CN107859493B - 多功能钻台面推扶导向机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的多功能钻台面推扶导向机械手，包括X方向行走轨道，X方向行走轨道上配合设置有可水平往复滑行的X方向行走滑车，X方向行走滑车的上方固定有与X方向行走轨道相互垂直的Y方向行走轨道，Y方向行走轨道上配合设置有可水平往复滑行的Y方向行走滑车，Y方向行走滑车的上方固定有水平回转机构，水平回转机构的上方连接有可在竖直面内转动的推扶臂和导向扶正臂，导向扶正臂位于推扶臂的上方，推扶臂的另一端转动连接有扶持装置，导向扶正臂的另一端转动连接有导向扶正滚轮。本发明多功能钻台面推扶导向机械手结构简单紧凑、功能全面、使用方便、控制精确，可以有效地完成钻台面立根与单根的排放与导向，顺利完成钻井作业。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井装备技术领域，具体涉及一种多功能钻台面推扶导向机械手。
背景技术
自动化钻机是石油钻井装备发展的方向，更是各大油田面临低油价新常态的应对措施之一，当今油田对钻井作业提速提效、降低人工成本、减轻劳动力及钻机自动化水平等有了较高的认识和要求，具有安全性好和自动控制水平高的管柱处理设备越来越受到油田用户的青睐。
目前常规钻机的立根排放通过二层台井架工(或者二层台机械手)和钻台面钻工的配合来完成，同时由自动化猫道送至钻台面的单根靠人工扶持到井口或者依靠安装在井架背横梁上的缓冲机械手扶持到井口。通过分析常规的作业方式可以看出钻井过程中钻台面的立根排放与单根扶持是一项劳动强度大、任务繁重的工作，需要多名人工参与完成。现有的钻台面管柱处理设备具有如下缺点：1)功能单一，一般扶持单根和排放立根由不同的设备来完成，增加了钻机的成本；2)安装受限，在钻台面仅有的空间内同时安装单根扶持设备与立根排放设备需要考虑诸多因素，同时影响作业空间；3)控制精度低，已有设备在扶持单根和排放立根时需要钻工适时根据管子的位置姿态来进行判断操作，精度低且风险高，；4)市场推广价值小，现有的钻台面管柱处理设备不适宜用在油田现有钻机改造上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能钻台面推扶导向机械手，同时具有钻台面排放立根与扶持导向单根的功能。
本发明所采用的技术方案是：多功能钻台面推扶导向机械手，包括X方向行走轨道，X方向行走轨道上配合设置有可水平往复滑行的X方向行走滑车，X方向行走滑车的上方固定有与X方向行走轨道相互垂直的Y方向行走轨道，Y方向行走轨道上配合设置有可水平往复滑行的Y方向行走滑车，Y方向行走滑车的上方固定有水平回转机构，水平回转机构的上方连接有可在竖直面内转动的推扶臂和导向扶正臂，导向扶正臂位于推扶臂的上方，推扶臂的另一端转动连接有扶持装置，导向扶正臂的另一端转动连接有导向扶正滚轮。
本发明的特点还在于，
X方向行走轨道包括并列固定在钻台面上的两条X方向轨道本体，两条X方向轨道本体中的一个上靠内一侧设置有齿条，X方向行走滑车上固定有平移驱动装置，平移驱动装置的下方连接有平移齿轮，平移齿轮与齿条相互啮合，X方向行走滑车的下方还设置有滚轮。
两条X方向轨道本体之间设置有拖链，拖链的固定端与两条X方向轨道本体固定，拖链的移动端与X方向行走滑车固定。
Y方向行走轨道包括并列设置的两条Y方向轨道本体，Y方向行走滑车位于两条Y方向轨道本体之间，Y方向行走滑车的底部与X方向行走滑车之间连接有驱动油缸。
水平回转机构包括圆柱形的回转支撑台，回转支撑台的外侧固定套合有外齿圈，回转支撑台的上方转动连接有回转基座，回转基座上设置有回转驱动装置，回转驱动装置的下方连接有回转齿轮，回转齿轮与外齿圈相互啮合，推扶臂和导向扶正臂均通过销轴与回转基座连接。
推扶臂的下方与回转基座之间连接有推扶臂变幅油缸，推扶臂的底部一侧与回转基座之间连接有被动调平油缸。
推扶臂的底部靠近扶持装置的位置与扶持装置的底部之间还连接有主动调平油缸。
导向扶正臂包括相互套合的导向扶正臂外筒和导向扶正臂内筒，导向扶正臂外筒与回转基座连接，导向扶正臂内筒与导向扶正滚轮通过翻转油缸连接，导向扶正臂外筒内和导向扶正臂内筒内共同连接有伸缩油缸，导向扶正臂外筒和推扶臂之间连接有导向扶正臂变幅油缸。
平移驱动装置和回转驱动装置均为液压马达或液压缸。
本发明的有益效果是：
1)本发明同时拥有将现有技术中钻台面立根排放设备与单根导向扶正设备所具有的功能，将钻台面处理管子的设备降至一台，通过集成副司钻远程控制减少钻台面操作工人的数量。
2)排放立根时导向扶正臂与推扶臂相对位置不变，通过多功能钻台面推扶导向机械手在X方向行走、绕回转中心旋转、推扶臂变幅三个动作完成扶持装置排放立根至要求位置，排放过程自动化、一键化。排放立根过程中此发明装置可与二层台机械手或自动井架工配合使用，也可以单独使用。
3)导向扶正单根时此发明装置沿Y方向行走可以偏离井口中心线，让开立根台管子上来的通道，X方向行走、绕回转中心旋转、推扶臂变幅三个动作不工作，通过导向扶正臂的变幅、伸缩和导向扶正滚轮来完成单根的导向和扶正。
4)相对现有技术本发明装置能够处理的管子范围大，仅此一台设备就可满足整个钻井工艺的要求，满足2 7/8＂—11＂范围内所有钻杆和钻铤立根排放的要求，满足2 7/8＂—20＂范围内所有钻杆、钻铤、套管单根从大门坡道(或动力猫道)至井口(或鼠洞)导向扶正的要求。
5)本发明装置安装在立根台中间，可以在X方向和Y方向行走，同时可绕回转中心旋转，多自由度实现工作位置无盲区，各主要执行机构装有编码器和传感器，控制上达到自动准确定位无需人为干预。
6)本发明装置在排放立根过程中扶持装置在扶持装置被动调平油缸与主动调平油缸的作用下始终保持水平，工作时被动调平油缸与主动调平油缸的有杆腔、无杆腔互相连通与主油路断开，推扶臂变幅油缸带动被动调平油缸与主动调平油缸之间的油液互相流动进而实现变幅实时带动调平。相比现有技术中的平行四边形结构保持水平此调平结构具有结构简单、连接铰点少、单臂刚性强、占空间小的优点；相比现有技术中的扶持装置安装水平传感器保持水平结构此调平结构具有工作可靠、成本低的优点。
7)本发明装置安装、工作占用的空间小，在仅有的空间内可完成钻台面所有管子的处理任务。同时，安装和工作过程中空间上不受钻台面已有设备的影响，降低了因误操作带来的机械碰撞风险。
8)本发明装置功能全面，低位安装，使用、维护、保养方便，操作时人工成本较低，具有较高的经济性、实用性，满足油田钻井作业的需求。
附图说明
图1是本发明多功能钻台面推扶导向机械手的结构示意图；
图2是本发明多功能钻台面推扶导向机械手的另一结构示意图；
图3是本发明多功能钻台面推扶导向机械手排放立根的示意图；
图4是本发明多功能钻台面推扶导向机械手导向扶正单根的示意图；
图5是本发明多功能钻台面推扶导向机械手导向扶正单根的另一示意图。
图中，1.X方向行走轨道，2.齿条，3.拖链，4.平移驱动装置，5.X方向行走滑车，6.Y方向行走滑车，7.驱动油缸，8.Y方向行走轨道，9.回转支撑台，10.回转基座，11.回转驱动装置，12.推扶臂，13.导向扶正臂外筒，14.被动调平油缸，15.推扶臂变幅油缸，16.导向扶正臂变幅油缸，17.伸缩油缸，18.导向扶正臂内筒，19.翻转油缸，20.导向扶正滚轮，21.扶持装置，22.主动调平油缸。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种多功能钻台面推扶导向机械手，如图1和图2所示，包括X方向行走轨道1，该轨道安装在钻台面立根台中间，X方向行走轨道1包括并列固定在钻台面上的两条X方向轨道本体，两条X方向轨道本体中的一个上靠内一侧设置有齿条2，X方向行走轨道1上配合设置有可水平往复滑行的X方向行走滑车5，X方向行走滑车5上固定有平移驱动装置4，平移驱动装置4的下方连接有平移齿轮，平移齿轮与齿条2相互啮合，X方向行走滑车5的下方还设置有滚轮，两条X方向轨道本体之间设置有拖链3，拖链3的固定端与两条X方向轨道本体固定，拖链3的移动端与X方向行走滑车5固定；X方向行走滑车5的上方固定有与X方向行走轨道1相互垂直的Y方向行走轨道8，Y方向行走轨道8包括并列设置的两条Y方向轨道本体，Y方向行走轨道8上配合设置有可水平往复滑行的Y方向行走滑车6，Y方向行走滑车6位于两条Y方向轨道本体之间，Y方向行走滑车6的底部与X方向行走滑车5之间连接有驱动油缸7，Y方向行走滑车6可以在驱动油缸7的作用下沿Y方向行走轨道8偏移井口中心线；Y方向行走滑车6的上方固定有水平回转机构，水平回转机构包括圆柱形的回转支撑台9，回转支撑台9的外侧固定套合有外齿圈，回转支撑台9的上方转动连接有回转基座10，回转基座10上设置有回转驱动装置11，回转驱动装置11的下方连接有回转齿轮，回转齿轮与外齿圈相互啮合。
水平回转机构的上方连接有可在竖直面内转动的推扶臂12和导向扶正臂，推扶臂12和导向扶正臂均通过销轴与回转基座10连接，推扶臂12为一个变截面箱型梁结构，结构优化、承载合理，推扶臂12的下方与回转基座10之间连接有推扶臂变幅油缸15，推扶臂12的底部一侧与回转基座10之间连接有可以调平扶持装置21的被动调平油缸14，推扶臂12的另一端转动连接有扶持装置21，扶持装置21用来完成排放钻台面立根，采用机械可调式结构，推扶臂12的底部靠近扶持装置21的位置与扶持装置21的底部之间还连接有用以调平扶持装置21的主动调平油缸22；
导向扶正臂位于推扶臂12的上方，导向扶正臂的另一端转动连接有导向扶正滚轮20，导向扶正臂包括相互套合的导向扶正臂外筒13和导向扶正臂内筒18，导向扶正臂外筒13与回转基座10连接，导向扶正臂内筒18与导向扶正滚轮20通过翻转油缸19连接，翻转油缸19的伸缩实现导向扶正滚轮20的打开与关闭，导向扶正臂外筒13内和导向扶正臂内筒18内共同连接有伸缩油缸17，通过伸缩油缸17进行伸缩，导向扶正臂外筒13和推扶臂12之间连接有导向扶正臂变幅油缸16，通过导向扶正臂变幅油缸16的伸缩完成钻台面单根的导向扶正。
平移驱动装置4和回转驱动装置11可以为但不限于液压马达或液压缸且均带有编码器和传感器，以实现自动准确的定位。
如图3所示，在排放立根时导向扶正臂与推扶臂12的相对位置不变，立根在井口和立根台来回移送是通过平移驱动装置4、回转驱动装置11、推扶臂变幅油缸15三个执行机构来完成的，通过一键式操作准确找到立根需要排放的位置，在此过程中推扶臂变幅油缸15促使扶持装置被动调平油缸14和主动调平油缸22相互作用确保在任何位置和任何时间扶持装置21保持水平。
如图4、5所示，导向扶正单根时本发明装置的Y方向行走滑车6在驱动油缸7的作用下沿Y方向偏离井口中心线，让开立根台管子上来的通道，在导向扶正单根过程中平移驱动装置4、回转驱动装置11、推扶臂变幅油缸15三个执行机构不动作，推扶臂12以下的机构不工作。通过动作导向扶正臂变幅油缸16、伸缩油缸17和翻转油缸19三个执行机构来控制导向扶正滚轮20的运行轨迹进而完成单根的导向和扶正。
通过上述方式，本发明多功能钻台面推扶导向机械手结构简单紧凑、功能全面、使用方便、控制精确，可以有效地完成钻台面立根与单根的排放与导向，顺利完成钻井作业。
Claims (9)
1.多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，包括X方向行走轨道(1)，X方向行走轨道(1)上配合设置有可水平往复滑行的X方向行走滑车(5)，X方向行走滑车(5)的上方固定有与X方向行走轨道(1)相互垂直的Y方向行走轨道(8)，Y方向行走轨道(8)上配合设置有可水平往复滑行的Y方向行走滑车(6)，Y方向行走滑车(6)的上方固定有水平回转机构，水平回转机构的上方连接有可在竖直面内转动的推扶臂(12)和导向扶正臂，导向扶正臂位于推扶臂(12)的上方，推扶臂(12)的另一端转动连接有扶持装置(21)，导向扶正臂的另一端转动连接有导向扶正滚轮(20)。
2.如权利要求1所述的多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，所述X方向行走轨道(1)包括并列固定在钻台面上的两条X方向轨道本体，两条X方向轨道本体中的一个上靠内一侧设置有齿条(2)，X方向行走滑车(5)上固定有平移驱动装置(4)，平移驱动装置(4)的下方连接有平移齿轮，平移齿轮与齿条(2)相互啮合，X方向行走滑车(5)的下方还设置有滚轮。
3.如权利要求2所述的多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，所述两条X方向轨道本体之间设置有拖链(3)，拖链(3)的固定端与两条X方向轨道本体固定，拖链(3)的移动端与X方向行走滑车(5)固定。
4.如权利要求1所述的多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，所述Y方向行走轨道(8)包括并列设置的两条Y方向轨道本体，Y方向行走滑车(6)位于两条Y方向轨道本体之间，Y方向行走滑车(6)的底部与X方向行走滑车(5)之间连接有驱动油缸(7)。
5.如权利要求2所述的多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，所述水平回转机构包括圆柱形的回转支撑台(9)，回转支撑台(9)的外侧固定套合有外齿圈，回转支撑台(9)的上方转动连接有回转基座(10)，回转基座(10)上设置有回转驱动装置(11)，回转驱动装置(11)的下方连接有回转齿轮，回转齿轮与外齿圈相互啮合，推扶臂(12)和导向扶正臂均通过销轴与回转基座(10)连接。
6.如权利要求5所述的多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，所述推扶臂(12)的下方与回转基座(10)之间连接有推扶臂变幅油缸(15)，推扶臂(12)的底部一侧与回转基座(10)之间连接有被动调平油缸(14)。
7.如权利要求1所述的多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，所述推扶臂(12)的底部靠近扶持装置(21)的位置与扶持装置(21)的底部之间还连接有主动调平油缸(22)。
8.如权利要求5所述的多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，所述导向扶正臂包括相互套合的导向扶正臂外筒(13)和导向扶正臂内筒(18)，导向扶正臂外筒(13)与回转基座(10)连接，导向扶正臂内筒(18)与导向扶正滚轮(20)通过翻转油缸(19)连接，导向扶正臂外筒(13)内和导向扶正臂内筒(18)内共同连接有伸缩油缸(17)，导向扶正臂外筒(13)和推扶臂(12)之间连接有导向扶正臂变幅油缸(16)。
9.如权利要求5所述的多功能钻台面推扶导向机械手，其特征在于，所述平移驱动装置(4)和回转驱动装置(11)均为液压马达或液压缸。
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