CN103596871A - 可调节位置的抓钩装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种连接装置，所述连接装置被设置成用于连接至一施工设备的臂。所述连接装置包括安装在主梁上的一对抓钩机构。每个抓钩机构包括安装至抓臂外壳的相对的抓臂。所述抓钩机构的抓臂外壳各自彼此独立的相对于主梁沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向可单独调节。所述连接装置可细调管子端部相对于彼此的位置，直到端部彼此对准，此时管子端部在通过抓钩机构固定在位的同时可被焊接或通过其它方式彼此固定。

Description

可调节位置的抓钩装置
本申请要求申请日为2012年2月15日的美国临时申请序列号61/599,164和申请日为2011年2月17日的美国临时申请序列号61/443737的优先权，并且上述两篇申请的全部内容在此被结合入本文作为引用。
技术领域
本发明涉及可连接至例如履带挖土机、反铲挖土机、挖掘机或其它施工设备用于例如定位管子端部以便将管子端部连接在一起的(连接)装置。
背景技术
定位两根大直径管子(例如油田管道)以便对接是非常耗时的并且可能花费许多小时并需要很多人力和价值数百万美元的设备，这是非常昂贵的并减慢了管道的生产。此外，目前的工艺对工人是危险的。对于进行对接连接所需花费的时间和成本的任何的降低是有益的。此外，提高对地面工人的安全性会是有利的。
发明内容
本发明描述了一种(连接)装置，所述装置被设置成用于连接至一施工设备的臂，所述施工设备例如挖掘机、履带挖土机、反铲挖土机等等。所述(连接)装置被设置成在管子对接过程中使对准管子端部的过程自动化。所述(连接)装置可以细微调节管子端部相对于彼此沿x、y和z轴方向的位置，直到(管子)端部彼此对准，此时管子端部可被焊接或以其它方式彼此固定，和/或以其它方式进行处理，而同时通过抓钩机构被固定在位。所述连接装置被设置成为管子加工工具例如焊接装置留有空间，以便对一根或更多的管子进行加工操作，例如将管子端部焊接在一起。
所述连接装置被设计成抓握待被端对端对准的两根单独管子的端部，以便通过焊接或其它适当的连接方式连接管子。所述连接装置被设置成沿Z轴方向将两根管子拉在一起并且还通过沿X轴和Y轴方向的独立运动使它们彼此同轴对准。
如贯穿说明书和权利要求书所用的，除非特别说明，单词管子/管道或类似词语旨在包括需要被放置并与其它部分的管子/管道对接的所有类型、形状和尺寸的管子/管道。管子可以由任何类型的材料制成，包括但不限于金属或塑料。在截面上，管子可以是圆形的、方形的、三角形的或具有其它的截面形状。在一些实施例中，一根管子的一端可连接至设备而非另一管子端部，所述设备可被连接至管子，例如阀，流体可从其流过。因此，术语管子/管道旨在包括流体能够流过的任何结构。
另外，在一些实施例中，所述连接装置可用于抓握、操纵和加工管子的单个部分(单个部分的管子)。所述连接装置还可用于抓握、操纵和加工非管子的物体，例如树木、原木、电话线杆等等。
在一个实施例中，一种机构包括安装在主梁上的一对抓钩机构。每个抓钩机构包括安装至抓臂外壳的相对的抓臂。至少一个抓钩机构的抓臂可相对于主梁沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向一起调节，以便调节至少一个抓钩机构的抓臂相对于主梁的位置。
在一个实施例中，抓钩机构的抓臂外壳各自独立于彼此相对于主梁沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向可单独调节。由于抓臂被安装至抓臂外壳，紧握管子端部的抓臂随抓臂外壳运动。
每个抓钩机构利用抓臂抓握管子端部附近的相应管子部分。一旦管子部分被抓臂抓握住，相对于主梁调节抓臂外壳，调节被抓臂抓握住的管子端部的位置。调节抓臂外壳，直到管子端部对准，此时管子端部可以按传统的方式固定在一起。
抓臂外壳可以沿大体垂直于主梁的纵轴的多个方向受调节。例如，当在侧平面图观察抓臂外壳时，抓臂外壳沿左右方向和/或上下方向相对于主梁是可调节的。
对于每个抓钩机构，可通过连接至抓臂中的一个的驱动缸和使抓臂互相连接的定时链接件(timing link)驱动抓臂。可替换地，每个抓臂可通过连接至抓臂的驱动缸驱动。
激光器或其它自动对准系统可用于便于管子端部的对准。
所述连接装置的主梁也可通过绕垂直轴转动和绕水平轴倾斜在位置上可调节。抓臂外壳也可沿平行于主梁的纵轴的方向进行调节，如披露于US2010/0308609，该专利文献在此以其全文形式被结合入本文作为引用。这些主梁和抓臂外壳的调节连同抓臂外壳相对于主梁沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向的调节允许精确定位抓钩机构以便抓握管子端部。
在另一个示例中，提供了一种连接装置，所述连接装置可连接至施工设备的臂，用于定位两根管子的端部以便将管子端部连接在一起。所述连接装置包括安装支架，所述安装支架被设置成可连接至施工设备的臂。下部头部组件可转动地安装至安装支架，以允许下部头部组件相对于安装支架绕第一轴转动。主梁可枢轴转动地安装至下部头部组件，使得主梁能够相对于下部头部组件绕大体上垂直于第一轴的第二轴枢轴转动。一对抓钩机构被安装在主梁上，其中每个抓钩机构包括安装至抓臂外壳的相对的抓臂。每个抓钩机构的抓臂外壳和主梁相对于彼此沿大体垂直于主梁的纵轴的两个方向可调节，以便调节抓臂外壳和主梁的相对位置。主梁的纵轴大体上垂直于第一轴和第二轴，并且抓臂在紧握两根管子的闭合位置和打开位置之间可驱动。此外，每个抓臂外壳和主梁相对于彼此沿平行于主梁的纵轴的方向可调节。调节还可通过第一和第二倾斜致动器(驱动器)提供，其中每个倾斜致动器(驱动器)具有连接至下部头部组件的第一端和连接至主梁的第二端。
尽管前文段落提到了一对抓钩机构，使用多于两个的抓钩机构是可行的。例如，三个或更多个抓钩机构可被安装在主梁上。并非所有的抓钩机构都需要按所述的方式可调节，这取决于抓钩机构的预期功能。
管子对接方法的一个示例包括利用安装在主梁上的第一抓钩机构抓握第一管子的端部，和利用安装在主梁上的第二抓钩机构抓握第二管子的端部。随后通过沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或更多个方向调节主梁及第一和第二抓钩机构中的至少一个的相对位置来将第一管子的端部与第二管子的端部对准。
所述的连接装置提高了准确性和快速性，使得两根管子可通过至少下述方式对准以便连接。
a)臂链接(联动)设计有助于确保管子始终居中于臂外壳，帮助两根管子当通过移位缸(换档缸)沿z轴方向被拉在一起时使两根管子对准。
b)施工设备的操作者可以独立地相对于主梁沿x,y或z轴方向移动每个臂外壳。所述臂外壳沿着主梁的纵轴沿z轴方向是可移动的。此外，臂外壳相对于主梁沿x轴和y轴方向可上下移动。
c)地面人员也可以利用遥控设备在两根管子端部的对准过程中从地面沿不同的方向移动臂外壳。遥控设备可用于控制可适于实现对准的任何其它运动也是可能的，例如主梁的枢轴转动和下部头部组件的转动，以及施工设备的臂的可能运动。
d)抓臂可以彼此独立地打开或闭合。此外，通过所披露的抓臂可提起大范围的管径。
e)引导系统可用于自动使两根管子端部彼此对准。引导系统可利用接触型位置传感器或非接触型位置传感器。接触型传感器包括线性可变差动变压器（LVDT）或旋转可变差动变压器（RVDT）。非接触型传感器包括一个或更多个激光器。
在一个实施例中，引导系统可以是激光引导系统，所述激光引导系统采用一个线激光器连接至具有位置反馈的线性驱动器。驱动器例如线性驱动器移动激光通过两根管子端部并捕获完整的三维图像，所述图像表示两根管子端部相对于彼此的曲率。通过适当处理曲率数据，可以确定管子端部沿x，y和z轴方向对准并确定管子彼此平行。
附图说明
图1是用于安装至一施工设备的臂的连接装置的等距透视图。
图2是连接装置的另一等距透视图。
图3是连接装置的截面侧视平面图。
图4是安装到主梁上的抓钩机构之一的端平面图。
图5是图4的抓钩机构的截面图。
图6是示出抓臂驱动以便抓握小直径管的端平面图。
图7是示出抓臂驱动至打开位置的端平面图。
图8A-C示出了管子端部之间不同类型的未对准的示例。
图9示出了单个激光引导系统。
图10A-B示出了四个激光引导系统。
图11示出了LVDT引导系统。
图12A-B示出了两个激光引导系统。
图13示出了利用安装机构的第一实施例将管子加工工具安装到连接装置上的等距透视图。
图14示出了图13所示的管子加工工具的分解图。
图15示出了图14所示的焊接单元的放大视图。
图16示出了图13所示的管子加工工具的截面端视图。
图17示出了用于将管子加工工具安装到连接装置的主梁上的安装机构的等距视图。
图18A示出了处于闭合位置并利用第二实施例的安装机构安装到连接装置上的管子加工工具的等距透视图。
图18B示出了处于打开位置并利用第二实施例的安装机构安装到连接装置上的管子加工工具的等距透视图。
图19示出了图18A和18B所示的安装机构的放大图。
图20示出了利用第三实施例的安装机构的管子加工工具的等距透视图。
具体实施方式
参见图1-3，示出连接装置10被设置成在管子对接过程中使管子端部对准。连接装置10被安装至一施工设备（未示出）的臂。连接装置10包括主梁14，所述主梁14通过枢轴18可枢轴转动地连接至下部头部组件16的底座。下部头部组件16可转动地连接至安装支架20，以允许下部头部组件16相对于安装支架绕垂直轴旋转或转动360度。安装支架20可拆卸地将连接装置安装至施工设备的臂。倾斜致动器(驱动器)22、24在下部头部组件16和主梁14之间延伸以便选择性地绕枢轴18倾斜主梁。对于主梁、下部头部组件、安装支架和倾斜致动器(驱动器)的构造和操作的进一步信息可参见US2009/0057019和US2010/0308609，上述两篇专利文献在此以其全文形式被结合入本文作为引用。
连接装置10包括安装在主梁14上的一对抓钩机构26、28。参见图3，抓钩机构26、28被安装在主梁上，使得每个抓钩机构相对于主梁沿着主梁的长度沿由图3中箭头所示的z轴方向可单独调节。通过移位缸/换档缸29实现每个抓钩机构26、28的调节，所述移位缸/换档缸29示出设置在主梁内并且一端固定至主梁而相对端固定至抓钩机构26、28。如果需要，移位缸/换档缸29可设置在主梁的外部。对于主梁上的移位/换档抓钩机构的更多信息披露于US2010/0308609。
抓钩机构26、28之间的间距足以为管子加工工具留有空间，所述管子加工工具例如是焊接装置或其它应用于管子以便物理连接管子端部的管子紧固装置。示例性管子加工工具的细节在下文结合图13-20进行描述。
抓钩机构26、28在构造上是相同的。每个抓钩机构26、28包括抓臂外壳30和连接至抓臂外壳的抓臂32。
如图1-3所示，每个抓钩机构26、28被设计成在施工设备的动力下利用抓臂32提起管子34、36的端部。抓臂外壳的位置随后根据需要沿x、y和/或z轴方向进行调节以便在管子对接过程中使管子端部38对准。对准的端部随后可通过焊接或其它的方式彼此固定。图1-3示出了不同直径的多个同轴的管子，以表示抓钩机构可用于抓握不同直径的管子。
z轴方向被视为大体平行于地面，或平行于主梁，或平行于管子，或当观察图3时是左右方向。x轴方向是大体垂直于z轴方向并在观察图3时垂直于主梁14的上下垂直方向。y轴方向是前后方向，大体垂直于z轴方向和x轴方向，并且在观察图3时垂直于主梁14，并且在观察图3时进入和离开页面。
连接装置10可随水平的管子用于图1所示的水平定向，并且使主梁14被定向成大体平行于地面。连接装置10也可随垂直的管子用于垂直定向（未示出），使主梁14被定向成大体垂直于地面。连接装置也可与被定向成在水平和垂直之间的角度的管子一起使用。
图4和5示出了抓钩机构26的细节。如上文所述，抓钩机构28在构造上与抓钩机械装置26相同，因此不分别进行描述。抓臂外壳30包括具有长度“l”和高度“h”的矩形梁开口50。开口50因此具有如图4和5所示端平面图的面积（l×h）。抓臂外壳30被设置在主梁14上，其中主梁伸过梁开口。主梁14也被示出在端平面图中为大体矩形，具有长度“lb”和高度“hb”，面积为（lb×hb）。
端平面图中主梁14的面积小于端平面图中开口50的面积。主梁的面积应当足以小于梁开口50的面积，以允许主梁和梁开口之间沿大体垂直于主梁的纵轴（即z轴方向）的至少一个优选至少两个方向（即x轴方向和y轴方向）相对运动。面积的差异并因而所允许的相对运动量的一个因素是期望或需要抓臂外壳的多少运动量以便实现管子端部的对准。所需要的运动量越大，则允许所述运动的面积差越大。
如图4和5所示，调节机构52a、52b、52c、52d用于相对于主梁14调节抓臂外壳30。调节机构52a-d被固定至抓臂外壳30并伸入与主梁14接合。具体地说，调节机构52a包括可伸入接合主梁的右侧壁（端平面图）的平驱动端54。类似地，调节机构52c包括可伸入接合主梁的左侧壁（端平面图）的平驱动端54。调节机构52b包括可伸入接合主梁的底壁（端平面图）的平驱动端54。调节机构52d包括可伸入接合主梁的顶壁（端平面图）的平驱动端54。
在一个实施例中，调节机构52a-d是单作用液压缸，在它们相应的驱动方向提供大致1.5英寸的行进。不过，调节机构52a-d可以是任何类型的可伸缩的驱动机构，包括例如其它类型的液压或气动缸或电动操作的螺杆传动。
平驱动端54可由可替换的耐磨垫形成，例如塑料材料如NYLATRON。
为了使抓臂外壳30沿y方向向图4和5中的右侧运动，调节机构52a被驱动以使其平驱动端54延伸与主梁14的右侧壁接合。同时，调节机构52c缩回相应量。反作用力迫使抓臂外壳30相对于主梁向右侧移动。
为了使抓臂外壳30向图4和5中的左侧运动，调节机构52c被驱动以使其平驱动端54延伸与主梁14的左侧壁接合。同时，调节机构52a缩回相应量。反作用力迫使抓臂外壳30相对于主梁向左侧移动。
为了调节抓臂外壳30的垂直高度，调节机构52d被驱动以使其平驱动端54延伸与主梁14的顶壁接合。反作用力迫使抓臂外壳30相对于主梁沿x轴方向向上运动。使调节机构52b的平驱动端54延伸与主梁14的底壁接合，同时使调节机构52d缩回，迫使抓臂外壳30相对于主梁沿x轴方向向下运动。可替换地，可以去除调节机构52b并且可由调节机构52d控制向上和向下的垂直调节，其中调节机构52d的缩回允许抓臂外壳在重力作用下垂直下降。
在图4和5所示的实施例中，抓臂外壳相对于主梁左右（y轴方向）和上下（x轴方向）是可调节的。不过，抓臂外壳不需要在所有所示的方向可调节。而是，在此考虑，抓臂外壳30仅在左-右方向或上-下方向可以是可调节的。
此外，尽管主梁和梁开口50被描述为矩形，除矩形之外的形状例如圆形或三角形是可行的。此外，主梁和梁开口50不需要具有相同的形状。例如，主梁在截面图中可以是圆形的，而梁开口可以是矩形的。
仍参见图4和5，抓臂32被安装至抓臂外壳。提供了两组抓臂，所述抓臂被设置在抓臂外壳的相对侧。第一组抓臂包括单个齿60，所述单个齿60被适当设置成接合管子。第二组抓臂包括一对间隔的齿62（参见图1），所述齿62也被适当地设置成接合管子。对于适当设置抓臂以便接合管子的更多信息披露于US2009/0057019和US2010/0308609。本文所述的齿的数量仅是示例性的。可以采用任何数量的齿和齿的结构，只要抓臂能够抓握管子并执行抓臂的任何其它功能。
齿60通过齿60的端部之间的枢轴64可转动地安装至抓臂外壳。齿60的上端被连接至驱动缸66的一端，所述驱动缸例如是示意图所示的液压缸。驱动缸66的相对端被固定至抓臂外壳30。齿62通过枢轴68可转动地安装至抓臂外壳。定时链接件70在齿60和齿62之间延伸。所述齿以纵向偏置的方式被设置，使得齿60被设置在齿62之间。
齿60、62在紧握管子（参见图1-4）的闭合位置和打开位置(参见图5和7)之间是可驱动的，以允许抓钩机构被放置在相应的管子34、36上。驱动缸66的延伸部使齿60向内朝向闭合位置枢轴转动。同时，连接至齿62的定时链接件70向内朝向闭合位置驱动齿62。反之，驱动缸66的缩回使齿60向外朝向打开位置枢轴转动，而定时链接件70也同时向外驱动齿62。
在一可替换的实施例中，驱动缸可被设置成驱动每一组齿60、62。另外，齿之一可被固定，而仅有另一组齿被驱动。
抓钩机构26、28可被设计成用于任何尺寸即直径和形状的管子。例如，应当相信，抓钩机构26、28会适用于直径在约26英寸到约38英寸之间的圆形管子。图4示出了抓握38英寸管子的抓钩机构，而图6示出了抓握26英寸管子的抓钩机构。不过，抓钩机构可用于具有其它直径的管子。另外，如上文所述，附图中示出了不同直径的管子，以明确抓钩机构可用于不同的管子直径。
在使用中，在管子34、36被切割并且端部38大致靠近彼此放置后，连接装置10被施工设备的臂带入接近两根管子34、36的端部38的位置。如果有必要，主梁14通过下部头部组件16和倾斜致动器22、24被倾斜和/或转动，以便适当地将连接装置与管子端部对准。优选地，管子端部38大致位于如图1所示的两个抓钩机构之间的中间位置。
连接装置随后下降就位，使得抓钩机构26环绕管子34而抓钩机构28环绕管子36，如图5所示。抓臂随后被驱动以便使齿60、62达到图1-4中所示的闭合位置，以便抓握管子34、36。
如果有必要，沿z轴方向调节抓钩机构26、28的一个或两者沿主梁的位置，以便使管子端部彼此更靠近。操作者随后根据需要驱动不同的调节机构52a-d以便细调抓臂外壳的位置。因为齿60、62正紧抓握管子，并且齿被固定至抓臂外壳，管子端部随抓臂外壳运动。因此，调节机构52a-d可用于细调管子端部的位置以实现对准。
通过操作者视觉检查管子之间的相对位置并随后根据需要调节管子位置直到实现对准可获得视觉上的对准。可替换地，如下文进一步讨论的，可以采用自动引导或对准系统。此外，利用视觉和自动引导的组合可实现对准，其中操作者在视觉上大致对准管子端部并且一旦实现粗对准，利用自动引导系统来完成对准过程。
图8A-C示出了可能出现的管子端部之间的不同类型的未对准。在图8A中，沿着一个或两个轴在端部之间存在角度和偏置的未对准。在图8B中，管子端部沿一个或两个轴是平行但偏置的。在图8C中，存在角度的未对准。所述的连接装置可用于校正管子端部之间的这些和其它的未对准。
在一个实施例中，可采用自动引导或对准系统来使两根管子端部彼此自动对准。引导系统可以是适合对准管子端部的任何类型的系统。例如，引导系统可利用接触型位置传感器或非接触型位置传感器。接触型传感器的示例包括但不必然限于线性可变差动变压器（LVDT）或者旋转可变差动变压器（RVDT）。非接触型传感器包括但不必然限于一个或多个激光器。
图9示出了使用单个激光器80的引导系统。激光器80是线激光器，可被固定至或安装在下部头部组件16的适当位置，例如容纳枢轴18（参见图1）的凸缘82上。激光器80安装在沿Z轴方向可运动的线性驱动器84上，而线性位置反馈86提供对于激光的线性位置的信息。线性驱动器84使激光器80移动通过两根管子36、38。线激光器80发射捕获管子的三维曲率的一部分的线。在使用中，当激光器沿z轴方向移动时，线激光器80捕获管子36的曲率分布，并且那里的数据被转换成管子位置。随着激光(器)沿z轴方向移动激光随后移动到对面的管子34并捕获管子34的曲率分布，并且那里的数据被转换成管子位置。随后比较管子位置并利用抓钩机构26、28调节管子。该过程可按需要重复，直到所捕获的管子位置匹配，从而表示管子的对准。
图10A-B示出了使用四个激光器90a-d的引导系统。激光器90a、90b和90c、90d相对于管子端部18被安装在12点和3点的位置。激光器90a、90c可被固定至或安装在下部头部组件16的适当位置，例如容纳枢轴18（参见图1）的凸缘82上。激光器90b、90d可被安装至适当的安装支架，所述安装支架被固定至凸缘82或固定到下部头部组件16的其它位置。激光器90a、90b测量到管子36的距离，而激光器90c、90d测量到管子34的距离。随后比较所述距离。当(距离)差异为零时，管子在相应轴上对准。通过利用抓钩机构26、28调节管子端部来校正距离上的任何差异。
图11示出了采用四个LVDT的100a-d来取代激光器90a-d的引导系统。LVDT会提供接触型传感方式而非激光器的非接触传感。
图12A-B示出了采用两个激光器110a、110b的引导系统。激光器110a、110b被固定至或安装在下部头部组件16的适当位置，处于12点（110a）和3点（110b）位置，使得它们相对于管子和抓钩机构是静止不动的。激光器110a、110b跨接两根管子以测量图10A-B中到管子34、36的距离，随后比较距离以实现对准。
可采用其它类型的引导系统以便自动对准管子端部。
一旦管子端部被对准，它们可以按任何适当的方式被连接在一起。一个示例是将管子端部彼此焊接。焊接可通过地面上的某人利用传统的焊接设备手动进行。焊接也可利用安装在连接装置10上的管子加工工具进行。参见图13-20，示出了管子加工工具的一个示例。
除了焊接之外或不同于焊接，其它的管子加工操作可利用安装在连接装置上的管子加工工具进行。其它管子加工操作的示例包括涂覆一个或多个管子端部，涂色于管子，切割一个或多个管子，施加密封以密封管子端部，使一个或多个管子端部成斜面，或者对一个或多个管子端部进行喷砂。其它的加工操作是可行的。根据加工操作，加工操作可在管子端部彼此对准之前或之后进行。
图13-19示出了利用两个不同的安装机构300、350安装在连接装置10上的管子加工工具200，而图20示出了包括安装机构375的管子加工工具，所述安装机构375用于独立于连接装置10将工具自由悬挂在任何适当的设备如吊车、吊杆臂、移动升降台等上。在所示的实施例中，管子加工工具200被设置成用于焊接并因而其包括焊接单元210，所述焊接单元210可移动地安装到具有多个齿轮齿224的大体环形轨道220上。
焊接单元210包括激光器211，接近度传感器212，焊接引线213和机动齿轮214（见图15和16）固定至焊接底座215。激光器211用作焊接引线213的引导工具。接近度传感器212用于测量焊接引线213对于待焊接的管子表面的位置。在本实施例中，接近度传感器212是弹簧加载的接近度传感器，包括沿着待焊接管子的外表面滚动的辊子216。在其它实施例中，其它类型的接触型位置传感器或非接触型位置传感器可用于替换接近度传感器212。机动齿轮214由马达217驱动并且与环形轨道220驱动接合。机动齿轮214结合齿轮齿224允许焊接单元210沿着整个轨道220围绕管子的外周运动。
轨道220被设置成匹配围绕由连接装置10抓握住待被焊接在一起的两根管子34、36的外表面。焊接单元210和轨道220由大体环形笼225环绕。笼225包括沿着笼225的内周的多个接触表面230。多个接触表面230沿着待被焊接在一起的管子34、36的外表面提供多个接触点。接触表面230提供额外的支撑，用于在焊接单元210将管子34焊接至管子36时固定管子34、36。笼225的大小适于使得焊接单元210能够沿着轨道220滑动，而不受笼225的干扰。
管子加工工具200还包括安装单元240，用于将管子加工工具200安装至连接装置10。安装单元240包括连接装置支撑242和容纳部外壳244。容纳部外壳244容纳连接装置支撑242并被固定至安装机构，如图13所示的安装机构300和图18A、18B和19所示的安装机构350。
如图14所示，轨道220由两个大体半圆形/半环形的轨道222a、222b组成，而笼225由两个大体半环形的笼227a、227b组成。笼227a在顶端通过连接装置支撑242固定至笼227b。
管子加工工具200还包括一对线性驱动器246a、246b。线性驱动器246a、246b的第一端被固定至连接装置支撑242。线性驱动器246a、246b的第二端分别被固定至笼227a、227b的一部分。在一个实施例中，线性驱动器246a、246b是双作用液压缸。不过，线性驱动器246a、246b可以是任何类型的可伸缩驱动机构，包括例如其它类型的液压或气动缸或电动操作的螺杆传动。
笼227a的底端包括第一锁紧外壳248，而笼227b的底端包括第二锁紧外壳249。锁紧单元250被固定至第一锁紧外壳248并被设置成将第一锁紧外壳248锁至第二锁紧外壳249，从而将笼227a的底端连接至笼227b的底端。锁紧单元250使得管子加工工具200提供夹紧力以便夹紧并适当地对准管子34、36的端部以便使管子同轴便于管子加工。
如图14和16所示，锁紧单元250包括锁线性驱动器251，所述锁线性驱动器251可枢轴转动地在一端固定至第一锁紧外壳248中的锁紧架256。大体钩形的锁紧头252可枢轴转动地固定至锁线性驱动器251的第二端。锁紧单元250还包括锁紧翼254，所述锁紧翼254可枢轴转动地固定至锁紧头252的一端，其中锁紧头252可枢轴转动地固定至锁线性驱动器251。
当使第一锁紧外壳248锁到第二锁紧外壳249时，锁线性驱动器251伸展锁紧头252以便越过第二锁紧外壳上锁扣258的顶部。锁线性驱动器251随后缩回，从而将锁紧头252拉入锁扣258并使第一锁紧外壳248锁住到第二锁紧外壳249。这使得管子加工工具200将管子34、36彼此同轴夹紧。
当第一锁紧外壳248从第二锁紧外壳249松开时，锁线性驱动器251伸展锁紧头252，使得锁紧翼254伸过并越过锁扣258的顶部。锁线性驱动器251随后缩回，使得锁紧翼254绕枢轴转动，导致锁紧头252越过锁扣258而非将锁紧头252拉入锁扣258。
图13和17示出了根据一个实施例通过安装机构300安装在主梁14上的管子加工工具200。安装机构300包括安装到主梁14上的一对销305，一对剪铰机构310和纵向轨道315。剪铰机构310的每一个被安装至销305的相应一个。纵向轨道315包括多个齿轮齿317并且在相对端连接至剪铰机构310的每一个并沿大体平行于主梁14的方向延伸。管子加工工具200的容纳部外壳244可移动地连接至纵向轨道315。
在本实施例中，发动机320和齿轮322被固定至管子加工工具200的容纳部外壳244。发动机320和齿轮322结合齿轮齿317允许容纳部外壳244并从而管子加工工具200沿着轨道315运动。因此，管子加工工具200的位置相对于连接装置10沿大体平行于主梁14的方向沿z轴可以改变。
两个剪铰机构310在构造上是相同的。每个剪铰机构310包括绕顶部枢轴311a枢轴转动的顶部铰链312a和绕底部枢轴311b枢轴转动的底部铰链312b。顶部铰链312a的相对端被连接至底部铰链312b的相应的相对端。在本实施例中，杆313和发动机314被连接至顶部铰链312a和底部铰链312b的相对端，并允许顶部铰链312a和底部铰链312b绕顶部枢轴311a和底部枢轴311b枢轴转动。发动机314控制绕顶部枢轴311a的顶部铰链312a的角度和绕底部枢轴311b的底部铰链312b的角度，从而沿大体垂直方向沿x轴控制轨道315相对于连接装置10的位置。因此，剪铰机构310能够沿大体垂直方向沿x轴改变管子加工工具200相对于连接装置10的位置。在其它实施例中，杆313和发动机314可被设置在剪铰机构310的其它位置。例如，在另一个实施例中，杆313可被设置在顶部枢轴311a，而发动机314可被设置在底部枢轴311b。在其它实施例中，发动机或杆可被连接在顶部铰链312a和底部铰链312b的相对端以及顶部枢轴311a和底部枢轴311b。
在一些实施例中，安装机构300也能够沿大体垂直于x轴方向和z轴方向的方向改变管子加工工具200相对于连接装置10的位置。
通过适当连接至头部组件16上的源或者工具200外部的其它合适的源的方式提供对焊接单元210和发动机314、320的电力和对驱动器246a、246b、251的液压动力。
工具200的结构允许执行其它加工操作的其它管子加工单元安装至工具200。例如，焊接单元210可以用喷涂机构代替，所述喷涂机构可跨在轨道220上，用于围绕管子的端部在结合处或结合处附近施加涂层。当然，如上文所述，其它的管子加工操作可利用适当设置的单元进行。
图18A、18B和19示出了根据另一个实施例通过安装机构350安装在抓臂外壳30的一个上的管子加工工具200。安装机构350包括安装到抓臂外壳30的侧面上的一对线性驱动滑动架355，容纳部底座360和线性驱动器365。容纳部底座360被连接至管子加工工具200的容纳部外壳244。线性驱动器365可枢轴转动地在一端连接至容纳部底座360并且可枢轴转动地在另一端连接至管子加工工具200的连接装置支撑242。
在一个实施例中，线性驱动器365是双作用液压缸。不过，线性驱动器365可以是任何类型的可伸缩驱动机构，包括例如其它类型的液压或气动缸或电力操作的螺杆传动。
容纳部底座360可移动地安装至一对线性驱动滑动架355，使得容纳部底座360能够相对于连接装置10沿大体垂直方向沿着x轴运动。因此，安装机构350能够沿大体垂直方向沿着x轴改变管子加工工具200相对于连接装置10的位置。在一些实施例中，容纳部底座360位置受线性滑动架355控制。
在本实施例中，连接装置支撑242可移动地安装至容纳部外壳244，使得连接装置支撑242沿大体平行于主梁14的方向沿着z轴可滑入和滑出容纳部外壳244。线性驱动器365允许使用者在容纳部外壳244内沿大体平行于主梁14的方向沿着z轴调节连接装置支撑242的位置。通过调节线性驱动器365，连接装置支撑242能够相对于连接装置10沿大体平行于主梁14的方向沿着z轴移动。因此，安装机构350能够沿着大体平行于主梁14的方向沿z轴改变管子加工工具200相对于连接装置10的位置。
在一些实施例中，安装机构350也能够沿大体垂直于x轴方向和z轴方向的方向改变管子加工工具200相对于连接装置10的位置。
图20示出了根据另一个实施例固定至安装机构370的管子加工工具200。安装机构370包括支架375，所述支架375固定管子加工工具200的连接装置支撑242。安装机构370还包括可枢轴转动地安装至支架顶部的U形钩380。U形钩380使得安装机构370并从而使得管子工具200能够自由地从连接装置例如图1所示的连接装置10悬挂下来。可替换地，管子加工工具200可利用连接至一般的起重机械例如吊车、吊臂、装载机和移动升降台等等的链或缆索自由地悬挂。在一个所述实施例中，吊索可连接至U形钩380并通过使用远程电源（未示出）操作管子加工工具200以便进行所有之前所述的动作。因此，在图20的实施例中，(管子)加工工具200可以独立于连接装置10(即不连接至连接装置10)而使用。
所示的管子加工工具和相关的安装机构仅是示例性的。可以采用可结合到连接装置10上以便对一个或多个管子进行管子加工操作的任何管子加工工具和相关的安装机构。
图1所示的实施例示出了使用一个连接装置，具有两个抓钩机构，安装在主梁14上。应当考虑到，可以采用单独的连接装置，每个具有一个或两个抓钩机构，其中每个连接装置被连接至单独施工设备的臂，一个连接装置抓握并调节一个管子端部，而另一个连接装置抓握并调节另一管子端部。另外，两个抓钩机构可用于抓握每个管子。
本申请所披露的示例在所有方面应被认为是说明性的而非限制性的。本发明的保护范围由所附权利要求书而非前述的说明书限定；并且在权利要求的等同的含义和范围内的所有变化应被包含在本发明的保护范围内。

Claims (19)

1.一种机构，包括：安装在主梁上的一对抓钩机构，每个抓钩机构包括安装至抓臂外壳的相对的抓臂；至少一个抓钩机构的抓臂相对于主梁沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向可一起调节，以便调节至少一个抓钩机构的抓臂相对于主梁的位置。
2.根据权利要求1所述的机构，其中所述至少一个抓钩机构的抓臂可通过沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向调节至少一个抓钩机构的抓臂外壳相对于主梁的位置是可调节的。
3.根据权利要求2所述的机构，其中抓钩机构的抓臂外壳的每一个各自可彼此独立地相对于主梁沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向可调节，以便调节抓臂外壳相对于主梁的位置。
4.根据权利要求2所述的机构，其中抓钩机构的抓臂外壳的每一个各自可彼此独立地相对于主梁沿大体垂直于主梁的纵轴的两个方向可调节，以便调节抓臂外壳相对于主梁的位置。
5.根据权利要求4所述的机构，其中每个抓臂外壳相对于主梁沿平行于主梁的方向可进一步调节。
6.根据权利要求4所述的机构，其中所述主梁在端平面视图中是大体矩形的，在端平面视图中具有第一面积；每个抓臂外壳包括矩形开口，通过所述开口容纳主梁，每个开口在端平面视图中具有第二面积；并且第一面积小于第二面积，第一面积与第二面积之间的差足以允许抓臂外壳和主梁之间沿大体垂直于主梁的纵轴的两个方向相对运动。
7.一种可连接至施工设备的臂用于定位一根或多根管子的连接装置，包括：
安装支架，所述安装支架被设置成可连接至施工设备的臂；
下部头部组件，所述下部头部组件可转动地安装至安装支架以允许下部头部组件相对于安装支架绕第一轴转动；
主梁，所述主梁可枢轴转动地安装至下部头部组件，以便主梁可相对于下部头部组件绕大体垂直于第一轴的第二轴枢轴转动；
一对抓钩机构，所述一对抓钩机构安装在主梁上，每个抓钩机构包括安装至抓臂外壳的相对的抓臂，所述抓钩机构的抓臂外壳的每一个和主梁相对于彼此沿大体垂直于主梁的纵轴的两个方向可调节，以便调节抓臂外壳和主梁的相对位置，主梁的纵轴大体垂直于第一轴和第二轴，并且抓臂在抓握一根或多根管子的闭合位置与打开位置之间可驱动；
每个抓臂外壳和主梁相对于彼此沿平行于主梁的纵轴的方向可调节；和
第一和第二倾斜驱动器，每个倾斜驱动器具有连接至下部头部组件的第一端和连接至主梁的第二端。
8.根据权利要求7所述的连接装置，还包括设置在主梁内的移位缸，并且所述移位缸被连接至抓钩机构，以便调节抓臂外壳相对于主梁沿平行于主梁的纵轴的方向的位置。
9.根据权利要求7所述的连接装置，还包括安装至连接装置的管子加工工具，所述管子加工工具被设置在抓钩机构之间。
10.根据权利要求9所述的连接装置，其中所述管子加工工具被设置成进行焊接、涂覆、切割、密封、斜切或喷砂。
11.根据权利要求7所述的连接装置，其中主梁在端平面视图中是大体矩形的，在端平面视图中具有第一面积；每个抓臂外壳包括矩形开口，通过所述矩形开口容纳主梁，每个开口在端平面视图中具有第二面积；并且第一面积小于第二面积，第一面积与第二面积之间的差足以允许抓臂外壳与主梁之间沿大体垂直于主梁的纵轴的两个方向相对运动。
12.一种管子对接方法，包括：
利用安装在主梁上的第一抓钩机构抓握第一管子的端部；
利用安装在主梁上的第二抓钩机构抓握第二管子的端部；和
通过调节主梁以及第一和第二抓钩机构的至少一个沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向的相对位置使第一管子的端部与第二管子的端部对准。
13.根据权利要求12所述的管子对接方法，还包括通过调节主梁以及第一和第二抓钩机构的至少一个沿平行于主梁的纵轴的方向的相对位置使第一管子的端部更靠近第二管子的端部。
14.根据权利要求13所述的管子对接方法，其中对准包括沿大体垂直于主梁的纵轴的一个或多个方向调节主梁以及第一和第二抓钩机构的每一个的相对位置。
15.根据权利要求14所述的管子对接方法，包括沿大体垂直于主梁的纵轴的两个方向调节主梁以及第一和第二抓钩机构的每一个的相对位置。
16.根据权利要求13所述的管子对接方法，还包括在第一抓钩机构和第二抓钩机构抓握第一管子和第二管子的端部时将第一管子的端部焊接至第二管子的端部。
17.根据权利要求16所述的管子对接方法，其中焊接通过安装至主梁或安装至第一或第二抓钩机构的管子加工工具进行。
18.根据权利要求13所述的管子对接方法，还包括在第一抓钩机构和第二抓钩机构抓握第一管子和第二管子的端部时利用安装至主梁或安装至第一或第二抓钩机构的管子机构对第一管子和第二管子的至少一个进行管子加工操作。
19.根据权利要求18所述的管子对接方法，其中所述管子加工操作包括焊接、涂覆、切割、密封、斜切或喷砂。
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