[实用新型]一种新型自动排管机械手

说明书

技术领域

本发明属于石油设备技术领域，涉及一种钻机二层台管柱自动排放的机械手。 

背景技术

在我国现有钻井作业中，起下钻时立根在二层台上的抓取与排放还是依靠人工。起下一柱立根需要井架工站在三十多米的高空，依靠双手来移动立根上部，完成一柱立根的起下作业。井架工在二层台上作业时，集繁重的体力劳动、恶劣的工作环境、危险的高空作业于一身，而且效率较低，任何一个环节出现问题都容易发生事故。为了解决目前这种传统作业费时、费力、效率低、环境恶劣、安全性差的问题，国内开发了一些类似机械抓手的二层台管柱排放装置，但受国内高端装备研发和制造水平的限制，都还处于研究试验阶段，没有取得很好的应用。 

中国专利申请：201120075828.5二层台管柱排放系统；200320109918.7石油钻机二层台机械手；200520125802.1井架二层平台使用的动力机械臂；200520125802.1和200320109918.7仅涉及一种井架二层台使用的动力机械手臂，只提供钻井施工过程中特定某点对管柱的抓取和释放动作，即只能定点转动，没有集成在二层台面的直线运动单元，不具备良好的排管功能；专利200520125802.1的夹钳部分与手臂部分机械结构较为复杂和笨重，均采用双液压缸联动控制，由于夹钳必须保持水平去夹持管柱决定了两机械臂的运动是关联的，这就要求液压控制系统较为复杂（比如压力检测点较多和需要有补偿回路等），同时其钳口部分采用滚轮结构夹持管径范围不可调；专利200320109918.7为一种低位安装用的机械手，采用单臂平行四边形机构，单臂过长且不可折叠存在排管过程中管柱晃动较大，进出指梁较困难；专利201120075828.5为一种自动化的排放机械手系统，具有丝杠导轨和旋转结构，可实现一定程度二层台管柱的自动排放，机械臂和机械手部分都采用了双油缸联动控制，机械手的水平运动是靠传感器不断检测和调节油缸来实现，而不是靠四边形结构本身，结构和控制复杂；夹钳部分采用了柱塞油缸活塞直接推动钳牙板抱紧管柱的工作方式，整个机械臂受力和力矩较大，导致机械臂必须设计为比较笨重，总的来说，这种机械手，结构较为庞大，与二层台的适应性差，可维护性差。 

鉴于以上机械手存在的问题，本发明采用一种新型轻便结构设计，提供一种夹持性能安全高效、组装快捷、与国内二层台适应性好、后期维护性好的开放式管柱自动排放系统解决方案。 

发明内容

本发明提供了一种轻便型钻机二层台管柱排管用机械手，在自动控制技术的支持下，利用该机械手能将管柱自动放入或取出二层平台的指梁，实现管柱排放过程自动化，解决了现有二层台管柱排放靠人作业，工作环境恶劣、工作效率低、作业风险高、劳动强度大的问题。 

本发明采用的技术方案是，一种新型自动排管机械手由导轨机构、小车、机械臂、夹持钳、电液气控制系统组成。导轨机构与二层台猴台进行一体化设计，小车可在导轨机构内直线移动。小车可输出一旋转轴，旋转轴上固结有一法兰基座，法兰基座下方安装有一组机械臂，旋转机构可驱动机械臂实现旋转运动。小车在导轨机构内移动的距离及旋转轴旋转的角度，均可由安装的传感器进行测量。机械臂由前臂、后臂组成，并均为平行四边形机构，后臂末端铰接于法兰基座上，前臂末端依靠联动铰座铰接于后臂前端，并且可绕各自铰点摆动，动力通过铰座传递给前臂。在后臂末端铰接有油缸，油缸另一端铰接于法兰基座上，并且利用位移传感器测试油缸伸缩行程，进而精确控制整个机械臂的作业半径。前臂前端安装有夹持钳，夹持钳可自动调节开度，使得夹钳手指与立柱之间保留一定的间隙，并且夹持钳头部有限位机构，防止立柱脱出。并且在机械臂上安装有视频监控系统，可直观看到立柱在夹持钳内的状态。 

本发明的有益效果是，提供一种二层台管柱的自动排放解决方案，排放立根作业与现有的人工操作相比，省去了井架工，降低了工人的劳动强度，避免了人身伤害，提高了作业效率。设备本身结构轻便紧凑，操作方便，对钻机二层台改动量小，可以全自动抓取、排放管柱，全程可视频监控，可省去井架工，由司钻完成二层台的排管作业。与现有设备相比，机械结构得到简化，体积和重量大大减少，设备成本降低而安全可靠性大幅提高，在设备搬运和安装时更快，后期可维护性更好，具有显著的经济效益和社会效益。 

附图说明

图1是本发明自动排管机械手的展开状态示意图； 

图2是本发明导轨机构结构示意图；

图3是本发明小车结构示意图；

图4是本发明机械臂结构示意图；

图5是本发明夹持钳结构示意图。