一种基于伺服电机驱动的电动载人绞车的制作方法

本发明涉及石油钻井设备，具体涉及一种用于石油钻井平台的载人绞车，尤其是一种基于伺服电机驱动的电动载人绞车。

背景技术：

1、目前，石油钻机中绝大多数使用气动载人绞车进行人员高空吊运作业（如顶驱维修、挂大绳等）。气动绞车以压缩空气为动力源，具有防爆、无级调速等优点，但也存在明显的技术缺陷：第一，低温适应性差。在冬季或高寒地区，压缩空气中易产生结露、结冰现象，导致气动马达、阀组卡阻，设备无法正常工作，甚至引发安全事故。第二，过载保护精度低。由于应用场合的特殊性，难以在钢丝绳侧或滑轮轴处直接安装测力传感器，主要靠气压过载阀实现过载保护，精度较低，尤其在小载荷工况下，对气动系统的压力检测和控制精度要求极高，现有气动技术难以满足要求。第三，传动效率低、能耗高，气体压缩性导致传动平稳性差，能量经过多次转换损失大。

2、对于电动载人绞车方案，不管是工频还是变频绞车，在小载荷工况下依靠电机扭矩换算测量负载的方式精度不足，同样难以实现精确的载荷过载保护。此外，对于石油钻井平台用载人绞车，行业规范普遍要求具备过载保护、松绳保护、限位保护、断电保护、急停保护、应急释放等全套安全保护功能。现有电动绞车难以实现。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种基于伺服电机驱动的电动载人绞车，旨在解决小载荷工况下过载保护精度不足、低温适应性差、安全保护功能不齐全等技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于伺服电机驱动的电动载人绞车。

3、作为本发明的一种优选方案，所述电动载人绞车包括：机架，固定安装于石油钻井平台；防爆伺服电机，固定安装于所述机架，其尾端设有第一制动器及编码器，所述第一制动器为常闭式电磁制动器，断电时自动制动，所述编码器用于实时反馈电机转速和转子位置信号；行星减速机，与所述防爆伺服电机传动连接，所述行星减速机的壳体固定于所述机架；卷筒体，其一端与所述行星减速机的输出端固定连接，另一端通过支承轴总成与所述机架转动连接，所述卷筒体的一端设有刹车鼓；第二制动器，为直接作用于所述卷筒体的常闭式制动器；防爆电控系统，包括防爆箱壳体及内置于其中的伺服驱动器和控制回路，所述伺服驱动器与所述防爆伺服电机电连接。

4、作为本发明的一种优选方案，所述伺服驱动器被配置为执行扭矩闭环和速度闭环双闭环控制，实时监测所述防爆伺服电机的输出扭矩，当监测到的扭矩达到额定载荷对应扭矩的1.05-1.1倍时，执行过载保护动作。

5、作为本发明的一种优选方案，所述第二制动器为电动常闭带式刹车，包括刹车带组件、传动机构和防爆电动推拉装置，所述刹车带组件环绕所述刹车鼓设置；所述防爆电动推拉装置为防爆推拉电磁铁或防爆电力液压推动器；所述防爆限位开关一用于实时检测带式刹车的闭合状态。

6、作为本发明的一种优选方案，所述电动载人绞车还包括松绳保护装置，所述松绳保护装置包括滚轮、旋转臂、调节杆、转轴和防爆行程开关。钢丝绳穿过滚轮，当钢丝绳松弛时，滚轮及旋转臂绕转轴转动，通过调节杆触发防爆行程开关发出停机信号，实现松绳保护功能。通过调整调节杆与旋转臂的相对位置，满足不同出绳角度下松绳装置触发防爆行程开关的功能。。

7、作为本发明的一种优选方案，所述电动载人绞车还包括防爆限位装置，所述防爆限位装置设置于所述卷筒体的输出轴端，用于设定卷筒转动的上下极限位置。当卷筒转动到极限位置时，防爆行程开关触发，切断对应方向电源，实现限位保护功能。

8、作为本发明的一种优选方案，所述电动载人绞车还包括防爆电阻箱，所述防爆电阻箱与所述防爆电控系统电性连接，用于能耗制动。当绞车减速或制动时，电机转换为发电机状态，将机械能转化为电能，通过防爆电阻箱中的制动电阻将电能转化为热能散发，实现能耗制动。

9、作为本发明的一种优选方案，所述防爆电控系统内还设有限位释放按钮，用于在触发限位功能或其它故障状态下解除限位保护，实现应急释放功能。

10、作为本发明的一种优选方案，所述防爆电控系统内还设有电加热器，用于低温环境下加热所述防爆箱壳体内部，确保控制系统在极低温环境下正常工作。

11、作为本发明的一种优选方案，所述防爆伺服电机的输出轴与所述行星减速机的输入轴同轴直连，或者通过90°直角减速箱连接。

12、作为本发明的一种优选方案，所述防爆伺服电机为分体式伺服电机，其伺服驱动器设置于所述防爆电控系统内部；或为一体化伺服防爆电机，其伺服驱动器集成于电机壳体内部。

13、作为本发明的一种优选方案，所述电动载人绞车还包括控制装置，所述控制装置为有线控制装置或无线遥控装置。

14、本发明具有以下有益效果：

15、采用伺服驱动器实现扭矩闭环和速度闭环双闭环控制，可精确监测输出扭矩，在小载荷工况下仍能准确实现1.05-1.1倍额定载荷的过载保护，解决了现有气动绞车和电动绞车过载保护精度不足的问题。

16、伺服电机与行星减速机可采用同轴直连或90°直角连接等多种布局，结构紧凑，能适应不同的安装空间，节省钻井平台占地面积。

17、防爆伺服电机尾端第一制动器（断电常闭）与卷筒体第二制动器（电动常闭带式刹车）构成双重制动冗余，符合载人绞车安全规范要求。

18、防爆伺服电机及其控制系统可适应极低温环境，解决了气动绞车低温结冰卡阻的问题。

19、集成过载保护、松绳保护、限位保护、断电保护、急停保护、应急释放等全套安全保护功能，满足石油钻井载人作业的安全要求。

1.一种基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：所述第二制动器（6）为电动常闭带式刹车，包括刹车带组件（601）、传动机构（602）、防爆电动推拉装置（603）和防爆限位开关一（604），所述刹车带组件（601）环绕所述刹车鼓（401）设置；所述防爆电动推拉装置（603）为防爆推拉电磁铁或防爆电力液压推动器；所述防爆限位开关一（604）实时检测带式刹车的闭合状态。

3.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：还包括松绳保护装置（8），所述松绳保护装置（8）包括滚轮（801）、旋转臂（802）、调节杆（803）、转轴（804）和防爆行程开关二（805），当钢丝绳松弛时所述旋转臂（802）绕着所述转轴（804）转动触发所述防爆行程开关二（805），通过调整所述调节杆（803）与旋转臂（803）的相对位置，满足不同出绳角度下松绳装置触发防爆行程开关二（805）的功能。

4.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：还包括防爆限位装置（7），所述防爆限位装置（7）设置于所述卷筒体（4）的输出轴端。

5.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：还包括防爆电阻箱（12），所述防爆电阻箱（12）与所述防爆电控系统（10）电性连接，用于能耗制动。

6.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：所述防爆电控系统（10）内还设有限位释放按钮（1005），用于在绞车触碰限位开关后，需要时解除限位保护。

7.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：所述防爆电控系统（10）内还设有电加热器（1002），用于低温环境下加热所述防爆箱壳体（1001）内部。

8.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：所述防爆伺服电机（2）的输出轴与所述行星减速机（3）的输入轴同轴直连，或者通过90°直角减速箱连接。

9.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：所述防爆伺服电机（2）为分体式伺服电机，其伺服驱动器（1004）设置于所述防爆电控系统（10）内部；或为一体化伺服电机，其伺服驱动器集成于电机壳体内部。

10.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的电动载人绞车，其特征在于：还包括控制装置（11），所述控制装置（11）为有线控制装置或无线遥控装置。