CN111775172A - 钻杆夹持机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻杆夹持机械手，包括：基座，设置有直线作动器组件；两个夹持臂组件，对称设置在直线作动器组件的两侧，每个夹持臂组件均包括第一工作臂、第一连杆和第二连杆，第二连杆的一端铰接于基座的一端，第二连杆的另一端铰接于第一工作臂的一端，直线作动器组件与第二连杆的一端连接并能够驱动第二连杆转动；第一连杆的一端铰接于基座的另一端，第一连杆的另一端铰接于第一工作臂的中部；第一工作臂的另一端为钻杆夹持端。本发明的有益效果是，本发明能够夹持多种尺寸的钻杆，有效减少因更换卡具造成的无效时间。

Description

钻杆夹持机械手

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井用的一种连接石油钻杆的工具，具体涉及一种钻杆夹持机械手。

背景技术

石油、天然气钻井过程中，需反复多次起下钻。钻杆、接头等工具的排放或移运过程中需要一种有效夹持钻杆的机械手。

申请号为CN201510011347的中国专利中披露了一种石油钻杆抓取推送机械手，采用对称布置的左右扩张、收缩机构夹持钻杆，可用于抓取推送较大直径范围的钻杆，但其末端采用挡板机构，强度不高，不能形成有效的夹持，仅可在特定方向推送钻杆。

申请号为CN201320719327的中国专利中披露了一种多液缸驱动钻杆机械手，用于配套海底取样设备抓取特定尺寸的钻杆。

现有技术的缺点：目前行业内披露的钻杆机械手往往仅针对特定尺寸钻杆，或仅能完成推送等简单作业，与日益复杂的现场作业要求存在较大差距。

发明内容

本发明提供了一种钻杆夹持机械手，以达到能够夹持多种尺寸钻杆的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钻杆夹持机械手，包括：基座，设置有直线作动器组件；两个夹持臂组件，对称设置在直线作动器组件的两侧，每个夹持臂组件均包括第一工作臂、第一连杆和第二连杆，第二连杆的一端铰接于基座的一端，第二连杆的另一端铰接于第一工作臂的一端，直线作动器组件与第二连杆的一端连接并能够驱动第二连杆转动；第一连杆的一端铰接于基座的另一端，第一连杆的另一端铰接于第一工作臂的中部；第一工作臂的另一端为钻杆夹持端。

进一步地，直线作动器组件包括伸缩杆，伸缩杆能够相对于基座直线移动，伸缩杆的一端设置有齿条，第二连杆的一端设置有与齿条配合的第一齿轮。

进一步地，直线作动器组件为液压直线作动器组件，基座内设置有液压空腔，液压直线作动器组件还包括活塞和油泵，活塞与伸缩杆的另一端连接并置于液压空腔内，油泵与液压空腔连通。

进一步地，液压直线作动器组件还包括端盖，盖设在液压空腔的开口处并能够封闭液压空腔。

进一步地，直线作动器组件为电机直线作动器组件，电机直线作动器组件包括驱动电机，驱动电机设置有驱动齿轮，伸缩杆的另一端设置有与驱动齿轮配合的从动齿条。

进一步地，第一工作臂的另一端呈设置有内凹圆弧侧。

进一步地，内凹圆弧侧设置有金属护垫，且金属护垫的硬度低于待加持钻杆的硬度。

进一步地，基座靠近内凹圆弧侧的一端设置有金属护垫。

进一步地，第一连杆的长度大于第二连杆的长度。

本发明的有益效果是，本发明实施例能够夹持多种尺寸的钻杆，有效减少因更换卡具造成的无效时间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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是本发明实施例夹持较小尺寸钻杆的剖视图；

图2是本发明实施例夹持较大尺寸钻杆的示意图。

图中附图标记：1、第一工作臂；2、第一钻杆；3、第一连杆；4、第二销轴；5、第二连杆；6、第三销轴；7、第四销轴；8、第一齿轮；9、第五销轴；10、第三连杆；11、第二齿轮；12、第六销轴；13、齿条；14、端盖；15、第七销轴；16、伸缩杆；17、第四连杆；18、活塞；19、第二工作臂；20、第一销轴；21、基座；22、第二钻杆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种钻杆夹持机械手，包括基座21和两个夹持臂组件。基座21设置有直线作动器组件。两个夹持臂组件对称设置在直线作动器组件的两侧，每个夹持臂组件均包括第一工作臂1、第一连杆3和第二连杆5，第二连杆5的一端铰接于基座21的一端，第二连杆5的另一端铰接于第一工作臂1的一端，直线作动器组件与第二连杆5的一端连接并能够驱动第二连杆5转动；第一连杆3的一端铰接于基座21的另一端，第一连杆3的另一端铰接于第一工作臂1的中部；第一工作臂1的另一端为钻杆夹持端。本发明实施例能够夹持多种尺寸的钻杆，有效减少因更换卡具造成的无效时间。

需要说明的是，第二连杆5的连杆长度小于第一连杆3连杆长度，当第一连杆3旋转时，第二连杆5同步运动，但第一工作臂1前端的距离基座21中心的距离将明显放大，放大倍数由四连杆结构决定。本发明实施例中所加持的钻杆为待加持钻杆，待加持钻杆包括第一钻杆2和第二钻杆22，第一钻杆2的尺寸较小，第二钻杆22的尺寸较大。本发明实施例推荐夹持待加持钻杆的尺寸为31/2吋至51/2吋。

如图1所示，第一工作臂1和第二工作臂19相对于基座21呈对称布置。第一工作臂1与第二工作臂19前端内侧设计有内凹弧线侧，在夹紧第一钻杆2过程中，第一钻杆2在侧向力作用下将逐渐向机械手中心区域靠拢，直至接触基座21前缘。第一工作臂1、第二工作臂19、基座21前缘均安装金属护垫，且金属护垫的硬度低于第一钻杆2的硬度，以避免伤害第一钻杆2。

第一工作臂1与第二工作臂19前端内侧设计有内凹弧线侧，第一工作臂1与第二工作臂19前端配合基座21端部形成的环形空间用于容纳第一钻杆2。第一工作臂1与第二工作臂19前端类似动物弯曲的脚爪。第一钻杆2抓取过程中，将在内凹结构的带动下主动向机械手中心部位靠拢，直至接触基座21，从而被牢固夹紧。以这种方式固定的第一钻杆2可水平移运，也可竖直举升，甚至可在机械手带动下做旋转运动。

基座21前端安装第一销轴20，第一连杆3的一端与第一销轴20连接，另一端通过第二销轴4与第一工作臂1连接。第一工作臂1的末端安装第三销轴6，第二连杆5的一端通过第四销轴7与基座21后端相连第二连杆5的另一端通过第三销轴6与第一工作臂1连接。那么，第一工作臂1、第一连杆3、基座21、第二连杆5共同构成四连杆结构。另一方面，第二工作臂19、第三连杆10、基座21、第四连杆17也构成四连杆机构。两个“四连杆”相对于基座21对称。

需要说明的是，第三连杆10通过第五销轴9与基座21连接，第三连杆10通过第六销轴12与第二工作臂19连接。第四连杆17通过第七销轴15与第二工作臂19连接，第四连杆17通过第一销轴20与基座21连接。

基座1内安装直线作动器，参考图1。这种安装方式可实现紧凑结构，由单一作动器同时驱动末端的两只连杆(第二连杆5和第三连杆10)，带动第一工作臂1和第二工作臂19完成夹紧、松开动作。直线作动器发生运动时，机械手处于活动状态；直线作动器锁紧后，机械手处于关闭状态。

直线作动器可以由电机配合直线导轨实现、液压泵站配合直线液缸等方式实现。直线作动器末端通过齿轮、曲轴等传动方式与连杆相连。机械手的夹紧力由直线作动器输出的轴向力决定。

以液压驱动的直线作动器为例。该作动器以基座壳体作为液压缸，内部安装活塞18、伸缩杆16(活塞杆)、端盖14，伸缩杆16末端加工齿条13，齿条13与第二连杆5和第三连杆10端部的第一齿轮8和第二齿轮11啮合。当向液压缸内通入液压油时，活塞18将带动伸缩杆16伸出、缩回。伸缩杆16伸出时，齿条13驱动第一齿轮8和第二齿轮11旋转，带动第二连杆5和第三连杆10同步旋转，第一工作臂1和第二工作臂19逐渐张开；伸缩杆16缩回时，第一工作臂1和第二工作臂19逐渐闭合。

例如在另一种实施例中，直线作动器组件为电机直线作动器组件，电机直线作动器组件包括驱动电机，驱动电机设置有驱动齿轮，伸缩杆16的另一端设置有与驱动齿轮配合的从动齿条。

夹持钻杆过程中，一般先将第一工作臂1和第二工作臂19张开到合适开口位置，将第一钻杆2包围后，再闭合第一工作臂1和第二工作臂19，通过第一工作臂1和第二工作臂19和基座21前缘将第一钻杆2牢牢固定。释放第一钻杆2时，应确保第一钻杆2准确定位并静止后，再逐渐松开第一工作臂1和第二工作臂19。需要说明的是，该机构中所有销轴的中心线与第一钻杆2的中心线平行。进一步地，图2所示为该机构夹持较大尺寸的第二钻杆22的情况，此时伸缩杆16伸出至最大极限位置。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、配合钻台机器人，能够夹持多种尺寸的钻杆，有效减少因更换卡具造成的无效时间。

2、采用成熟的四连杆机构，结构紧凑，可靠性高，便于维护。

3、夹紧钻杆时，机械手内壁至少3个点与钻具接触，保证夹持的稳定、牢固。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (9)

1.一种钻杆夹持机械手，其特征在于，包括：

基座(21)，设置有直线作动器组件；

两个夹持臂组件，对称设置在所述直线作动器组件的两侧，每个所述夹持臂组件均包括第一工作臂(1)、第一连杆(3)和第二连杆(5)，第二连杆(5)的一端铰接于基座(21)的一端，第二连杆(5)的另一端铰接于第一工作臂(1)的一端，所述直线作动器组件与第二连杆(5)的一端连接并能够驱动第二连杆(5)转动；第一连杆(3)的一端铰接于基座(21)的另一端，第一连杆(3)的另一端铰接于第一工作臂(1)的中部；第一工作臂(1)的另一端为钻杆夹持端。

2.根据权利要求1所述的钻杆夹持机械手，其特征在于，所述直线作动器组件包括伸缩杆(16)，伸缩杆(16)能够相对于基座(21)直线移动，伸缩杆(16)的一端设置有齿条(13)，第二连杆(5)的一端设置有与齿条(13)配合的第一齿轮(8)。

3.根据权利要求2所述的钻杆夹持机械手，其特征在于，所述直线作动器组件为液压直线作动器组件，基座(21)内设置有液压空腔，所述液压直线作动器组件还包括活塞(18)和油泵，活塞(18)与伸缩杆(16)的另一端连接并置于所述液压空腔内，所述油泵与所述液压空腔连通。

4.根据权利要求3所述的钻杆夹持机械手，其特征在于，所述液压直线作动器组件还包括端盖(14)，盖设在所述液压空腔的开口处并能够封闭所述液压空腔。

5.根据权利要求2所述的钻杆夹持机械手，其特征在于，所述直线作动器组件为电机直线作动器组件，所述电机直线作动器组件包括驱动电机，所述驱动电机设置有驱动齿轮，伸缩杆(16)的另一端设置有与所述驱动齿轮配合的从动齿条。

6.根据权利要求1所述的钻杆夹持机械手，其特征在于，第一工作臂(1)的另一端呈设置有内凹圆弧侧。

7.根据权利要求6所述的钻杆夹持机械手，其特征在于，所述内凹圆弧侧设置有金属护垫，且所述金属护垫的硬度低于待加持钻杆的硬度。

8.根据权利要求7所述的钻杆夹持机械手，其特征在于，基座(21)靠近所述内凹圆弧侧的一端设置有所述金属护垫。

9.根据权利要求1所述的钻杆夹持机械手，其特征在于，第一连杆(3)的长度大于第二连杆(5)的长度。

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