CN109131625A - 一种新型井架攀爬器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型井架攀爬器，该攀爬器的结构分为控制部分，传动机构，吸附装置，调节装置，运动装置组成。爬行器的工作原理是通过吸附装置克服重力在井架上静态吸附，动力源通过传动机构将动力传递到运动机构，最终实现攀爬与转向运动，控制部分协调控制吸附装置和运动机构，调节装置用于保持爬行臂与爬行面平行。本发明抛弃了复杂且尺寸较大的机械夹持式装置，简化了攀爬器的整体结构。能够依靠电机和程序控制携带检测设备仪器在井架主腿上进行攀爬，以一定速度延设定的路线爬上井架完成检测工作，并且有一定的灵活性能够实现有主腿到桁架的转向，并能很好的适应爬行面凹凸不平的情况。

Description

一种新型井架攀爬器

技术领域

本发明涉及一种井架攀爬，并可搭载检测维修仪器进行维检的机器，属于机器人技术领域。

背景技术

在实际的石油气田开发生产中，为了保证生产的稳定性和安全性，需要许多生产设备和系统。如石油钻井作业设备、石油修井作业设备、大型注采供电设备，其中石油钻井设备最重要的就是石油钻机系统。石油钻机井架在长年的生产活动中，使用环境比其他类型塔架更加恶劣，受气象灾害影响较大，并且部分小型井架在野外搬运装卸较多。在这种工作条件下，石油井架主体钢架结构容易受到腐蚀、磨损、疲劳、碰撞等综合因素影响。产生一系列井架钢架结构损伤，这些损伤将降低石油井架的工作寿命、工作效率、承载能力、生产安全系数等综合性能。甚至直接影响井架的负荷能力，使井架承载能力达不到原设计载荷，其安全性无法保证，给钻井生产带来严重的事故隐患,不仅影响钻井生产的正常进行，而且直接关系着国家财产和人身安全。所以需要定期对石油井架进行探伤检测，以保证井架损伤能够及时被修复且不会扩大化酿成生产事故，也能实时对井架的力学性能进行实际评估以保证生产的正常运行。

目前，石油井架以及各种塔架的主要探伤检测方式是人工携带检测设备攀爬上塔架进行直接观察检测和设备检测，这种检测方式尚有许多不足之处：1)肉眼观察检测法只能发现一些在井架主体外部并且较大的损伤，对结构内部视线难以抵达的损伤或者较小的裂缝难以发现；2)人工或者半人工携带检测设备仪器攀爬井架检测井架时，部分检测设备仪器负载较大，或者在井架上操作较为复杂而不方便，也极大的影响了人工检测的可靠性和稳定性；3)人工检测时，由于在高空作业不便导致耗时较长，劳动量较大，工作安全系数较低，工作效率低且人力成本和资源投入成本较高。为了弥补人工检测的不足之处，许多攀爬机器人相关专业的研究人正在研究和制造能够攀爬塔架的攀爬机器人，携带塔架检测设备，爬上塔架对塔架进行探伤检测，以代替人工检测。

本发明采用丝杠螺旋结构与电磁铁、万向轮等构件配合实现攀爬动作，抛弃了复杂且尺寸较大的机械夹持式装置，简化了攀爬器的整体结构。能够依靠电机和程序控制携带检测设备仪器在井架主腿上进行攀爬，以一定速度延设定的路线爬上井架完成检测工作，并且有一定的灵活性能够实现有主腿到桁架的转向，并能很好的适应爬行面凹凸不平的情况。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种井架攀爬器，它能够可靠地攀爬各种类型的石油井架，并能灵活地进行越障和换向等动作，通过搭载相应的执行装置，能够安全、迅速、灵活地完成井架检测和维修等作业。它具有结构简单、负载能力大、吸附力强、运动灵活、适应能力强的优点。

为到达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

该攀爬机器人的结构分为控制部分，传动机构，吸附装置，调节装置，运动装置组成。爬行器的工作原理是通过吸附装置克服自身和载荷的重力在井架上静态吸附，电机通过传动机构将动力传递到运动机构，由运动机构实现攀爬与转向运动，由控制部分协调控制吸附装置和运动机构，调节装置用于保持轮子与爬行面实时接触。

电磁铁块为吸附装置，能够将提供吸附力将整个爬行器静态固定在井架腿杆表面上，电磁铁块开有四个滑槽，滑槽内置弹簧和万向轮，当电磁铁吸附在腿杆表面上时，万向轮收纳在电磁铁块的扩孔中，当电磁铁停止吸附时，弹簧将轮子弹出，依靠轮子滚动前进，整个机器有两个电磁铁块，分别交替作为固定点和活动点，完成攀爬。

攀爬器的攀爬前臂和后臂分别进行套丝和攻丝加工，电机通过锥齿轮将力传递到攀爬前臂上，通过控制电机的正反转控制两臂杆的收缩从而实现控制两臂杆的相对长度完成攀爬动作。

电磁铁块上安装电机转盘，在攀爬器需要转向的时候，有控制部分协调臂杆的收缩与转盘的旋转完成转向。

附图说明

图1为本发明的整体结构的示意图；

图2为本发明的爬行前端俯视图；

图3为本发明的爬行前端剖视正视图；

图4为本发明的电磁铁块剖视俯视图；

图5为本发明的爬行过程示意图；

图6为本发明的转弯过程示意图；

图7为本发明的搭载方法示意图。

其中：

图1中，01万向轮，02电磁铁块，03储电箱，04储电箱盖板，05臂杆调节滑槽，06调节滑块，07臂杆连接架，08爬行后臂，09爬行前臂，10传动箱上盖，11传动箱，12电路控制箱，13电机转盘；

图2中，14盖板螺栓，15等速传动锥齿轮，16双头电机传动轴，17双头电机，18电机固定架；

图3，4中，19万向轮升降滑块，20收纳孔，21压缩弹簧，22盖板，23万向轮升降滑槽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

参见图1、2、3、4，一种新型井架攀爬器，由01万向轮，02电磁铁块，03储电箱，04储电箱盖板，05臂杆调节滑槽，06调节滑块，07臂杆连接架，08爬行后臂，09爬行前臂，10传动箱上盖，11传动箱，12电路控制箱，13电机转盘，14盖板螺栓，15锥齿轮，16电机传动轴，17双头电机，18电机固定架，19万向轮升降滑块，20收纳孔，21压缩弹簧，22盖板，23万向轮升降滑槽。

其攀爬过程如图5所示，初始时，攀爬器两端电磁铁块02均吸附在井架腿柱面上，此时万向轮01在电磁力的作用和井架腿柱面与万向轮01的反作用力作用下，推动万向轮升降滑块19相对于万向轮升降滑槽22向上移动，压缩弹簧21被压缩，万向轮01置于收纳孔20内，如图中步骤1所示；接着爬行前臂09端电磁铁块02断电，在没有磁吸附力作用下，压缩弹簧21反弹，弹力推动万向轮升降滑块19沿着万向轮升降滑槽22向下移动，万向轮01弹出与爬行面充分接触，调节滑块06沿着臂杆调节滑槽07上升，保持爬行前臂09、爬行后臂08与爬行面始终平行；双头电机17启动反转，通过电机传动轴16，锥磁轮15带动爬行前臂09相对于爬行后臂08做旋出动作，由于爬行后臂08端电磁铁块02吸附固定在爬行面上，爬行前臂09的旋出动作将推动爬行前端向前运动，如步骤2所示；当前端部分到达一定位置时，电磁铁块02通电，万向轮01在电磁力的作用和井架腿柱面与万向轮01的反作用力作用下，推动万向轮升降滑块19相对于万向轮升降滑槽22向上移动，压缩弹簧21再次压缩，万向轮01置于收纳孔20内，如步骤3所示；接下来，爬行后臂08端电磁铁块02断电，在没有磁吸附力作用下，压缩弹簧21反弹，弹力推动万向轮升降滑块19沿着万向轮升降滑槽22向下移动，万向轮01弹出与爬行面充分接触，储电箱03相对调节滑块06向上移动，保持爬行前臂09、爬行后臂08与爬行面始终平行；双头电机17启动正转，通过电机传动轴16，锥磁轮15带动爬行前臂09相对于爬行后臂08做旋进动作，如步骤4所示；由于爬行前臂09端电磁铁块02吸附固定在爬行面上，爬行前臂09的旋进动作将拉动爬行后端向前运动，至此完成一个前进循环，如步骤5所示；按照步骤依次循环，从而达到攀爬的目的。

其转向过程如图6所示，当爬行前端到达需要转向的位置时，置于储电箱03下的电机转盘13启动，并根据需要选择旋转方向，带动爬行后臂08、爬行前臂09做出摆动，在臂杆的摆动作用下，前端万向轮01沿着摆向方向滚进，当前端整体达到合适位置后电机转盘13停止转动，如步骤1；接着前端电磁铁块02通电吸附，后端断电停止吸附，如步骤2；双头电机17启动正转，通过电机传动轴16，锥磁轮15带动爬行前臂09相对于爬行后臂08做旋进动作，同时置于电路控制箱12下的电机转盘13启动，转向与上一个电机转盘相反，如步骤3；最终状态如步骤4所示，此时便可以在桁架杆面上继续爬行。

根据携带设备的大小，可以将检测设备放置在储电箱03的凹槽内蓄电池之上，如图7方法1；也可以根据实际状况添加搭载板，其安装位置灵活，安装方法多样，可以安装在爬行后臂08之上，如方法2；储电箱03之上，如方法3；传动箱11之上，如方法4。

在整个爬行过程中，可以接入外来电源，也可以依靠储电箱内03的蓄电池爬行，在外接电源突然断电的情况下，储电箱03内的蓄电池充当应急电源，保证攀爬器自身不会掉落，并能顺利收回。

Claims (5)

1.一种新型井架攀爬器，由01万向轮，02电磁铁块，03储电箱，04储电箱盖板，05臂杆调节滑槽，06调节滑块，07臂杆连接架，08爬行后臂，09爬行前臂，10传动箱上盖，11传动箱，12电路控制箱，13电机转盘，14盖板螺栓，15锥齿轮，16电机传动轴，17双头电机，18电机固定架，19万向轮升降滑块，20收纳孔，21压缩弹簧，22盖板，23万向轮升降滑槽组成。

2.根据权利要求1所述的一种新型井架攀爬器，其特征在于，电磁铁块01为吸附装置，能够将提供吸附力将整个爬行器静态固定在井架腿杆表面上，电磁铁块开有四个收纳孔20，收纳孔20开有万向轮升降滑槽22，并内置压缩弹簧21和万向轮01，当电磁铁02吸附在腿杆表面上时，万向轮01收纳在电磁铁块的收纳孔20中，当电磁铁02停止吸附时，压缩弹簧21将万向轮01弹出，依靠万向轮01滚动前进，整个机器有两个电磁铁块02，分别交替作为固定点和活动点，完成攀爬。

3.根据权利要求1所述的一种新型井架攀爬器，其特征在于，攀爬器的攀爬前臂09和后臂08分别进行套丝和攻丝加工，双头电机17通过锥齿轮15将力传递到攀爬前臂09上，通过控制双头电机17的正反转控制两臂杆的收缩从而实现控制两臂杆的相对长度完成攀爬动作。

4.根据权利要求1所述的一种新型井架攀爬器，其特征在于，当攀爬器的调节滑块06，与臂杆调节滑槽05能在爬行过程中进行实时调节，保持爬行臂杆与爬行面平行。

5.根据权利要求1所述的一种新型井架攀爬器，不仅仅适用于井架的攀爬，也适用于类似大型石油化工储罐等符合攀爬条件的情况。