CN105401896B - 石油钻采设备、钻台面机械手及滑车机构 - Google Patents

石油钻采设备、钻台面机械手及滑车机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滑车机构，包括第一轨道和第一小车，所述第一小车可沿所述第一轨道滑动，与所述第一轨道相交设有第二轨道，所述第一小车上还设有第二小车，所述第二小车和所述第一小车之间设有伸缩油缸，所述伸缩油缸两端分别铰接在所述第一小车和所述第二小车上，所述第二轨道和所述第二小车中的一者设有导轨，所述第二轨道和所述第二小车中的另一者设有与导轨配合的滑槽。本发明通过设置双轨道及可自动结合和脱离的双层小车结构，不需拆卸，不需人工干预，即可方便快捷的将机械手撤离井口，尽可能地减少了原有机械手停放在轨道上时对井口附近的其他施工操作造成的干涉。

Description

石油钻采设备、钻台面机械手及滑车机构
技术领域
本发明涉及石油设备领域，具体是涉及一种滑车机构，以及设置有该滑车机构的钻台面机械手和石油钻采设备。
背景技术
井口自动化、无人化是石油装备的发展方向。钻台面机械手是一种主要的井口自动化装备，其通常与二层台机械手配合，代替钻台面操作工人完成管柱在井口和排管架之间的搬运，还可在钻井过程中辅助铁钻工完成管柱对扣时的对中作业。
钻台面机械手一般包括滑车机构、机械臂和管柱扶持机构，滑车机构安装于钻台上，机械臂底部设置在滑车机构上；管柱扶持机构铰接在机械臂的末端，当需要将搬运管柱时，滑车机构工作，带动机械臂和管柱扶持机构至管柱所在位置处，机械臂展开，带动管柱扶持机构移近并最终夹持住管柱，然后再将管柱带动至预定位置。
滑车机构一般由轨道和滑动小车组成，为机械臂提供滑动轨道和动力，从而改变其在钻台上的工作位置，将管柱在井口与排管架等位置之间移动。由于钻台面机械手通常是在井口和排管架之间的钻台面上工作，其轨道通常设置在井口附近，这就带来了一个麻烦，即当钻台面机械手不工作时，机械臂被停放在轨道上，占用了井口附近的宝贵空间，从而对钻台面上的其他施工操作如通过动力猫道输送管柱上下钻台等造成了干涉，影响其正常工作，若要消除该干涉，只能将机械臂拆除，而在需要钻台面机械手工作时再将机械臂重新安装起来，操作极其复杂，繁琐。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、操作方便的滑车机构，以及采用该滑车机构的钻台面机械手和石油钻采设备。
本发明的第一方面，提供了一种滑车机构，包括第一轨道和第一小车，所述第一小车可沿所述第一轨道滑动，与所述第一轨道相交设有第二轨道，所述第一小车上还设有第二小车，所述第二小车和所述第一小车之间设有伸缩油缸，所述伸缩油缸两端分别铰接在所述第一小车和所述第二小车上，所述第二轨道和所述第二小车中的一者设有导轨，所述第二轨道和所述第二小车中的另一者设有与导轨配合的滑槽。
进一步地，所述第二小车上设置导轨，所述第二轨道设置与导轨配合的第一滑槽，所述第一小车也设置有与导轨配合的第二滑槽，所述第二滑槽与所述第一滑槽相接。
进一步地，所述第二小车上设置滑槽，所述第二轨道设置与滑槽配合的第一导轨，所述第一小车也设置有与滑槽配合的第二导轨，所述第二导轨与所述第一导轨相接。
本发明的第二方面，还提供了一种钻台面机械手，包括机械臂和上述的滑车机构，所述机械臂底部设于所述滑车机构上，所述机械臂末端铰接有管柱扶持机构。
进一步地，所述机械臂包括转台、主臂、铰接架、辅臂和安装座，所述转台与主臂的第一端铰接，所述主臂的第二端铰接在所述铰接架上，所述转台和主臂之间铰接有第一油缸，所述辅臂的第一端铰接在所述铰接架上，所述辅臂的第二端与所述安装座铰接，所述转台和所述铰接架之间还铰接有第一拉杆和第二拉杆，所述第一拉杆和第二拉杆布置在所述主臂两侧，所述转台、铰接架、第一拉杆和第二拉杆组成平行四边形机构；所述铰接架和所述安装座之间还铰接有第三拉杆和第四拉杆，所述第三拉杆和第四拉杆布置在所述辅臂两侧，所述铰接架、安装座、第三拉杆和第四拉杆组成平行四边形机构；所述主臂和所述辅臂之间铰接有同步油缸。
进一步地，所述管柱扶持机构包括第一抓杆、第二抓杆和伸缩驱动件，所述第一抓杆和所述伸缩驱动件的第一端之间铰接有第一连杆、第二连杆，所述第二抓杆与所述伸缩驱动件的第一端之间铰接有第三连杆、第四连杆，所述第一抓杆与所述伸缩驱动件的第二端之间铰接有第五连杆，所述第二抓杆与所述伸缩驱动件的第二端之间铰接有第六连杆，所述第一抓杆、第一连杆、第二连杆和伸缩驱动件组成平行四边形机构，所述第二抓杆、第三连杆、第四连杆和伸缩驱动件组成平行四边形机构。
进一步地，所述第一连杆和所述第三连杆设置在所述第一抓杆和第二抓杆的第一面，所述第二连杆和所述第四连杆设置在所述第一抓杆和第二抓杆的第二面。
进一步地，所述第一抓杆的第二端部铰接有第一挡块，所述第二抓杆的第二端部铰接有第二挡块。
本发明的第三方面，还提供了一种石油钻采设备，包括钻台，所述钻台上设有上述任一项所述的钻台面机械手。
进一步地，所述第一轨道和第二轨道安装于所述钻台上。
本发明通过设置双轨道及可自动结合和脱离的双层小车结构，不需拆卸，不需人工干预，即可方便快捷的将机械手撤离井口，尽可能地减少了原有机械手停放在轨道上时对井口附近的其他施工操作造成的干涉。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明滑车机构第一工作位置的结构示意图；
图2是本发明滑车机构第二工作位置的结构示意图；
图3是本发明钻台面机械手第一工作位置的结构示意图；
图4是本发明钻台面机械手第二工作位置的结构示意图；
图5是本发明机械臂一个方向的结构示意图；
图6是本发明机械臂另一方向的结构示意图；
图7是本发明管柱扶持机构第一方向的结构示意图；
图8是本发明管柱扶持机构第二方向的结构示意图；
图9是本发明管柱扶持机构第三方向的结构示意图。
附图标记说明：
1、管柱扶持机构；101、第一抓杆；102、第二抓杆；11、伸缩驱动件；121、第一连杆；122、第三连杆；131、第二连杆；132、第四连杆；141、第五连杆；142、第六连杆；151、第一挡块；152、第二挡块；
2、机械臂；21、转台；22、主臂；221、第一拉杆；222、第二拉杆；23、铰接架；24、辅臂；241、第三拉杆；242、第四拉杆；25、安装座；26、第一油缸；27、同步油缸；
301、第一轨道；302、第二轨道；3021、第一滑槽；311、第一小车；3111、第二滑槽；312、第二小车；32、伸缩油缸。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明中，术语“第一”、“第二”主要用于区分不同的部件或方向，但不对部件和方向进行具体限制。
图1、图2所示为本实施例滑车机构的结构示意图，其中图1为滑车机构在第一工作位置的结构示意图，图2为滑车机构在第二工作位置的结构示意图。该实施例的滑车机构的主要功能是为机械臂提供滑动轨道和动力，从而改变其在钻台上的工作位置，将管柱在井口与排管架等位置之间移动。本领域技术人员应当清楚，本发明的“管柱”是指钻杆、立根(三根相连的钻杆)、油管等。
如图1、2所示，本实施例中，滑车机构包括第一轨道301和第一小车311，第一小车311可沿第一轨道301滑动，从而可带动机械臂2在钻台面上移动一定范围。本实施例中，与第一轨道301相交还设有第二轨道302，第一小车311上还设有第二小车312，第二小车312和第一小车311之间设有伸缩油缸32，伸缩油缸32两端分别铰接在第一小车311和第二小车312上，第二轨道302和第二小车312中的一者设有导轨，第二轨道302和第二小车312中的另一者设有与导轨配合的滑槽，具体在本实施例中，第二小车312上设有导轨3121，第二轨道302上设有与导轨3121配合的第一滑槽3021。当然，也可反过来，在第二小车312上设置滑槽，第二轨道302上设置与滑槽配合的导轨，本发明并不受限于此。
当钻台面机械手操作完成后，需进行其他施工操作时，为避免本发明钻台面机械手对其造成干涉，启动伸缩油缸32伸出，将第二小车312推离第一小车311及第一轨道301，进入第二轨道302，使其远离井口，让出占用的井口空间，当需要钻台面机械手工作时，启动伸缩油缸32缩回，使第二小车312及其上部的机械臂回到第一轨道301上来即可。本实施例通过设置双轨道及可自动结合和脱离的双层小车结构，不需拆卸，不需人工干预，即可方便快捷的将机械手撤离井口。
本实施例中，为使第一小车311和第二小车312之间的滑动更加灵活，在第一小车311上设有与第二小车312的导轨3121配合的第二滑槽3111，第二滑槽3111与第一滑槽3021相接。
在上述实施例的滑车机构的基础上，本发明还提供了一种钻台面机械手，图3、图4所示是本发明的钻台面机械手的结构示意图，其中图3所示是钻台面机械手在第一工作位置的结构示意图，图4所示是钻台面机械手在第二工作位置的结构示意图；另图5-图6从不同方向示意了本发明机械臂的结构；图7-图9从不同方向示意了本发明管柱扶持机构的结构。
如图3、4所示，一种钻台面机械手，包括机械臂2和前述的滑车机构，滑车机构安装于钻台上，机械臂2底部设于滑车机构上，机械臂2末端铰接有前述的管柱扶持机构1，由于采用上述滑车机构，具有前述机械臂2的所有优点。
如图5、6所示，本实施例中，机械臂2包括转台21、主臂22、铰接架23、辅臂24和安装座25，转台21与主臂22的第一端铰接，主臂22的第二端铰接在铰接架23上，转台21和主臂22之间铰接有第一油缸26，辅臂24的第一端铰接在铰接架23上，辅臂24的第二端与安装座25铰接，转台21和铰接架23之间还铰接有第一拉杆221和第二拉杆222，第一拉杆221和第二拉杆222布置在主臂22两侧，转台21、铰接架23、第一拉杆221和第二拉杆222组成平行四边形机构；铰接架23和安装座25之间还铰接有第三拉杆241和第四拉杆242，第三拉杆241和第四拉杆242布置在辅臂24两侧，铰接架23、安装座25、第三拉杆241和第四拉杆242组成平行四边形机构，主臂22和辅臂24之间铰接有同步油缸27。
本实施例中，第一拉杆221和第二拉杆222布置在主臂22两侧，第三拉杆241和第四拉杆242布置在辅臂24两侧，该结构中，拉杆均是占用机械臂的侧向空间，而不是占用其伸缩方向的空间，因而机械臂收缩时体积更小，结构更为紧凑。
同时，双平行四边形机构的设置，使得机械臂末端的管柱扶持机构始终能沿水平方向移动，保障了管柱扶持机构抓管定位的准确性和快捷性；通过设置同步油缸27，主臂22和辅臂24能始终保持同步运动。
如图7-9所示，本实施例的管柱扶持机构，包括第一抓杆101、第二抓杆102和伸缩驱动件11，第一抓杆101和伸缩驱动件11的第一端之间铰接有第一连杆121、第二连杆131，第二抓杆102与伸缩驱动件11的第一端之间铰接有第三连杆122、第四连杆132，第一抓杆101与伸缩驱动件11的第二端之间铰接有第五连杆141，第二抓杆102与伸缩驱动件11的第二端之间铰接有第六连杆142。
本实施例中，第一抓杆101、第一连杆121、第二连杆131和伸缩驱动件11组成平行四边形机构，第二抓杆102、第三连杆122、第四连杆132和伸缩驱动件11组成平行四边形机构。双平行四边形机构的设置，使第一抓杆101和第二抓杆102能始终沿水平方向移动，在抓管时定位更加准确、快捷。
本实施例中，伸缩驱动件11优选为伸缩油缸，则伸缩驱动件11的第一端和第二端可以理解为分别是伸缩油缸的活塞杆端和缸筒端，当然也可以是其他可以直线运动的驱动机构，本发明并不限于此。
本实施例中，通过第五连杆141、第六连杆142控制第一抓杆101和第二抓杆102之间的开合幅度。使得第一抓杆101和第二抓杆102的开合幅度可自由调整，适合各种不同管径的管柱，适用范围广。
优选的，为了更好的结构空间布局，在本实施例中，第一连杆121和第三连杆122设置在第一抓杆101和第二抓杆102的第一面，第二连杆131和第四连杆132设置在第一抓杆101和第二抓杆102的第二面。
优选的，第一抓杆101的第二端部铰接有第一挡块151，第二抓杆102的第二端部铰接有第二挡块152，第一挡块151和第二挡块152相对设置，使得管柱扶持机构在移动过程中，夹持在第一抓杆101和第二抓杆102之间的管柱不会滑出，使得安全得到了保障。
需要进行抓管作业时，首先机械臂2通过滑车机构滑动至目标管柱存放点，展开机械臂2，将管柱扶持机构移动至目标管柱，使目标管柱穿过第一挡块151和第二挡块152进入到第一抓杆101和第二抓杆102之间后，启动伸缩驱动件11伸长，通过第五连杆141和第六连杆142带动第一抓杆101和第二抓杆102闭合，从而夹住目标管柱，再移动管柱扶持机构将目标管柱运送至预定位置后，伸缩驱动件11缩回，通过第五连杆141和第六连杆142带动第一抓杆101和第二抓杆102张开，松开目标管柱并移走即可。本实施例管柱扶持机构结构简单、空间布局紧凑，工作可靠性好。
本发明的第三方面，还提供了一种石油钻采设备，包括钻台，前述钻台面机械手设置在钻台上，具体是，钻台面机械手的第一轨道301和第二轨道302安装在钻台上靠近井口的位置。该具有前述机械臂和前述钻台面机械手的所有优点，在此不再赘述。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滑车机构，包括第一轨道(301)和第一小车(311)，所述第一小车(311)可沿所述第一轨道(301)滑动，其特征在于：与所述第一轨道(301)共面且相交设有第二轨道(302)，所述第一小车(311)上还设有第二小车(312)，所述第二小车(312)和所述第一小车(311)之间设有伸缩油缸(32)，所述伸缩油缸(32)两端分别铰接在所述第一小车(311)和所述第二小车(312)上，所述第一小车(311)与所述第二小车(312)形成可自动结合和脱离的双层小车结构，所述第二轨道(302)和所述第二小车(312)中的一者设有导轨，所述第二轨道(302)和所述第二小车(312)中的另一者设有与导轨配合的滑槽；
所述伸缩油缸(32)伸出，将所述第二小车(312)推离所述第一小车(311)及所述第一轨道(301)，进入所述第二轨道(302)；所述伸缩油缸(32)缩回，所述第二小车(312)回到所述第一轨道(301)。
2.根据权利要求1所述的滑车机构，其特征在于：所述第二小车(312)上设置导轨，所述第二轨道(302)设置与导轨配合的第一滑槽(3021)，所述第一小车(311)也设置有与导轨配合的第二滑槽(3111)，所述第二滑槽(3111)与所述第一滑槽(3021)相接。
3.根据权利要求1所述的滑车机构，其特征在于：所述第二小车(312)上设置滑槽，所述第二轨道(302)设置与滑槽配合的第一导轨，所述第一小车(311)也设置有与滑槽配合的第二导轨，所述第二导轨与所述第一导轨相接。
4.一种钻台面机械手，其特征在于：包括机械臂(2)和权利要求1所述的滑车机构，所述机械臂(2)底部设于所述滑车机构上，所述机械臂(2)末端铰接有管柱扶持机构(1)。
5.根据权利要求4所述的钻台面机械手，其特征在于：所述管柱扶持机构(1)包括第一抓杆(101)、第二抓杆(102)和伸缩驱动件(11)，所述第一抓杆(101)和所述伸缩驱动件(11)的第一端之间铰接有第一连杆(121)、第二连杆(131)，所述第二抓杆(102)与所述伸缩驱动件(11)的第一端之间铰接有第三连杆(122)、第四连杆(132)，所述第一抓杆(101)与所述伸缩驱动件(11)的第二端之间铰接有第五连杆(141)，所述第二抓杆(102)与所述伸缩驱动件(11)的第二端之间铰接有第六连杆(142)，所述第一抓杆(101)、第一连杆(121)、第二连杆(131)和伸缩驱动件(11)组成平行四边形机构，所述第二抓杆(102)、第三连杆(122)、第四连杆(132)和伸缩驱动件(11)组成平行四边形机构。
6.根据权利要求5所述的钻台面机械手，其特征在于：所述机械臂包括转台(21)、主臂(22)、铰接架(23)、辅臂(24)和安装座(25)，所述转台(21)与主臂(22)的第一端铰接，所述主臂(22)的第二端铰接在所述铰接架(23)上，所述转台(21)和主臂(22)之间铰接有第一油缸(26)，所述辅臂(24)的第一端铰接在所述铰接架(23)上，所述辅臂(24)的第二端与所述安装座(25)铰接，所述转台(21)和所述铰接架(23)之间还铰接有第一拉杆(221)和第二拉杆(222)，所述第一拉杆(221)和第二拉杆(222)布置在所述主臂(22)两侧，所述转台(21)、铰接架(23)、第一拉杆(221)和第二拉杆(222)组成平行四边形机构；所述铰接架(23)和所述安装座(25)之间还铰接有第三拉杆(241)和第四拉杆(242)，所述第三拉杆(241)和第四拉杆(242)布置在所述辅臂(24)两侧，所述铰接架(23)、安装座(25)、第三拉杆(241)和第四拉杆(242)组成平行四边形机构；所述主臂(22)和所述辅臂(24)之间铰接有同步油缸(27)。
7.一种石油钻采设备，包括钻台，其特征在于：所述钻台上设有权利要求4-6任一项所述的钻台面机械手。
8.根据权利要求7所述的石油钻采设备，其特征在于：所述第一轨道(301)和第二轨道(302)安装于所述钻台上。
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