CN101637909B - 一种夹持机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹持机构，包括壳体及壳体内所装的油缸，在壳体的前部左右对称布置有夹持块，该夹持块的前半部内侧面是内凹面，其特征在于：所述油缸为一个且缸筒居中布置在所述壳体后部，所述油缸活塞杆前端铰接有连接板，该连接板的左、右部分别与所述夹持块后端铰接；所述壳体至少一个盖板的前部左右对称开有导向槽，在两夹持块的中部设有导向销并插入所述导向槽中；在两盖板的前端中部夹装固定有固定块，两夹持块内凹面的前部表面法线向固定块方向倾斜。本发明结构简单、强度高，夹持力大；不用更换夹持机构，就可适用外径3.5～9.75英寸范围内的不同管柱，而且工作时夹持机构不会与相邻管柱相干涉。

Description

一种夹持机构

技术领域

本发明属于石油钻采设备的自动化机具，尤其涉及立根排放机械手的夹持机构。

背景技术

钻杆排放自动化，场地排管运管系统都是钻机自动化的关键技术之一。立根排放机械手是钻杆排放自动化机构、场地排管运管系统的一个重要组成部件，其主要作用是：1)将接好的立根(三个单根接成的管柱称为立根)移动到指梁架上的指定位置；2)下钻时，把指梁架上指定位置的立根送到井眼中心线处；3)起钻时，将立根从井眼中心线处送到指梁架上的指定位置。

立根排放机械手的工况使得立根排放机械手的夹持机构与其他自动化机具的夹持机构有着很大的不同，其不同点主要体现在三个方面：1)立根重量是单根的三倍，要求夹持的最大重量在10吨(9.75英寸钻铤立根)左右；2)夹持管柱的尺寸范围大，由于立根夹持机械手在空中夹持，更换夹持器是一件比较困难的工作，这就要求其对于一定范围内不同尺寸的管柱都可适应，以9000米井深钻机为例，其钻杆、钻铤尺寸范围大致为3.5～9.75英寸(88.9mm～247.7mm)；3)立根排放在指梁架中，排列紧密，这就要求夹持器在夹持不同尺寸的指定管柱时，不得与其相邻的管柱发生干涉。

目前，国内尚无有关的产品，国外已出现成套机具产品，如图1、图2所示，此夹持机构主要由两油缸21、左右对称布置的两个带弧面的可动夹持块22以及带导向槽23a的安装板23组成，带弧面的夹持块22在中部上表面固定有耳板，通过耳板与油缸21活塞杆铰接，两油缸21倾斜布置，其后端高于前端；在夹持块22的下方设有带直线型导向槽23a的安装板23，夹持块22的下部装有滚轮插入该导向槽23a中。工作方式：夹紧时，油缸21伸出，推动夹持块22顺着导向槽23a的开槽形状运动，从而实现夹紧钻杆的动作。松开时，油缸21收回，拉动夹持块22顺着导向槽23a的开槽形状收回，实现松开的动作。但此种夹持机构在使用中有如下问题：由于是通过带弧面的夹持块打开后合拢，由弧面环抱管柱实现夹持，夹持块的弧面是固定的，只能夹持较小尺寸范围的管柱，当超出其夹持范围时，只能更换整个夹持机构，相当麻烦。

图3公开了另一种夹持机构，主要由油缸31、左右对称布置的两块带弧面的可动夹持块32和连杆33组成，两夹持块32的后部通过销孔空套在销轴34上，两夹持块32的尾端各通过一个连杆33与油缸31连接。当油缸31活塞杆收回时，两夹持块32前端绕销轴34向内转动，环抱管柱实现夹紧功能。反之，油缸31推时两夹持块32外张松开。此种夹持方式，也有需要改进的问题：通过夹持块的弧面环抱管柱，弧面适应管径范围窄，同一个夹持机构不能夹持较大外径范围内的管柱，如上述的3.5～9.75英寸(88.9mm～247.7mm)；由于夹持块要绕其后部的支点转动，夹持块开合时其前部在宽度方向的活动范围较大，当夹持排列紧密的小直径管柱时，夹持块极易与被夹持管柱的相邻管柱发生干涉；夹持块的转动支点在后部，夹持块的悬臂较长，易造成夹持力不足，强度不够。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种夹持机构，它在保证足够夹持力的前提下，无需更换夹持块，就能对较大外径范围内的不同管柱进行夹持，而且其工作时不与相邻管柱发生干涉。

本发明的技术方案如下：一种夹持机构，包括壳体及壳体内所装的油缸，在所述壳体的前部左右对称布置有夹持块，该夹持块的前半部内侧面是内凹面，其关键在于，所述油缸为一个且缸筒居中布置在所述壳体后部，所述油缸活塞杆前端铰接有连接板，该连接板的左、右部分别与所述夹持块后端铰接；所述壳体包括上、下端的盖板，在两所述盖板的前部左右对称开有导向槽，两所述导向槽呈“八”字形布置且大端靠近所在盖板的前端，在两所述夹持块的中部设有导向销，所述导向销插入两所述盖板的所述导向槽中；两所述盖板的前部居中开有内凹缺口，所述夹持块仅其前部能从所述缺口两侧的前伸部端头伸出，在两所述盖板的前端中部夹装固定有固定块，该固定块的前端面冒出所述缺口的底部，两所述夹持块内凹面的前部表面法线向所述固定块方向倾斜。

为使夹持块的夹持部位耐磨、防滑，作为进一步的改进，在所述夹持块的所述内凹弧面前部嵌有突出的第一牙板，所述第一牙板的外侧面有防滑沟槽且该外侧面的法线向所述固定块方向倾斜；当所述导向销位于所述导向槽前端，两所述夹持块处于全开位置时，两所述第一牙板的中心线连线与所述固定块前端面的距离为360～400mm，进一步设计此尺寸范围，更有利于保证两牙板和固定块的三点夹持能包括大直径的管柱。

为使夹持块在保证夹持力的条件下尽量缩小宽度尺寸，而且能夹持大范围外径的管柱，作为进一步的改进，所述夹持块的所述内凹面是半径290～320mm的圆弧面。

为使固定块的夹持部位能耐磨、防滑，作为对上述技术方案的进一步改进，所述固定块的前端嵌有第二牙板，所述第二牙板的外侧面有防滑沟槽且该外侧面冒出所述固定块的前端面。

为减小导向销与导向槽之间的摩擦，使夹持块运动更加灵活，作为进一步的改进，所述导向销是紧套在销轴上的滚动轴承。

为增加连接强度，作为进一步的设计，所述连接板为两块并将所述油缸活塞杆夹装后铰接，在两所述夹持块的后端部分别开有两槽，两所述连接板前部两侧伸入所述槽中由销铰接。

为使夹持块的前后运动更加轻便灵活，作为进一步的改进，在两所述连接板之间还装有两滑轮，所述两滑轮的轮面分别从所述连接板的两侧冒出并抵在两所述侧板的内壁上，两滑轮可起支撑、减摩作用。

作为进一步的设计，所述壳体包括上、下端的盖板和左、右侧的侧板并由底板将该壳体后端封闭，两所述侧板短于两所述盖板，便于夹持块向前向外活动；在所述底板的外表面上固定有带铰接孔的耳板，所述油缸后端的带孔连接板从所述底板中伸出，所述连接板上的孔与所述耳板上的铰接孔相对。油缸连接板和底板的耳板通过销与机械手的机械臂相铰接，使整个夹持机构铰接在机械臂前端。

本发明将现有技术的圆弧面夹持改为三点夹持，现有技术的夹持块圆弧面从管柱左右两侧进行环抱夹持，弧面所能适应的管径范围窄，同一个夹持机构不能夹持较大外径范围内的不同管柱；而本发明增加一固定块，通过两夹持块前端和固定块在圆周上形成三点夹持，通过两夹持块向前并外扩或向后并内收实现两个前夹持点的移动，从而使本发明可以适用于3.5～9.75英寸(88.9mm～247.7mm)较大尺寸范围内的不同外径管柱；一个油缸通过连接板同时与两夹持块尾端铰接，不但结构简单，而且两夹持块在连接板的推拉下只向前或向后运动，而夹持块向前并外扩、向后并内收的轨迹通过夹持块中部的导向销由导向槽限定，在夹持块中部限定其运动轨迹，夹持块前部不会摆幅过大，不会与相邻管柱干涉；导向槽的轨迹为几段圆弧曲线拟合而成，它可使插入其中的导向销沿预定的轨迹运动，从而带动夹持块及固定在夹持块内凹面上的牙板沿特定的轨迹运动，实现对不同直径的管柱的夹持动作，同时，特定的轨迹可避免夹持块及其上的牙板在对管柱实施夹持动作时，与其左右或者后面的管柱发生干涉；两夹持块仅其前部能从盖板前部缺口两侧的前伸部端头伸出，夹持块的悬臂短，所受弯矩较小，改善了夹持块的受力状态，强度得到提高；油缸水平布置，其前推和回拉力直接作用到夹持块上，功率损失小。为改善单边导向销的受力状态，使夹持块受力均衡、运动灵活，作为对上述技术方案的进一步改进，在两所述盖板上相对称地设有所述导向槽，所述在两所述夹持块的上、下表面伸出有同轴线的所述导向销，所述导向销插入两所述盖板的所述导向槽中。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、由于主要由壳体、一个水平布置油缸、连接板、两夹持块和固定块组成，其组成件少、结构简单，机械效率高；

2、两夹持块的悬臂短，所受弯矩较小，改善了夹持块的受力状态，强度得到提高，有利于增大夹持力；

3、通过两夹持块法线朝后的前端内侧面和固定块构成三点夹持，就能对较大外径范围内的不同管柱进行夹持，使本发明可以适用于外径3.5～9.75英寸(88.9mm～247.7mm)的各种管柱，在机械手的工作过程中不用更换夹持机构，提高了工作效率，降低了工人的劳动强度；

4、由于夹持块的外张幅度由其中部的导向销轨迹限定，夹持块前部的摆幅不大；又因是圆周三点夹持，夹持块仅前端起夹持作用，其内凹弧面的中后部就可由较大曲率半径的弧面组成，使夹持块的前部呈宽度尺寸较小的指状，这样的夹持机构在工作时就不会与相邻管柱干涉。

附图说明

图1为一种现有夹持机构的结构示意图。

图2为图1所示现有夹持机构的分解图。

图3为另一种现有夹持机构的结构示意图。

图4为本发明的外形示意图。

图5为本发明拆去上端盖板、右侧的侧板和夹持块后的结构示意图。

图6为本发明拆去上端盖板后的俯视图。

图7为本发明中的夹持块完全打开时的状态示意图。

图8是本发明夹持9.75英寸管柱时的实施示意图。

图9是本发明夹持8英寸管柱时的实施示意图。

图10是本发明夹持5.5英寸管柱时的实施示意图。

图11是本发明夹持3.5英寸管柱时的实施示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图4至图6所示，一种夹持机构，主要由壳体1、油缸2夹持块3、连接板4、固定块5、第一牙板6、第二牙板7、滑轮8和销组成。其中，壳体1由上、下端的两盖板11、左、右侧的两侧板12和底板13焊接而成，两盖板11和两侧板12分别对称布置，两侧板12短于两盖板11，使两盖板11的前部两侧形成开口，底板13将壳体1的后端封闭，底板13的外表面上固定有带铰接孔的两个耳板14。壳体1内装有一个油缸2，油缸2的缸筒居中布置在壳体1后部，油缸2缸筒后端的带孔连接板2a从底板13中伸出，该连接板2a位于两耳板14之间，连接板2a上的孔与耳板14上的铰接孔相对。

如图4至图6所示，在壳体1的前部左右对称布置有夹持块3，该夹持块3的前半部内侧面是内凹面3a，内凹面3a是半径290～320mm的圆弧面，两夹持块3由油缸1的活塞杆推动。具体地，在油缸2活塞杆的前端铰接有两块连接板4，两块连接板4将油缸2活塞杆夹装后铰接，在两夹持块3的后端部分别开有两槽，两连接板4的前部两侧伸入所述槽中由销8铰接，从而使两连接板4同时与两夹持块3的后端铰接。在两个盖板11的前部分别左右对称开有渐开线形的导向槽11a，两导向槽11a呈“八”字形布置且大端靠近所在盖板的前端，两个盖板11上的导向槽11a的位置和形状相同，即两盖板11上相对称地设有导向槽11a。在两夹持块3的上、下表面伸出有同轴线的导向销3b，导向销3b插入两盖板11的导向槽11a中，夹持块3由油缸2推动时导向销3b可在槽中滚动，由导向槽11a限定夹持块3向前并外扩、向后并内收的运动轨迹。

两盖板11的前部居中开有内凹的圆弧形缺口11b，夹持块3仅其前部能从缺口11b两侧的前伸部端头伸出，因而两夹持块3的悬臂短，所受弯矩较小，改善了夹持块3的受力状态，强度得到提高，有利于增大夹持力。在两盖板11的前端中部通过螺钉夹装固定有固定块5，该固定块5的前端嵌有突出的第二牙板7，第二牙板7通过螺钉与固定块5固定，该第二牙板7的外侧面有防滑沟槽且该外侧面冒出缺口11b的底部，这样，第二牙板7才能与管柱外表面相接触。两个夹持块3内凹面3a的前部表面法线向固定块5方向倾斜，在该前部表面上还嵌有突出的第一牙板6，第一牙板6通过螺钉与固定块夹持块3固定。第一牙板6的外侧面有防滑沟槽并冒出内凹面3a，第一牙板6外侧面的法线也向固定块5的方向倾斜，这样，两个第一牙板6和一个第一牙板7就形成三个夹持部，两夹持块3收拢时，对于不同管径的管柱在其圆周上都能形成三点夹持。

导向槽11a的轨迹为几段圆弧曲线拟合而成，它可使插入其中的导向销3b沿预定的轨迹运动，从而带动夹持块3及固定在夹持块3内凹面上的第一牙板6沿特定的轨迹运动，实现对不同直径的管柱的夹持动作，同时，特定的轨迹可避免夹持块3及其上的第一牙板6在对管柱实施夹持动作时，与其左右或者后面的管柱发生干涉。

如图7所示，当导向销3b位于导向槽11a前端，两夹持块3处于全开位置时，两牙板6的中心线连线与固定块5前端面的距离约380mm，使得本发明的三个牙板能夹持大直径的管柱10。如图5所示，为更好地导向并支撑、减摩，在两连接板4之间还装有两滑轮9，滑轮9位于连接板4后部的两侧，两滑轮9的轮面分别从连接板4的两侧面冒出并抵在两侧板12的内壁上，这样就使夹持块3能够更轻便灵活地运动。

本发明可用于夹持3.5～9.75英寸(88.9mm～247.7mm)较大尺寸范围内的不同外径管柱，图8至图11中管柱10的直径分别为9.75英寸、8英寸、5.5英寸、3.5英寸。图8至图11示出了各组件在不同工作状态下的位置，两夹持块3收拢时，导向销3b沿着导向槽11a运动，对于不同管径的管柱10在其圆周上都能通过两个第一牙板6和第二牙板7形成三点夹持，机械手在工作过程中不用更换夹持机构，提高了工作效率，降低了工人的劳动强度。

本发明的工作过程如下：

本实施例提供的夹持机构安装在立根排放机械手上，工作时，立根机械手带动夹持机构向前运动，直到固定块5上的第二牙板7接触到管柱外表面，机械手停止运动，同时，油缸2动作，活塞杆回拉并带动连接块4后退，在滑轮8的支撑导向作用下，连接块4带动两夹持块3同步运动，由于导向销3b插入盖板的导向槽11a内，使导向销3b只能沿着导向槽11a运动，在连接块4、导向销3b以及导向槽11a的作用下，左右对称布置的夹持块3向油缸2回拉的方向运动，同时绕铰接销8向内旋转，直到夹持块3上的第一牙板6压紧管柱的外表面，至此，三个牙板压紧在管柱上，夹紧动作完成。反之，松开管柱时，油缸2动作，带动活塞杆外推并使连接块4运动，连接块4带动两夹持块3同步运动，两夹持块3向油缸外推的方向运动，同时绕铰接销8向外旋转，直到油缸2的活塞杆完全推出，两夹持块3上的第一牙板6离开管柱表面，让出管柱通道，松开动作完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种夹持机构，包括壳体(1)及壳体(1)内所装的油缸(2)，在所述壳体(1)的前部左右对称布置有夹持块(3)，该夹持块(3)的前半部内侧面是内凹面(3a)，其特征在于：所述油缸(2)为一个且缸筒居中布置在所述壳体(1)后部，所述油缸(2)活塞杆前端铰接有连接板(4)，该连接板(4)的左、右部分别与所述夹持块(3)后端铰接；所述壳体(1)包括上、下端的盖板(11)，两所述盖板(11)的前部左右对称开有导向槽(11a)，两所述导向槽(11a)呈“八”字形布置且大端靠近所在盖板的前端，在两所述夹持块(3)的中部设有导向销(3b)，所述导向销(3b)插入两所述盖板(11)的所述导向槽(11a)中；两所述盖板(11)的前部居中开有内凹缺口(11b)，所述夹持块(3)仅其前部能从所述缺口(11b)两侧的前伸部端头伸出，在两所述盖板(11)的前端中部夹装固定有固定块(5)，该固定块(5)的前端面冒出所述缺口(11b)的底部，两所述夹持块(3)内凹面(3a)的前部表面法线向所述固定块(5)方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的一种夹持机构，其特征在于：在所述夹持块(3)的所述内凹面(3a)前部嵌有突出的第一牙板(6)，所述第一牙板(6)的外侧面有防滑沟槽且该外侧面的法线向所述固定块(5)方向倾斜；当所述导向销(3b)位于所述导向槽(11a)前端，两所述夹持块(3)处于全开位置时，两所述第一牙板(6)的中心线连线与所述固定块(5)前端面的距离为360～400mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种夹持机构，其特征在于：所述夹持块(3)的所述内凹面(3a)是半径290～320mm的圆弧面。

4.根据权利要求1所述的一种夹持机构，其特征在于：所述固定块(5)的前端嵌有第二牙板(7)，所述第二牙板(7)的外侧面有防滑沟槽且该外侧面(6)冒出所述固定块(5)的前端面。

5.根据权利要求1所述的一种夹持机构，其特征在于：所述导向销(3b)是紧套在销轴上的滚动轴承。

6.根据权利要求1所述的一种夹持机构，其特征在于：所述连接板(4)为两块并将所述油缸(2)活塞杆夹装后铰接，在两所述夹持块(3)的后端部分别开有两槽，两所述连接板(4)前部两侧伸入所述槽中由销(8)铰接。

7.根据权利要求6所述的一种夹持机构，其特征在于：在两所述连接板(4)之间还装有两滑轮(8)，所述两滑轮(8)的轮面分别从所述连接板(4)的两侧冒出并抵在两所述侧板(12)的内壁上。

8.根据权利要求1所述的一种夹持机构，其特征在于：所述壳体(1)包括上、下端的盖板(11)和左、右侧的侧板(12)并由底板(13)将该壳体(1)后端封闭，两所述侧板(12)短于两所述盖板(11)；在所述底板(13)的外表面上固定有带铰接孔的耳板(14)，所述油缸(2)后端的带孔连接板(2a)从所述底板(13)中伸出，所述连接板(2a)上的孔与所述耳板(14)上的铰接孔相对。

Images