CN110259395B - 一种翻转式钻台机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种翻转式钻台机械手，包括钳头架体，钳头架体中间铰接左钳爪总成和右钳爪总成，钳头架体铰接副臂，副臂铰接主臂，主臂铰接安装座，主臂铰接中间连杆，中间连杆与安装座之间铰接长调平连杆，中间连杆与钳头架体之间铰接短调平连杆，副臂端部铰接拉杆，拉杆铰接安装座，主臂与副臂之间铰接伸缩油缸；安装法兰分别与行走滑车和回转支承连接，行走滑车安装在轨道上，轨道两侧通过销轴耳板与立根台连接，偏移油缸两端分别与行走滑车和轨道连接。本发明一种翻转式钻台机械手，可以有效地完成钻台面立根排放与单根扶持作业，通过偏移功能和翻转功能可快速、便捷、顺利的避让立根台通道，不影响通道的其它作业。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井装备技术领域，具体涉及一种翻转式钻台机械手。
背景技术
自动化钻机是石油钻井装备发展的方向，更是改善现场作业环境、提高钻井作业效率、减轻劳动力强度、提升装备自动化水平的有效措施。
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，个别钻机通过在钻台面安装简易的机械臂辅助钻台面钻工进行立根排放。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是一项劳动强度大、任务繁重、作业环境恶劣的工作。现有的钻台面立根排放设备具有如下缺点：1)受制于钻机形式的限制，陆地钻机的钻台面空间较小，各设备布局十分紧凑，这样现有的钻台面立根排放设备安装位置相当受限，而且经常与其它作业发生干涉，这时为了保证钻井作业正常进行不得不将钻台面立根排放设备拆除，这样既影响作业效率又为设备的连续可靠运行带来了隐患；2)现有的钻台面立根排放设备功能单一，仅用于立根排放，不能替代人工完成钻井过程中其它的工作任务；3)回转角度受限，在回转机械限位或程序保护失效的情况下会产生重大安全事故，而且作业范围有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种翻转式钻台机械手，解决了现有技术中存在钻台面立根排放设备安装位置有限，偏移和翻转时避让立根台通道，其它影响通道的作业的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种翻转式钻台机械手，包括钳头架体，钳头架体设有中间孔，钳头架体的中间孔通过插销II铰接左钳爪总成和右钳爪总成，钳头架体铰接副臂一端，副臂另一端铰接拉杆一端，拉杆另一端铰接安装座，副臂中上端一侧铰接主臂一端，主臂另一端铰接安装座，副臂中上端另一侧铰接中间连杆，中间连杆与安装座之间铰接长调平连杆，中间连杆与钳头架体之间铰接短调平连杆，主臂与副臂之间铰接伸缩油缸；
安装座下端安装回转支承，回转支承的下端连接安装法兰，安装法兰下端连接行走滑车，行走滑车安装在轨道上，行走滑车与轨道之间连接偏移油缸，轨道铰接翻转拉杆一端，翻转拉杆另一端铰接翻转支架，翻转支架中部铰接翻转油缸。
本发明的特点还在于，
中间连杆为V字型结构，中间连杆的前、中、后分别设置有连接孔，主臂上端连接孔与副臂中上端连接孔以及中间连杆中间连接孔进行铰接，主臂的下端连接孔与安装座的双耳板铰接，长调平连杆与中间连杆后端连接孔进行铰接,所述短调平连杆与中间连杆前端连接孔进行铰接。
主臂下端与安装座的铰接点、长调平连杆下端与安装座17的铰接点、主臂上端与中间连杆中间连接孔的铰接点、长调平连杆上端与中间连杆后端连接孔的铰接点组成一个平行四边形；副臂中上端孔与中间连杆中间连接孔的铰接点、副臂下端孔与钳头架体后端孔的铰接点、短调平连杆上端孔与中间连杆前端连接孔的铰接点、短调平连杆下端孔与钳头架体上端孔的铰接点组成一个平行四边形。
安装座上装有回转驱动装置，回转驱动装置的小齿轮与回转支承的外齿圈啮合，驱动安装座回转。
钳头架体上设置有两个平行套筒，套筒上安装定位检测装置，定位检测装置整体可沿着套筒前后移动，定位检测装置包括限制钻具位置的滚轮和检测钻具的传感器。
当定位检测装置移动至套筒最后端时，定位检测装置前端的两个孔与套筒上的孔对齐，将插销I装入两孔中，用于定位检测装置和套筒的固定，当定位检测装置移动至套筒最前端时，定位检测装置后端的两个孔与套筒上的孔对齐，将插销I装入两孔中，用于定位检测装置和套筒的固定。
主臂与拉杆之间铰接伸缩距离传感器。
安装座上装有液压旋转接头和电滑环。
左钳爪总成和右钳爪总成的后端孔分别与钳头架体的后端孔铰接，左钳爪总成和右钳爪总成的中部连接孔分别与钳头架体的中间孔通过插销II铰接。
钳头架体后端设有两个连接耳板，后端的连接耳板与副臂下端的连接孔铰接，钳头架体上端也设有两个连接耳板，钳头架体上端的连接耳板与短调平连杆的下端连接孔铰接。
本发明的有益效果是，本发明一种翻转式钻台机械手，采用主臂、副臂、拉杆、长调平连杆、短调平连杆、中间连杆组成的双平行四边形机械臂，在伸缩油缸作用下完成机械臂的伸出和缩回要求，控制简单，有效的保证了扶持钳在伸出范围内任意位置均处于水平状态，具有工作可靠性高的优点，而且通过合理的布置拉杆两端的铰接点位置，将扶持钳在伸缩过程中的高度变化差值降低至150mm以内，当需要进行立根排放或单根扶持时钻台机械手本体可通过翻转机构上升至钻台面以上进行工作。本发明装置安装简捷、工作占用的空间小，可灵活设置不同作业条件下的工作位置，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。
附图说明
图1是一种翻转式钻台机械手的结构示意图；
图2是本发明一种翻转式钻台机械手的初始工作状态示意图；
图3是本发明一种翻转式钻台机械手通过偏移功能避让立根台通道输送钻具示意图；
图4是本发明一种翻转式钻台机械手完全翻转下沉至钻台面以下示意图；
图5是本发明一种翻转式钻台机械手排放立根的示意图；
图6是本发明一种翻转式钻台机械手扶持单根的示意图。
图中，1.左钳爪总成，2.右钳爪总成，3.钳头架体，4.插销I，5.插销II，6.定位检测机构，7.主臂，8.副臂，9.拉杆，10.长调平连杆，11.短调平连杆，12.中间连杆，13.伸缩油缸，14.伸缩距离传感器，15.安装法兰，16.回转支承，17.安装座，18.回转驱动装置，19.液压旋转接头，20.电滑环，21.行走滑车，22.轨道，23.偏移油缸，24.翻转支架，25.翻转拉杆，26.翻转油缸。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种翻转式钻台机械手的结构，如图1和图2所示，包括钳头架体3，钳头架体3设有中间孔，钳头架体3的中间孔通过插销II 5铰接左钳爪总成1和右钳爪总成2，钳头架体3铰接副臂8一端，副臂8另一端铰接拉杆9一端，拉杆9另一端铰接安装座17，副臂8中上端一侧铰接主臂7一端，同时，副臂8中上端另一侧铰接中间连杆12，主臂7另一端铰接安装座17，中间连杆12与安装座17之间铰接长调平连杆10，中间连杆12与钳头架体3之间铰接短调平连杆11，主臂7与副臂8之间铰接伸缩油缸13，主臂7与拉杆9之间铰接伸缩距离传感器14。
左钳爪总成1和右钳爪总成2的后端孔分别与钳头架体3的后端孔铰接，左钳爪总成1和右钳爪总成2的中部连接孔分别与钳头架体3的中间孔通过插销II 5铰接，通过调整左钳爪总成1和右钳爪总成2的夹角以及改变插销II 5在钳头架体3上的两组插孔的安装位置，来适应不同规格的管柱。
钳头架体3后端设有两个连接耳板，连接耳板与副臂8下端的连接孔铰接，钳头架体3上端也设有两个连接耳板，钳头架体3上端的两个连接耳板与短调平连杆11的下端连接孔铰接。
钳头架体3上设置有两个平行套筒，套筒上安装定位检测装置6，定位检测装置6整体可沿着套筒手动进行前后移动，定位检测装置6包括限制钻具位置的滚轮和检测钻具的传感器，当定位检测装置6移动至套筒最后端时，定位检测装置6前端的两个孔与套筒上的孔对齐，将插销I 4装入两孔中，用于定位检测装置6和套筒的固定，当定位检测装置6移动至套筒最前端时，定位检测装置6后端的两个孔与套筒上的孔对齐，将插销I 4装入两孔中，用于定位检测装置6和套筒的固定，利用定位检测装置6这两个位置的改变来调整左钳爪总成1、右钳爪总成2、定位检测装置6三者组成封闭区域的前后距离。
中间连杆12为V字型结构，在中间连杆12的前、中、后分别设置有连接孔，主臂7的上端连接孔与副臂8中上端连接孔以及中间连杆12中间连接孔进行铰接，所述主臂7下端连接孔与安装座17铰接。副臂8分别与主臂7、钳头架体3和拉杆9铰接，长调平连杆10两端分别与安装座17和中间连杆12铰接，长调平连杆10与中间连杆12后端连接孔进行铰接,短调平连杆11与中间连杆12前端连接孔进行铰接,短调平连杆11两端分别与钳头架体3和中间连杆12铰接，拉杆9两端分别与副臂8和安装座17铰接。主臂7下端与安装座17的铰接点、长调平连杆10下端与安装座17的铰接点、主臂7上端与中间连杆12中间连接孔的铰接点、长调平连杆10上端与中间连杆12后端连接孔的铰接点组成一个平行四边形，副臂8中上端孔与中间连杆12中间连接孔的铰接点、副臂8下端孔与钳头架体3后端孔的铰接点、短调平连杆11上端孔与中间连杆12前端连接孔的铰接点、短调平连杆11下端孔与钳头架体3上端孔的铰接点组成一个平行四边形。在双平行四边形运动过程中由于安装座17与地面的角度始终不变，因此主臂7下端与安装座17的铰接点，和长调平连杆10下端与安装座17的铰接点，组成的平行四边形短边与地面的角度始终不变；主臂7上端与中间连杆12中间连接孔的铰接点，长调平连杆10上端与中间连杆12后端连接孔的铰接点，组成的另一个平行四边形短边与地面的角度始终不变，也就是说中间连杆12与地面的角度始终不变，同样副臂8下端孔与钳头架体3后端孔的铰接点，短调平连杆11下端孔与钳头架体3上端孔的铰接点，组成的平行四边形短边与地面的角度始终不变，最终得出钳头架体3与地面的角度始终不变，初始位置钳头架体3与地面平行，那么双平行四边形机构运动过程中钳头架体3与地面也始终保持平行。
伸缩油缸13两端分别与主臂7和副臂8铰接，伸缩距离传感器14两端分别与主臂7和拉杆9铰接，这两个平行四边形连杆机构和拉杆9组成的机械臂在一个伸缩油缸13的驱动下就可进行伸缩，并且保证钳头架体3始终处于水平状态，伸缩距离传感器14可检测伸缩距离以便进行自动定位。
安装座17上装有回转驱动装置18、液压旋转接头19和电滑环20，液压旋转接头19和电滑环20用于确保液压油和电源的不间断连续供给，进而保证设备任意角度不受限制旋转。
安装座17下端安装回转支承16，回转驱动装置18的小齿轮与回转支承16的外齿圈啮合，驱动安装座17回转，回转支承16的下端连接安装法兰15，安装法兰15下端连接行走滑车21，行走滑车21安装在轨道22上，轨道22通过销轴耳板安装在钻台面上，行走滑车21与轨道22之间连接偏移油缸23，轨道22铰接翻转拉杆25一端，翻转拉杆25另一端铰接翻转支架24，翻转支架24中部铰接翻转油缸26。
偏移油缸23两端分别与行走滑车21和轨道22连接，实现行走滑车21在轨道22上的偏移行走。轨道22靠近井口的一侧通过销轴耳板与立根台后梁铰接，轨道22远离井口的一侧通过销轴耳板与立根台横梁铰接。如图2所示，当钻台机械手位于钻台面以上工作位置时，先通过销轴将轨道22远离井口一侧的单耳板与立根台横梁上的双耳板进行连接；如图4所示，当钻台机械手需要下沉至钻台面以下时，先将连接轨道22远离井口一侧单耳板与立根台横梁上双耳板的销轴拆掉。
翻转支架24下端与立根台前梁通过销轴耳板铰接，翻转油缸26与立根台后梁铰接。所述翻转支架24上端与翻转拉杆25通过销轴耳板铰接，所述翻转拉杆25另一端与轨道22铰接，翻转油缸26两端分别与立根台后梁和翻转支架24中部铰接。
本发明一种翻转式钻台机械手的工作过程，如图1、图2、和图4所示，当钻台机械手需要上升至钻台面以上时，先将翻转支架24和翻转拉杆25连接，其次驱动翻转油缸26伸出，翻转支架24变幅带动翻转拉杆25上提轨道22，轨道22绕立根台后梁上的耳板中心旋转上升至钻台面以上，通过销轴将轨道22远离井口一侧的单耳板与立根台横梁上的双耳板进行连接保证轨道22两侧与立根台连接可靠，最后拆掉连接翻转支架24和翻转拉杆25的销轴，使翻转支架24、翻转拉杆25、翻转油缸26下落至钻台面以下。钻台机械手翻转下沉至钻台面以下为上升至钻台的逆过程。
本发明一种翻转式钻台机械手的工作原理，如图2所示，通过改变插销II 5和插销I4的位置，实现左钳爪总成1和右钳爪总成2夹角的改变以及扶持钳前后距离的调整，进而适应不同规格的管柱。
如图3所示，当偏移油缸23伸出时，行走滑车21在轨道22上向一侧偏移，使钻台机械手高出钻台面以上的结构在完全缩回状态下整体避让立根台通道，不影响通道的其它作业。
如图5所示，当偏移油缸23完全缩回时，该装置在伸缩油缸13和回转驱动装置18的作用下可以伸缩和回转，驱动钳头架体3及其上面的附件扶持立根在立根台与井口(或鼠洞)之间移送完成立根排放作业。
如图6所示，当偏移油缸23完全伸出时，该装置在伸缩油缸13和回转驱动装置18的作用下可以伸缩和回转，驱动钳头架体3及其上面的附件扶持单根在大门坡道与井口(或鼠洞)之间移送完成单根缓冲扶正作业。
本发明的钻台机械手露出钻台面以上的部分可通过行走装置进行偏移，让开井口中心线，以避让钻台面大门坡道上下尺寸相对较小的钻杆、钻铤，测井等作业，快捷方便。当立根台通道需要上尺寸相对较大的套管、通过其它设备时钻台机械手本体可通过翻转机构下翻隐藏在立根台里面，确保立根台通道无障碍；当钻机搬家运输时钻台机械手本体可通过翻转机构下翻隐藏在立根台里面跟随立根台一起运输，减少了拆装工作量和运输车次。本发明通过远程控制操作同时将立根排放工作与单根扶持工作用一种设备来完成，不仅减少了钻台面设备数量和钻工需求而且降低了劳动强度、提高了作业安全性。本发明装置回转角度不受液压胶管和电缆的限制，有效避免了在机械限位或程序保护失效的情况下产生的重大安全事故。
Claims (4)
1.一种翻转式钻台机械手，其特征在于，包括钳头架体(3)，所述钳头架体(3)设有中间孔，所述钳头架体(3)的中间孔通过插销II(5)铰接左钳爪总成(1)和右钳爪总成(2)，所述钳头架体(3)铰接副臂(8)一端，所述副臂(8)另一端铰接拉杆(9)一端，所述拉杆(9)另一端铰接安装座(17)，所述副臂(8)中上端一侧铰接主臂(7)一端，所述主臂(7)另一端铰接安装座(17)，所述副臂(8)中上端另一侧铰接中间连杆(12)，所述中间连杆(12)与安装座(17)之间铰接长调平连杆(10)，中间连杆(12)与钳头架体(3)之间铰接短调平连杆(11)，所述主臂(7)与副臂(8)之间铰接伸缩油缸(13)；
所述安装座(17)下端安装回转支承(16)，所述回转支承(16)的下端连接安装法兰(15)，安装法兰(15)下端连接行走滑车(21)，所述行走滑车(21)安装在轨道(22)上，所述行走滑车(21)与轨道(22)之间连接偏移油缸(23)，轨道(22)铰接翻转拉杆(25)一端，所述翻转拉杆(25)另一端铰接翻转支架(24)，所述翻转支架(24)中部铰接翻转油缸(26)；
所述中间连杆(12)为V字型结构，所述中间连杆(12)的前、中、后分别设置有连接孔，所述主臂(7)上端连接孔与副臂(8)中上端连接孔以及中间连杆(12)中间连接孔进行铰接，所述主臂(7)的下端连接孔与安装座(17)铰接，所述长调平连杆(10)与中间连杆(12)后端连接孔进行铰接,所述短调平连杆(11)与中间连杆(12)前端连接孔进行铰接；
所述主臂(7)下端与安装座(17)的铰接点、长调平连杆(10)下端与安装座(17)的铰接点、所述主臂(7)上端与中间连杆(12)中间连接孔的铰接点、长调平连杆(10)上端与中间连杆(12)后端连接孔的铰接点组成一个平行四边形；所述副臂(8)中上端孔与中间连杆(12)中间连接孔的铰接点、副臂(8)下端孔与钳头架体(3)后端孔的铰接点、短调平连杆(11)上端孔与中间连杆(12)前端连接孔的铰接点、短调平连杆(11)下端孔与钳头架体(3)上端孔的铰接点组成一个平行四边形；
左钳爪总成(1)和右钳爪总成(2)的后端孔分别与钳头架体(3)的后端孔铰接，所述左钳爪总成(1)和右钳爪总成(2)的中部连接孔分别与钳头架体(3)的中间孔通过插销II(5)铰接；
所述钳头架体(3)上设置有两个平行套筒，套筒上安装定位检测装置(6)，所述定位检测装置(6)整体可沿着套筒前后移动，所述定位检测装置(6)包括限制钻具位置的滚轮和检测钻具的传感器；
所述定位检测装置(6)移动至套筒最后端时，定位检测装置(6)前端的两个孔与套筒上的孔对齐，将插销I(4)装入两孔中，用于定位检测装置(6)和套筒的固定，当定位检测装置(6)移动至套筒最前端时，定位检测装置(6)后端的两个孔与套筒上的孔对齐，将插销I(4)装入两孔中，用于定位检测装置(6)和套筒的固定。
2.如权利要求1所述的一种翻转式钻台机械手，其特征在于，所述安装座(17)上装有回转驱动装置(18)，所述回转驱动装置(18)的小齿轮与回转支承(16)的外齿圈啮合，驱动安装座(17)回转。
3.如权利要求1所述的一种翻转式钻台机械手，其特征在于，所述安装座(17)上装有液压旋转接头(19)和电滑环(20)。
4.如权利要求1所述的一种翻转式钻台机械手，其特征在于，所述钳头架体(3)后端设有两个连接耳板，后端的连接耳板与副臂(8)下端的连接孔铰接，所述钳头架体(3)上端也设有两个连接耳板，钳头架体(3)上端的连接耳板与短调平连杆(11)的下端连接孔铰接。
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