CN110116401A - 杆件或管件夹持转运装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油井维修设备领域，尤其涉及一种杆件或管件夹持转运装置，既可以对杆件或管件进行夹持运送，同时还能辅助杆件或管件在转动过程中对杆件或管件进行扶持，方便杆件或管件在拆装过程中的转运操作。一种杆件或管件夹持转运装置，包括底座、机械臂与机械手；所述机械臂一端可转动地安装在底座上，另一端设置有可转动的机械手安装架，所述机械手安装架设置有机械手；所述机械手包括手爪与驱动油缸，所述驱动油缸设有限位装置。油缸驱动手爪实现夹持动作，限位装置可以控制活塞杆的行程，当活塞杆运动使手爪张开时，提前使活塞杆停止运动，此时手爪只能张开一个微小的开口，此时手爪不再完全夹紧，同时还可以继续起到扶持作用。
Description
技术领域
本发明涉及油井维修设备领域，尤其涉及一种杆件或管件夹持转运装置。
背景技术
抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接光杆，下接抽油泵起传递动力的作用。在对油井进行维修时，需要将油井内的抽油杆向上吊起，将抽油杆一节一节地拆下，完成维修后需要将抽油杆再一节一节地安装回油井内。
抽油杆端部是通过螺纹方式相互连接的，因此在拆卸抽油杆时，需要将吊起的抽油杆先进行转动，使螺纹连接处分离，然后将其转运到一旁暂存，当安装抽油杆时需要先将抽油杆抓取到安装位置后，再进行转动，使螺纹连接处接合。由于抽油杆既需要转动，又需要抓取，单一设备难以满足要求，当抽油杆被夹紧时则无法转动。因此抽油杆的拆装过程中难以实现自动化，造成拆装效率底下。
抽油杆在拆装过程中为竖直状态，而在拆下后与安装前需要水平放置在一旁暂存，因此抽油杆的转运过程较为复杂。传统的转运过程只能使用人工的方式进行，效率低下。
抽油管位于抽油杆外侧，同样是一节一节进行连接，在拆装过程中需要分别进行拆卸与安装，安装过程与抽油杆相似。
公开号为CN203867495U，名称为新型液压自动修井机油管抓取机械手的中国实用新型专利；公开号为CN205704241U，名称为一种管柱抓取机械手的中国实用新型专利；公开号为CN203003893U，名称为一种机械手的中国实用新型专利均公开了可抓取管件的机械手。
上述专利方案中所公开的技术方案只能解决杆件或管件抓取的问题，针对抽油杆或抽油管在拆装过程中的转动仍然不适用，不能在抽油杆或抽油管拆装过程中对抽油杆或抽油管进行扶持。
公开号为CN109339721A的中国发明专利申请中公开了一种大臂装置，使用了两段式可伸缩的大臂，并且大臂可以摆动，通过上述装置可以实现抽油杆的转运操作。
上述专利方案中所公开的技术方案虽然能够实现抽油杆或抽油管的转运，但是伸缩臂设置在大臂的外侧，运动过程中容易与周围产生干涉，而且连接处的刚性较差。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种杆件或管件夹持转运装置，既可以对杆件或管件进行夹持运送，同时还能辅助杆件或管件在转动过程中对杆件或管件进行扶持，方便杆件或管件在拆装过程中的转运操作。
本发明提供方案如下：
一种杆件或管件夹持转运装置，包括底座、机械臂与机械手；
所述机械臂一端可转动地安装在底座上，另一端设置有可转动的机械手安装架，所述机械手安装架设置有机械手；
所述机械手包括手爪与驱动油缸；
所述手爪成对设置，且每对手爪镜像设置，所述手爪与驱动油缸连接；
所述驱动油缸包括第一缸体与活塞杆，所述第一缸体与机械手本体固定连接，所述活塞杆与手爪连接，所述驱动油缸设有限位装置。
油缸驱动手爪实现夹持动作，限位装置可以控制活塞杆的行程，当活塞杆运动使手爪张开时，提前使活塞杆停止运动，此时手爪只能张开一个微小的开口，此时手爪不在完全夹紧抽油杆或抽油管，同时还可以继续对抽油杆或抽油管起到扶持作用。
优选的，所述手爪包括夹臂与连杆，所述夹臂与机械手本体可转动地连接，所述连杆两端分别可转动地连接到夹臂与活塞杆。夹臂与连杆均采用对称设计的方式，可以实现同步开合。
优选的，所述夹臂中部与机械手本体可转动地连接，夹臂一端与连杆可转动地连接，另一端的内侧设有具有圆弧面的抓取部。圆弧面的抓取部可以实现对抽油杆或抽油管的完全夹紧，另外，配合限位装置工作时，抓取部只打开微小的开口，此时不再处于完全夹紧状态，而且抽油杆或抽油管又不易从两个抓取部之间的缝隙中漏出。
优选的，所述限位装置包括限位油缸，所述限位油缸设置在驱动油缸尾端。限位油缸位于驱动油缸尾部，用于限制驱动油缸活塞杆的行程。
优选的，所述限位油缸包括第二缸体与限位活塞，所述限位活塞设置在第二缸体内，所述第二缸体与第一缸体之间设有隔板，所述隔板有连通第一缸体与第二缸体的通孔，所述活塞杆可在通孔内滑动，且与通孔密封连接。当限位活塞缩回至底部时，驱动油缸的活塞杆可以正常伸缩运动；当需要对手爪的开度进行限位时，首先使活塞杆完全伸出，手爪为完全夹紧状态，然后使限位活塞向活塞杆方向运动，此时当活塞杆回缩时，已经不能回缩到位，到达限位活塞位置时即停止，此时的手爪只打开一个微小的开口。当抽油杆或抽油管拆装时为竖直状态，抽油杆或抽油管不被完全夹紧，可以在开口内自由转动，并且带有圆弧面的抓取部仍然可以实现对竖直方向的抽油杆或抽油管起到扶持作用，防止抽油杆或抽油管倾倒。
优选的，所述限位活塞面向活塞杆的一侧设有可以容纳活塞杆端部的凹槽。在限位活塞一侧设置凹槽，当限位活塞工作时，可以将限位活塞直接推至最顶端，此时凹槽为活塞杆的运动提供了空间，使活塞杆依然可以回缩，由于限位活塞的位置不需要精确控制，只需推至顶端即可实现限位作用，使控制过程更加简单。
优选的，所述活塞杆设有活塞环，所述活塞环与第一缸体内侧密封连接，且与第一缸体的尾端之间设置弹簧。利用弹簧的弹力作为活塞杆的驱动力之一，一方面可以减少对液压油的油压要求，另一方面，本机械手操作高度较高，距离液压站距离较远，即使当液压系统出现问题不能维持压力时，弹簧任然能活塞杆提供驱动力。所述弹簧为多个同轴设置的碟簧。
优选的，所述机械手本体的侧面设有导向装置，所述导向装置包括左右对称的两个导向板，以及设置在两导向板之间的触发装置。导向装置方便在抓取抽油杆或抽油管时，使抽油杆或抽油管准确的进入到两手爪之间。
优选的，所述触发装置包括滑块与触发开关，所述滑块的滑动方向与所述驱动油缸的伸缩方向平行，所述触发开关位于滑块运动范围中靠近驱动油缸的一端。当抓取抽油杆时，抽油杆或抽油管向手爪方向运动，并推动滑块，当滑块使触发开关被触发时，则说明抽油杆或抽油管的位置已经到位。
优选的，所述机械臂包括摆动臂与伸缩臂；
所述摆动臂一端可转动地连接在底座上，并通过摆动装置与底座连接；
所述伸缩臂位于摆动臂内部，与摆动臂同轴设置，可作轴向的相对移动，所述伸缩臂与摆动臂通过伸缩装置连接。
摆动装置可以驱动套筒臂摆动，伸缩装置可以驱动伸缩臂伸缩，而且伸缩臂位于套筒臂内，整体结构更加紧凑，外部无多余设备，运动过程不与周围环境的其他物体产生干涉。
优选的，所述摆动装置包括摆动电机与摆动齿轮组，所述摆动齿轮组包括设置在摆动电机的主动齿轮，以及固定设置在摆动臂的被动齿轮，所述主动齿轮与被动齿轮啮合并且传动比小于1。通过齿轮啮合方式进行驱动，可以通过齿轮传动比的设置来减小对动力输入的要求，而且摆动机构仅设置在套筒臂的最下端，节约了套筒臂周向上的空间。
优选的，所述被动齿轮为扇形齿轮结构。套筒臂只需要做摆动，而不需要进行完整的圆周运动，因此使用扇形齿轮可以结余空间与制造成本。
优选的，所述被动齿轮啮合处的两端设置限位挡块。限位挡块可以防止摆动臂摆动角度过大而出现脱齿的情况出现。
优选的，所述摆动装置包括液压马达。液压马达可以节约摆动装置的体积，使结构更加紧凑。
优选的，所述伸缩装置包括伸缩电机、丝母与丝杠，所述伸缩电机设置在套筒臂上，并且与丝杠连接，所述丝母设置在伸缩臂上，与丝杠螺纹连接。使用丝杠结构可以更好的配合套筒臂与伸缩臂内外套设的结构，使该装置整体更加紧凑，并且丝杠结构方便实现自锁，防止伸缩臂由于受到重力而失控。
优选的，所述伸缩臂与套筒臂通过导向槽与导向滑块连接，所述导向滑块可在导向槽内滑动，导向槽设置在伸缩臂外侧或套筒臂内侧，所述导向槽的延伸方向与伸缩臂轴向平行。导向槽与滑块可以确保伸缩臂沿轴向运动，而且不会出现围绕周向的转动。
优选的，所述伸缩臂顶部设置旋转电机，所述旋转电机与安装架连接。旋转电机用于驱动安装架进行转动，从而实现抽油杆或抽油管的水平状态与竖直状态间的转换，以及抽油杆或抽油管的角度定位。
优选的，所述机械手设置在所述安装架的两端，且两个所述机械手的手爪所在的运动平面相互平行。
本发明具有以下有益效果：
1.机械手通过油缸驱动可以实现对抽油管的快速夹紧与释放；
2.限位装置可以控制活塞杆的行程，当抽油杆或抽油管需要绕自身轴线进行旋转时，通过第二缸体限定驱动油缸活塞杆的行程，使手爪张开微小开口时即达到活塞杆的最大收缩行程，防止因活塞杆收缩过度而导致手爪不能抓住抽油杆或抽油管；
3.导向装置既可以增加手爪抓取抽油杆或抽油管的准确度，同时还能在抽油杆或抽油管到达夹持位置时发送信号；
4.套筒臂的摆动与伸缩臂的伸缩动作可以方便的实现将抽油杆或抽油管拆下放置到一旁，以及将抽油杆或抽油管重新装回的操作；
5.通过齿轮啮合方式驱动套筒臂摆动，只需要较小扭矩即可实现，减小了液压马达的输出扭矩、重量及成本；
6.丝杠进给机构除了能驱动伸缩臂的伸缩外，还具有自锁能力，自锁效果好，结构紧凑的优点。
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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明结构示意图；
图2是机械臂内部结构示意图；
图3是A处放大示意图；
图4是机械臂外部结构示意图；
图5是手爪闭合状态下内部结构示意图；
图6是机械手外部结构示意图；
图7是机械手与安装架结构示意图；
图8是手爪打开状态下内部结构示意图；
图9是手爪半打开状态下内部结构示意图；
图中，1-底座，2-套筒臂，3-伸缩臂，4-摆动装置，5-伸缩装置，6-安装架，7-手爪，8-驱动油缸，9-驱动装置，21-导向滑块，31-导向槽，32-旋转电机，41-摆动电机，42-主动齿轮，43-被动齿轮，44-限位挡块，51-伸缩电机，52-丝杠，53-丝母，71-连杆，72-夹臂，73-抓取部，81-第一缸体，82-活塞杆，83-第二缸体，84-限位活塞，85-隔板，86-凹槽，87-活塞环，88-弹簧，91-导向板，92-滑块，93-触发开关。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1～图7所示，本实施例中提供一种杆件或管件夹持转运装置，包括底座1、机械臂、安装架与机械手。
如图1～图4所示，机械臂包括摆动臂2与伸缩臂3，摆动臂2可转动地安装在底座1上，并通过摆动装置4与底座1连接，摆动臂2中空，伸缩臂3设置在摆动臂2内，并通过伸缩装置5与摆动臂2连接，伸缩臂3与摆动臂2同轴设置。伸缩臂3顶端设置旋转电机32，旋转电机43与安装架6连接，安装架6两端设置机械手。
摆动装置4包括摆动电机41、主动齿轮42与被动齿轮43。主动齿轮42与摆动电机41连接，并且与被动齿轮43啮合连接。被动齿轮43为扇形齿轮，固定设置在摆动臂2上，扇形齿轮的两端设有限位挡块44。主动齿轮42与被动齿轮43的传动比小于1。
伸缩装置5包括伸缩电机51、丝杆52与丝母53，伸缩电机51固定设置在摆动臂2底端，与丝杠53连接，丝母53与伸缩臂2底端固定连接，丝杠52与丝母53螺纹连接。伸缩臂3外侧设有与轴向平行的导向槽31，摆动臂2内侧设有固定的导向滑块21，导向滑块21可沿导向槽31滑动。
如图5～图7所示，机械手包括手爪7与驱动油缸8，手爪7包括连杆71与夹臂72，驱动油缸8包括第一缸体81与活塞杆82。连杆71两端分别与夹臂72以及活塞杆82可转动地连接，夹臂72中部可转动地安装在机械手本体上，其一端与连杆71连接，另一端设有带有圆弧面的抓取部73。第一缸体81与机械手本体固定连接，活塞杆82一端位于第一缸体81内，另一端与连杆71连接。手爪7成对设置，且在机械手本体上左右对称设置。
第一缸体81尾端设有第二缸体83，第二缸体83内设有限位活塞84。第一缸体81与第二缸体83之间设有隔板85，隔板85上设有通孔，活塞杆82贯穿通孔，且与通孔密封连接。限位活塞84与活塞杆82同轴设置，并且限位活塞84在面对活塞杆82的一侧设有能容纳活塞杆82插入的凹槽86。活塞杆82圆周面上设有活塞环87，活塞环87与第一缸体81内壁密封连接，并且通过弹簧88与第一缸体81尾端连接，弹簧88可使用多组碟簧。
机械手本体一侧设有导向装置9。导向装置4包括对称设置的两个导向板91，导向板91外端设有扩口。导向装置9还包括滑块92与触发开关93，滑块92位于两导向板91之间，触发开关93位于滑块92滑动范围内靠近驱动油缸8的一端。导向板91的对称面与手爪7的对称面位于同一平面。
本发明工作原理如下：
以夹持抽油杆为例，摆动装置4可以驱动摆动臂2进行摆动，伸缩装置5可以驱动伸缩臂3进行伸缩。在伸缩臂3顶部的旋转电机32可以驱动安装架在竖直平面内的极坐标系内进行运动。安装架6上设置的机械手则可以用来夹持抽油杆。
如图5所示，图5状态为手爪7完全闭合的状态，此时活塞杆82向外部完全伸出，活塞杆82推动连杆71，连杆71推动夹臂72转动，使抓取部73向内侧闭合，实现对抽油杆的夹紧。
如图8所示，图8中状态为手爪7完全打开的状态，此时第二缸体84位于最尾端，不影响活塞杆82的运动，活塞杆82完全缩回时即可使手爪7实现与夹紧完全相反的动作，实现对抽油杆的释放。
如图9所示，图9中状态为手爪7半打开状态。当抽油杆在拆装过程中需要转动时，手爪7起初为图5中的闭合状态，此时限位活塞84向前运动，然后活塞杆82回缩。活塞杆82的回缩本来应当实现对抽油杆的释放，但是由于限位活塞84的位置变化，导致活塞杆82不能完全缩回，到达限位活塞84处即停止，此时活塞杆82只能缩回很小的距离。这种状态下手爪7只是轻微张开，不再对抽油杆完全夹紧，但是由于张开幅度较小，还未达到对抽油杆完全释放的状态。在抽油杆转动过程中，手爪7依然可以起到扶持作用，防止抽油杆倾倒。
在本发明中，为实现夹持工件稳定、牢靠，两机械手在安装架6上设定距离较远。机械手夹持、抓取工件时依靠加预紧力的碟形弹簧来实现，此时活塞杆82和限位活塞84都不工作，打开机械手手爪7由活塞杆82加压完成，限位活塞84不工作。对工件定中心和扶正时，活塞杆82向限位活塞84加压使其移至限位位置，机械手手爪7仅张开微小的距离，工件可在上卸扣时自由转动。所述手爪7与驱动油缸8连接。碟形弹簧预紧力使手爪7实现夹持动作，限位活塞84可以控制活塞杆82的行程，当活塞杆82运动使手爪张开时，提前使活塞杆82停止运动，此时手爪7只能张开一个微小的开口，此时手爪7不再完全夹紧杆件或管件，同时还可以继续对杆件或管件起到扶持作用。
夹持抽油管的工作过程与夹持抽油杆的工作过程近似。
实施例二，
本实施例中，摆动装置4包括液压马达，通过液压马达与套筒臂2的转轴连接来驱动套筒臂2进行摆动。本实施例其他部分与实施例一基本相同。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：包括底座(1)、机械臂与机械手；
所述机械臂一端可转动地安装在底座(1)上，另一端设置有可转动的安装架(6)，所述安装架(6)设置有机械手；
所述机械手包括手爪(7)与驱动油缸(8)；
所述手爪(7)成对设置，且每对手爪(7)镜像设置，所述手爪(7)与驱动油缸(8)连接；
所述驱动油缸(8)包括第一缸体(81)与活塞杆(82)，所述第一缸体(81)与机械手本体固定连接，所述活塞杆(82)与手爪(7)连接，所述驱动油缸(8)设有限位装置。
2.根据权利要求1所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述手爪(7)包括夹臂(72)与连杆(71)，所述夹臂(72)与机械手本体可转动地连接，所述连杆(71)两端分别可转动地连接到夹臂(72)与活塞杆(82)。
优选的，所述夹臂(72)中部与机械手本体可转动地连接，夹臂(72)一端与连杆(71)可转动地连接，另一端的内侧设有具有圆弧面的抓取部(73)。
3.根据权利要求1所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述限位装置包括限位油缸，所述限位油缸设置在驱动油缸(8)尾端。
优选的，所述限位油缸包括第二缸体(83)与限位活塞(84)，所述限位活塞(84)设置在第二缸体(83)内，所述第二缸体(83)与第一缸体(81)之间设有隔板(85)，所述隔板(85)有连通第一缸体(81)与第二缸体(83)的通孔，所述活塞杆(81)可在通孔内滑动，且与通孔密封连接。
优选的，所述限位活塞(84)面向活塞杆(81)的一侧设有可以容纳活塞杆(81)端部的凹槽(86)。
4.根据权利要求1所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述活塞杆(81)设有活塞环(87)，所述活塞环(87)与第一缸体(81)内侧密封连接，且与第一缸体(81)的尾端之间设置弹簧(88)。
5.根据权利要求1-6任一权利要求所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述机械手本体的侧面设有导向装置(9)，所述导向装置(9)包括左右对称的两个导向板(91)，以及设置在两导向板(91)之间的触发装置。
优选的，所述触发装置包括滑块(92)与触发开关(93)，所述滑块(92)的滑动方向与所述驱动油缸(8)的伸缩方向平行，所述触发开关(93)位于滑块(92)运动范围中靠近驱动油缸(8)的一端。
6.根据权利要求1所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述机械臂包括摆动臂(2)与伸缩臂(3)；
所述摆动臂(2)一端可转动地连接在底座(1)上，并通过摆动装置(4)与底座(1)连接；
所述伸缩臂(3)位于摆动臂(2)内部，与摆动臂(2)同轴设置，可作轴向的相对移动，所述伸缩臂(3)与摆动臂(2)通过伸缩装置(5)连接。
7.根据权利要求6所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述摆动装置(4)包括摆动电机(41)与摆动齿轮组，所述摆动齿轮组包括与摆动电机(41)连接的主动齿轮(42)，以及固定设置在摆动臂(2)的被动齿轮(43)，所述主动齿轮(42)与被动齿轮(43)啮合并且传动比小于1。
优选的，所述被动齿轮(43)为扇形齿轮结构。
优选的，所述被动齿轮(43)啮合处的两端设置限位挡块(44)。
8.根据权利要求6所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述摆动装置(4)包括液压马达。
9.根据权利要求6所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述伸缩装置(5)包括伸缩电机(51)、丝母(52)与丝杠(53)，所述伸缩电机(51)设置在摆动臂(2)上，并且与丝杠(52)连接，所述丝母(53)设置在伸缩臂(3)上，与丝杠(52)螺纹连接。
优选的，所述伸缩臂(3)与摆动臂(2)通过导向槽(31)与导向滑块(21)连接，所述导向滑块(21)可在导向槽(31)内滑动，导向槽(31)设置在伸缩臂(3)外侧或摆动臂(2)内侧，所述导向槽(31)的延伸方向与伸缩臂(3)轴向平行。
10.根据权利要求6所述的杆件或管件夹持转运装置，其特征在于：所述伸缩臂(3)顶部设置旋转电机(32)，所述旋转电机(32)与安装架(6)连接。
优选的，所述机械手设置在所述安装架(5)的两端，且两个所述机械手的手爪(2)所在的运动平面相互平行。
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