一种新型顶驱导轨板对接装置的设计与研究

关春辉++康发仁++赵庆

摘 要：顶驱导轨板对接装置是全液压套管钻井钻机的重要组成部分，传统的对接装置存在对接和拆卸效率低，成本高、操作复杂及需高空作业等诸多问题，为提高顶驱导轨板对接装置的可靠性，本文设计了一种新型的顶驱导轨板对接装置，并针对其布置形式、工作原理、有效效果及对接和安装过程进行了详细阐述，通过大量实验结果表明，该装置置更加可靠、高效和安全。

关键词：顶驱导轨板对接装置；布置；设计

中图分类号：E21B 文献标识码：A

1 概述

传统导轨板的对接和拆卸需要工人和设备，且费时费力，装卸效率低、成本高，且需要高空作业。为解决存在的上述诸多问题，这就需要设计一种新型的顶驱导轨板对接装置。本文中的顶驱导轨板对接装置作为液压顶驱车载钻机的重要组成部分，顶驱装置通过钻杆动力递送装置从井架顶端驱动钻具进行钻井施工，钻井施工中，为阻止顶驱自身旋转，将顶驱安装在井架与钻台间的导轨板上，

2 顶驱导轨板对接装置布置形式

顶驱车载钻机的外架铰链在钻井平台上，内架和外架采用矩形框架式结构，内、外架通过液压缸进行升降，并可由锁定液压缸进行锁定。铰链在內架上的液压缸下端铰链有滑轮，其上连接的引导钢丝绳在绕过天车后连接在顶驱上，保证了液压缸既能够推动內架升降又可以带动顶驱沿着导轨板进行移动，节省了绞车、盘刹等设备，使操作更加简单。导轨板分别与內架和外架相连，其中导轨板与內架通过四连杆连接在一起，导轨板上设有凸台和凹槽，导轨板和內架间链接有液压缸，并通过液压缸推动将內架上的导轨板的凸台约束到外架导轨板的凹槽内，从而实现了自动对接，确保了内、外架上的导轨板成为一体。导轨板上的顶驱可以沿其滑动。内、外架顶驱上带有钻杆动力递送装置，其上排架上的钻杆在钻杆重力、排架倾角及旋转定位拨盘的共同作用下向起落架提供钻杆，并由起落架将钻杆立起送给顶驱，待顶驱连接完毕，即可进行钻井施工操作。

3 顶驱导轨板对接装置的结构设计

依据顶驱导轨板的功能要求，保证其安全、高效、可靠的对接，对其进行结构设计，主要包括调节主件、对接头、对接套、引导钢丝绳及复位弹簧等，其结构如图1所示。

具体工作过程：该对接装置结构主要由调节主件、对接套及对接头等构成，调节主件由调节板和调节背板组成，其中调节背板为盒状结构，其大面上开有7排连接孔，调节背板顶端与吊耳相连，下端通过螺栓与调节板相连，并可依据井架高度选择调节背板上的一排连接孔，从而能够实现对顶驱导轨板对接装置进行微调。

调节板下部与对接头通过销钉进行铰接，对接头下部采用球体结构，在对接头的轴向孔内固定有引导钢丝绳，其穿过对接套置于钻台上，对接套内部开有二级台阶孔，为上小下大结构形式，下台阶孔用于卡瓦向外胀开，上台阶孔用于卡瓦向内收缩。台阶孔内安装的复位弹簧使卡瓦约束在上台阶孔内，复位弹簧安装在弹簧座内，其开有4个凹槽，卡瓦的径向凸台结构安装在弹簧座的径向凹槽内，保证了4片卡瓦卡套在弹簧座的4个凹槽内，卡瓦通过弹簧座进行连接和移动。卡瓦上端的限位台与对接头下部球体的内表面相配合，此时对接套链接在第一节导轨板的顶部位置。在对接套上行过程中，此时对接头和卡瓦开始向下移动进而压缩复位弹簧，当卡瓦运动到下台阶孔处时，卡瓦开始逐渐向外胀开，此时对接头下端球体开始进入对接套限位台的内球面孔中，复位弹簧上的弹力作用促使卡瓦迅速向上移动，此时卡瓦加速收缩，其上端的限位台卡套在对接头球体上端位置，保证将对接头锁定在对接套内，从而完成了导轨板的对接操作。

4 顶驱导轨板对接装置安装、拆卸过程

顶驱导轨板对接装置安装过程大体分为两步：（1）连接调节主件。待井架未立起时，通过销钉将调节主件上的吊耳和井架顶部的U形环连接为一体。（2）引导钢丝绳穿过对接套，通过井架上的大钩把引导钢丝绳与安装小车连接起来，提升大钩，促使安装小车带动导轨板一起向上运动，当对接套移动至对接头附近位置时，钻台上操作人员通过拉动引导钢丝绳确保对接头和对接套两者对正，完成对正后安装小车继续带动对接套向上运动，向上运动过程中，对接头连接的卡瓦开始压缩复位弹簧，并进入至对接套内的台阶孔内向外胀开，此时对接头下端球体与卡瓦限位台下端的内球面相配合，安装小车停止运动，复位弹簧开始推动卡瓦向上移动，卡瓦逐渐收缩，从而将对接头锁定在对接套内，完成对接锁定操作工作。

顶驱导轨板对接装置拆卸过程：当井架上的大钩运动到顶端时，大钩由滑板带动对接套向上移动，卡瓦逐渐压缩复位弹簧，当卡瓦向下移动到对接套的下台阶孔时，卡瓦迅速向外胀开，此时井架大钩迅速下降，对接头脱离对接套，井架大钩继续下降，从而完成顶驱导轨板对接装置拆卸操作。

5 顶驱导轨板对接装置有益效果

该对接装置采用对接套、对接套及引导钢丝绳三者进行对接，通过操作人员拉动引导钢丝绳完成对接套和对接头的找正工作，并通过大钩将对接头插装至对接套内，最终通过卡瓦将对接头锁定在对接套中。保证了顶驱导轨板对接装置能够在钻台上安全、高效、可靠的进行对接，由于通过引导钢丝绳参与对接任务，因此，不需要进行高空作业。从而确保了操作人员的生命安全，并且操作简单、对接效率高、成本低。从而解决了装卸费时费力，装卸效率低、成本高，且需要高空作业的问题。

参考文献

[1]周传宏，孙健利.滚动直线导轨副的振动研究[J]；华中理工大学学报；1996年08期.endprint

摘 要：顶驱导轨板对接装置是全液压套管钻井钻机的重要组成部分，传统的对接装置存在对接和拆卸效率低，成本高、操作复杂及需高空作业等诸多问题，为提高顶驱导轨板对接装置的可靠性，本文设计了一种新型的顶驱导轨板对接装置，并针对其布置形式、工作原理、有效效果及对接和安装过程进行了详细阐述，通过大量实验结果表明，该装置置更加可靠、高效和安全。

关键词：顶驱导轨板对接装置；布置；设计

中图分类号：E21B 文献标识码：A

1 概述

传统导轨板的对接和拆卸需要工人和设备，且费时费力，装卸效率低、成本高，且需要高空作业。为解决存在的上述诸多问题，这就需要设计一种新型的顶驱导轨板对接装置。本文中的顶驱导轨板对接装置作为液压顶驱车载钻机的重要组成部分，顶驱装置通过钻杆动力递送装置从井架顶端驱动钻具进行钻井施工，钻井施工中，为阻止顶驱自身旋转，将顶驱安装在井架与钻台间的导轨板上，

2 顶驱导轨板对接装置布置形式

顶驱车载钻机的外架铰链在钻井平台上，内架和外架采用矩形框架式结构，内、外架通过液压缸进行升降，并可由锁定液压缸进行锁定。铰链在內架上的液压缸下端铰链有滑轮，其上连接的引导钢丝绳在绕过天车后连接在顶驱上，保证了液压缸既能够推动內架升降又可以带动顶驱沿着导轨板进行移动，节省了绞车、盘刹等设备，使操作更加简单。导轨板分别与內架和外架相连，其中导轨板与內架通过四连杆连接在一起，导轨板上设有凸台和凹槽，导轨板和內架间链接有液压缸，并通过液压缸推动将內架上的导轨板的凸台约束到外架导轨板的凹槽内，从而实现了自动对接，确保了内、外架上的导轨板成为一体。导轨板上的顶驱可以沿其滑动。内、外架顶驱上带有钻杆动力递送装置，其上排架上的钻杆在钻杆重力、排架倾角及旋转定位拨盘的共同作用下向起落架提供钻杆，并由起落架将钻杆立起送给顶驱，待顶驱连接完毕，即可进行钻井施工操作。

3 顶驱导轨板对接装置的结构设计

依据顶驱导轨板的功能要求，保证其安全、高效、可靠的对接，对其进行结构设计，主要包括调节主件、对接头、对接套、引导钢丝绳及复位弹簧等，其结构如图1所示。

具体工作过程：该对接装置结构主要由调节主件、对接套及对接头等构成，调节主件由调节板和调节背板组成，其中调节背板为盒状结构，其大面上开有7排连接孔，调节背板顶端与吊耳相连，下端通过螺栓与调节板相连，并可依据井架高度选择调节背板上的一排连接孔，从而能够实现对顶驱导轨板对接装置进行微调。

调节板下部与对接头通过销钉进行铰接，对接头下部采用球体结构，在对接头的轴向孔内固定有引导钢丝绳，其穿过对接套置于钻台上，对接套内部开有二级台阶孔，为上小下大结构形式，下台阶孔用于卡瓦向外胀开，上台阶孔用于卡瓦向内收缩。台阶孔内安装的复位弹簧使卡瓦约束在上台阶孔内，复位弹簧安装在弹簧座内，其开有4个凹槽，卡瓦的径向凸台结构安装在弹簧座的径向凹槽内，保证了4片卡瓦卡套在弹簧座的4个凹槽内，卡瓦通过弹簧座进行连接和移动。卡瓦上端的限位台与对接头下部球体的内表面相配合，此时对接套链接在第一节导轨板的顶部位置。在对接套上行过程中，此时对接头和卡瓦开始向下移动进而压缩复位弹簧，当卡瓦运动到下台阶孔处时，卡瓦开始逐渐向外胀开，此时对接头下端球体开始进入对接套限位台的内球面孔中，复位弹簧上的弹力作用促使卡瓦迅速向上移动，此时卡瓦加速收缩，其上端的限位台卡套在对接头球体上端位置，保证将对接头锁定在对接套内，从而完成了导轨板的对接操作。

4 顶驱导轨板对接装置安装、拆卸过程

顶驱导轨板对接装置安装过程大体分为两步：（1）连接调节主件。待井架未立起时，通过销钉将调节主件上的吊耳和井架顶部的U形环连接为一体。（2）引导钢丝绳穿过对接套，通过井架上的大钩把引导钢丝绳与安装小车连接起来，提升大钩，促使安装小车带动导轨板一起向上运动，当对接套移动至对接头附近位置时，钻台上操作人员通过拉动引导钢丝绳确保对接头和对接套两者对正，完成对正后安装小车继续带动对接套向上运动，向上运动过程中，对接头连接的卡瓦开始压缩复位弹簧，并进入至对接套内的台阶孔内向外胀开，此时对接头下端球体与卡瓦限位台下端的内球面相配合，安装小车停止运动，复位弹簧开始推动卡瓦向上移动，卡瓦逐渐收缩，从而将对接头锁定在对接套内，完成对接锁定操作工作。

顶驱导轨板对接装置拆卸过程：当井架上的大钩运动到顶端时，大钩由滑板带动对接套向上移动，卡瓦逐渐压缩复位弹簧，当卡瓦向下移动到对接套的下台阶孔时，卡瓦迅速向外胀开，此时井架大钩迅速下降，对接头脱离对接套，井架大钩继续下降，从而完成顶驱导轨板对接装置拆卸操作。

5 顶驱导轨板对接装置有益效果

该对接装置采用对接套、对接套及引导钢丝绳三者进行对接，通过操作人员拉动引导钢丝绳完成对接套和对接头的找正工作，并通过大钩将对接头插装至对接套内，最终通过卡瓦将对接头锁定在对接套中。保证了顶驱导轨板对接装置能够在钻台上安全、高效、可靠的进行对接，由于通过引导钢丝绳参与对接任务，因此，不需要进行高空作业。从而确保了操作人员的生命安全，并且操作简单、对接效率高、成本低。从而解决了装卸费时费力，装卸效率低、成本高，且需要高空作业的问题。

参考文献

[1]周传宏，孙健利.滚动直线导轨副的振动研究[J]；华中理工大学学报；1996年08期.endprint

摘 要：顶驱导轨板对接装置是全液压套管钻井钻机的重要组成部分，传统的对接装置存在对接和拆卸效率低，成本高、操作复杂及需高空作业等诸多问题，为提高顶驱导轨板对接装置的可靠性，本文设计了一种新型的顶驱导轨板对接装置，并针对其布置形式、工作原理、有效效果及对接和安装过程进行了详细阐述，通过大量实验结果表明，该装置置更加可靠、高效和安全。

关键词：顶驱导轨板对接装置；布置；设计

中图分类号：E21B 文献标识码：A

1 概述

传统导轨板的对接和拆卸需要工人和设备，且费时费力，装卸效率低、成本高，且需要高空作业。为解决存在的上述诸多问题，这就需要设计一种新型的顶驱导轨板对接装置。本文中的顶驱导轨板对接装置作为液压顶驱车载钻机的重要组成部分，顶驱装置通过钻杆动力递送装置从井架顶端驱动钻具进行钻井施工，钻井施工中，为阻止顶驱自身旋转，将顶驱安装在井架与钻台间的导轨板上，

2 顶驱导轨板对接装置布置形式

顶驱车载钻机的外架铰链在钻井平台上，内架和外架采用矩形框架式结构，内、外架通过液压缸进行升降，并可由锁定液压缸进行锁定。铰链在內架上的液压缸下端铰链有滑轮，其上连接的引导钢丝绳在绕过天车后连接在顶驱上，保证了液压缸既能够推动內架升降又可以带动顶驱沿着导轨板进行移动，节省了绞车、盘刹等设备，使操作更加简单。导轨板分别与內架和外架相连，其中导轨板与內架通过四连杆连接在一起，导轨板上设有凸台和凹槽，导轨板和內架间链接有液压缸，并通过液压缸推动将內架上的导轨板的凸台约束到外架导轨板的凹槽内，从而实现了自动对接，确保了内、外架上的导轨板成为一体。导轨板上的顶驱可以沿其滑动。内、外架顶驱上带有钻杆动力递送装置，其上排架上的钻杆在钻杆重力、排架倾角及旋转定位拨盘的共同作用下向起落架提供钻杆，并由起落架将钻杆立起送给顶驱，待顶驱连接完毕，即可进行钻井施工操作。

3 顶驱导轨板对接装置的结构设计

依据顶驱导轨板的功能要求，保证其安全、高效、可靠的对接，对其进行结构设计，主要包括调节主件、对接头、对接套、引导钢丝绳及复位弹簧等，其结构如图1所示。

具体工作过程：该对接装置结构主要由调节主件、对接套及对接头等构成，调节主件由调节板和调节背板组成，其中调节背板为盒状结构，其大面上开有7排连接孔，调节背板顶端与吊耳相连，下端通过螺栓与调节板相连，并可依据井架高度选择调节背板上的一排连接孔，从而能够实现对顶驱导轨板对接装置进行微调。

调节板下部与对接头通过销钉进行铰接，对接头下部采用球体结构，在对接头的轴向孔内固定有引导钢丝绳，其穿过对接套置于钻台上，对接套内部开有二级台阶孔，为上小下大结构形式，下台阶孔用于卡瓦向外胀开，上台阶孔用于卡瓦向内收缩。台阶孔内安装的复位弹簧使卡瓦约束在上台阶孔内，复位弹簧安装在弹簧座内，其开有4个凹槽，卡瓦的径向凸台结构安装在弹簧座的径向凹槽内，保证了4片卡瓦卡套在弹簧座的4个凹槽内，卡瓦通过弹簧座进行连接和移动。卡瓦上端的限位台与对接头下部球体的内表面相配合，此时对接套链接在第一节导轨板的顶部位置。在对接套上行过程中，此时对接头和卡瓦开始向下移动进而压缩复位弹簧，当卡瓦运动到下台阶孔处时，卡瓦开始逐渐向外胀开，此时对接头下端球体开始进入对接套限位台的内球面孔中，复位弹簧上的弹力作用促使卡瓦迅速向上移动，此时卡瓦加速收缩，其上端的限位台卡套在对接头球体上端位置，保证将对接头锁定在对接套内，从而完成了导轨板的对接操作。

4 顶驱导轨板对接装置安装、拆卸过程

顶驱导轨板对接装置安装过程大体分为两步：（1）连接调节主件。待井架未立起时，通过销钉将调节主件上的吊耳和井架顶部的U形环连接为一体。（2）引导钢丝绳穿过对接套，通过井架上的大钩把引导钢丝绳与安装小车连接起来，提升大钩，促使安装小车带动导轨板一起向上运动，当对接套移动至对接头附近位置时，钻台上操作人员通过拉动引导钢丝绳确保对接头和对接套两者对正，完成对正后安装小车继续带动对接套向上运动，向上运动过程中，对接头连接的卡瓦开始压缩复位弹簧，并进入至对接套内的台阶孔内向外胀开，此时对接头下端球体与卡瓦限位台下端的内球面相配合，安装小车停止运动，复位弹簧开始推动卡瓦向上移动，卡瓦逐渐收缩，从而将对接头锁定在对接套内，完成对接锁定操作工作。

顶驱导轨板对接装置拆卸过程：当井架上的大钩运动到顶端时，大钩由滑板带动对接套向上移动，卡瓦逐渐压缩复位弹簧，当卡瓦向下移动到对接套的下台阶孔时，卡瓦迅速向外胀开，此时井架大钩迅速下降，对接头脱离对接套，井架大钩继续下降，从而完成顶驱导轨板对接装置拆卸操作。

5 顶驱导轨板对接装置有益效果

该对接装置采用对接套、对接套及引导钢丝绳三者进行对接，通过操作人员拉动引导钢丝绳完成对接套和对接头的找正工作，并通过大钩将对接头插装至对接套内，最终通过卡瓦将对接头锁定在对接套中。保证了顶驱导轨板对接装置能够在钻台上安全、高效、可靠的进行对接，由于通过引导钢丝绳参与对接任务，因此，不需要进行高空作业。从而确保了操作人员的生命安全，并且操作简单、对接效率高、成本低。从而解决了装卸费时费力，装卸效率低、成本高，且需要高空作业的问题。

参考文献

[1]周传宏，孙健利.滚动直线导轨副的振动研究[J]；华中理工大学学报；1996年08期.endprint