CN105332663A - 一种钻杆立柱自动排放机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻杆立柱自动排放机械手，由平移回转机构、伸缩机构和机械抓手机构三大部分组成，其中：所述平移回转机构由平台支架（1），导轨（2），横向齿条（3）、纵向齿条（4），纵向移动液压马达（5）、横向移动液压马达（7）、回转液压马达（9），减速齿轮（6），回转机构，悬挂架（10）组成。其结构简单，可靠性强的钻井杆及立柱排放机械手，提高工作效率及工作安全性，减少劳动强度及安全事故的发生。

Description

一种钻杆立柱自动排放机械手

技术领域

本发明属于钻井领域，涉及一种勘探钻井钻杆立柱自动排放机械手，尤其适用于石油钻井二层台钻杆立柱下钻、起钻作业过程的自动抓取传送排放。

背景技术

在石油勘探钻井过程中，需要对钻杆立柱进行大量的起吊排放作业，不仅需要花费大量的时间，而且常常需要多个熟练操作工进行协调作业，需要较大的人力成本。同时，勘探钻井过程绝大多数是在野外作业，作业环境恶劣，操作工劳动强度大，工作效率低，安全性差，容易发生安全事故。为提高生产效率，降低人力成本，保障生产安全，国内外学者及生产企业均在不断研究开发钻杆及钻杆立柱的自动排放系统，并取得了一定的成果和应用。1973年，全自动钻杆排放系统首次应用到挪威的半潜式钻井平台上，国内袁建民等设计了一种排架主体为长方体框架结构的油管柱立式自动排架系统，但结构较复杂。朱吉良等作了陆地钻机立柱式钻杆自动传送系统的研究，设计出了立柱式钻杆自动排放系统，但系统采用的是双手臂机械手结构，增加了系统的复杂性，降低了抓取精度和系统可靠性。黄川等初步探索研究了舌台前置式钻杆排放机械手。邹世斌等发明了“钻杆自动排放装置（CN202500509U）”，张涧等发明了“一种钻机钻杆自动排放系统（CN203808880U）”，但系统较为复杂，可靠性受影响。

发明内容

根据上述钻井杆及立杆排放等机械手存在的缺点，为简化系统，提高工作精度及可靠性，提高工作效率和减少安全事故，在移动排放的过程中，应尽可能的保持竖直状态和采用水平移动的方式，本发明提供了一种钻杆立柱自动排放机械手，其结构简单，可靠性强的钻井杆及立柱排放机械手，提高工作效率及工作安全性，减少劳动强度及安全事故的发生。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该钻杆立柱自动排放机械手由平移回转机构、伸缩机构和机械抓手机构三大部分组成，其特征在于：所述平移回转机构由平台支架1，导轨2，横向齿条3、纵向齿条4，纵向移动液压马达5、横向移动液压马达7、回转液压马达9，减速齿轮6，回转机构，悬挂架10组成；导轨2通过纵向液压马达5驱动齿轮、纵向齿条传动沿着支架1做纵向移动，实现导轨及导轨上整体机构的纵向移动；导轨上安装的减速机构通过齿轮6与导轨上的横向齿条3进行啮合传动，在横向液压马达7的驱动下，带动减速器沿着导轨做横向移动，实现减速机构和悬挂架横向移动；回转机构由蜗轮蜗杆传动机构8组成，蜗轮蜗杆传动机构通过法兰盘与减速器连接，蜗轮蜗杆传动机构在液压马达9的驱动下，带动悬挂架相对于减速器做回转运动，实现悬挂架及收缩机构的整体回转运动；伸缩机构包括有位于悬挂架10上的滑块14，悬挂架10上安装有齿条11，滑块14上安装有液压马达13驱动的齿轮减速机构12，齿轮减速机构输出的齿轮与齿条11啮合传动，带动滑块14沿着悬挂架10做上下往返运动；所述滑块14上铰接有拉杆15、动力杆16，所述拉杆15、动力杆16的另一端铰接举升臂18，在动力杆16和悬挂架10之间铰接有挺杆17，举升臂18上安装有上机械抓手19，下机械抓手20固定连接在滑块21上，滑块21安装在举升臂18上并能上下滑动，液压缸22的活塞推杆连接滑块21，液压缸22活塞推杆的伸缩能够带动滑块沿着举升臂上下滑动。

所述上机械抓手19、下机械抓手20由支撑座201、手爪205，连杆203、液压缸活塞推杆202、液压缸206、连接销钉204组成，所述手爪205和液压缸206分别固定在支撑座201上，连杆203通过连接销钉204连接手爪205和液压缸活塞推杆202。

所述伸缩机构中，拉杆15、动力杆16、滑块14和举升臂18构成平行四边形四连杆机构；所述悬挂架10、挺杆17、动力杆16和滑块14构成椭圆仪变型机构，其中，挺杆17与动力杆16的铰接点位于动力杆16的中间位置，挺杆17的长度为动力杆16长度的一半。

采用上述技术方案的有益效果：本发明中具有的上机械抓手19和下机械抓手20的结构相同，只是与举升臂18的安装连接方式不同，其总成原理图如图2所示，由安装支撑座201、手爪205，连杆203、液压缸活塞推杆202、液压缸206、连接销钉204组成。上机械抓手19是辅助抓手，它的安装支撑座201通过螺栓组直接安装固定在举升臂18上，下机械抓手是主抓手，他的安装支撑座201固定连接在滑块21上，滑块21安装在举升臂18上并能上下滑动，液压缸22的活塞推杆连接滑块21，液压缸22活塞推杆的伸缩能够带动滑块沿着举升臂上下滑动，从而带动下机械抓手20上下移动，实现机械抓手抓取钻杆立柱后，把钻杆立柱提起或放下。机械抓手中的手爪205和液压缸206分别固定在支撑座上，连杆203通过销钉连接手爪205和液压缸活塞推杆202。通过控制液压缸活塞推杆202的推出和收缩，实现两个手爪相对的张开和收合，从而实现对钻杆立柱的抓放。

上机械抓手19是辅助抓手，下机械抓手20是主抓手，抓取钻杆立柱时主机械抓手先抓起后，辅助机械抓手再抓持，保持钻杆立柱平稳。悬挂架与回转机构中的蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮中心轴通过法兰盘螺栓固定联接。其中，悬挂架、挺杆、动力杆、滑块、拉杆和举升臂构成了伸缩机构。举升臂上安装有上机械抓手19和下机械抓手20，机械抓手主要是直接对钻杆立柱进行抓放。图中的伸缩机构中的四边形为平行四边形四连杆机构，几何尺寸长度要求是，，该平行四边形连杆机构能够保证钻杆立柱保持在平移过程中始终保持竖立状态。悬挂架10、挺杆17、动力杆16和滑块14是椭圆仪变型机构，几何尺寸长度要求，确保滑块14沿着悬挂架10上下移动时，铰链C始终保持水平移动，确保钻杆立柱在移动的过程中始终保持平动状态。悬挂架10上安装有齿条11，滑块14上安装有液压马达13驱动的齿轮减速机构12，齿轮12与齿条11啮合传动，带动滑块14沿着悬挂架10做上下往返运动。滑块14的上下往返运动，通过拉杆15、动力杆16、挺杆17带动举升臂18，使举升臂带着钻杆立柱一起远离或靠近悬挂架，实现钻杆立柱23的平移。

伸缩机构主要是机械抓手抓取钻杆立柱后，对钻杆立柱进行小距离的提放、平移。由于钻杆立柱长度长，重量大，为提高工作效率和减少安全事故，在移动排放的过程中，应尽可能的保持竖直状态和采用水平移动的方式。根据平行四边形四连杆机构和椭圆仪机构的特点，把椭圆仪机构进行适当变型并与平行四边形四连杆机构进行组合，构成伸缩机构，即可以满足移动钻杆立柱时始终保持竖直状态和水平移动。与现有技术相比，该钻杆立柱自动排放机械手，结构简单，可靠性强，提高工作精度和工作效率，工作安全性好，减少劳动强度及安全事故的发生。

附图说明

图1机械手系统组成原理图；

图2机械抓手总成原理图。

具体实施方式

如图1、2所示的钻杆立柱自动排放机械手，由平移回转机构、伸缩机构和机械抓手机构三大部分组成，所述平移回转机构由平台支架1，导轨2，横向齿条3、纵向齿条4，纵向移动液压马达5、横向移动液压马达7、回转液压马达9，减速齿轮6，回转机构，悬挂架10组成；导轨2通过纵向液压马达5驱动齿轮、纵向齿条传动沿着支架1做纵向移动，实现导轨及导轨上整体机构的纵向移动；导轨上安装的减速机构通过齿轮6与导轨上的横向齿条3进行啮合传动，在横向液压马达7的驱动下，带动减速器沿着导轨做横向移动，实现减速机构和悬挂架横向移动；回转机构由蜗轮蜗杆传动机构8组成，蜗轮蜗杆传动机构通过法兰盘与减速器连接，蜗轮蜗杆传动机构在液压马达9的驱动下，带动悬挂架相对于减速器做回转运动，实现悬挂架及收缩机构的整体回转运动；伸缩机构包括有位于悬挂架10上的滑块14，悬挂架10上安装有升降齿条11，滑块14上安装有液压马达13驱动的齿轮减速机构12，齿轮减速机构输出的齿轮与升降齿条11啮合传动，带动滑块14沿着悬挂架10做上下往返运动；所述滑块14上铰接有拉杆15、动力杆16，所述拉杆15、动力杆16的另一端铰接举升臂18，在动力杆16和悬挂架10之间铰接有挺杆17，举升臂18上安装有上机械抓手19，下机械抓手20固定连接在爪手滑块21上，爪手滑块21安装在举升臂18上并能上下滑动，液压缸22的活塞推杆连接爪手滑块21，液压缸22活塞推杆的伸缩能够带动滑块沿着举升臂上下滑动。

所述上机械抓手19、下机械抓手20由支撑座201、手爪205，连杆203、液压缸活塞推杆202、液压缸206、连接销钉204组成，所述手爪205和液压缸206分别固定在支撑座201上，连杆203通过连接销钉204连接手爪205和液压缸活塞推杆202。

所述伸缩机构中，拉杆15、动力杆16、滑块14和举升臂18构成平行四边形四连杆机构，几何尺寸长度要求是，；悬挂架10、挺杆17、动力杆16和滑块14构成椭圆仪变型机构，几何尺寸长度要求。

本机械手系统主要是钻井勘探时对钻杆立柱进行自动抓放、起吊、排放工作。以下钻时钻杆立柱的取放过程说明具体实施方法。下钻时，需要把立柱从立放的立柱盒排放架上取出并送到井眼处，液压马达5驱动导轨2沿着平台支架1做纵向运动，液压马达7驱动减速器齿轮6沿着导轨2做横向运动，带动收缩机构和机械抓手移动到需要抓取的钻杆立柱附件，液压马达9驱动回转结构转动调整机械抓手方向，使上机械抓手和下机械手的手爪分别对准钻杆立柱，液压马达13驱动滑块14稍向上运动，使上下机械手的手爪深入钻杆立柱。液压缸驱动下主机械抓手20抓到钻杆立柱后，液压缸22带动主抓手20沿举升臂向上运动，提起钻杆立柱，同时上机械抓手19辅助抓紧钻杆立柱，保持钻杆立柱的稳定。机械抓手夹持住钻杆立柱，通过上述的平移回转机构，实现纵向、横向移动，并调整方向，把钻杆立柱传送到井眼处，通过滑块14的上下滑动，带动举升臂调节钻杆立柱距离井眼的水平距离，当钻杆立柱调整对准井眼后，液压缸22带动下主机械手向下运动，与井眼中的立根对接后，机械手松开立柱，从而实现钻杆立柱从立根盒自动移动到井眼的下钻过程。起钻过程，与上述过程类似，只是上述过程的逆过程，把钻杆立柱由井眼处自动排放到立柱盒里。

Claims (3)

1.一种钻杆立柱自动排放机械手，由平移回转机构、伸缩机构和机械抓手机构三大部分组成，其特征在于：所述平移回转机构由平台支架（1），导轨（2），横向齿条（3）、纵向齿条（4），纵向移动液压马达（5）、横向移动液压马达（7）、回转液压马达（9），减速齿轮（6），回转机构，悬挂架（10）组成；导轨（2）通过纵向液压马达（5）驱动齿轮、纵向齿条传动沿着支架（1）做纵向移动，实现导轨及导轨上整体机构的纵向移动；导轨上安装的减速机构通过齿轮（6）与导轨上的横向齿条（3）进行啮合传动，在横向液压马达（7）的驱动下，带动减速器沿着导轨做横向移动，实现减速机构和悬挂架横向移动；回转机构由蜗轮蜗杆传动机构（8）组成，蜗轮蜗杆传动机构通过法兰盘与减速器连接，蜗轮蜗杆传动机构在液压马达（9）的驱动下，带动悬挂架相对于减速器做回转运动，实现悬挂架及收缩机构的整体回转运动；伸缩机构包括有位于悬挂架（10）上的滑块（14），悬挂架（10）上安装有升降齿条（11），滑块（14）上安装有液压马达（13）驱动的齿轮减速机构（12），齿轮减速机构输出的齿轮与升降齿条（11）啮合传动，带动滑块（14）沿着悬挂架（10）做上下往返运动；所述滑块（14）上铰接有拉杆（15）、动力杆（16），所述拉杆（15）、动力杆（16）的另一端铰接举升臂（18），在动力杆（16）和悬挂架（10）之间铰接有挺杆（17），举升臂（18）上安装有上机械抓手（19），下机械抓手（20）固定连接在爪手滑块（21）上，爪手滑块（21）安装在举升臂（18）上并能上下滑动，液压缸（22）的活塞推杆连接爪手滑块（21），液压缸（22）活塞推杆的伸缩能够带动滑块沿着举升臂上下滑动。

2.如权利要求1所述的钻杆立柱自动排放机械手，其特征在于：所述上机械抓手（19）、下机械抓手（20）由支撑座（201）、手爪（205），连杆（203）、液压缸活塞推杆（202）、液压缸（206）、连接销钉（204）组成，所述手爪（205）和液压缸（206）分别固定在支撑座（201）上，连杆（203）通过连接销钉（204）连接手爪（205）和液压缸活塞推杆（202）。

3.如权利要求1所述的钻杆立柱自动排放机械手，其特征在于：所述伸缩机构中，拉杆（15）、动力杆（16）、滑块（14）和举升臂（18）构成平行四边形四连杆机构；所述悬挂架（10）、挺杆（17）、动力杆（16）和滑块（14）构成椭圆仪变型机构，其中，挺杆（17）与动力杆（16）的铰接点位于动力杆（16）的中间位置，挺杆（17）的长度为动力杆（16）长度的一半。