CN113153183B - 一种举升机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻修井机技术领域，特别涉及一种举升机械手，包括：基座、举升臂和伸缩机构，所述举升臂靠近底部的一侧与所述基座铰接，所述伸缩机构一端与所述基座铰接，另一端与所述举升臂铰接，所述举升臂的侧面上设置有管具夹持器，所述管具夹持器上设置有夹持间隙，所述伸缩机构能够带动所述举升臂转动靠近所述基座，使所述夹持间隙卡持设置在所述基座上的杆体，通过伸缩机构带动举升臂转动，使设置在举升臂上的管具夹持器夹持设置在基座上的杆体，结构简单，且使杆体在从水平状态至竖直状态移运过程中运动轨迹受到举升臂的限制，容易控制，减少杆体移运过程的安全风险。

Description

一种举升机械手

技术领域

本发明涉及石油钻修井机技术领域，特别涉及一种举升机械手。

背景技术

在油气开发过程中，钻修井用的长杆状管具或钻具（不限于钻杆、钻铤、套管、油管以及钻杆立根、钻铤立根、套管立根、油管立根等钻修井用管类管具）长度较长、重量较重，以钻杆为例，其一般由拖车运输至井场，钻杆在拖车中采用码垛或排放的方式摆放，拖车运输至井场的钻杆使用吊车放置在钻杆架上，使用时，需要通过人力或液压动力移运至机械猫道或动力猫道上，辅助气动绞车，经人工操作和钻台辅助绞车配合，将钻杆从水平状态改变为竖直状态，再移送至钻台，使用结束后的钻杆，以同样的步骤逆向操作，实现从钻台到钻杆架再到拖车的过程。

但是，无论是人工还是液压动力的移运过程，钻杆通过猫道转移的过程中均会出现不可控制不可预知的滚动，钻杆经常偏离安全可操作路径，需要人为调节干预，无法实现移运过程的全自动化，且，钻杆在从水平状态改变为竖直状态的过程中，无法控制其运动的轨迹，易引起钻杆从高空坠落造成人员伤亡或设备损坏的风险。

所以，目前亟需要一种技术方案，以解决现有长杆状管具或钻具从水平状态至竖直状态的移运过程无法实现全自动化，易造成安全风险的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有长杆状管具或钻具从水平状态至竖直状态的移运过程无法实现全自动化，易造成安全风险的技术问题，提供了一种举升机械手。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种举升机械手，包括：基座、举升臂和伸缩机构，所述举升臂靠近底部的一侧与所述基座铰接，所述伸缩机构一端与所述基座铰接，另一端与所述举升臂铰接，所述举升臂的侧面上设置有管具夹持器，所述管具夹持器上设置有夹持间隙，所述伸缩机构能够带动所述举升臂转动靠近和/或远离所述基座，使所述夹持间隙卡持移动设置在所述基座上的杆体。

本发明的一种举升机械手，所述夹持间隙沿举升臂长度方向延伸，通过伸缩机构带动举升臂转动，使设置在举升臂上的管具夹持器夹持移动设置在基座上的杆体，结构简单，且使杆体在水平状态和竖直状态之间切换的移运过程中运动轨迹受到举升臂的限制，容易控制，减少杆体移运过程的安全风险。

作为本发明的优选方案，所述管具夹持器包括相向设置的两个夹持块，每一个所述夹持块包括夹持板，所述夹持板上设置有夹持缺口，相向设置的两个所述夹持缺口组合形成所述夹持间隙。该夹持间隙的结构与杆体外形适配，能够保证管具夹持器与杆体的稳定卡持连接，保证杆体移运过程中的运动轨迹稳定性，同时，能够通过调整两个夹持块之间的距离，改变夹持间隙的宽度，使所述管具夹持器能够适应于不同尺寸的杆体移运，适应性更好。

作为本发明的优选方案，每一个所述夹持块包括转轴，所述转轴连接有驱动装置，所述转轴上设置两个以上所述夹持板，沿转轴的周向，所述夹持缺口面积逐渐增大或逐渐减小。多个夹持板的设置使所述管具夹持器能够根据杆体的尺寸适应性的调整形成的夹持间隙的大小，实现对不同尺寸杆体的夹持移运。

作为本发明的优选方案，所述举升臂上设置有用于安装所述转轴的连接座。

作为本发明的优选方案，所述举升臂包括大臂和与所述大臂沿长度方向滑动连接的小臂，所述大臂和小臂之间设置有伸缩机构，所述大臂和所述小臂上分别设置有所述管具夹持器。滑动设置的大臂和小臂使所述举升臂能够根据杆体的实际长度进行调整，实现对不同长度和不同径向尺寸的杆体的稳定夹持移运，适应范围较广，同时，大臂和小臂上的管具夹持器的设置，实现对单根杆体的两个夹持位置的限定，进一步保证对杆体的稳定夹持移运，另外，通过伸缩机构调整举升臂的长度，使得能够通过伸缩机构带动杆体沿举升臂长度方向相对举升臂移动，实现将杆体移入和/或移出所述夹持间隙的过程，使该举升机械手不仅具有将杆体在水平状态和竖直状态之间切换的移运功能，还具有沿举升臂长度方向输送移运杆体的功能。

作为本发明的优选方案，所述大臂包括平行设置的至少两根臂杆，所述夹持间隙位于相邻两根所述臂杆之间，相邻两根所述臂杆之间设置有连接块，所述连接块与所述大臂顶端之间形成有U型槽。两根臂杆的设置使得举升臂整体结构更稳定，同时，在大臂顶端形成的U型槽，所述U型槽能够作为将杆体从举升臂中取出的通道，有利于减少取出杆体的时间，提高杆体移运的效率。

作为本发明的优选方案，所述举升臂上设置有支撑板，所述支撑板位于所述夹持间隙的延伸方向上，所述支撑板上设置有缓冲机构一。所述支撑板用于托举杆体底端，避免杆体沿夹持间隙移动，减少杆体跌落的安全风险，所述缓冲机构一用于减少杆体沿夹持间隙跌落造成的冲击。

作为本发明的优选方案，所述支撑板连接有微调装置，所述微调装置用于带动所述支撑板移动。使所述支撑板能够与杆体底部更贴合，实现对杆体底部的稳定支撑。

作为本发明的优选方案，所述微调装置包括导向机构，所述导向机构用于限定所述支撑板沿所述举升臂长度方向移动。

作为本发明的优选方案，所述基座上设置有支撑架，所述支撑架顶部设置有缓冲机构二。所述支撑架用于支撑处于水平状态的举升臂，有利于避免管具夹持器撞击基座，实现该举升机械手在运输过程中的放置平稳。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、通过伸缩机构带动举升臂转动，使设置在举升臂上的管具夹持器夹持设置在基座上的杆体，结构简单，且使杆体在水平状态和竖直状态之间切换的移运过程中运动轨迹受到举升臂的限制，容易控制，减少杆体移运过程的安全风险；

2、多个夹持板的设置使所述管具夹持器在能够根据杆体的尺寸适应性的调整形成的夹持间隙的大小，以适应于多种尺寸杆体的夹持移运；

3、滑动设置的大臂和小臂使所述举升臂能够根据杆体的实际长度进行调整，保证对杆体的稳定夹持移运，同时，大臂和小臂上的管具夹持器的设置，实现对单根杆体的两个夹持位置的限定，进一步保证对杆体的稳定夹持移运，另外，通过伸缩机构调整举升臂的长度，使得能够通过伸缩机构带动杆体沿举升臂长度方向相对举升臂移动，实现杆体移入和/或移出所述夹持间隙过程的机械化，使该举升机械手不仅具有将杆体在水平状态移和竖直状态之间切换的移运功能，还具有将杆体沿举升臂长度方向输送移运的功能；

4、两根臂杆的设置使得举升臂整体结构更稳定，同时，在大臂顶端形成的U型槽，所述U型槽能够作为将杆体从举升臂中取出的通道，有利于减少取出杆体的时间，提高杆体移运的效率。

附图说明

图1是本发明的一种举升机械手（举升臂竖直状态）的结构示意图。

图2是本发明的一种举升机械手（举升臂水平状态）的结构示意图。

图3是本发明中所述举升臂的结构示意图。

图4是图3中A处的局部放大结构示意图。

图5是本发明中所述举升臂的爆炸结构示意图。

图6是本发明中所述大臂的结构示意图。

图7是本发明中所述小臂的结构示意图。

图8是本发明中所述夹持块的结构示意图。

图9是本发明中所述微调装置的结构示意图。

图10是实施例1中所述支撑架的结构示意图。

图标：1-基座，2-举升臂，21-大臂，211-臂杆，22-小臂，3-伸缩机构，4-管具夹持器，41-夹持块，42-夹持板，43-夹持缺口，44-转轴，5-连接座，6-连接块，7-U型槽，8-支撑板，81-缓冲机构一，9-微调装置，91-导向机构，92-滑座，10-缓冲机构二，20-支撑架。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-图10所示，一种举升机械手，包括：基座1、举升臂2和伸缩机构3，所述举升臂2靠近底部的一侧与所述基座1铰接，所述伸缩机构3一端与所述基座1铰接，另一端与所述举升臂2铰接，所述举升臂2的侧面上设置有管具夹持器4，所述管具夹持器4上设置有夹持间隙，所述夹持间隙沿举升臂2长度方向延伸，所述伸缩机构3能够带动所述举升臂2转动靠近和/或远离所述基座1，使所述夹持间隙卡持移运设置在所述基座1上的杆体。

所述管具夹持器4包括相向设置的两个夹持块41，每一个所述夹持块41包括转轴44和两个以上夹持板42，所述转轴44的轴线与举升臂2长度方向垂直，所述转轴44连接有用于驱动转轴44转动的驱动装置，每一个所述夹持板42上设置有夹持缺口43，同一夹持块41上的相邻两夹持缺口43尺寸不相同，且沿转轴44周向逐渐减小或逐渐增大，相向设置的两个所述夹持缺口43组合形成所述夹持间隙。

具体的，所述伸缩机构包括伸缩液缸、伸缩气缸或伸缩电动缸中的任一种，本实施例所述伸缩机构3优选为伸缩油缸，所述驱动装置优选为马达或电机，所述基座1为钢构件框架结构件或水泥墩台或其他能够与举升臂2铰接固定的基础。

具体的，所述转轴44上设置五个夹持板42，每一个所述夹持板42与所述转轴44的中轴线共面设置，且所有所述夹持板42在所述转轴44的中轴线方向形成扇形投影面，所述扇形投影面的内角范围为90°-270°，优选为180°，每一个夹持板42上均设置有夹持缺口43，五个夹持板42上的夹持缺口43面积沿所述转轴44的周向逐渐增大或逐渐减小，能够通过转动转轴44，使不同面积的夹持缺口相对组合形成夹持间隙，改变形成的夹持间隙的大小，不仅能够实现夹持间隙与杆体尺寸自动适应配合的功能，而且能够实现管具夹持器4开合控制的功能，当转轴44转动至夹持缺口43相对连通时，形成夹持间隙，管具夹持器4处于闭合状态，当转轴44转动至无夹持缺口43相对连通时，管具夹持器4处于开启状态。

具体的，所述举升臂2上设置的管具夹持器4的数量可根据实际需要进行调整。

优选的，所述举升臂2上设置钢板折弯的方框型构件作为用于安装所述转轴44的连接座5。

该结构的举升机械手使用时，通过伸缩油缸带动举升臂2在水平状态和竖直状态之间转换，当管具夹持器4接触待夹持杆体时，伸缩油缸继续转动，杆体挤压夹持板42，推动转轴44转动，使管具夹持器4能够自适应杆体外径大小，选择与杆体外径适配的夹持缺口43组合形成适宜大小的夹持间隙，驱动装置再继续转动转轴44，使夹持间隙与杆体稳定卡持，实现管具夹持器4对杆体的稳定夹持，使该举升机械手能够不受杆体外壁异型结构影响，不受杆体水平或竖直或斜放状态的影响，结构简单，使用效果较好，使杆体在水平状态和竖直状态的切换移运过程中运动轨迹受到举升臂2的限制，容易控制，减少杆体移运过程的安全风险。

优选的，所述基座1上设置有支撑架20，所述支撑架20顶部设置有缓冲机构二10。所述支撑架20用于支撑处于水平状态的举升臂2，起到在举升机械手运输时或管具处理系统长时间停机时的支撑作用，有利于避免管具夹持器4撞击基座1，保证该举升机械手在运输过程中或停机状态下的稳定性和安全性。

实施例2

如图1-图10所示，本实施例的一种举升机械手，结构与实施例1相同，区别在于：所述举升臂2包括大臂21和与所述大臂21沿长度方向滑动连接的小臂22，所述大臂21和小臂22之间设置有伸缩机构3，所述大臂21和所述小臂22上分别设置有所述管具夹持器4，所述大臂21和所述小臂22上管具夹持器4的数量可根据实际需要进行调整。

具体的，所述伸缩机构3优选为伸缩油缸，所述大臂21为空心管状，所述小臂22至少部分滑动设置在所述大臂21内。

本实施例的一种举升机械手，使用时，通过伸缩油缸调整由大臂21和小臂22组成的举升臂2的总长度，改变设置在其上的两个管具夹持器4之间的间距，实现举升臂2对不同长度杆体的稳定夹持，同时，设置在大臂21和小臂22之间的伸缩油缸，还能作为沿举升臂2长度方向移动杆体的动力源，配合用于驱动转轴44转动的驱动装置，实现将杆体移入和/或移出夹持间隙的过程，使该举升机械手不仅具有将杆体在水平状态和竖直状态之间切换的转向功能，还具有沿举升臂2长度方向移运杆体的输送移运功能。

优选的，所述大臂21包括平行设置的两根臂杆211，组成所述管具夹持器4的两个夹持块41相向设置在所述臂杆211上，使所述夹持间隙位于两根所述臂杆211之间，相邻两根所述臂杆211之间设置有连接块6，在所述连接块6与所述大臂21顶端之间形成U型槽7，每一根所述臂杆211内滑动设置一小臂22，每一小臂22底端与伸缩油缸顶端连接，伸缩油缸底端与设置在大臂21上的安装位连接，该伸缩油缸动作时，在大臂21顶端形成的U型槽7深度适应性改变，为杆体从举升臂2中取出提供通道，使杆体需要从举升机械手中被提升后进行水平方向移送时，只需要使杆体底端提升至高于所述U型槽7的底部，而无需使杆体底端高于小臂22顶端，就可以使杆体移出举升臂2的夹持范围，达到减小移运时间，提高效率的有益效果。

实施例3

如图1-图10所示，本实施例的一种举升机械手，结构与实施例1和实施例2相同，区别在于：所述举升臂2上设置有支撑板8，所述支撑板8位于夹持间隙的延伸方向上，所述支撑板8上设置有缓冲机构一81并连接有微调装置9，所述微调装置9用于带动支撑板8移动。

本实施例的一种举升机械手，在夹持间隙的延伸方向上设置支撑板8，用于托举夹持间隙内被夹持的杆体的底部，避免杆体在移运过程中沿夹持间隙滑落，微调装置9包括与支撑板8连接的伸缩机构3，伸缩机构3用于带动支撑板8沿所述举升臂2的长度方向移动，使支撑板8能够更好的贴合被夹持的杆体的底部，对杆体起到良好的托举作用。

具体的，所述伸缩机构3包括伸缩液缸、伸缩气缸或伸缩电动缸中的任一种，本实施例所述伸缩机构3优选为伸缩油缸，且设置在靠近举升臂2与基座1铰接的一侧，位于组成大臂21的两臂杆211之间。

优选的，微调装置9还包括导向机构91，所述导向机构91用于限定支撑板8沿举升臂2长度方向移动。

具体的，所述导向机构91包括板状结构件和设置在支撑板8上的多个滑座92，板状结构件位于相邻两根臂杆211之间，多个滑座92卡持在该板状结构件上，并能够沿举升臂2的长度方向与该板状结构件滑动连接，支撑板8上设置有与伸缩油缸铰接的连接位，使通过伸缩油缸带动支撑板8沿举升臂2的长度方向移动，抵靠在被管具夹持器4所夹持的杆体的底部。

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 (8)

1.一种举升机械手，其特征在于，包括：基座（1）、举升臂（2）和伸缩机构（3），所述举升臂（2）靠近底部的一侧与所述基座（1）铰接，所述伸缩机构（3）一端与所述基座（1）铰接，另一端与所述举升臂（2）铰接，所述举升臂（2）包括大臂（21）和与所述大臂（21）沿长度方向滑动连接的小臂（22），所述举升臂（2）的侧面上设置有管具夹持器（4），所述管具夹持器（4）上设置有夹持间隙，所述夹持间隙沿举升臂（2）长度方向延伸，所述管具夹持器（4）包括相向设置的两个夹持块（41），每一个所述夹持块（41）包括转轴（44），所述转轴（44）上设置两个以上夹持板（42），所述转轴（44）连接有驱动装置，所述夹持板（42）上设置有夹持缺口（43），相向设置的两个所述夹持缺口（43）组合形成所述夹持间隙，沿转轴（44）的周向，所述夹持缺口（43）面积逐渐增大或逐渐减小，所述伸缩机构（3）能够带动所述举升臂（2）转动靠近和/或远离所述基座（1），使所述夹持间隙卡持移动设置在所述基座（1）上的杆体。

2.如权利要求1所述的一种举升机械手，其特征在于，所述举升臂（2）上设置有用于安装所述转轴（44）的连接座（5）。

3.如权利要求1所述的一种举升机械手，其特征在于，所述大臂（21）和小臂（22）之间设置有伸缩机构（3），所述大臂（21）和所述小臂（22）上分别设置有所述管具夹持器（4）。

4.如权利要求3所述的一种举升机械手，其特征在于，所述大臂（21）包括平行设置的至少两根臂杆（211），相邻两根所述臂杆（211）之间设置有连接块（6），所述连接块（6）与所述大臂（21）顶端之间形成有U型槽（7）。

5.如权利要求1所述的一种举升机械手，其特征在于，所述举升臂（2）上设置有支撑板（8），所述支撑板（8）位于所述夹持间隙的延伸方向上，所述支撑板（8）上设置有缓冲机构一（81）。

6.如权利要求5所述的一种举升机械手，其特征在于，所述支撑板（8）连接有微调装置（9），所述微调装置（9）用于带动所述支撑板（8）移动。

7.如权利要求6所述的一种举升机械手，其特征在于，所述微调装置（9）包括导向机构（91），所述导向机构（91）用于限定所述支撑板（8）沿所述举升臂（2）长度方向移动。

8.如权利要求1-7任意一项所述的一种举升机械手，其特征在于，所述基座（1）上设置有支撑架（20），所述支撑架（20）顶部设置有缓冲机构二（10）。

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