CN103696708A

CN103696708A - 一种管柱夹持器

Info

Publication number: CN103696708A
Application number: CN201210368350.4A
Authority: CN
Inventors: 曲刚; 江正清; 安庆宝; 董怀荣
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明涉及一种管柱夹持器，包括本体和两个夹持手，夹持手左右对称安置并且前部内凹呈圆弧形。管柱夹持器还包括顶杆，顶杆前部沿两夹持手的对称线伸出本体外，顶杆后部设有齿条。顶杆的前端点、两个夹持手的前端点与所夹持管柱外圆的圆心连线互呈120°。本体前后两面分别开有斜槽，两斜槽互成120°，两夹持手后部别安装在两斜槽内，夹持手上装有与斜槽平行的齿条。本体的内腔还装有相互咬合的齿轮，两齿轮分别与两个夹持手上的齿条咬合，齿轮还同时与顶杆上的齿条咬合。本发明夹持可靠，无需更换夹持块，夹持手前端张开角度小，易于避开相邻管柱的干扰。本发明可应用于石油钻机二层台立根排放自动化领域。

Description

一种管柱夹持器

技术领域

本发明涉及石油钻机自动化机构，尤其是一种管柱夹持器。

背景技术

在石油钻机自动化设备中的二层台立根自动化排放机构要依靠机械手夹持管柱完成对管柱的起吊和摆放。尤其是在钻杆立柱由井口向指梁架排放的过程中，立根排放机械手必须对立柱夹持牢靠，任意角度管柱不能滑脱。中国实用新型专利：申请号CN201120170368.4，专利公告号CN202079597U，发明创造名称“机械手”的申请案，采用一对相匹配的机械手合拢分开来夹取物件，凹弧槽内与转轴接触的表面设有合金层。其不足之处是：凹弧槽的内弧面为固定的，适应的管径范围窄，超范围时只能更换凹弧槽，而钻井工程应用的钻杆和套管外径从3.5至11英寸（88.9~279.4mm）不等；机械手夹持和释放管柱时必须张开很大角度，若管柱密集并排，夹持块受相邻管柱干扰，难以选取管柱。自动化钻机要求对管柱的抓取既安全可靠又快捷灵活，因此所需要的夹持工具能夹持较大范围外径的管柱。

发明内容

本发明的目的是提供一种管柱夹持器。本发明克服了现有技术的不足，能够夹持较大范围外径的管柱，无需更换夹持块，夹持牢靠。本发明可广泛应用于石油钻机自动化领域。

为了解决以上技术问题，本发明是给出了以下两种技术方案：

一种管柱夹持器，包括本体和两个夹持手，夹持手左右对称设置在本体上，夹持手前部带有内弧形爪，其中：所述本体带有内腔并前后两面分别开有斜槽，内腔与斜槽贯通，两夹持手臂部分别安装在两斜槽内，夹持手臂部装有与斜槽平行的齿条，本体的内腔装有两个相互咬合的齿轮，两齿轮分别与两个夹持手臂上的齿条咬合；在本体内腔沿两个夹持手对称线向下开设通孔，通孔内插入顶杆，顶杆上端两侧紧靠内腔壁连接有平行的齿条，顶杆的前端点和两个夹持手的前端点与所夹持管柱的圆心连线互呈120°角，齿轮同时与顶杆上的齿条咬合，本体的内腔还装有液压马达，液压马达与齿轮构成齿轮传动配合。

另一种管柱夹持器，包括本体和两个夹持手，夹持手左右对称设置在本体上，夹持手前部带有内弧形爪，其中：所述本体带有内腔并前后两面分别开有斜槽，内腔与斜槽贯通，两夹持手臂部分别安装在两斜槽内，夹持手臂部装有与斜槽平行的齿条，本体的内腔装有两个相互咬合的齿轮，两齿轮分别与两个夹持手臂上的齿条咬合；在本体内腔沿两个夹持手对称线向下开设通孔，通孔内插入顶杆，顶杆上端两侧紧靠内腔壁连接有平行的齿条，顶杆的前端点和两个夹持手的前端点与所夹持管柱的圆心连线互呈120°角，齿轮同时与顶杆上的齿条咬合，本体的内腔还装有液压缸，液压缸的活塞杆与顶杆两侧的齿条连接。

上述方案还包括：在顶杆的前端和两个夹持手爪的前端均嵌有硬质合金牙板。所述夹持手前端还设有滚轮，本体的斜槽外侧装有护板。

本发明的夹持手限定在本体斜槽内运动，两斜槽互成120°，而且顶杆沿两夹持手的对称线运动，保证了在管柱外圆直径变化时，两夹持手的前端点和顶杆前端点这三点始终与管柱外圆心连线成120°。而且顶杆上的齿条和夹持手上的齿条具有相同的模数和齿形，夹两持手的前端点和顶杆前端点这三点能够做到同速、向心运动，保证了管径改变时仍然保持稳定可靠的夹持效果。此外夹持手的前端和顶杆的前端镶嵌硬质合金牙板，能够使夹持更牢靠。夹持手前端设置滚轮，使夹持手触碰管柱表面时减小摩擦和噪音。两夹持手内凹形成的圆弧形爪，在取放管柱的过程中两夹持手前端张开角度小，易于避开相邻管柱的干扰从密集排列的管排中选中管柱。顶杆的齿条为两个，齿条方向与顶杆前端的运动方向一致，并分别与两个齿轮咬合。夹持器的驱动方式可采用液压马达或者液压缸，而且仅需一台液压马达或者液压缸即可实现三点夹持，以液压马达驱动为佳。采用液压马达先驱动齿轮，再由齿轮通过顶杆上的齿条和夹持手上的齿条带动顶杆和夹持手运动；采用液压缸直接驱动顶杆，顶杆上的齿条带动齿轮，再由齿轮带动夹持手运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：两夹持手的前端点和顶杆前端点这三点始终与管柱外圆圆心连线成120°，而且这三点做到同速、向心运动，对不同外径管柱始终实现三点均匀夹持，夹持稳定，无需为管径改变而更换夹持块，夹持手适应外径范围为88.9mm~279.4mm；仅需一台液压马达或者液压缸作为夹持动力；夹持手前端张开角度小，易于避开相邻管柱的干扰。

附图说明

图1为本发明一种实施例在移除护板后的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图2沿A-A面的剖视图。

图4为图3沿B-B面的剖视图。

图5为夹持手完全张开的示意图。

图6为夹持小规格外径管柱时的示意图。

图7为本发明另一实施例中沿图2 A-A面的剖视图。

图中：1、本体；2、夹持手；3、顶杆；4、护板；5、滚轮；6、液压马达；7、齿轮；8、第一硬质合金牙板；9、第二硬质合金牙板；10、液压缸；31顶杆齿条。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

实施例1：参照附图1、图2、图3和图4，一种管柱夹持器，包括本体1、夹持手2、顶杆3、顶杆齿条31、护板4、滚轮5、液压马达6和齿轮7。本体1前后两面分别开有斜槽，并且两斜槽互成120°，本体1的斜槽外侧都装有护板4。夹持手2为左右对称安置的两个，分别安装在本体1前后两面的的斜槽上，斜槽与夹持手2构成滑动摩擦副，夹持手2后部即夹持手臂装有与斜槽方向相同的齿条，夹持手2前部即夹持手爪伸出本体1的部分内凹呈圆弧形。顶杆3安装在本体1中空的方形腔体内，顶杆3前部沿两夹持手2的对称线伸出本体1外，本体1上留有让顶杆3通过的开孔。顶杆3的后部设有两个平行的齿条31，齿条31方向与两夹持手2的对称线方向相同，顶杆3的后部与本体1的腔体构成滑动摩擦副。夹持管柱时，顶杆3的前端点、两个夹持手2的前端点与所夹持管柱外圆的中心点连线互呈120°。齿轮7为两个安装在本体1内，两齿轮7相互咬合并且分别与夹持手上的齿条咬合，同时两齿轮7还分别与两顶杆3上的两齿条咬合。齿轮、顶杆上的齿条和夹持手上的齿条具有相同的模数和齿形。马达6为液压马达，安装在本体1的内腔里并与齿轮7构成齿轮连接，其中两齿轮7一个为驱动轮，一个为从动轮。两夹持手2的前部内凹形成半径最大为350mm的圆弧形。参照附图5和图6，顶杆的前端点处嵌有第一硬质合金牙板8，夹持手2的前端点处嵌有第二硬质合金牙板9，夹持手2的前端设有滚轮5。

二层台管柱排放系统一般包括二层台管排架、机械手总成、机械臂总成。在实际使用中，本发明的管柱夹持器安装在二层台立根自动排放系统的机械手总成上，适用于外径88.9mm~279.4mm范围内的钻杆和钻铤。

管柱的夹持过程：参照图5，在马达6驱动下，两齿轮7同时带动夹持手2上的齿条和顶杆3上的齿条运动，两夹持手2的前端点和顶杆3的前端点以同速向背离管柱外圆圆心的方向运动，直至夹持手2张开到大于所要夹持的管柱外径时马达6停止工作。机械手总成推动管柱夹持器前进，使管柱进入两夹持手2环抱形成的圆弧内。马达6反向运行，驱动两夹持手2和顶杆3以同速向管柱外圆的圆心运动，直至夹持住管柱。在夹持手2和顶杆3上还可以分别设置拉压力传感器，方便操作人员掌握夹紧力度。

管柱的释放过程：在马达6驱动下，两齿轮7同时带动夹持手2上的齿条和顶杆3上的齿条运动，两夹持手2的前端点和顶杆3的前端点以同速向背离管柱外圆的中心运动，直至夹持手2张开到大于所要夹持的管柱外径时马达6停止工作，机械手总成回收，完成管柱的释放。

实施例2：参照附图7，在实施例1的基础上，以液压缸10替代液压马达6做为动力源，液压缸10固定于本体1内腔，液压缸10的活塞杆固定连接顶杆齿条31的后端。液压缸10直接驱动顶杆3，顶杆3上的齿条31带动齿轮7，再由齿轮7带动夹持手2运动。由于顶杆3上的齿条和夹持手2上的齿条规格相同，顶杆3与夹持手2的前端点在动作上保持同步同速。

基于此发明原理的其它实现形式均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种管柱夹持器，包括本体和两个夹持手，夹持手左右对称设置在本体上，夹持手前部带有内弧形爪，其特征在于：所述本体带有内腔并前后两面分别开有斜槽，内腔与斜槽贯通，两夹持手臂部分别安装在两斜槽内，夹持手臂部装有与斜槽平行的齿条，本体的内腔装有两个相互咬合的齿轮，两齿轮分别与两个夹持手臂上的齿条咬合；在本体内腔沿两个夹持手对称线向下开设通孔，通孔内插入顶杆，顶杆上端两侧紧靠内腔壁连接有平行的齿条，顶杆的前端点和两个夹持手的前端点与所夹持管柱的圆心连线互呈120°角，齿轮同时与顶杆上的齿条咬合，本体的内腔还装有液压马达，液压马达与齿轮构成齿轮传动配合。

2.根据权利要求1所述的管柱夹持器，其特征在于：在顶杆的前端和两个夹持手爪的前端均嵌有硬质合金牙板。

3.根据权利要求1或2所述的管柱夹持器，其特征在于：所述夹持手前端还设有滚轮，本体的斜槽外侧装有护板。

4.一种管柱夹持器，包括本体和两个夹持手，夹持手左右对称设置在本体上，夹持手前部带有内弧形爪，其特征在于：所述本体带有内腔并前后两面分别开有斜槽，内腔与斜槽贯通，两夹持手臂部分别安装在两斜槽内，夹持手臂部装有与斜槽平行的齿条，本体的内腔装有两个相互咬合的齿轮，两齿轮分别与两个夹持手臂上的齿条咬合；在本体内腔沿两个夹持手对称线向下开设通孔，通孔内插入顶杆，顶杆上端两侧紧靠内腔壁连接有平行的齿条，顶杆的前端点和两个夹持手的前端点与所夹持管柱的圆心连线互呈120°角，齿轮同时与顶杆上的齿条咬合，本体的内腔还装有液压缸，液压缸的活塞杆与顶杆两侧的齿条连接。

5.根据权利要求4所述的管柱夹持器，其特征在于：在顶杆的前端和两个夹持手爪的前端均嵌有硬质合金牙板。

6.根据权利要求4或5所述的管柱夹持器，其特征在于：所述夹持手前端还设有滚轮，本体的斜槽外侧装有护板。