起向上運動，當對接套移動至對接頭附近位置時，鉆臺上操作人員通過拉動引導鋼絲繩確保對接頭和對接套兩者對正，完成對正后安裝小車繼續帶動對接套向上運動，向上運動過程中，對接頭連接的卡瓦開始壓縮復位彈簧，并進入至對接套內的臺階孔內向外脹開，此時對接頭下端球體與卡瓦限位臺下端的內球面相配合，安裝小車停止運動，復位彈簧開始推動卡瓦向上移動，卡瓦逐漸收縮，從而將對接頭鎖定在對接套內，完成對接鎖定操作工作。

頂驅導軌板對接裝置拆卸過程：當井架上的大鉤運動到頂端時，大鉤由滑板帶動對接套向上移動，卡瓦逐漸壓縮復位彈簧，當卡瓦向下移動到對接套的下臺階孔時，卡瓦迅速向外脹開，此時井架大鉤迅速下降，對接頭脫離對接套，井架大鉤繼續下降，從而完成頂驅導軌板對接裝置拆卸操作。

5 頂驅導軌板對接裝置有益效果

該對接裝置采用對接套、對接套及引導鋼絲繩三者進行對接，通過操作人員拉動引導鋼絲繩完成對接套和對接頭的找正工作，并通過大鉤將對接頭插裝至對接套內，最終通過卡瓦將對接頭鎖定在對接套中。保證了頂驅導軌板對接裝置能夠在鉆臺上安全、高效、可靠的進行對接，由于通過引導鋼絲繩參與對接任務，因此，不需要進行高空作業。從而確保了操作人員的生命安全，并且操作簡單、對接效率高、成本低。從而解決了裝卸費時費力，裝卸效率低、成本高，且需要高空作業的問題。

參考文獻

[1]周傳宏，孫健利.滾動直線導軌副的振動研究[J]；華中理工大學學報；1996年08期.endprint

摘 要：頂驅導軌板對接裝置是全液壓套管鉆井鉆機的重要組成部分，傳統的對接裝置存在對接和拆卸效率低，成本高、操作復雜及需高空作業等諸多問題，為提高頂驅導軌板對接裝置的可靠性，本文設計了一種新型的頂驅導軌板對接裝置，并針對其布置形式、工作原理、有效效果及對接和安裝過程進行了詳細闡述，通過大量實驗結果表明，該裝置置更加可靠、高效和安全。

關鍵詞：頂驅導軌板對接裝置；布置；設計

中圖分類號：E21B 文獻標識碼：A

1 概述

傳統導軌板的對接和拆卸需要工人和設備，且費時費力，裝卸效率低、成本高，且需要高空作業。為解決存在的上述諸多問題，這就需要設計一種新型的頂驅導軌板對接裝置。本文中的頂驅導軌板對接裝置作為液壓頂驅車載鉆機的重要組成部分，頂驅裝置通過鉆桿動力遞送裝置從井架頂端驅動鉆具進行鉆井施工，鉆井施工中，為阻止頂驅自身旋轉，將頂驅安裝在井架與鉆臺間的導軌板上，

2 頂驅導軌板對接裝置布置形式

頂驅車載鉆機的外架鉸鏈在鉆井平臺上，內架和外架采用矩形框架式結構，內、外架通過液壓缸進行升降，并可由鎖定液壓缸進行鎖定。鉸鏈在內架上的液壓缸下端鉸鏈有滑輪，其上連接的引導鋼絲繩在繞過天車后連接在頂驅上，保證了液壓缸既能夠推動內架升降又可以帶動頂驅沿著導軌板進行移動，節省了絞車、盤剎等設備，使操作更加簡單。導軌板分別與內架和外架相連，其中導軌板與內架通過四連桿連接在一起，導軌板上設有凸臺和凹槽，導軌板和內架間鏈接有液壓缸，并通過液壓缸推動將內架上的導軌板的凸臺約束到外架導軌板的凹槽內，從而實現了自動對接，確保了內、外架上的導軌板成為一體。導軌板上的頂驅可以沿其滑動。內、外架頂驅上帶有鉆桿動力遞送裝置，其上排架上的鉆桿在鉆桿重力、排架傾角及旋轉定位撥盤的共同作用下向起落架提供鉆桿，并由起落架將鉆桿立起送給頂驅，待頂驅連接完畢，即可進行鉆井施工操作。

3 頂驅導軌板對接裝置的結構設計

依據頂驅導軌板的功能要求，保證其安全、高效、可靠的對接，對其進行結構設計，主要包括調節主件、對接頭、對接套、引導鋼絲繩及復位彈簧等，其結構如圖1所示。

具體工作過程：該對接裝置結構主要由調節主件、對接套及對接頭等構成，調節主件由調節板和調節背板組成，其中調節背板為盒狀結構，其大面上開有7排連接孔，調節背板頂端與吊耳相連，下端通過螺栓與調節板相連，并可依據井架高度選擇調節背板上的一排連接孔，從而能夠實現對頂驅導軌板對接裝置進行微調。

調節板下部與對接頭通過銷釘進行鉸接，對接頭下部采用球體結構，在對接頭的軸向孔內固定有引導鋼絲繩，其穿過對接套置于鉆臺上，對接套內部開有二級臺階孔，為上小下大結構形式，下臺階孔用于卡瓦向外脹開，上臺階孔用于卡瓦向內收縮。臺階孔內安裝的復位彈簧使卡瓦約束在上臺階孔內，復位彈簧安裝在彈簧座內，其開有4個凹槽，卡瓦的徑向凸臺結構安裝在彈簧座的徑向凹槽內，保證了4片卡瓦卡套在彈簧座的4個凹槽內，卡瓦通過彈簧座進行連接和移動。卡瓦上端的限位臺與對接頭下部球體的內表面相配合，此時對接套鏈接在第一節導軌板的頂部位置。在對接套上行過程中，此時對接頭和卡瓦開始向下移動進而壓縮復位彈簧，當卡瓦運動到下臺階孔處時，卡瓦開始逐漸向外脹開，此時對接頭下端球體開始進入對接套限位臺的內球面孔中，復位彈簧上的彈力作用促使卡瓦迅速向上移動，此時卡瓦加速收縮，其上端的限位臺卡套在對接頭球體上端位置，保證將對接頭鎖定在對接套內，從而完成了導軌板的對接操作。

4 頂驅導軌板對接裝置安裝、拆卸過程

頂驅導軌板對接裝置安裝過程大體分為兩步：（1）連接調節主件。待井架未立起時，通過銷釘將調節主件上的吊耳和井架頂部的U形環連接為一體。（2）引導鋼絲繩穿過對接套，通過井架上的大鉤把引導鋼絲繩與安裝小車連接起來，提升大鉤，促使安裝小車帶動導軌板一起向上運動，當對接套移動至對接頭附近位置時，鉆臺上操作人員通過拉動引導鋼絲繩確保對接頭和對接套兩者對正，完成對正后安裝小車繼續帶動對接套向上運動，向上運動過程中，對接頭連接的卡瓦開始壓縮復位彈簧，并進入至對接套內的臺階孔內向外脹開，此時對接頭下端球體與卡瓦限位臺下端的內球面相配合，安裝小車停止運動，復位彈簧開始推動卡瓦向上移動，卡瓦逐漸收縮，從而將對接頭鎖定在對接套內，完成對接鎖定操作工作。

頂驅導軌板對接裝置拆卸過程：當井架上的大鉤運動到頂端時，大鉤由滑板帶動對接套向上移動，卡瓦逐漸壓縮復位彈簧，當卡瓦向下移動到對接套的下臺階孔時，卡瓦迅速向外脹開，此時井架大鉤迅速下降，對接頭脫離對接套，井架大鉤繼續下降，從而完成頂驅導軌板對接裝置拆卸操作。

5 頂驅導軌板對接裝置有益效果

該對接裝置采用對接套、對接套及引導鋼絲繩三者進行對接，通過操作人員拉動引導鋼絲繩完成對接套和對接頭的找正工作，并通過大鉤將對接頭插裝至對接套內，最終通過卡瓦將對接頭鎖定在對接套中。保證了頂驅導軌板對接裝置能夠在鉆臺上安全、高效、可靠的進行對接，由于通過引導鋼絲繩參與對接任務，因此，不需要進行高空作業。從而確保了操作人員的生命安全，并且操作簡單、對接效率高、成本低。從而解決了裝卸費時費力，裝卸效率低、成本高，且需要高空作業的問題。

參考文獻

[1]周傳宏，孫健利.滾動直線導軌副的振動研究[J]；華中理工大學學報；1996年08期.endprint

摘 要：頂驅導軌板對接裝置是全液壓套管鉆井鉆機的重要組成部分，傳統的對接裝置存在對接和拆卸效率低，成本高、操作復雜及需高空作業等諸多問題，為提高頂驅導軌板對接裝置的可靠性，本文設計了一種新型的頂驅導軌板對接裝置，并針對其布置形式、工作原理、有效效果及對接和安裝過程進行了詳細闡述，通過大量實驗結果表明，該裝置置更加可靠、高效和安全。

關鍵詞：頂驅導軌板對接裝置；布置；設計

中圖分類號：E21B 文獻標識碼：A

1 概述

傳統導軌板的對接和拆卸需要工人和設備，且費時費力，裝卸效率低、成本高，且需要高空作業。為解決存在的上述諸多問題，這就需要設計一種新型的頂驅導軌板對接裝置。本文中的頂驅導軌板對接裝置作為液壓頂驅車載鉆機的重要組成部分，頂驅裝置通過鉆桿動力遞送裝置從井架頂端驅動鉆具進行鉆井施工，鉆井施工中，為阻止頂驅自身旋轉，將頂驅安裝在井架與鉆臺間的導軌板上，

2 頂驅導軌板對接裝置布置形式

頂驅車載鉆機的外架鉸鏈在鉆井平臺上，內架和外架采用矩形框架式結構，內、外架通過液壓缸進行升降，并可由鎖定液壓缸進行鎖定。鉸鏈在內架上的液壓缸下端鉸鏈有滑輪，其上連接的引導鋼絲繩在繞過天車后連接在頂驅上，保證了液壓缸既能夠推動內架升降又可以帶動頂驅沿著導軌板進行移動，節省了絞車、盤剎等設備，使操作更加簡單。導軌板分別與內架和外架相連，其中導軌板與內架通過四連桿連接在一起，導軌板上設有凸臺和凹槽，導軌板和內架間鏈接有液壓缸，并通過液壓缸推動將內架上的導軌板的凸臺約束到外架導軌板的凹槽內，從而實現了自動對接，確保了內、外架上的導軌板成為一體。導軌板上的頂驅可以沿其滑動。內、外架頂驅上帶有鉆桿動力遞送裝置，其上排架上的鉆桿在鉆桿重力、排架傾角及旋轉定位撥盤的共同作用下向起落架提供鉆桿，并由起落架將鉆桿立起送給頂驅，待頂驅連接完畢，即可進行鉆井施工操作。

3 頂驅導軌板對接裝置的結構設計

依據頂驅導軌板的功能要求，保證其安全、高效、可靠的對接，對其進行結構設計，主要包括調節主件、對接頭、對接套、引導鋼絲繩及復位彈簧等，其結構如圖1所示。

具體工作過程：該對接裝置結構主要由調節主件、對接套及對接頭等構成，調節主件由調節板和調節背板組成，其中調節背板為盒狀結構，其大面上開有7排連接孔，調節背板頂端與吊耳相連，下端通過螺栓與調節板相連，并可依據井架高度選擇調節背板上的一排連接孔，從而能夠實現對頂驅導軌板對接裝置進行微調。

調節板下部與對接頭通過銷釘進行鉸接，對接頭下部采用球體結構，在對接頭的軸向孔內固定有引導鋼絲繩，其穿過對接套置于鉆臺上，對接套內部開有二級臺階孔，為上小下大結構形式，下臺階孔用于卡瓦向外脹開，上臺階孔用于卡瓦向內收縮。臺階孔內安裝的復位彈簧使卡瓦約束在上臺階孔內，復位彈簧安裝在彈簧座內，其開有4個凹槽，卡瓦的徑向凸臺結構安裝在彈簧座的徑向凹槽內，保證了4片卡瓦卡套在彈簧座的4個凹槽內，卡瓦通過彈簧座進行連接和移動。卡瓦上端的限位臺與對接頭下部球體的內表面相配合，此時對接套鏈接在第一節導軌板的頂部位置。在對接套上行過程中，此時對接頭和卡瓦開始向下移動進而壓縮復位彈簧，當卡瓦運動到下臺階孔處時，卡瓦開始逐漸向外脹開，此時對接頭下端球體開始進入對接套限位臺的內球面孔中，復位彈簧上的彈力作用促使卡瓦迅速向上移動，此時卡瓦加速收縮，其上端的限位臺卡套在對接頭球體上端位置，保證將對接頭鎖定在對接套內，從而完成了導軌板的對接操作。

4 頂驅導軌板對接裝置安裝、拆卸過程

頂驅導軌板對接裝置安裝過程大體分為兩步：（1）連接調節主件。待井架未立起時，通過銷釘將調節主件上的吊耳和井架頂部的U形環連接為一體。（2）引導鋼絲繩穿過對接套，通過井架上的大鉤把引導鋼絲繩與安裝小車連接起來，提升大鉤，促使安裝小車帶動導軌板一起向上運動，當對接套移動至對接頭附近位置時，鉆臺上操作人員通過拉動引導鋼絲繩確保對接頭和對接套兩者對正，完成對正后安裝小車繼續帶動對接套向上運動，向上運動過程中，對接頭連接的卡瓦開始壓縮復位彈簧，并進入至對接套內的臺階孔內向外脹開，此時對接頭下端球體與卡瓦限位臺下端的內球面相配合，安裝小車停止運動，復位彈簧開始推動卡瓦向上移動，卡瓦逐漸收縮，從而將對接頭鎖定在對接套內，完成對接鎖定操作工作。

頂驅導軌板對接裝置拆卸過程：當井架上的大鉤運動到頂端時，大鉤由滑板帶動對接套向上移動，卡瓦逐漸壓縮復位彈簧，當卡瓦向下移動到對接套的下臺階孔時，卡瓦迅速向外脹開，此時井架大鉤迅速下降，對接頭脫離對接套，井架大鉤繼續下降，從而完成頂驅導軌板對接裝置拆卸操作。

5 頂驅導軌板對接裝置有益效果

該對接裝置采用對接套、對接套及引導鋼絲繩三者進行對接，通過操作人員拉動引導鋼絲繩完成對接套和對接頭的找正工作，并通過大鉤將對接頭插裝至對接套內，最終通過卡瓦將對接頭鎖定在對接套中。保證了頂驅導軌板對接裝置能夠在鉆臺上安全、高效、可靠的進行對接，由于通過引導鋼絲繩參與對接任務，因此，不需要進行高空作業。從而確保了操作人員的生命安全，并且操作簡單、對接效率高、成本低。從而解決了裝卸費時費力，裝卸效率低、成本高，且需要高空作業的問題。

參考文獻

[1]周傳宏，孫健利.滾動直線導軌副的振動研究[J]；華中理工大學學報；1996年08期.endprint