CN104895514A - 石油钻机二层台管柱排放机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种石油钻机二层台管柱排放机械手，包括机械手、机械臂、回转机构及安装座，机械手铰接在机械臂的下端，机械臂的上端连接于回转机构，回转机构设置在安装座上，机械手包括连接座、两个机械手指和机械手开合驱动机构，机械手指包括多个直线指段和连接相邻直线指段的弧形关节段，机械手的开合由机械手开合驱动机构驱动机械手指翻转实现。机械手的手指为直线指段和弧形关节段间隔连接的结构，使其更平滑地弯折，则在机械手开合驱动机构驱动下翻转时及翻转至机械手打开状态，手指部不会向外扩张，整体宽度不会增大，可以很方便地在排放好的管柱中插入和取出，提高管柱的排放效率，不会降低排放密度。

Description

石油钻机二层台管柱排放机械手

技术领域

本发明涉及石油钻机辅助机械装置，具体地涉及用于石油钻机二层台上管柱排放机械手的结构改进。

背景技术

随着科学技术的发展，石油钻机二层台管柱的排放通常采用机械手装置进行。现有技术中，管柱排放机械手包括机械手、机械臂、回转机构及安装座，机械手铰接在机械臂的下端，机械臂连接于回转机构，回转机构设置在安装座上，通过安装座设置在二层台井架上。管柱排放时，回转机构动作带动机械臂转动至排放位置，由机械手开合动作进行管柱的抓取排放。

现有技术存在以下缺点和不足：当放完管柱时或者深入到排放稠密的管柱中抓取管柱时需要打开机械手，现有技术中的机械手的开合，其两手指是通过在开合驱动机构驱动下进行相背或相向运动来实现，机械手打开后使得手指部整体宽度变大，打开后若要机械手指顺利地在指梁两侧管柱间隙中插入和取出，势必要增大指梁宽度，使指梁两侧管柱排放间隙增大，从而会降低管柱的排放密度，影响管柱的排放效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种新型的石油钻机二层台管柱排放机械手，机械手打开时机械手指还能够很顺利地在指梁两侧管柱间隙中插入和取出，且不会降低管柱的排放密度。

为达到解决上述技术问题的目的，本发明的具体技术方案如下：一种石油钻机二层台管柱排放机械手，包括机械手、机械臂、回转机构及安装座，机械手铰接在机械臂的下端，机械臂的上端连接于回转机构，回转机构设置在所述安装座上，所述机械手包括用于与机械臂下端铰接的连接座、用于环抱夹持管柱的两个机械手指和机械手开合驱动机构，所述机械手指包括多个直线指段和连接相邻直线指段的弧形关节段，所述机械手的开合由所述机械手开合驱动机构驱动所述机械手指翻转实现。

与现有技术相比，本发明机械手具有如下优点和积极效果：

1、机械手的手指为直线指段和弧形关节段间隔连接构成的特殊指形结构，使其更平滑平缓地弯折，则在机械手开合驱动机构驱动下翻转时及翻转至机械手打开状态，手指部不会向外扩张，整体宽度不会增大，即各机械手指在指梁两侧的管柱之间间隙中翻转不会与管柱产生干涉，可以很方便地在排放好的管柱中插入和取出，提高管柱的排放效率，不会降低排放密度；

2、通过设置横向滑动机构能够实现机械手整体横向移动对二层台上每个指梁中管柱排放工位的管柱进行取放，设置纵向滑动机构，实现机械手在指梁间的移动，实现机械手在不同指梁间的换位；通过纵向滑轨使机械手整体安装在二层台的井架上，能够保证安装强度，且不用对现有井架和二层台做任何改动，可拆卸的安装方式可以满足其安装位置根据某一种型号的井架进行调整，安装方便、灵活；

3、通过在机械臂上设置驱动油缸，能够调节机械臂的俯仰角度，可以根据管柱的高度偏差进行抓取位置调节，增加灵活性，且机械臂整体构成铰接形式的平行四边形结构，则在调节机械臂俯仰角度时机械手部不会产生俯仰动作，进而不会影响机械手抓取排放管柱；

4、通过控制程序优化，机械手放置管柱完毕后可以一键移送到大钩提起管柱的停放位置，即机械手初始抓取管柱位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明石油钻机二层台管柱排放机械手在石油钻机二层台上的安装结构示意图；

图2为本发明石油钻机二层台管柱排放机械手的结构示意图（安装座为分解后的局部结构）；

图3为本发明石油钻机二层台管柱排放机械手在其机械手处于闭合夹持管柱状态时的结构图；

图4为本发明石油钻机二层台管柱排放机械手在其机械手处于翻转打开状态的结构图；

图5为本发明的机械手在其手指处于闭合夹持状态的结构图；

图6为图5的A向视图（附有管柱）。

图7为本发明的机械手在其手指处于翻转打开状态的结构图；

图8为图7的A向视图（附有管柱）。

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说明。

本发明一种石油钻机二层台管柱排放机械手，包括机械手10、机械臂20、回转机构30及安装座40，机械手10铰接在机械臂20的下端，机械臂20的上端连接于回转机构30，回转机构30设置在安装座40上，机械手10包括用于与机械臂20下端铰接的连接座11、用于环抱夹持管柱70的两个机械手指12和机械手开合驱动机构13。其中，安装座40用于将机械手整体安装在二层台50的井架60上，回转机构30采用齿轮齿条传动，包括摆动液压油缸、回转轴承座和回转轴，结构简单、紧凑，且成本低，通过回转机构30的回转动作可带动机械臂20及机械手10旋转至存放工位。为使在机械手在打开过程中及打开状态下，手指部的整体宽度不会增大，以便在排放好的管柱70间隙中顺利地插入和取出，本发明中机械手指12包括多个直线指段122和连接相邻直线指段122的弧形关节段121，机械手10的开合动作由机械手开合驱动机构驱动机械手指12翻转实现。在机械手10处于抱紧状态，连接最前端直线指段122的弧线关节段121可以封住管柱70使其不从手中脱出，如图4至图6所示；机械手10处于翻转打开状态如图3、图7和图8所示，手指部的宽度相比抱紧状态时不会增大。

在本发明的具体实施例中，机械手指12的直线指段122个数为3个，弧形关节段121个数为两个，连接两相邻的直线指段122；本实施例中的机械手开合驱动机构13采用摆动马达131驱动两个伞齿轮实现，摆动马达131作为驱动部件，两个伞齿轮的外圆周齿面啮合，两个机械手指12分别固连在两个伞齿轮的中心轴部，其中一个伞齿轮与摆动马达131的驱动轴同轴连接。在机械手10处于闭合夹持状态时其结构如图5和图6所示，当需要打开时，摆动马达131动作，通过两个伞齿轮的啮合传动，同步驱动两个机械手指12转动即可达到如图7和图8所示的机械手指打开状态，本实施例中机械手指12翻转90°，使各机械手指12可以很顺利地指梁的两侧管柱70之间的间隙中插入或抽出。当然，机械手开合驱动机构13也可采用其他现有公知的其他可使机械手指12产生翻转动作的机械结构，比如油缸驱动等。

另外，机械臂20的结构可以选用现有技术机械臂的结构，然而作为本发明的另一个改进点，本实施例中优选机械臂20包括主臂21、副臂22、驱动油缸23和连接头24，主臂21和副臂22上下设置构成平行四边形结构，其上端均铰接于连接头24，下端均与机械手10铰接，连接头24固连在回转机构30上，驱动油缸23位于主臂21的下方，其活塞杆铰接于主臂21，缸体铰接于连接头24，由驱动油缸23带动主臂21来调节机械臂的俯仰角度，可以根据管柱70的高度偏差进行抓取位置调节，增加灵活性，且由于机械臂20为铰接形式的平行四边形结构，使得在调节俯仰角度时机械手10部不会产生俯仰动作，不会影响机械手抓取排放管柱70。另外，驱动油缸23位于主臂21的下方，不会增大机械臂20的宽度，进一步有利于在机械臂20及机械手10在管柱70间隙中移动。

在机械手10夹持管柱70移动过程中，管柱70会有角度变化，从而使得管柱70在机械手指12间沿轴向滑动，存在脱落的可能，为消除管柱70移动时在其中心轴线方向产生的力，在连接座11上设有位于两机械手指12根部之间的根部滚轮14，且两机械手指12的直线指段122上套设有可转动的套管。根部滚轮14和套管的转动可以用来卸掉管柱70移动时在轴线方向产生的力，使机械手10的受力得到改善，进一步防止脱落。同时，在连接座11上还可以设置管柱探测装置15，比如金属传感器等，以检测机械手中是否有管柱。

由于机械手10在快速接触管柱70时容易产生冲击，会损坏管柱排放机械手整体和管柱70，为解决此问题，本实施例中在连接座11上滑动安装滑动座板16，可以在连接座11上设置T形滑道，在滑动座板16上设置T形滑轨实现二者的滑动配合。机械手指12和机械手开合驱动机构13安装在滑动座板16上，同时在连接座11上还安装有缓冲气弹簧17，缓冲气弹簧17的活塞杆驱动端连接在滑动座板16上，如图6所示。当机械手10快速接触并抓取管柱70产生冲击时，滑动座板16受力滑动并压缩缓冲气弹簧17得到缓冲，从而有利于机械手工作稳定，防止意外事故发生。

基于以上技术方案，可选的，为实现本实施例石油钻机二层台管柱排放机械手除转动动作外的其他多角度，多方向的移动，本实施例石油钻机二层台管柱排放机械手还包括设置在井架60上驱动回转机构30带动机械臂20和机械手10横、纵向移动的横向滑动机构和纵向滑动机构。具体地，如图1所示，横向滑动机构包括横向滑轨80和作为横向驱动部件的横向驱动油缸90，纵向滑动机构包括纵向滑轨100和作为纵向驱动部件的纵向驱动油缸110，纵向滑轨100可拆卸地安装在二层台50的井架60上，位于二层台50上方，横向滑轨80通过滑动座130设置在纵向滑轨100上，纵向驱动油缸110的驱动端连接于横向滑轨80，安装座40滑动设置在横向滑轨80上并与横向驱动油缸90的驱动端相连，进而整个管柱排放机械手安装可拆卸地安装在井架60上。由于现有技术中，管柱排放机械手通常安装在二层台50的下方，由于操作人员要站在二层台上，则管柱排放机械手安装强度欠佳，且不同钻机二层台形状尺寸不一致，则安装管柱排放机械手时需改动二层台结构以适应管柱排放机械手的安装；而在本实施例中，管柱排放机械手整体安装在井架60上，能够保证安装强度，且不用对现有井架和二层台做任何改动，可拆卸的安装方式（如图1所示的夹持爪式安装）可以满足其安装位置根据某一种型号的井架进行调整，安装方便、灵活。

横向驱动油缸90驱动安装座40带动管柱排放机械手整体沿横向滑轨80横向移动对二层台50上每个指梁51中管柱排放工位的管柱70进行取放；纵向驱动油缸110驱动横向滑轨80带动管柱排放机械手整体沿纵向滑轨100移动，进行管柱排放机械手在指梁51间的移动，实现管柱排放机械手在不同指梁51间的换位。采用本实施例管柱排放机械手，使得机械手装置除转动外，还可以实现上述动作，方便机械手达到管柱存放位，在某些操作工艺条件和工况下都能适用，比如取下钻等，大大提高了产品的通用性。当然，横向滑动机构和纵向滑动机构也可采用其他结构，比如齿轮齿条传动机构或电机、丝杠与滑轨的组合结构，在此不作具体限制。

为保证横、纵向移动的稳定性，本实施例纵向滑动机构为两组，横向滑轨80横跨在两组纵向滑动机构之间，两纵向驱动油缸110的驱动端分别连接在横向滑轨80的两端上。在井架60上可以固设滑轨支撑杆120对纵向滑轨100进行支撑，以进一步保证机构稳固性和安全性。

为减小横向滑轨80移动时的摩擦力，使运行顺畅，如图2所示，在安装座40上安装有多个导向滑轮41，由导向滑轮41与横向滑轨80接触；其中，处于横向滑轨80两侧的导向滚轮42可通过调整螺栓安装，以便于调节安装座40与横向滑轨80两侧面的余量使小车滑动的更平稳。同理，滑动座130也设置有导向滑轮，以减小横向滑轨80在纵向滑轨90上的摩擦力。

当然，直线指段122的个数、弧形关节段121的个数也可以为大于2个的其他数目，可对此不作具体限定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种石油钻机二层台管柱排放机械手，包括机械手、机械臂、回转机构及安装座，机械手铰接在机械臂的下端，机械臂的上端连接于回转机构，回转机构设置在所述安装座上，所述机械手包括用于与所述机械臂下端铰接的连接座、用于环抱夹持管柱的两个机械手指和机械手开合驱动机构，其特征在于：所述机械手指包括多个直线指段和连接相邻直线指段的弧形关节段，所述机械手的开合由所述机械手开合驱动机构驱动所述机械手指翻转实现。

2.根据权利要求1所述的石油钻机二层台管柱排放机械手，其特征在于：所述机械手开合驱动机构包括驱动部件和两个伞齿轮，两个伞齿轮的外圆周齿面啮合，且两个所述机械手指分别固连在两个伞齿轮的中心轴部，其中一个伞齿轮与所述驱动部件的驱动轴同轴连接。

3.根据权利要求1或2所述的石油钻机二层台管柱排放机械手，其特征在于：所述机械臂包括主臂、副臂、驱动油缸和连接头，所述主臂和副臂上下设置构成平行四边形结构，其上端均铰接于所述连接头，下端均与所述机械手铰接，所述连接头固连在所述回转机构上，所述驱动油缸位于所述主臂的下方，其活塞杆铰接于所述主臂，缸体铰接于所述连接头。

4.根据权利要求3所述的石油钻机二层台管柱排放机械手，其特征在于：所述连接座上设有位于两所述机械手指根部之间的根部滚轮，所述直线指段上套设有可转动的套管。

5.根据权利要求1所述的石油钻机二层台管柱排放机械手，其特征在于：所述连接座上滑动安装有滑动座板，所述机械手指和机械手开合驱动机构安装在所述滑动座板上，所述连接座上安装有缓冲气弹簧，所述缓冲气弹簧的活塞杆驱动端连接在所述滑动座板上。

6.根据权利要求1所述的石油钻机二层台管柱排放机械手，其特征在于：所述机械手还包括驱动所述回转机构带动机械臂和机械手横、纵向移动的横向滑动机构和纵向滑动机构，所述横向滑动机构包括横向滑轨和横向驱动部件，所述纵向滑动机构包括纵向滑轨和纵向驱动部件。

7.根据权利要求6所述的石油钻机二层台管柱排放机械手，其特征在于：所述纵向滑轨可拆卸地安装在二层台的井架上，位于二层台上方，所述横向滑轨滑动设置在所述纵向滑轨上，所述纵向驱动部件的驱动端连接于所述横向滑轨，所述安装座滑动设置在所述横向滑轨上并与所述横向驱动部件的驱动端相连。

8.根据权利要求7所述的石油钻机二层台管柱排放机械手，其特征在于：所述纵向滑动机构为两组，所述横向滑轨横跨在两组纵向滑动机构之间，两所述纵向驱动部件的驱动端分别连接在所述横向滑轨的两端。

9.根据权利要求7所述的石油钻机二层台管柱排放机械手，其特征在于：所述安装座上安装有用于减小其与所述横向滑轨间摩擦力的多个导向滑轮。