CN112627746A - 一种钻台面机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油及天然气钻探技术，具体涉及一种折叠式钻台面机械手，包括设于钻台面下方的储存箱，储存箱内设有升降组件，升降组件能够沿竖直方向在储存箱底部和钻台面之间做往复运动；升降组件上设有转动臂，转动臂沿竖直方向设置并能够沿自身轴线转动；转动臂的顶端设有伸缩臂组件，伸缩臂组件能够在驱动部驱动下相对于转动臂伸缩运动；伸缩臂组件的自由端设有钳头组件，钳头组件用于夹持管柱；转动臂、伸缩臂组件和钳头组件能够折叠为一体并随升降组件完全下降至储存箱内。本发明解决了现有钻台机械手干涉钻台人员和其他钻台设备的问题，有利于提高生产效率；本发明能够实现智能控制，对钻机智能化发展具有进步意义。

Description

一种钻台面机械手
技术领域
本发明涉及油气钻探设备技术领域，特别涉及一种折叠式钻台面机械手。
背景技术
钻台面机械手是一种常见的井口自动化设备，其安装于钻台面，模拟钻台钳工采用推扶方式移送、排放立根，可代替钻台钳工移送、排放钻杆立根与钻铤立根，实现钻台面管柱移送、排放处理自动化，可以减少钻台操作人员，降低劳动强度，轻松地处理大直径钻铤。
现有的钻台面机械手一般包括滑车机构、机械臂和管柱扶持机构；滑车安装于钻台面上，机械臂固定在滑车上，管柱扶持装置连接在机械臂前端；在需要搬运管柱的时候，滑车在钻台面上移动，带动机械臂和管柱扶机构移动到管柱位置，机械臂伸展，带动管柱扶持机构靠近管柱，夹持住管柱后进行管柱的移动。
但是，现有的钻台面机械手体积较大，需要占据较大的钻台面积，影响工人行动；且在猫道和铁钻工进行管柱处理时，钻台面机械手容易形成干涉，影响钻台作业的整体效率。
发明内容
本发明针对现有钻台面机械手占据较大的钻台面积、影响工人行动、且容易对猫道和铁钻工形成干涉、影响钻台作业整体效率的技术缺陷，提出一种折叠式钻台面机械手；本发明通过可折叠的机械结构，大幅减小钻台面机械手静止状态下的自身体积和占用钻台面积，且折叠后能够下降收纳进钻台面以下，解决了干涉钻台人员和其他钻台设备的问题，有利于提高生产效率，对钻机智能化发展具有进步意义。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种折叠式钻台面机械手，包括设于钻台面下方的储存箱，所述储存箱内设有升降组件，所述升降组件能够沿竖直方向相对于所述储存箱底部和钻台面之间做往复运动；
所述升降组件上设有转动臂，所述转动臂沿竖直方向设置并能够沿自身轴线转动；
所述转动臂的顶端设有伸缩臂组件，所述伸缩臂组件能够在驱动部驱动下相对于所述转动臂伸缩运动；
所述伸缩臂组件的自由端设有钳头组件，所述钳头组件用于夹持管柱；
所述转动臂、伸缩臂组件和钳头组件能够折叠为一体并随所述升降组件完全下降至所述储存箱内。
静止状态时，转动臂、伸缩臂组件和钳头组件折叠为一体，呈立柱状，和升降组件一起储存在钻台面下侧的储存箱内，不占用钻台面上的工作区域，也就不会干涉钻台人员和其他钻台设备的交叉作业；
需要移运管柱或扶管时，控制升降组件上升至钻台面，然后控制转动臂转至作业区域，最后控制伸缩臂组件展开，使用钳头组件夹持住管柱，再通过转动臂、伸缩臂组件和钳头组件的配合将管柱移运到目标位置；
机械手完成作业后，伸缩臂组件和钳头组件折叠进转动臂内，呈立柱状，控制升降组件下降，则整个机械手储存进钻台面下侧的储存箱内；
本发明解决了现有钻台机械手干涉钻台人员和其他钻台设备的问题，有利于提高生产效率；本发明能够实现智能控制，对钻机智能化发展具有进步意义。
作为本发明的优选方案，所述升降组件包括至少两个依次套接设置的伸缩单元，相邻所述伸缩单元沿竖向相互滑动配合，最外侧的所述伸缩单元与所述储存箱竖向滑动配合，最内侧的所述伸缩单元与所述转动臂连接。
升降组件采用两个或两个以上的伸缩单元相互套接，从而使得在机械手在同等提升高度下收缩后的整体高度更小，结构更紧凑，所占空间更少；能够缩短储层箱的高度、减小机械手高度对储存箱高度的影响，从而使储层箱的结构尺寸缩小，降低制造成本。
作为本发明的优选方案，所述储存箱上设有竖向轨道，所述升降组件通过轮组可滑动地连接所述竖向轨道。
升降组件可根据实际情况选择不同形式的机构实现升降运动；竖向轨道是常见且成熟的升降结构，其优势在于占用空间小、稳定可靠、安装维护方便、成本低；为了获得更高的稳定性，可以在储存箱相对的两个侧壁上各安装一组竖向轨道，则升降组件对应设计为架设在两组轨道之间的平板结构，该结构有利于升降组件在正常作业和升降运动中保持良好的稳定性和可控性。
作为本发明的优选方案，所述转动臂具有腔体，所述伸缩臂组件能够收纳至所述腔体中。
为了实现折叠臂的收纳功能，转动臂可以设计为多种形式来容纳收缩后的折叠臂；腔体式结构的优势在于能够为折叠臂形成保护外壳，更好地适应恶劣天气和外来物碰撞。
作为本发明的优选方案，所述转动臂为长方体结构，具有五个面板和一个开口，所述五个面板形成所述腔体。
使用五个面板形成长方体结构的腔体，这一结构的加工和装配简单、维护容易，强度能够满足钻台机械手的载荷需求，综合性能较好。
作为本发明的优选方案，所述伸缩臂组件包括大折叠臂，所述大折叠臂的一端与所述转动臂的顶部铰接，另一端通过关节和小折叠臂铰接，所述小折叠臂的自由端连接所述钳头组件。
为了实现伸缩功能，伸缩臂组件可以采用多种形式，例如单臂、双臂、多臂；相比而言，折叠臂数量越多，展开后的覆盖面积就越大，同时折叠状态下需要的空间越大、结构和控制系统越复杂、成本越高；此处根据钻台面的实际操作需求，优选双臂结构作为伸缩臂组件，在保证覆盖面积的前提下尽可能简化结构和控制难度，降低成本。
作为本发明的优选方案，所述大折叠臂和小折叠臂均为平行四边形结构。
平行四边形结构是常见的折叠机构，其力学性能优良、重量轻、控制系统简单、维修更换方便，能够较好地适应钻井现场的恶劣工况和强度要求。
作为本发明的优选方案，所述驱动部为液缸或电缸。
驱动部可以根据实际情况选择液缸、电缸、气缸或齿轮齿条等不同形式；液缸和电缸的优势在于结构简单可靠，操作方便、力学性能较好，能够较好地适应钻井现场的恶劣工况和强度要求。
作为本发明的优选方案，所述钳头组件包括安装座，所述安装座和所述小折叠臂的自由端铰接，所述安装座上设有钳头和用于驱动所述钳头开合运动的动力机构。
钳头组件用于夹持管具，其中安装座将钳头和伸缩臂组件连接在一起，钳头可以是不同的形式，应当根据实际情况选择；动力机构可以是液缸、气缸、电缸等形式。
本发明的有益效果是：本发明通过可折叠的机械结构，大幅减小静止状态下的自身体积和占用钻台面积，且折叠后能够下降收纳进钻台面以下，解决了干涉钻台人员和其他钻台设备的问题，有利于提高生产效率，对钻机智能化发展具有进步意义。
附图说明：
图1为本发明一种折叠式钻台面机械手的储存状态示意图。
图2是本发明升降组件中相邻伸缩单元的配合示意图。
图3为本发明一种折叠式钻台面机械手的工作状态示意图。
图4为实施例中折叠式钻台面机械手的结构示意图。
图5为图4中A处的结构放大图。
图6为实施例中钳头组件的结构示意图。
附图标记为：1-储存箱，11-竖向轨道，2-升降组件，21-轮组，22-伸缩单元，3-转动臂，31-腔体，4-伸缩臂组件，41-大折叠臂，42-关节，43-小折叠臂，44-驱动部，5-钳头组件，51-安装座，52-钳头，53-动力机构，6-管柱，7-钻台面。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
如图1-5所示，一种折叠式钻台面机械手，包括设于钻台面7下方的储存箱1，储存箱1的两个相对的侧壁上各设有一组竖向轨道11，升降组件2通过轮组21可滑动地连接竖向轨道11，升降组件2能够沿竖直方向在储存箱1底部和钻台面7之间做往复运动；
升降组件2包括两个依次套接设置的伸缩单元22，相邻伸缩单元22沿竖向相互滑动配合，外侧的伸缩单元22与储存箱1竖向滑动配合，内侧的伸缩单元22与转动臂3连接。
转动臂3沿竖直方向设置并能够沿自身轴线转动；转动臂3的顶端设有伸缩臂组件4，伸缩臂组件4能够在驱动部44驱动下相对于转动臂3做伸缩运动；
转动臂3为五个面板组成的长方体结构，其具有腔体31，伸缩臂组件4能够收纳至腔体31中。
伸缩臂组件4包括大折叠臂41，大折叠臂41的一端与转动臂3的顶部铰接，另一端通过关节42和小折叠臂43铰接，小折叠臂43的自由端连接钳头组件5；其中大折叠臂41和小折叠臂43均为平行四边形结构；驱动部44为液缸；
钳头组件5包括安装座51，安装座51和小折叠臂43的自由端铰接，安装座51上设有钳头52和用于驱动钳头52开合运动的动力机构53；
转动臂3、伸缩臂组件4和钳头组件5能够折叠为一体并随升降组件2完全下降至储存箱1内。
如图1-2所示，静止状态时，转动臂3、伸缩臂组件4和钳头组件5折叠为一体，呈立柱状，和升降组件2一起储存在钻台面7下侧的储存箱1内，不占用钻台面7上的工作区域，也就不会干涉钻台人员和其他钻台设备的交叉作业；
如图3所示，需要移运管柱6或扶管时，控制升降组件2上升至钻台面7，然后控制转动臂3转至作业区域，最后控制伸缩臂组件4展开，使用钳头组件5夹持住管柱6，再通过转动臂3、伸缩臂组件4和钳头组件5的配合将管柱6移运到目标位置；
机械手完成作业后，伸缩臂组件4和钳头组件5折叠进转动臂3内，呈立柱状，控制升降组件2下降，则整个机械手储存进钻台面7下方的储存箱1内；
本发明解决了现有钻台机械手干涉钻台人员和其他钻台设备的问题，有利于提高生产效率；本发明能够实现智能控制，对钻机智能化发展具有进步意义。
其中，升降组件2可根据实际情况选择不同形式的机构实现升降运动；竖向轨道11是常见且成熟的升降结构，其优势在于占用空间小、稳定可靠、安装维护方便、成本低；为了获得更高的稳定性，在储存箱1相对的两个侧壁上各安装一组竖向轨道11，则升降组件2对应设计为架设在两组竖向轨道11之间的平板结构，该结构有利于升降组件2在正常作业和升降运动中保持良好的稳定性和可控性；
升降组件2采用两个或两个以上的伸缩单元22相互套接，从而使得在机械手在同等提升高度下收缩后的整体高度更小，结构更紧凑，所占空间更少；能够缩短储层箱1的高度、减小机械手高度对储存箱1高度的影响，从而使储层箱1的结构尺寸缩小，降低制造成本。
如图4所示，为了实现折伸缩臂组件4的收纳功能，转动臂3可以设计为多种形式来容纳伸缩臂组件4；腔体式结构的优势在于能够为伸缩臂组件4形成保护外壳，更好地适应恶劣天气和外来物碰撞；本实施例中使用五个面板形成长方体结构的腔体31，这一结构的加工和装配简单、维护容易，强度能够满足钻台机械手的载荷需求，综合性能较好；
为了实现伸缩功能，伸缩臂组件4可以采用多种形式，例如单臂、双臂、多臂；相比而言，折叠臂数量越多，展开后的覆盖面积就越大，同时折叠状态下需要的空间越大、结构和控制系统越复杂、成本越高；此处根据钻台面7的实际操作需求，优选双臂结构作为伸缩臂组件4，在保证覆盖面积的前提下尽可能简化结构和控制难度，降低成本；
平行四边形结构是常见的折叠机构，其力学性能优良、重量轻、控制系统简单、维修更换方便，能够较好地适应钻井现场的恶劣工况和强度要求。
驱动部44可以根据实际情况选择液缸、电缸、气缸或齿轮齿条等不同形式；液缸的优势在于结构简单可靠，操作方便、力学性能较好，能够较好地适应钻井现场的恶劣工况和强度要求；
如图3、图6所示，钳头组件5用于夹持管柱6，其中安装座51将钳头52和伸缩臂组件4连接在一起；动力机构53驱动钳头52开合运动，从而夹持管柱6。
本发明通过可折叠的机械结构，大幅减小钻台面机械手在静止状态下的自身体积和占用钻台面积，且折叠后能够下降收纳进钻台面7以下，解决了干涉钻台人员和其他钻台设备的问题，有利于提高生产效率，对钻机智能化发展具有进步意义。
以上公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，包括设于钻台面(7)下方的储存箱(1)，所述储存箱(1)内设有升降组件(2)，所述升降组件(2)能够沿竖直方向相对于所述储存箱(1)底部和钻台面(7)之间做往复运动；
所述升降组件(2)上设有转动臂(3)，所述转动臂(3)沿竖直方向设置并能够沿自身轴线转动；
所述转动臂(3)的顶端设有伸缩臂组件(4)，所述伸缩臂组件(4)能够在驱动部(44)驱动下相对于所述转动臂(3)伸缩运动；
所述伸缩臂组件(4)的自由端设有钳头组件(5)，所述钳头组件(5)用于夹持管柱(6)；
所述转动臂(3)、伸缩臂组件(4)和钳头组件(5)能够折叠为一体并随所述升降组件(2)完全下降至所述储存箱(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，所述升降组件(2)包括至少两个依次套接设置的伸缩单元(22)，相邻所述伸缩单元(22)沿竖向相互滑动配合，最外侧的所述伸缩单元(22)与所述储存箱(1)竖向滑动配合，最内侧的所述伸缩单元(22)与所述转动臂(3)连接。
3.根据权利要求2所述的一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，所述储存箱(1)上设有竖向轨道(11)，所述升降组件(2)通过轮组(21)可滑动地连接所述竖向轨道(11)。
4.根据权利要求1所述的一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，所述转动臂(3)具有腔体(31)，所述伸缩臂组件(4)能够收纳至所述腔体(31)中。
5.根据权利要求4所述的一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，所述转动臂(3)为长方体结构，具有五个面板和一个开口，所述五个面板形成所述腔体(31)。
6.根据权利要求1所述的一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，所述伸缩臂组件(4)包括大折叠臂(41)，所述大折叠臂(41)的一端与所述转动臂(3)的顶部铰接，另一端通过关节(42)和小折叠臂(43)铰接，所述小折叠臂(43)的自由端连接所述钳头组件(5)。
7.根据权利要求6所述的一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，所述大折叠臂(41)和小折叠臂(43)均使用平行四边形结构实现折叠功能。
8.根据权利要求7所述的一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，所述驱动部(44)为液缸或电缸。
9.根据权利要求1所述的一种折叠式钻台面机械手，其特征在于，所述钳头组件(5)包括安装座(51)，所述安装座(51)和所述小折叠臂(43)的自由端铰接，所述安装座(51)上设有钳头(52)和用于驱动所述钳头(52)开合运动的动力机构(53)。
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