CN113216874B - 一种多功能管具处理结构及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能管具处理结构及装置，属于石油、天然气钻机和修井机的管具处理装置技术领域；该结构包括连接机架以及夹持装置，所述连接机架通过铰接与夹持装置装配，所述连接机架与夹持装置之间还装配有驱动机构，通过所述驱动机构可使所述夹持装置绕与所述连接机架铰接的交接点转动，以实现所述夹持装置的功能切换；本发明通过连接机架的设计有效的解决了传统夹持装置不能转动进行切换的功能单一问题，通过连接机架以及夹持装置和驱动机构的设计实现夹持装置可绕连接机架的转动，通过夹持装置的转动能够有效的实现夹持装置的功能切换，从而实现多功能的效果，提高设备利用率、减少人工辅助操作、提高工作效率。

Description

一种多功能管具处理结构及装置

技术领域

本发明涉及一种多功能管具处理结构及装置，属于石油、天然气钻机和修井机的管具处理装置技术领域。

背景技术

石油天然气钻井系统中，随着钻进的过程，使用到的管具种类和规格尺寸较多。管具在钻井作业过程中需要多次反复处理，管具处理作业主要包括：抓取、举升下放、移运、推扶、翻转等。由于管具种类和规格尺寸繁多，不同管具在被处理时的功能需求不同；或者用同一种功能的装置处理所有种类和规格的管具会导致装置尺寸过大、功率浪费等情况。

在传统的管具处理设备所配置的处理装置或只具备夹持推扶功能即处理装置只对管具进行夹持限位，不能对被夹持管具进行举升下放作业；或只具备夹持举升功能处理小范围的管具。例如常规二层台排管机的处理装置能夹持推扶较大范围的管具，但不能进行管具举升作业，举升操作交由顶驱吊卡。夹持推扶功能要求处理装置能对管具进行夹持限位，同时能释放管具沿长度方向的自由度，即管具可以在处理装置中沿长度方向自由运动。夹持举升理功能要求处理装置能对管具进行夹持，并有足够的的夹持力产生的摩擦力抵抗管具的重量，可以对管具进行举升下放操作。可见夹持推扶功能施加在设备上的载荷较小，处理范围可以较大；夹持举升功能能施加在设备上的载荷较大，处理范围可以较小。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种多功能管具处理结构及装置，将多个功能集成到一个处理装置，通过合理的姿态切换而实现功能的快速转换，使处理设备在不更换处理装置的情况下实现多功能操作，提高设备利用率、减少人工辅助操作、提高工作效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种多功能管具处理结构，包括连接机架以及夹持装置，所述连接机架通过铰接与夹持装置装配，所述连接机架与夹持装置之间还装配有驱动机构，通过所述驱动机构可使所述夹持装置绕与所述连接机架铰接的交接点转动，以实现所述夹持装置的功能切换。

进一步的，所述夹持装置包括设置于下部的导向夹持装置，设置于所述导向夹持装置上方的举升夹持装置，以及设置于所述举升夹持装置上方的推扶夹持装置。

进一步的，所述举升夹持装置与所述推扶夹持装置之间形成夹角α，在驱动机构的作用下，所述夹持装置转动的角度为α，并通过该夹角α以实现夹持装置转动后，推扶夹持装置下方不受举升夹持装置或/和导向夹持装置干扰。

进一步的，所述举升夹持装置与导向夹持装置上下设置，所述举升夹持装置与导向夹持装置在对同一个管具夹持后管具中心相同。

进一步的，所述导向夹持装置上设置有导向滚轮，所述导向滚轮的轴线与管具轴线平行以实现将管具导向到夹持装置内并固定管具位置。

进一步的，所述推扶夹持装置设置有推扶滚轮，所述推扶滚轮的轴线与管具轴线垂直。

进一步的，所述驱动机构包括伸缩缸，以及第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆的一端部铰接连接，在所述伸缩缸的作用下，可改变第一连杆和第二连杆的夹角以实现夹持装置的转动。

进一步的，所述伸缩缸的一端部铰接于所述连接支架上，所述第一连杆的一端部铰接于所述连接机架上，所述第二连杆的另一端部铰接于所述夹持装置，所述伸缩缸的另一端部、第一连杆的另一端部以及第二连杆的另一端部铰接装配。

进一步的，所述第一连杆和第二连杆之间形成夹角β；

当夹持装置处于夹持举升功能姿态时，所述夹角β接近于180°，且小于180°；

当夹持装置处于夹持推扶功能姿态时，所述夹角β大于180°。

进一步的，所述第一连杆或第二连杆上还设置有限位块以实现第一连杆和第二连杆张合角度的限制。

进一步的，所述驱动机构包括伸缩缸，所述伸缩缸的一端部铰接于连接机架，所述伸缩缸的另一端部铰接于扶持装置，在所述伸缩缸的作用下实现连接机架与扶持装置的相对转动。

一种多功能管具处理装置，包括摆动臂以及装配于所述摆动臂的上述的一种多功能管具处理结构。

进一步的，所述摆动臂包括变幅机构以及举升回转基座，所述多功能管具处理结构装配于所述变幅机构端部，所述变幅机构通过举升臂装配于举升回转基座。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的一种多功能管具处理结构及装置通过连接机架的设计有效的解决了传统夹持装置不能转动进行切换的功能单一问题，通过连接机架以及夹持装置和驱动机构的设计实现夹持装置可绕连接机架的转动，通过夹持装置的转动能够有效的实现夹持装置的功能切换，从而实现多功能的效果，提高设备利用率、减少人工辅助操作、提高工作效率。

本发明的一种多功能管具处理结构及装置通过多个夹持装置的集中设置有效的解决了传统夹持装置功能单一的问题，通过夹持装置的结构的转动实现功能的转换，在实操过程中能够采用不同功能的夹持效果，实现了举升或者扶持的效果，从而更加有效的提高设备利用率、减少人工辅助操作、提高工作效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明夹持装置的结构示意图；

图4是图3的侧视图；

图5是图1转动后呈夹持推扶功能姿态时的结构示意图；

图6是图5的侧视图；

图7是本发明多功能管具处理装置的结构示意图；

图8是本发明实施例3的结构示意图之一；

图9是本发明实施例3的结构示意图之二。

图中标记：1-连接机架、2-夹持装置、21-导向夹持装置、211-导向滚轮、22-举升夹持装置、23-推扶夹持装置、231-推扶滚轮、3-伸缩缸、4-第一连杆、5-第二连杆、6-限位块、71-变幅机构、72-举升回转基座、73-举升臂。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，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。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种多功能管具处理结构，如图1至图7 所示，包括连接机架1以及夹持装置2，所述连接机架1通过铰接与夹持装置2装配，所述连接机架1与夹持装置2之间还装配有驱动机构，通过所述驱动机构可使所述夹持装置2绕与所述连接机架1铰接的交接点转动，以实现所述夹持装置2的功能切换。

本实施例中，通过驱动机构的作用实现夹持装置2的转动，有效的解决了传统夹持装置不能转动进行切换的功能单一问题，通过连接机架以及夹持装置和驱动机构的设计实现夹持装置可绕连接机架的转动，通过夹持装置的转动能够有效的实现夹持装置的功能切换，从而实现多功能的效果，提高设备利用率、减少人工辅助操作、提高工作效率。

在上述具体结构的设计基础上，作为更加进一步的设计，在另一具体实施方式中，所述夹持装置包括设置于下部的导向夹持装置21，设置于所述导向夹持装置上方的举升夹持装置22，以及设置于所述举升夹持装置22上方的推扶夹持装置23。

在具体的结构设计中，更加具体的设计，所述举升夹持装置22与所述推扶夹持装置23之间形成夹角α，在驱动机构的作用下，所述夹持装置2转动的角度为α，并通过该夹角α以实现夹持装置2转动后，推扶夹持装置23下方不受举升夹持装置22或/和导向夹持装置21干扰。更加具体的设计，该α为45°-80°。通常的结构设计，一般采用夹角α为55°-65°。当然取优选值为60°。

在上述具体的结构设计中，所述举升夹持装置22与导向夹持装置21上下设置，所述举升夹持装置22与导向夹持装置21在对同一个管具夹持后管具中心相同。

当举升夹持的过程中，通过举升夹持装置22进行管具夹持，夹持钳牙与管具夹紧接触后产生局部变形、增大摩擦力以抵抗管具的重量。

作为更加具体的设计，在其中一具体实施方式中，所述导向夹持装置21上设置有导向滚轮211，所述导向滚轮211的轴线与管具轴线平行以实现将管具导向到夹持装置内并固定管具位置。

更加具体的，所述推扶夹持装置23设置有推扶滚轮231，所述推扶滚轮231的轴线与管具轴线垂直。

实施例2

在实施例1的设计中，作为更加具体的设计，针对驱动结构作进一步的设计，所述驱动机构包括伸缩缸3，以及第一连杆4和第二连杆5，所述第一连杆4和第二连杆5的一端部铰接连接，在所述伸缩缸3的作用下，可改变第一连杆4和第二连杆5的夹角以实现夹持装置的转动。

作为更加具体的描述，所述伸缩缸3的一端部铰接于所述连接支架1上，所述第一连杆4的一端部铰接于所述连接机架1上，所述第二连杆5的另一端部铰接于所述夹持装置2，所述伸缩缸3的另一端部、第一连杆4的另一端部以及第二连杆的另一端部铰接装配。

在上述具体结构的设计中，伸缩缸3，以及第一连杆4和第二连杆5的一端部铰接于一点，伸缩缸3位于第一连杆4和第二连杆5之间，通过伸缩缸3的驱动可以实现第一连杆4和第二连杆5铰接处的夹角的改变，又由于伸缩缸3的另一端铰接于连接支架1上，所述第一连杆4的另一端铰接于连接机架1上，所述第二连杆5铰接于夹持装置2上，从而能够有效的实现自由活动的效果，伸缩缸3的活动为伸/缩，连杆铰接点的夹角改变有效的实现夹持装置2相对于连接支架1的转动。

更加具体的设计，所述第一连杆4和第二连杆5之间形成夹角β；

当夹持装置处于夹持举升功能姿态时，所述夹角β接近于180°，且小于180°；

当夹持装置处于夹持推扶功能姿态时，所述夹角β大于180°。

作为更加具体的设计，所述第一连杆4或第二连杆5上还设置有限位块6以实现第一连杆4和第二连杆5张合角度的限制。更加具体的，所述限位块6是设置于第一连杆4上的，在夹持装置处于夹持举升功能姿态时，所述夹角β接近于180°，且小于180°时，限位块可于连接支架1匹配实现限位效果。

在结合实施例1以及实施例2的基础上，作为其功能的描述：

1、当多功能管具处理结构处于夹持举升功能姿态时，伸缩油缸3（切换油缸）处于收回状态，伸缩油缸3的一端连接到第一连杆4与第二连杆5的铰点位置。第一连杆4与第二连杆5形成一个小于但接近180°的夹角β，通过配焊或安装限位块6限制夹角β继续减小。第二连杆5的另一端铰接至夹持装置2（驱动铰点），当伸缩油缸3不动作的情况下，由于限位块6限制了β不能继续减小，夹持装置2无法沿铰点逆时针旋转。当举升夹持装置22与导向夹持装置21夹持管具后，管具重量和夹持装置2自重产生的重力矩使夹持装置2无法沿旋转铰点（连接支架1与夹持装置2的铰接点）逆时针旋转的运动趋势。由上述连杆连接特性可知，重力矩由第二连杆5将载荷转递到第一连杆4再转递到连接机架1。由于夹角β接近180°，伸缩油缸3与限位块6受力很小，非常有利于伸缩油缸3选型设计。同时提高机构的可靠性，即使伸缩油缸3出现泄露或故障，夹持装置也不会改变功能姿态，使设备在大负载工况下也安全可靠。

2、当夹持装置处于夹持推扶功能姿态时，当伸缩油缸3伸出时，夹角β开始变大，在达到180°的过程中在第一连杆4与第二连杆5的驱动作用下，夹持装置2沿旋转铰点顺时针转动。在大于180°的过程中在第一连杆4与第二连杆5的驱动作用下，夹持装置2沿旋转铰点逆时针转动，直到伸缩油缸3完全伸出。伸缩油缸3的伸缩形成满足推扶夹持装置23与举升夹持装置22布置角度α，即当伸缩油缸3完全伸出后，夹持装置2的角度刚好转动角度α，夹持装置2切换到夹持推扶功能姿态。推扶夹持装置23在夹持相同管具后，管具中心到旋转铰点的水平距离为L2与L1相同，即多功能管具处理结构在两种功能姿态对相同管具进行夹持后，管具中心位置不变，有利于设备的对管具的定位、抓取、移运控制。由于夹持推扶功能的施加在夹持装置2的载荷较小，此时作用在伸缩油缸3的作用力也非常小。

实施例3

在实施例1的基础上，针对驱动机构作为不同的设计，具体的，如图8和图9所示，所述驱动机构包括伸缩缸3，所述伸缩缸3的一端部铰接于连接机架1，所述伸缩缸3的另一端部铰接于扶持装置2，在所述伸缩缸3的作用下实现连接机架1与扶持装置2的相对转动。具体的，所述连接机架1与伸缩缸3的底座铰接，所述扶持装置2与伸缩缸3的伸缩杆铰接。

作为具体的描述，如图8所示，当伸缩缸3收回时，在伸缩缸3的驱动作用下，夹持装置2沿旋转铰点逆时针转动，直到伸缩缸3完全收回保持最小行程（S2）时，夹持装置2切换到夹持推扶功能姿态，夹持装置2转动α角度。连接机架1、伸缩缸3、夹持装置2的铰点位置以及伸缩缸3伸缩行程（S）满足夹持装置2实现角度α的转动需求。

当需求切换至夹持举升功能时，控制系统控制伸缩缸3伸出驱动夹持装置2按上述切换流程逆向动作，切换至举升夹持功能。

实施例4

一种多功能管具处理装置，包括摆动臂以及装配于所述摆动臂的实施例1以及实施例2所述的一种多功能管具处理结构。

作为具体的描述，所述摆动臂包括变幅机构71以及举升回转基座72，所述多功能管具处理结构装配于所述变幅机构71端部，所述变幅机构71通过举升臂73装配于举升回转基座72。具体的描述，该结构类似于机械臂结构，不同的是，末端设置的多功能管具处理结构其转动效果依托于上述的伸缩缸3来实现。

综上所述：

本发明的一种多功能管具处理结构及装置通过连接机架的设计有效的解决了传统夹持装置不能转动进行切换的功能单一问题，通过连接机架以及夹持装置和驱动机构的设计实现夹持装置可绕连接机架的转动，通过夹持装置的转动能够有效的实现夹持装置的功能切换，从而实现多功能的效果，提高设备利用率、减少人工辅助操作、提高工作效率。

本发明的一种多功能管具处理结构及装置通过多个夹持装置的集中设置有效的解决了传统夹持装置功能单一的问题，通过夹持装置的结构的转动实现功能的转换，在实操过程中能够采用不同功能的夹持效果，实现了举升或者扶持的效果，从而更加有效的提高设备利用率、减少人工辅助操作、提高工作效率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种多功能管具处理结构，其特征在于：包括连接机架以及夹持装置，所述连接机架通过铰接与夹持装置装配，所述连接机架与夹持装置之间还装配有驱动机构，通过所述驱动机构可使所述夹持装置绕与所述连接机架铰接的交接点转动，以实现所述夹持装置的功能切换；

所述夹持装置包括设置于下部的导向夹持装置，设置于所述导向夹持装置上方的举升夹持装置，以及设置于所述举升夹持装置上方的推扶夹持装置；

所述举升夹持装置与所述推扶夹持装置之间形成夹角α，在驱动机构的作用下，所述夹持装置转动的角度为α，并通过该夹角α以实现夹持装置转动后，推扶夹持装置下方不受举升夹持装置或/和导向夹持装置干扰，所述α的取值为45°-80°；

所述驱动机构包括伸缩缸，以及第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆的一端部铰接连接，在所述伸缩缸的作用下，可改变第一连杆和第二连杆的夹角以实现夹持装置的转动；

所述第一连杆或第二连杆上还设置有限位块以实现第一连杆和第二连杆张合角度的限制。

2.如权利要求1所述的一种多功能管具处理结构，其特征在于：所述举升夹持装置与导向夹持装置上下设置，所述举升夹持装置与导向夹持装置在对同一个管具夹持后管具中心相同。

3.如权利要求1所述的一种多功能管具处理结构，其特征在于：所述导向夹持装置上设置有导向滚轮，所述导向滚轮的轴线与管具轴线平行以实现将管具导向到夹持装置内并固定管具位置。

4.如权利要求3所述的一种多功能管具处理结构，其特征在于：所述推扶夹持装置设置有推扶滚轮，所述推扶滚轮的轴线与管具轴线垂直。

5.如权利要求1所述的一种多功能管具处理结构，其特征在于：所述伸缩缸的一端部铰接于所述连接机架上，所述第一连杆的一端部铰接于所述连接机架上，所述第二连杆的另一端部铰接于所述夹持装置，所述伸缩缸的另一端部、第一连杆的另一端部以及第二连杆的另一端部铰接装配。

6.如权利要求5所述的一种多功能管具处理结构，其特征在于：所述第一连杆和第二连杆之间形成夹角β；

当夹持装置处于夹持举升功能姿态时，所述夹角β接近于180°，且小于180°；

当夹持装置处于夹持推扶功能姿态时，所述夹角β大于180°。

7.一种多功能管具处理装置，其特征在于：包括摆动臂以及装配于所述摆动臂的权利要求1-6任一项所述的一种多功能管具处理结构。

8.如权利要求7所述的一种多功能管具处理装置，其特征在于：所述摆动臂包括变幅机构以及举升回转基座，所述多功能管具处理结构装配于所述变幅机构端部，所述变幅机构通过举升臂装配于举升回转基座。

Images