CN209244532U - 一种二层台排管机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二层台排管机械手，包括动力二层台、机械臂、安装架、直线驱动机构、夹爪、基座、旋转驱动机构、旋转台和夹爪座，该装置通过直线驱动机构实现机械臂在二层台上的水平移动，通过旋转驱动机构实现机械臂±90°的旋转；通过机械臂内铰接点构成的平行四边形关系及连接板联动设置，实现夹爪水平运动；动力二层台指梁上设置有橡胶块及挡销，实现管柱的分离并防止管柱脱出。夹爪臂里的挡板装置，可以更好的卡紧管柱。安装架通过销连接装置与动力二层台连接，安装快捷方便，并在安装架内部设置定位块，实现机械手在安装架内运输时的稳定性。

Description

一种二层台排管机械手

技术领域

本实用新型涉及石油装备技术领域，具体涉及的是一种二层台排管机械手。

背景技术

在石油钻采行业中，经常需要循环使用多种钻具，套管等管柱件。在传统的过程中，进行升降各种管柱件时，需要吊车将其吊起，然后由井架工在二层台上对每一柱钻具进行排列，排入指梁中；并且需要多名操作人员辅助，浪费人力，工作效率低下。而且工作危险性很高，工作环境恶劣。

针对以上问题，为了方便对这些管柱件取拿、调用，有必要提供一种可以对钻具、套管等管柱件进行放置并方便调用的排管机械装置，代替以往的人力，加快工作效率，减少危险隐患。

中国专利201620518893.3为一种二层台智能排管系统，其机械臂采用了双油缸联动控制，机械臂的水平运动是靠传感器不断检测和调节油缸来实现，结构和控制复杂；其指梁锁紧机构采用旋转气缸、联轴器、轴承座联动挡板实现指梁开口端的锁紧，连接方式繁琐、成本较高、后期维护复杂。中国专利201720679457.9为钻机自动排管机构，其机械手采用气缸带动，通过齿轮啮合进行卡紧，且卡口处没有自动挡板装置，不能起到完全锁紧管柱体的作用。

鉴于以上自动排管装置存在的问题，本发明采用一种控制简单，夹持性能安全高效、组装快捷、与国内二层台适应性好、后期维护性好的二层台排管机械装置。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种二层台排管机械手，通过直线驱动机构实现机械臂在二层台上的水平移动；通过旋转驱动机构实现机械臂±90°的旋转；通过第一平行四边形、第二平行四边形及连接板实现夹爪始终保持水平状态；通过二层台指梁上的橡胶块及挡销，实现管柱的分离并防止管柱脱出。通过夹爪臂里的挡板装置，更好的卡紧管柱，防止其脱落，为了实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种二层台排管机械手，包括动力二层台、机械臂、安装架、直线驱动机构、夹爪、基座、旋转驱动机构、旋转台和夹爪座；所述基座安装于动力二层台下方并通过直线驱动机构与动力二层台连接；所述旋转台转动的安装于基座下方并通过旋转驱动机构实现相对于基座的旋转；所述机械臂一端与旋转台固定连接，另一端与夹爪座固定连接；所述夹爪水平安装于夹爪座上；所述安装架位于动力二层台右下方并通过销连接装置连接。

上述方案基础上，动力二层台上直线驱动机构的两边对称安装有间距大小一致的若干排指梁；所述指梁靠近机械臂的一端均安装有挡销；所述挡销包括档杆、连接块、U型块和气缸，所述气缸固定于指梁上；所述U型块端与气缸活塞杆自由端相铰接，另一端与连接块相铰接；所述连接块与档杆相铰接。挡销利用气缸及杠杆联动机构实现了档杆的打开与闭合，有效防止管柱的脱出，降低了存在的风险。

上述方案基础上，所述动力二层台上指梁最外侧的一端梁体结构，由若干独立挡销纵向排列组成。操作人员可根据管柱件尺寸将其放置于相应梁体中。一般钻杆放置于指梁中；钻铤和尺寸较大的管具置放于由若干独立挡销纵向排列组成的梁体中，并由单独的挡销对每个部件进行分隔。

上述方案基础上，所述指梁上安装有平均分布的橡胶块。橡胶块将每个管柱件单独分离，在管柱件置放和存取的过程中，减少相应风险。

上述方案基础上，所述机械臂由固定座、后臂连杆、后臂、折叠座、前臂、前臂连杆、连接块和液压缸组成。所述固定座固定连接于旋转台上；所述后臂连杆顶端与固定座相铰接，铰接点为第一铰接点；后臂连杆底端与折叠座铰接，铰接点为第二铰接点；所述后臂顶端与固定座相铰接，铰接点为第三铰接点；后臂底端与折叠座铰接，铰接点为第四铰接点；所述前臂顶端与夹爪座相铰接，铰接点为第五铰接点；前臂底端与折叠座铰接，铰接点为第六铰接点；所述前臂连杆顶端与夹爪座相铰接，铰接点为第七铰接点；前臂连杆底端与折叠座铰接，铰接点为第八铰接点；所述液压缸活塞杆顶端与固定座铰接，其铰接点与第一铰接点一致为同一铰接点；所述液压缸活塞杆自由端与后臂相铰接；所述第一铰接点、第二铰接点、第四铰接点和第三铰接点依次连线组成第一平行四边形；所述第五铰接点、第六铰接点、第八铰接点和第七铰接点依次连线组成第二平行四边形；所述连接块一端与后臂底端相铰接，另一端与前臂底端相铰接。

上述方案基础上，所述直线驱动机构由齿轮、齿条、马达、复合滚轮轴承和直线导轨组成，所述直线导轨和齿条固定安装于动力二层台上，所述基座两侧安装有复合滚轮轴承与直线导轨滑动连接，所述马达安装于基座上，所述齿轮安装于马达的驱动轴上且与齿条相啮合。

上述方案基础上，所述复合滚轮轴承为4个，对称安装于基座两侧。采用4个复合滚轮轴承，增加了机械臂前后运动的精密性、准确性及稳定性，可使机械手准确移动到设定的指梁间，进行排管。

上述方案基础上，所述夹爪包括夹爪座、夹爪臂连杆、夹爪液压缸、连接杆、连接体和夹爪臂；所述连接体固定连接于夹爪座上；所述夹爪液压缸固定连接于连接体中间；所述夹爪座与夹爪液压缸活塞杆自由端相连接；所述夹爪臂连杆一端与夹爪座铰接，一端与夹爪臂铰接；所述连接杆一端与夹爪臂铰接，一端与连接体铰接；所述以相互连接的夹爪臂连杆、连接杆和夹爪臂为一组，分别对称设置于连接体两侧。

上述方案基础上，所述连接杆至少为4条，且位于同一侧的连接杆之间互相平行。如此加强了夹爪夹持时的稳定性。

上述方案基础上，所述夹爪臂中设有挡板装置，所述挡板装置包括夹爪气缸、夹爪U型块、夹爪连接块和夹爪挡块；所述夹爪气缸固定于夹爪臂中，所述夹爪U型块一端与夹爪气缸活塞杆自由端铰接，另一端与夹爪连接块铰接；所述夹爪连接块与夹爪挡块铰接。挡板装置可以在夹爪夹持时，放置管柱件脱落，增强安全系数。

上述方案基础上，所述旋转驱动机构包括带有编码器的回转减速器和液压马达。所述回转减速器和液压马达安装于基座下，所述液压马达通过回转减速器驱动旋转台旋转。

上述方案基础上，所述安装架上设置有定位块。定位块实现机械臂在安装架内运输时的稳定性。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：通过直线驱动机构实现机械臂在二层台上的水平移动，通过旋转驱动机构实现机械臂±90°的旋转，将其移动到指定位置；通过第一平行四边形、第二平行四边形及连接板的连接实现夹爪始终保持水平状态；通过指梁上的挡销及橡胶块，实现管柱的分离并防止管柱脱出。通过夹爪结构设计牢固简单，夹爪臂里的挡板装置，可以更好的卡紧管柱，防止其脱落。

附图说明

图1为本实用新型的右视结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为本实用新型立体结构示意图；

图4为本实用新型的所述挡销的放大结构示意图；

图5为本实用新型的所述安装架的立体结构示意图；

图6为本实用新型的所述直线驱动机构的立体结构示意图；

图7为本实用新型的所述机械臂结构示意图；

图8为本实用新型的所述折叠座内部透视图；

图9为本实用新型的所述夹爪的立体结构示意图。

其中，1动力二层台、2机械臂、3安装架、4直线驱动机构、5夹爪、6基座、7旋转驱动机构、8旋转台、9挡销、10指梁、11橡胶块、12固定座、13夹爪座、21后臂、22后臂连杆、23折叠座、24前臂、25前臂连杆、26连接块、27液压缸、31销连接装置、32定位块、41齿轮、42齿条、43马达、44复合滚轮轴承、45直线导轨、51夹爪臂连杆、52夹爪液压缸、53连接杆、54连接体、55夹爪臂、56夹爪气缸、57夹爪U型块、58夹爪连接块、59夹爪挡块、91档杆、92连接块、93U型块、94气缸。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，结合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，一种二层台排管机械手，包括动力二层台1、机械臂2、安装架3、直线驱动机构4、夹爪5、基座6、旋转驱动机构7、旋转台8和夹爪座13；所述基座6安装于动力二层台1下方并通过直线驱动机构4与动力二层台1连接；所述旋转台8转动的安装于基座6下方并通过旋转驱动机构7实现相对于基座6的旋转；所述机械臂2一端与旋转台8固定连接，另一端与夹爪座13固定连接；所述夹爪5水平安装于夹爪座13上；所述安装架3位于动力二层台1右下方并通过销连接装置31连接。

如图3和图4所示，所述动力二层台1上直线驱动机构4的两边对称安装有间距大小一致的若干排指梁10；所述指梁10靠近机械臂2的一端均安装有挡销9；所述挡销9包括档杆91、连接块92、U型块93和气缸94；所述气缸94固定于指梁10上；所述U型块93一端与气缸94活塞杆自由端相铰接，U型块93另一端与连接块92相铰接；所述连接块92与档杆91相铰接。

挡销利用气缸及杠杆联动机构实现了档杆的打开与闭合，有效防止管柱的脱出，降低了存在的风险。

所述动力二层台1上指梁10最外侧的一端梁体结构，由若干独立挡销9纵向排列组成。操作人员可根据管柱件尺寸将其放置于相应梁体中。一般钻杆放置于指梁中；钻铤和尺寸较大的管具置放于由若干独立挡销纵向排列组成的梁体中，并由单独的挡销对每个部件进行分隔。

所述指梁10上均安装有平均分布的橡胶块11。橡胶块将每个管柱件单独分离，在管柱件置放和存取的过程中，减少相应风险。

如图7和图8所示，所述机械臂2由固定座12、后臂连杆21、后臂22、折叠座23、前臂24、前臂连杆25、连接块26和液压缸27组成；所述固定座12固定连接于旋转台9上；所述后臂连杆21顶端与固定座12相铰接，铰接点为第一铰接点A1；后臂连杆21底端与折叠座23铰接，铰接点为第二铰接点A2；所述后臂22顶端与固定座12相铰接，铰接点为第三铰接点A3；后臂22底端与折叠座23铰接，铰接点为第四铰接点A4；所述前臂24顶端与夹爪座13相铰接，铰接点为第五铰接点B1；前臂24底端与折叠座23铰接，铰接点为第六铰接点B2；所述前臂连杆25顶端与夹爪座13相铰接，铰接点为第七铰接点B3；前臂连杆25底端与折叠座23铰接，铰接点为第八铰接点B4；所述液压缸27活塞杆顶端与固定座12铰接，其铰接点与第一铰接点A1一致为同一铰接点；所述液压缸27活塞杆自由端与后臂22相铰接；所述第一铰接点A1、第二铰接点A2、第四铰接点A4和第三铰接点A3依次连线组成第一平行四边形；所述第五铰接点B1、第六铰接点B2、第八铰接点B4和第七铰接点B3依次连线组成第二平行四边形；所述连接块26一端与后臂22底端铰接，另一端与前臂24底端铰接。根据平行四边形特征，两条短边相对于水平线的角度始终是不变的，而由第一铰接点A1、第二铰接点A2、第四铰接点A4和第三铰接点A3依次连线组成第一平行四边形和由第五铰接点B1、第六铰接点B2、第八铰接点B4和第七铰接点B3依次连线组成第二平行四边形又同时铰接于折叠座23，且连接块26一端与后臂连杆22底端铰接，另一端与前臂24底端铰接，当后臂连杆22运动时会带动前臂24进行运动，因此夹爪5始终保持水平运动状态。

如图6所示，所述直线驱动机构4由齿轮41、齿条42、马达43、复合滚轮轴承44和直线导轨45组成，所述直线导轨45和齿条42固定安装于动力二层台1上，所述基座6两侧安装有复合滚轮轴承44与直线导轨45滑动连接，所述马达43安装于基座6上，所述齿轮41安装于马达43的驱动轴上且与齿条42相啮合。

所述复合滚轮轴承44为4个，对称安装于基座6两侧。采用4个复合滚轮轴承，增加了机械臂前后运动的精密性、准确性及稳定性，可使机械手准确移动到设定的指梁间，进行排管。

所述夹爪5包括夹爪臂连杆51、夹爪液压缸52、连接杆53、连接体54和夹爪臂55；所述连接体54固定连接于夹爪座13上；所述夹爪液压缸52固定连接于连接体54中间；所述夹爪座13与夹爪液压缸52活塞杆自由端相连接；所述夹爪臂连杆51一端与夹爪座13铰接，一端与夹爪臂55铰接；所述连接杆53一端与夹爪臂55铰接，一端与连接体54铰接；以相互连接的夹爪臂连杆51、连接杆53和夹爪臂55为一组，分别对称设置于连接体54两侧。

所述连接杆53至少为4条，且位于同一侧的连接杆53之间互相平行。加强了夹爪夹持时的稳定性。

所述夹爪臂55中设有挡板装置，所述挡板装置包括夹爪气缸56、夹爪U型块57、夹爪连接块58和夹爪挡块59；所述夹爪气缸56固定于夹爪臂55中，所述夹爪U型块57一端与夹爪气缸56活塞杆自由端铰接，另一端与夹爪连接块58铰接；所述夹爪连接块58与夹爪挡块59铰接。挡板装置可以在夹爪夹持时，放置管柱件脱落，增强安全系数。

所述旋转驱动机构7包括带有编码器的回转减速器和液压马达；所述回转减速器和液压马达安装于基座6下，所述液压马达通过回转减速器驱动旋转台9旋转。

如图5所示，所述安装架3上设置有定位块32。定位块实现机械臂在安装架内运输时的稳定性。

结合具体实施例如下：

安装架3的作用为实现机械臂2的快速安装和移运，通过销连接装置31与动力二层台1连接，并在安装架内设置定位块32，使机械臂2在安装架3内运输时确保其稳定性。

抓取管柱件时，机械臂2通过直线驱动机构4内的马达42驱动，带动齿轮41与直线导轨45上的齿条46相啮合，实现机械臂2在动力二层台1上的直线运动，到达相对指定位置；旋转驱动结构7内的液压马达通过回转减速器驱动旋转台9旋转，调节机械臂2方向；机械臂2上的后臂22通过液压缸27驱动，同时通过连接块26带动前臂24运动，根据平行四边形特性，使得夹爪5始终保持水平运动，到达抓取指定位置；此时夹爪臂55内的夹爪气缸56，利用杠杆原理将夹爪挡块59打开，同时夹爪液压缸52通过驱动连接杆53使夹爪臂55张开，随后驱动夹爪臂55卡紧管柱件，同时闭合夹爪挡块59。

置放管柱件时，原理与上述描述相同，当机械臂2到达动力二层台1内指定位置时，指梁10靠近机械臂2的一端上的挡销9，利用气缸94及杠杆联动机构打开档杆91，使机械臂2将管柱件置放到指梁10中，当机械臂2移出后，气缸94在控制档杆91闭合。

上述具体实施方式仅是本实用新型的具体个案，本实用新型的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本实用新型权利要求书的一种二层台排管机械手且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本实用新型的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种二层台排管机械手，其特征在于：包括动力二层台（1）、机械臂（2）、安装架（3）、直线驱动机构（4）、夹爪（5）、基座（6）、旋转驱动机构（7）、旋转台（8）和夹爪座（13）；所述基座（6）安装于动力二层台（1）下方并通过直线驱动机构（4）与动力二层台（1）连接；所述旋转台（8）转动安装于基座（6）下方并通过旋转驱动机构（7）实现相对于基座（6）的旋转；所述机械臂（2）一端与旋转台（8）固定连接，另一端与夹爪座（13）固定连接；所述夹爪（5）水平安装于夹爪座（13）上；所述安装架（3）位于动力二层台（1）右下方并通过销连接装置（31）连接。

2.根据权利要求1所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述动力二层台（1）上直线驱动机构（4）的两边对称安装有间距大小一致的若干排指梁（10）；所述指梁（10）靠近机械臂（2）的一端均安装有挡销（9）；所述挡销（9）包括档杆（91）、连接块（92）、U型块（93）和气缸（94）；所述气缸（94）固定于指梁（10）上；所述U型块（93）一端与气缸（94）活塞杆自由端相铰接，U型块（93）另一端与连接块（92）相铰接；所述连接块（92）与档杆（91）相铰接。

3.根据权利要求2所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述指梁（10）上均安装有平均分布的橡胶块（11）。

4.根据权利要求1所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述机械臂（2）由固定座（12）、后臂（21）、后臂连杆（22）、折叠座（23）、前臂（24）、前臂连杆（25）、连接块（26）和液压缸（27）组成；所述固定座（12）固定连接于旋转台（8）上；所述后臂（21）顶端与固定座（12）相铰接，铰接点为第一铰接点（A1）；后臂（21）底端与折叠座（23）铰接，铰接点为第二铰接点（A2）；所述后臂连杆（22）顶端与固定座（12）相铰接，铰接点为第三铰接点（A3）；后臂连杆（22）底端与折叠座（23）铰接，铰接点为第四铰接点（A4）；所述前臂（24）顶端与夹爪座（13）相铰接，铰接点为第五铰接点（B1）；前臂（24）底端与折叠座（23）铰接，铰接点为第六铰接点（B2）；所述前臂连杆（25）顶端与夹爪座（13）相铰接，铰接点为第七铰接点（B3）；前臂连杆（25）底端与折叠座（23）铰接，铰接点为第八铰接点（B4）；所述液压缸（27）活塞杆顶端与固定座（12）铰接，其铰接点与第一铰接点（A1）一致为同一铰接点；所述液压缸（27）活塞杆自由端与后臂连杆（22）相铰接；所述第一铰接点（A1）、第二铰接点（A2）、第四铰接点（A4）和第三铰接点（A3）依次连线组成第一平行四边形；所述第五铰接点（B1）、第六铰接点（B2）、第八铰接点（B4）和第七铰接点（B3）依次连线组成第二平行四边形；所述连接块（26）一端与后臂连杆（22）底端相铰接，另一端与前臂（24）底端相铰接。

5.根据权利要求1所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述直线驱动机构（4）由齿轮（41）、齿条（42）、马达（43）、复合滚轮轴承（44）和直线导轨（45）组成；所述直线导轨（45）和齿条（42）固定安装于动力二层台（1）上；所述基座（6）两侧安装有复合滚轮轴承（44）与直线导轨（45）滑动连接；所述马达（43）安装于基座（6）上；所述齿轮（41）安装于马达（43）的驱动轴上且与齿条（42）相啮合。

6.根据权利要求5所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述复合滚轮轴承（44）为4个，且对称安装于基座（6）两侧。

7.根据权利要求1所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述夹爪（5）包括夹爪臂连杆（51）、夹爪液压缸（52）、连接杆（53）、连接体（54）和夹爪臂（55）；所述连接体（54）固定连接于夹爪座（13）上；所述夹爪液压缸（52）固定连接于连接体（54）中间；所述夹爪座（13）与夹爪液压缸（52）活塞杆自由端相连接；所述夹爪臂连杆（51）一端与夹爪座（13）相铰接，另一端与夹爪臂（55）相铰接；所述连接杆（53）一端与夹爪臂（55）相铰接，一端与连接体（54）相铰接；所述以相互连接的夹爪臂连杆（51）、连接杆（53）和夹爪臂（55）为一组，分别对称设置于连接体（54）两侧。

8.根据权利要求7所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述连接杆（53）至少为4条，且位于同一侧的连接杆（53）之间互相平行。

9.根据权利要求7所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述夹爪臂（55）中设有挡板装置，所述挡板装置包括夹爪气缸（56）、夹爪U型块（57）、夹爪连接块（58）和夹爪挡块（59）；所述夹爪气缸（56）固定于夹爪臂（55）中，所述夹爪U型块（57）一端与夹爪气缸（56）活塞杆自由端铰接，另一端与夹爪连接块（58）铰接；所述夹爪连接块（58）与夹爪挡块（59）铰接。

10.根据权利要求1所述的一种二层台排管机械手，其特征在于：所述安装架（3）上设置有定位块（32）。