CN117365336A - 一种地面立式输管机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面立式输管机械手，用于夹持并输送管柱，包括底座，底座上设置有翻转回收装置、沿水平方向移动的行走装置，行走装置上铰接有翻转架，翻转架上部设置有回转装置，回转装置包括回转支撑，回转装置还包括连接在一起的液压马达和齿轮A，齿轮A与回转支撑边缘齿啮合，回转装置的回转支撑上沿竖直方向设置有导轨支架，翻转回收装置一端与底座铰接，另一端与导轨支架铰接，导轨支架两侧对应位置设置有升降液缸，升降液缸的一端固接导轨支架，升降液缸另一活动端固接起升架，起升架上设置有抓管机械手。本发明解决了现有技术中存在的钻台到地面之间传输管柱流程复杂，效率低下的问题。

Description

一种地面立式输管机械手

技术领域

本发明属于石油机械设备技术领域，涉及一种地面立式输管机械手。

背景技术

钻井过程中，钻柱需要从地面输送至钻台，常规的管柱自动化钻机普遍采用低位动力猫道两边配液压排管架，液压排管架通过液压油缸支脚伸缩，控制倾斜角度，管柱靠重力滚向猫道。动力猫道通过钢丝绳拉升式或者液缸举升式将管柱输送到钻台，顶驱吊环前倾，吊环下端的动力吊卡扣合管柱，顶驱上行，将管柱从猫道上拉成直立状态，插入到小鼠洞或井口中。甩管柱的流程与此相反。这种方法的缺点是:动力猫道从低位拉伸到钻台高位，安全风险大；管柱由平放状态转换成钻井所需的直立状态，需要的处理设备多，传输管柱流程复杂，不利于提高传输效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种地面立式输管机械手，解决了现有技术中存在的地面到钻台之间传输管柱流程复杂，效率低下的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种地面立式输管机械手，用于夹持并输送管柱，包括底座，底座上设置有翻转回收装置、沿水平方向移动的行走装置，行走装置上铰接有翻转架，翻转架上部设置有回转装置，回转装置包括回转支撑，回转装置还包括连接在一起的液压马达和齿轮A，齿轮A与回转支撑边缘齿啮合，回转装置的回转支撑上沿竖直方向设置有导轨支架，翻转回收装置一端与底座铰接，另一端与导轨支架铰接，导轨支架两侧对应位置设置有升降液缸，升降液缸的一端固接导轨支架，升降液缸另一活动端固接起升架，起升架上设置有抓管机械手。

本发明的特点还在于，

行走装置包括固定在底座上的行走支架，行走支架上沿水平方向对称设置有两条平行导轨A，一导轨A内侧设置有齿条，行走支架上设置有滑车，滑车可沿导轨A移动，滑车上设置有齿轮机构，齿轮机构包括连接在一起的伺服电动马达、直角行星齿轮减速器，直角行星齿轮减速器端头设置有齿轮B，齿轮B与齿条啮合

底座上还布置有拖链，拖链端头与行走装置连接，滑车包括车体，车体上下表面分别设置有上滚轮和下滚轮，上滚轮和下滚轮位置对应，上滚轮和下滚轮分别与导轨A的上下导轨面接触。

翻转回收装置包括翻转液缸、支撑支架和支撑液缸，翻转液缸底端与底座铰接，翻转液缸的活塞杆与导轨支架铰接，支撑支架位于翻转液缸下方，支撑支架所在方向与翻转液缸所在方向具有夹角，支撑支架一端设置有辊子，辊子呈悬臂式设置，支撑支架另一端与底座铰接，支撑液缸底端与底座铰接，支撑液缸活塞杆与支撑支架固接。

导轨支架包括由两平行的导轨B构成的敞开的门型框架，两条导轨B后部设置有若干位于两导轨B之间的横梁，横梁两端分别与两导轨B固定连接。

起升架为整体结构框架，起升架两侧设置若干滑轮，滑轮由两个滚轮组成，起升架镶入导轨支架内，滑轮的两个滚轮夹住导轨支架的两侧导轨B，且滚轮沿导轨B内部轨道移动，起升架对称连接有两升降液缸，升降液缸的一端固接导轨支架，升降液缸另一活动端固接起升架。

抓管机械手包括与起升架连接的连接座A，连接座A通过开设的三个耳孔分别连接有伸缩臂Ⅰ一端、伸缩臂II一端和电缸，电缸的活动端铰接在伸缩臂Ⅰ上，伸缩臂Ⅰ另一端、伸缩臂II另一端连接有开设四个耳孔的连接座B，连接座B通过四个耳孔分别连接有伸缩臂Ⅰ另一端、伸缩臂II另一端、伸缩臂Ⅲ一端和伸缩臂Ⅳ一端，伸缩臂Ⅰ与连接座B连接的端部设置有臂Ⅰ耳座，臂Ⅰ耳座铰接有连接耳板，连接耳板另一端与伸缩臂Ⅳ下部设置的臂Ⅳ耳座连接，伸缩臂Ⅲ另一端和伸缩臂Ⅳ另一端共同固定连接有臂Ⅲ耳座，臂Ⅲ耳座固接有夹持钳，夹持钳连接有机械手液缸，机械手液缸驱动夹持钳夹紧和张开，夹持钳端头设置有摄像头。

起升架连接有两个抓管机械手，两个抓管机械手上下分布。

底座上设置有支撑。

本发明的有益效果是：

本发明一种地面立式输管机械手，解决了现有技术中存在的从地面和钻台之间传输管柱流程复杂，不够直接，传输效率低下的问题。传输机械手从钻杆盒抓取管柱输送到小鼠洞，简化了传输流程，降低了动力猫道从低位拉升到钻台高位的安全风险，通过本地操作和司钻远程操作，实现立式输管机械手，立式钻杆盒、钻台接管装置的联动控制，整个过程达到自动化。

附图说明

图1是本发明一种地面立式输管机械手立体结构示意图；

图2是本发明一种地面立式输管机械手的卧式结构示意图；

图3是本发明一种地面立式输管机械手的主视图；

图4是本发明一种地面立式输管机械手中行走装置结构示意图；

图5是本发明一种地面立式输管机械手中滑车结构示意图；

图6是本发明一种地面立式输管机械手中翻转回收装置结构示意图；

图7是本发明一种地面立式输管机械手中抓管机械手结构示意图；

图8是本发明一种地面立式输管机械手中工作状态示意图。

图中，1.起升架，2.导轨支架，3.抓管机械手，4.管柱，5.升降液缸，6.回转装置，7.翻转架，8.行走装置，9.拖链，10.翻转回收装置，11.底座，12.滑轮，13.支撑，14.导轨A，15.齿条，16.齿轮机构，17.滑车，18.上滚轮，19.下滚轮，20.车体底板，21.侧板，22.翻转液缸，23.支撑液缸，24.辊子，25.支撑支架，26.连接座A，27.电缸，28.伸缩臂Ⅰ，29.伸缩臂II，30.伸缩臂Ⅲ，31.伸缩臂Ⅳ，32.连接座B，33.夹持钳，34.摄像头，35.控制箱。

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。

本发明一种地面立式输管机械手，用于夹持并输送管柱4，如图1-3所示，包括底座11，底座11上设置有翻转回收装置10、沿水平方向移动的行走装置8、支撑13，行走装置8上铰接有翻转架7，翻转架7上部设置有回转装置6，回转装置6包括回转支撑，回转装置6还包括连接在一起的液压马达和齿轮A，齿轮A与回转支撑边缘齿啮合，回转装置6由液压马达带动齿轮A与回转支撑齿合连接，随着回转装置6的转动带动其上的设备旋转，回转装置6的回转支撑上沿竖直方向设置有导轨支架2。翻转回收装置10一端与底座11铰接，另一端与导轨支架2铰接。导轨支架2两侧对应位置固接有升降液缸5，升降液缸5的一端固接导轨支架2，升降液缸5另一活动端固接起升架1，通过升降液缸5伸出、缩回，实现起升架1在导轨支架2的上下移动，起升架1连接有两个抓管机械手3，两个抓管机械手3上下分布。

如图4所示，行走装置8包括固定在底座11上的行走支架，行走支架底部设置有连接耳座B，底座11上与连接耳座B对应位置设置有固定耳座，连接耳座B与固定耳座通过销轴固定，行走支架上沿水平方向对称设置有两条平行导轨A14，一导轨A14内侧设置有齿条15，行走支架上设置有滑车17，滑车17可沿导轨A14移动，滑车17上设置有齿轮机构16，齿轮机构16包括连接在一起的伺服电动马达、直角行星齿轮减速器，直角行星齿轮减速器端头设置有齿轮B，齿轮B与齿条15啮合，通过齿轮B转动，实现齿轮机构16在齿条15上的移动，带动整套滑车17沿着导轨A14平面上布置的轨道滚动，实现行走。

底座11上还布置有拖链9，拖链9端头与行走装置8连接，如图5所示，滑车17包括车体，车体上下表面分别设置有四个上滚轮18和四个下滚轮19，上滚轮18和下滚轮19位置对应，上滚轮18轮轴两端分别设置有支架耳座和侧板，且上滚轮18轮轴两端分别与支架耳座和侧板21铰接，下滚轮19设置在车体底板20，下滚轮19对应位置在车体底板20上开孔，下滚轮19轮轴两端分别与设置在车体底板20上设置的底板耳座铰接，上滚轮18和下滚轮19分别与导轨A14的上下导轨面接触。

如图6所示，翻转回收装置10能使翻转架7相对行走装置8卧倒或直立，成卧倒状态时，导轨支架2与支撑13固接，整套装置满足吊装运输要求，翻转回收装置10包括翻转液缸22、支撑支架25和支撑液缸23，翻转液缸22底端与底座11铰接，翻转液缸22的活塞杆与导轨支架2铰接，通过翻转液缸22伸出、缩回使导轨支架2卧倒或直立，支撑支架25位于翻转液缸22下方，支撑支架25所在方向与翻转液缸22所在方向具有夹角，支撑支架25一端设置有辊子24，辊子24呈悬臂式设置，支撑支架25另一端与底座11铰接，翻转液缸22伸出使整套装置直立时，支撑液缸23伸出带动支架25翻转，辊子24支撑翻转液缸22，拆除翻转液缸22与导轨支架2的连接，翻转液缸22缩回实现回收，支撑液缸23底端与底座铰接，支撑液缸23活塞杆与支撑支架25铰接。

导轨支架2为前部敞开的门型框架，包括两条平行的C型钢导轨B，C型钢导轨B内部布置有方钢管式的轨道，前部敞开，后部设置有若干位于两导轨B之间的横梁，横梁将两侧的C型钢导轨B连接成整体框架。

起升架1为整体结构框架，两侧设置若干滑轮12，滑轮12由两个滚轮组成，起升架1镶入导轨支架2内，滑轮12的两个滚轮夹住导轨支架2的两侧C型钢导轨B，且滚轮沿导轨B内部方钢管式轨道移动，起升架1对称连接有两升降液缸5，升降液缸5的一端固接导轨支架2，升降液缸5另一活动端固接起升架1，通过升降液缸5伸出、缩回，实现起升架1在导轨支架2内部的上下移动。

如图7所示，抓管机械手3包括与起升架1连接的连接座A26，连接座A26通过开设的三个耳孔分别连接有伸缩臂Ⅰ28一端、伸缩臂II29一端和电缸27，电缸27的活动端铰接在伸缩臂Ⅰ28上，伸缩臂Ⅰ28另一端、伸缩臂II29另一端连接有开设四个耳孔的连接座B 32，连接座B 32通过四个耳孔分别连接有伸缩臂Ⅰ28另一端、伸缩臂II29另一端、伸缩臂Ⅲ30一端和伸缩臂Ⅳ31一端，伸缩臂Ⅰ28与连接座B 32连接的端部设置有臂Ⅰ耳座，臂Ⅰ耳座铰接有连接耳板，连接耳板另一端与伸缩臂Ⅳ31下部设置的臂Ⅳ耳座连接。电缸27伸出带动伸缩臂Ⅰ28、伸缩臂II 29和连接座B 32抬起，伸缩臂Ⅲ30和伸缩臂Ⅳ31相对伸缩臂Ⅰ28、伸缩臂II29分开一定角度，实现折叠臂的伸出；电缸27缩回，伸缩臂Ⅰ28、伸缩臂II 29和连接座B 32相对连接座A26垂直时，伸缩臂Ⅰ28和伸缩臂Ⅳ31之间连接耳板带动伸缩臂Ⅲ30和伸缩臂Ⅳ31折叠缩回，实现折叠臂的缩回。伸缩臂Ⅲ30另一端和伸缩臂Ⅳ31另一端共同固定连接有臂Ⅲ耳座，臂Ⅲ耳座固接有夹持钳33，夹持钳33连接有机械手液缸，机械手液缸驱动夹持钳33夹紧和张开，夹持钳33端头设置有摄像头34，通过夹持钳33夹紧力和摄像头34的图像反馈，确保夹持钳33夹持管柱4的到位，提高安全。

本发明一种地面立式输管机械手，还包括控制箱35，控制箱35分别连接升降液缸5、回转装置6、电缸27、夹持钳33、齿轮机构16、翻转液缸22、支撑液缸23、控制箱35，除了翻转液缸22、支撑液缸23的管线外，其它管线布置在拖链9内，用于控制整套设备运行，通过将控制信号传输到司钻操作台处实现远程控制。

本发明一种地面立式输管机械手的工作过程具体如下：

如图8所示，本发明的整套装置沿着井口中心线布置在底座正前侧，底座前端两侧布置着若干立式钻杆盒。在整套装置呈卧倒状态时，翻转液缸22伸出带动导轨支架2成直立状态，连接好翻转架7与滑车17一端的连接销轴，支撑液缸23伸出带动支撑支架25翻转，辊子24支撑翻转液缸22，拆除翻转液缸22与导轨支架2的连接，翻转液缸22缩回实现液缸回收。

滑车17带动整套装置在导轨A14上移动，通过回转装置6带动整套装置旋转，电缸27伸出带动折叠臂伸出，夹持钳33从两侧钻杆盒中抓取管柱4，通过夹持钳33夹紧力和摄像头34的图像反馈确保管柱4抓取到位，折叠臂缩回。然后回转装置6带动整套装置朝向井口，折叠臂伸出将管柱4输送到底座上的小鼠洞处。为适应不同底座高度，通过升降液缸5伸出带动起升架1在导轨支架2上移动。

钻井作业结束，抓管机械手3从钻台处抓取拆卸成单根的管柱4输送到立式钻杆盒中。作业结束，滑车17移动到初始位置，支撑翻转液缸22伸出与导轨支架2连接，拆除翻转架7与滑车17一端的连接销轴，翻转液缸22缩回，使整套装置成卧倒状态，导轨支架2与支撑13固接。整套装置做为整体运输单元。

本发明一种地面立式输管机械手，解决了现有技术中存在的从地面和钻台之间传输管柱流程复杂，不够直接，传输效率低下的问题。传输机械手从钻杆盒抓取管柱输送到小鼠洞，简化了传输流程，降低了动力猫道从低位拉升到钻台高位的安全风险，通过本地操作和司钻远程操作，实现立式输管机械手，立式钻杆盒、钻台接管装置的联动控制，整个过程达到自动化。

Claims (9)

1.一种地面立式输管机械手，用于夹持并输送管柱(4)，其特征在于，包括底座(11)，所述底座(11)上设置有翻转回收装置(10)、沿水平方向移动的行走装置(8)，所述行走装置(8)上铰接有翻转架(7)，所述翻转架(7)上部设置有回转装置(6)，所述回转装置(6)包括回转支撑，所述回转装置(6)还包括连接在一起的液压马达和齿轮A，所述齿轮A与回转支撑边缘齿啮合，所述回转装置(6)的回转支撑上沿竖直方向设置有导轨支架(2)，所述翻转回收装置(10)一端与底座(11)铰接，另一端与导轨支架(2)铰接，所述导轨支架(2)两侧对应位置设置有升降液缸(5)，所述升降液缸(5)的一端固接导轨支架(2)，所述升降液缸(5)另一活动端固接起升架(1)，所述起升架(1)上设置有抓管机械手(3)。

2.根据权利要求1所述的一种地面立式输管机械手，其特征在于，所述行走装置(8)包括固定在底座(11)上的行走支架，所述行走支架上沿水平方向对称设置有两条平行导轨A(14)，一所述导轨A(14)内侧设置有齿条(15)，所述行走支架上设置有滑车(17)，所述滑车(17)可沿导轨A(14)移动，所述滑车(17)上设置有齿轮机构(16)，所述齿轮机构(16)包括连接在一起的伺服电动马达、直角行星齿轮减速器，所述直角行星齿轮减速器端头设置有齿轮B，所述齿轮B与齿条(15)啮合。

3.根据权利要求1或2所述的一种地面立式输管机械手，其特征在于，所述底座(11)上还布置有拖链(9)，所述拖链(9)端头与行走装置(8)连接，所述滑车(17)包括车体，所述车体上下表面分别设置有上滚轮(18)和下滚轮(19)，所述上滚轮(18)和下滚轮(19)位置对应，所述上滚轮(18)和下滚轮(19)分别与导轨A(14)的上下导轨面接触。

4.根据权利要求1所述的一种地面立式输管机械手，其特征在于，所述翻转回收装置(10)包括翻转液缸(22)、支撑支架(25)和支撑液缸(23)，所述翻转液缸(22)底端与底座(11)铰接，所述翻转液缸(22)的活塞杆与导轨支架(2)铰接，所述支撑支架(25)位于翻转液缸(22)下方，所述支撑支架(25)所在方向与翻转液缸(22)所在方向具有夹角，所述支撑液缸(23)底端与底座铰接，所述支撑液缸(23)底端与底座铰接，所述支撑液缸(23)活塞杆与支撑支架(25)固接。

5.根据权利要求1所述的一种地面立式输管机械手，其特征在于，所述导轨支架(2)包括由两平行的导轨B构成的敞开的门型框架，两条所述导轨B后部设置有若干位于两导轨B之间的横梁，所述横梁两端分别与两导轨B固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种地面立式输管机械手，其特征在于，所述起升架(1)为整体结构框架，所述起升架(1)两侧设置若干滑轮(12)，所述滑轮(12)由两个滚轮组成，所述起升架(1)镶入导轨支架(2)内，所述滑轮(12)的两个滚轮夹住导轨支架(2)的两侧导轨B，且滚轮沿导轨B内部轨道移动，所述起升架(1)对称连接有两升降液缸(5)，所述升降液缸(5)的一端固接导轨支架(2)，所述升降液缸(5)另一活动端固接起升架(1)。

7.根据权利要求1所述的一种地面立式输管机械手，其特征在于，所述抓管机械手(3)包括与起升架(1)连接的连接座A(26)，所述连接座A(26)通过开设的三个耳孔分别连接有伸缩臂Ⅰ(28)一端、伸缩臂II(29)一端和电缸(27)，所述电缸(27)的活动端铰接在伸缩臂Ⅰ(28)上，所述伸缩臂Ⅰ(28)另一端、伸缩臂II(29)另一端连接有开设四个耳孔的连接座B(32)，所述连接座B(32)通过四个耳孔分别连接有伸缩臂Ⅰ(28)另一端、伸缩臂II(29)另一端、伸缩臂Ⅲ(30)一端和伸缩臂Ⅳ(31)一端，所述伸缩臂Ⅰ(28)与连接座B(32)连接的端部设置有臂Ⅰ耳座，所述臂Ⅰ耳座铰接有连接耳板，所述连接耳板另一端与伸缩臂Ⅳ(31)下部设置的臂Ⅳ耳座连接，所述伸缩臂Ⅲ(30)另一端和伸缩臂Ⅳ(31)另一端共同固定连接有臂Ⅲ耳座，所述臂Ⅲ耳座固接有夹持钳(33)，所述夹持钳(33)连接有机械手液缸，机械手液缸驱动夹持钳(33)夹紧和张开，夹持钳(33)端头设置有摄像头(34)。

8.根据权利要求1所述的一种地面立式输管机械手，其特征在于，所述起升架(1)连接有两个抓管机械手(3)，两个所述抓管机械手(3)上下分布。

9.根据权利要求1所述的一种地面立式输管机械手，其特征在于，所述底座(11)上设置有支撑(13)。