CN101798908B - 一种夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹持装置，包括吊耳、臂架和夹持机构，所述吊耳设置在所述臂架上，所述夹持机构分别设置在所述臂架两端，其所述夹持机构包括两个夹持部件、安装架和夹持驱动装置，所述其中一个夹持部件与所述安装架连接，另一个夹持部件与所述夹持驱动装置驱动铰接，与所述夹持驱动装置铰接的夹持部件与所述安装架铰接。本发明通过对夹持机构的设计，在夹持过程中不会对相邻排放的钻具造成干涉，不会受钻具排放间隙的限制，同时利用与夹持机构配合使用的支撑机构形成三点夹持，大大提高了夹持钻具的尺寸范围，整个装置结构紧凑、夹持可靠、工作效率高、能够实现自动化。

Description

一种夹持装置

技术领域

本发明涉及一种石油钻采设备中的自动化装置，特别涉及一种对钻井工具进行移运的夹持装置。

背景技术

在石油工业及海洋工程的石油开采中，钻井工具的移运是十分常见的工作步骤。

目前，陆地石油钻井多借助于吊机和钢丝绳进行钻井工具的移运，采用这种方式移运钻具，其移运效率低，操作人员劳动强度大，而且存在相当大的安全隐患；在海洋石油钻井模块多借助于起重设备和钻具夹持装置进行钻井工具的移运，而现有的夹持装置通常存在以下缺陷：1、夹持部在开合时，其左右爪同时旋转，造成前部在宽度方向的活动范围较大，当钻井工具排放紧密、钻具之间间隙较小时，夹持部在夹持钻具时很容易与被夹钻具相邻的钻具发生接触，影响夹持装置对钻具的夹持效果，甚至造成无法进行夹持的现象；2、对被夹持的钻具缺少对其第三点的支撑固定，通常只能靠夹持部的弧面对钻具进行固定，当钻具的尺寸与夹持部尺寸相差较大时，其固定效果很不稳定，容易造成钻具滑落；3、由于夹持装置自身不能旋转，当夹持装置的纵向中心线与钻具轴向中心线存在夹角时，操作较为麻烦，通常需要人工进行调整后，再进行夹持，自动化程度较低，工作效率低。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种不受钻具排放方向和间隙的限制，结构紧凑、夹持可靠、工作效率高、自动化程度高的夹持装置。

本发明的技术方案是这样实现的：一种夹持装置，包括吊耳、臂架和夹持机构，所述吊耳设置在所述臂架上，所述夹持机构分别设置在所述臂架两端，其特征在于：所述夹持机构包括两个夹持部件、安装架和夹持驱动装置，其中一个夹持部件与所述安装架连接，另一个夹持部件与所述夹持驱动装置驱动铰接，与所述夹持驱动装置铰接的夹持部件与所述安装架铰接；

为了不受钻具排放方向的限制，实现操作的完全自动化，提高工作效率，其在所述吊耳与臂架之间设置有旋转机构，所述旋转机构包括旋转驱动装置、驱动齿轮、回转支承和连接板，所述旋转驱动装置安装在所述吊耳底板上，所述吊耳底板与所述回转支承内圈连接，所述连接板与所述回转支承外圈连接，所述驱动齿轮与旋转驱动装置驱动连接，并与所述回转支承的外圈齿轮啮合，所述连接板与所述臂架连接。

本发明所述的夹持装置，其与所述安装架固定连接的夹持部件为定爪，与所述夹持驱动装置铰接的夹持部件为动爪，所述动爪与所述安装架铰接。

为了使夹持更加稳定，提高夹持机构夹持钻具的尺寸范围，本发明所述的夹持装置，其在所述臂架上两端分别设置有支撑机构，所述支撑机构包括支撑驱动装置和支撑体，所述支撑体与所述支撑驱动装置驱动铰接。

为了使支撑体保持在固定的轨迹上移动，本发明所述的夹持装置，其在所述支撑机构对应的臂架两侧设置有导向滑道，所述支撑体包括水平支撑体和连接于水平支撑体两端、与所述导向滑道配合的垂直滑动杆。

为了解决钻具在被吊起后出现重心偏离的现象，本发明所述的夹持装置，其根据权利要求4所述的夹持装置，其特征在于：所述臂架包括箱体，在所述箱体上、旋转机构与臂架的连接部设置有倾斜调整机构，所述倾斜调整机构包括滑移架、倾斜调整驱动装置和导轨，所述导轨安装在所述箱体上，所述滑移架下部与所述导轨滑动配合，其上部与连接板连接，所述倾斜调整驱动装置一端固定在所述箱体上，另一端与所述滑移架驱动连接。

为了提高滑移架在导轨上滑动的耐磨性，增加其使用寿命，本发明所述的夹持装置，其所述滑移架在导轨上的滑动处设置有衬板。

为了提高被夹持钻具的稳固性，增加夹持的安全性，本发明所述的夹持装置，其在所述臂架两端设置有安全夹持机构，所述安全夹持机构包括安全钩和安全驱动装置，所述安全钩通过耳板与臂架连接，所述安全钩与所述耳板铰接，所述安全驱动装置一端与固定在臂架上的耳板铰接，其另一端与所述安全钩铰接。

为了满足能起吊非圆柱状的轻型钻具，增加起吊的方式及被吊钻具的多样性，本发明所述的夹持装置，其在所述臂架两侧面设置有小吊耳。

本发明通过对夹持机构的设计，利用定爪和动爪配合进行夹持，使夹持部前端的活动范围不会过大，在夹持过程中不会对相邻排放的钻具造成干涉，不会受钻具排放间隙的限制，同时利用与夹持机构配合使用的支撑机构，将现有的仅通过圆弧面夹持改为三点夹持，大大提高了夹持钻具的尺寸范围，其次在连接部还设置有旋转机构，这样夹持装置在工作时不会受钻具排放方向的限制，整个装置结构紧凑、夹持可靠、工作效率高、能够实现自动化。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、该夹持装置能够适应排放间隙较小的钻具（单侧间隙在30mm以上），通过定爪插入钻具间隙，动爪夹持，前端旋转活动范围较小，夹持时不会对相邻排放的钻具造成干涉，适应性强，能减少排放钻具占用的空间。

2、利用支撑机构与夹持机构相配合，对被夹持物形成三点夹持，这样能对较大外径范围内的不同钻具进行夹持，使其能够适应直径范围在3.5～9.75英寸的各种钻具的夹持，而且夹持相当稳固。

3、在连接部旋转机构的设置，大大增加了夹持装置的灵活性，当夹持装置的纵向中心线与钻具轴向中心线存在夹角时，能自身进行旋转调整，从而实现抓取功能，对钻具的摆放方向要求较低，降低了劳动强度，提高了自动化程度，从而提高工作效率。

4、该夹持装置在其臂架上还设置有安全夹持机构，在主夹持机构完成夹持后，可通过安全夹持机构对被夹持物进行再次夹持，防止主夹持机构失效，造成被夹持物滑落，安全性和可靠性较高。

5、在臂架上增加倾斜调整机构，当钻具被吊起后出现重心不在夹持装置中心而倾斜时，能通过倾斜调整机构对钻具中心进行微调，使其趋于水平，有利于钻具的移运。

附图说明

图1是本发明开启工况的结构示意图。

图2是本发明闭合工况的结构示意图。

图3是本发明夹持机构的结构示意图。

图4是本发明夹持机构的夹持原理图。

图5是本发明旋转机构的结构示意图。

图6是本发明臂架的结构示意图。

图7是本发明滑移架的结构示意图。

图中标记：1为定爪，2为动爪，3为安装架，4为夹持驱动装置，5为支撑驱动装置，6为支撑体，7为吊耳，8为回转马达，9为驱动齿轮，10为回转支承，11为连接板，12为吊耳底板，13为箱体，14为滑移架，15为倾斜调整驱动装置，16为导轨，17为衬板，18为导向滑道，19为安全钩，20为安全驱动装置，21a、21b为耳板，22为小吊耳。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和2所示，一种夹持装置，包括吊耳7、臂架和夹持机构，所述吊耳7设置在所述臂架轴向中心位置，所述夹持机构分别设置在所述臂架两端，如图3和4所示，所述夹持机构包括定爪1、动爪2、安装架3和夹持驱动装置4，所述夹持驱动装置为夹持油缸，所述定爪1与所述安装架3的侧板通过螺栓固定连接，所述动爪2采用销轴与所述安装架3铰接，所述夹持油缸与所述动爪2驱动铰接。

其中，在所述臂架上两端分别设置有支撑机构，所述支撑机构包括支撑驱动装置5和支撑体6，所述支撑驱动装置5为支撑油缸，所述支撑体6与支撑油缸驱动铰接，所述支撑体6通过支撑油缸调整支撑点的竖直位置，从而适应不同直径范围的钻具，利用定爪1、动爪2和支撑体6对钻具构成三点夹持；在支撑机构对应的臂架两侧还设置有导向滑道18，所述支撑体6包括水平支撑体和连接于水平支撑体两端、与导向滑道18配合的垂直滑动杆，导向滑道18用于支撑体6在竖直方向上滑动的导向作用。

在所述吊耳7与臂架之间设置有旋转机构，如图5所示，所述旋转机构包括旋转驱动装置、驱动齿轮9、回转支承10和连接板11，所述旋转驱动装置采用回转马达8，其安装在吊耳底板12上，所述吊耳底板12通过螺栓与所述回转支承10内圈连接，所述连接板11与回转支承10外圈连接，安装于回转支承10下方，所述驱动齿轮9安装在回转马达8的输出轴上，并与回转支承10的外圈齿轮啮合，在回转支承内设置有滚子，回转支承的内圈固定，外圈能够旋转，这样，在回转马达的驱动下，使连接板能够旋转，所述连接板11连接在臂架轴向中心处，连接板的旋转能够带动臂架同步转动。

如图6和7所示，所述臂架包括箱体13，在所述箱体13上、旋转机构与臂架的连接部设置有倾斜调整机构，所述倾斜调整机构包括滑移架14、倾斜调整驱动装置15和导轨16，所述倾斜调整驱动装置15为倾斜调整油缸，所述导轨16安装在箱体13上，所述滑移架14下部与导轨16滑动配合，其上部与连接板11通过销轴连接，所述倾斜调整油缸一端固定铰接在箱体13上，另一端与所述滑移架14驱动铰接，滑移架能在倾斜调整油缸的驱动下沿导轨纵向移动，用于调节夹持物沿纵向的重心位置；所述滑移架14在导轨16上的滑动处还设置有衬板17，这样能提高滑移架在导轨上滑动的耐磨性，增加其使用寿命。

其中，在臂架两端对称的设置有安全夹持机构，所述安全夹持机构包括安全钩19和安全驱动装置20，所述安全驱动装置20为安全油缸，所述安全钩19通过耳板21a与臂架铰接，所述安全钩19与耳板21a铰接，所述安全油缸一端与固定在臂架上的耳板21b铰接，其另一端与所述安全钩19铰接，安全钩由安全油缸进行驱动，在夹持机构完成夹持后，安全钩动作，对钻具进行再次夹持，当夹持机构失效时，能够支撑钻具不会滑落，起到安全保护作用；在臂架两侧面的轴向中心位置处还对称的设置有两个小吊耳22，用于起吊非圆柱状的轻型钻具，增加起吊的方式及被吊钻具的多样性。整个夹持装置可通过各种方式与起重设备相连接。

工作原理：以夹持钻具为例，钻具多层多排摆放。当需夹持钻具时，经起重设备将夹持装置吊至钻具轴向中心位置，使定爪在钻具间隙较小的一侧，动爪在同层无钻具侧，调整起重设备使理论夹持中心线与钻具的轴线在同一竖直平面内。根据夹持钻具的直径范围，同步调整两个支撑机构，通过支撑油缸的驱动使支撑体至相应位置，然后锁死支撑油缸从而固定支撑体位置，利用定爪、动爪和支撑体的配合对钻具实现三点夹持。

若钻具轴向中心线与臂架纵向中心线在水平面内不平行，启动回转马达旋转臂架，使臂架纵向中心线与钻具轴向中心线平行；竖直下放夹持装置至适当位置停止，同步启动两个夹持油缸使动爪夹持钻具，夹持完成后，通过起吊设备将夹持装置及钻具一同吊起。当钻具离开管子堆场平面后，若臂架与钻具发生倾斜时，启动倾斜调整油缸微调钻具重心相对销轴的位置，使钻具趋于水平。最后，启动安全油缸使安全钩旋转至与钻具表面接触，达到安全油缸的额定载荷时停止。

通过起重设备将夹持装置吊至放置钻具的目标位置，缓慢下放钻具至钻具承载面，松开安全油缸将安全钩收起到初始位置，同步启动两个夹持油缸，缓慢松开动爪，将钻具放置在存放处，通过起重设备将夹持装置移开，完成钻具的移运。

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)

1.一种夹持装置，包括吊耳（7）、臂架和夹持机构，所述吊耳（7）设置在所述臂架上，所述夹持机构分别设置在所述臂架两端，其特征在于：所述夹持机构包括两个夹持部件、安装架（3）和夹持驱动装置（4），其中一个夹持部件与所述安装架（3）连接，另一个夹持部件与所述夹持驱动装置（4）驱动铰接，与所述夹持驱动装置（4）铰接的夹持部件与所述安装架（3）铰接；

在所述吊耳（7）与臂架之间设置有旋转机构，所述旋转机构包括旋转驱动装置、驱动齿轮（9）、回转支承（10）和连接板（11），所述旋转驱动装置安装在所述吊耳底板（12）上，所述吊耳底板（12）与所述回转支承（10）内圈连接，所述连接板（11）与所述回转支承（10）外圈连接，所述驱动齿轮（9）与旋转驱动装置驱动连接，并与所述回转支承（10）的外圈齿轮啮合，所述连接板（11）与所述臂架连接。

2.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于：与所述安装架（3）固定连接的夹持部件为定爪（1），与所述夹持驱动装置（4）铰接的夹持部件为动爪（2），所述动爪（2）与所述安装架（3）铰接。

3.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于：在所述臂架上两端分别设置有支撑机构，所述支撑机构包括支撑驱动装置（5）和支撑体（6），所述支撑体（6）与所述支撑驱动装置（5）驱动铰接。

4.根据权利要求3所述的夹持装置，其特征在于：在所述支撑机构对应的臂架两侧设置有导向滑道（18），所述支撑体（6）包括水平支撑体和连接于水平支撑体两端、与所述导向滑道（18）配合的垂直滑动杆。

5.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于：所述臂架包括箱体（13），在所述箱体（13）上、旋转机构与臂架的连接部设置有倾斜调整机构，所述倾斜调整机构包括滑移架（14）、倾斜调整驱动装置（15）和导轨（16），所述导轨（16）安装在所述箱体（13）上，所述滑移架（14）下部与所述导轨（16）滑动配合，其上部与连接板（11）连接，所述倾斜调整驱动装置（15）一端固定在所述箱体（13）上，另一端与所述滑移架（14）驱动连接。

6.根据权利要求5所述的夹持装置，其特征在于：所述滑移架（14）在导轨（16）上的滑动处设置有衬板（17）。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的夹持装置，其特征在于：在所述臂架两端设置有安全夹持机构，所述安全夹持机构包括安全钩（19）和安全驱动装置（20），所述安全钩（19）通过耳板（21a）与臂架连接，所述安全钩（19）与所述耳板（21a）铰接，所述安全驱动装置（20）一端与固定在臂架上的耳板（21b）铰接，其另一端与所述安全钩（19）铰接。

8.根据权利要求7所述的夹持装置，其特征在于：在所述臂架两侧面设置有小吊耳（22）。

Images