专利名称：钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置的制作方法
钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置技术领域 本发明属于一种石油钻机辅助机械，具体地说是一种钻机井架二 层平台机械手抓取钻杆装置。
背景技术：
近年来，随着科学技术的发展，石油钻机作业的机械化、自动化 以及智能化水平发生长足的进步。但是，石油钻机井架二层平台人工强体力劳 动未得到有效改善，这引起了石油钻机生产厂家和石油开采单位的广泛关注。 石油钻井工作中，钻机井架二层平台的操作以人工重体力劳动为主，传统的作 业方式已延续了几十年。近年来，虽有些发达国家的部分油井采用自动化程度 较高的机械设备辅助人工作业，但是体积大，重量大，操作繁琐，且造价惊人 ，未能被广泛采用。从我国国情来说，更不具备进口使用该种设备的条件，目 前，我国油田的所有钻井的井架二层平台仍旧采用传统的人工作业方式，距地面40米左右的井架二层平台高空作业不仅仅是人工操作劳动强度大，更主要的 是安全隐患非常突出，尤其是起、放较大口径的钻杆和钻铤时，至少2 3人才 能完成作业，而井架二层平台空间面积窄小，多人作业非常不便利，极容易出 危险。尤其是在恶劣天气情况下，排、取钻杆异常困难，甚至无法连续作业。 广大的石油钻井工多年来一直盼望能够从繁重而又危险的作业劳动中解脱出来 ，迫切要求改变几十年一贯制的这种传统落后的作业现状。发明人来自石油行 业，为了实现石油钻井工的强烈愿望，多年来数十次下油田考察，对钻机现场 和多类型石油钻机井架进行勘察、测量与计算，与操作工人、钻井工程技术专 家共同探讨研究制作二层平台机械手抓杆装置的可行性，并对技术要点与难点 进行攻关，研制出适合国情的井架二层平台机械手抓取钻杆装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种造价合理、轻便易行、性能可靠、确保安全作业的钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置。该装置能提 高石油钻机整体技术性能，有效改善井架二层平台操作人员的劳动条件，降低 劳动强度，提高工作效率，实现井架二层平台作业机械化，摆脱繁重的体力劳 动与安全隐患，彻底改变现行的人工强体力劳动方式。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下 一种钻机井架二层 平台机械手抓取钻杆装置，其特征在于它包括连接组件，两根横梁滑轨与两 个横行小车，纵梁滑轨与纵行小车，竖立伸縮臂，水平臂与机械手，液压站； 连接组件固定于井架；两根横梁滑轨位于二层平台上方相同的水平线、相互平 行固定于连接组件，每根横梁滑轨安装可沿其滑移的横行小车；两个横行小车 的底端固定纵梁滑轨，纵梁滑轨安装可沿其滑移的纵行小车；纵行小车底端固 定有连接板，连接板上安装有旋转装置，旋转装置与竖立伸縮臂固定连接；竖 立伸縮臂上固接水平臂，水平臂前端安装机械手，液压站设置在二层平台上为 整个装置提供动力。本发明模仿人工作业方式采用钢性机械臂与机械手达到抓紧钻杆的目的， 应用液压传动与操作技术，使液压执行元件与机械结构有机结合，实现多种机 械轨迹动作，可完全满足抓取、摆放钻杆的工况要求。水平臂前端安装的机械手，用来实现对钻杆的抓紧与放松；纵行小车底端 经连接板安装的竖立伸縮臂，用来实现机械手在与地面相垂直的、竖直方向的 行走与定位；纵梁滑轨安装的纵行小车和横梁滑轨安装横行小车；用来实现机 械手在与地面平行的、水平面上纵行与横行两维行走与定位；从而使机械手能 到达三维空间的任意位置，将钻杆抓抱、放置在适当位置处松开。设置在二层平台上的液压站为整体装置提供动力源；液压站采用集成化液 压操作元件；操纵液压油缸和液压马达执行元件实现机械运动轨迹。本发明具有减轻工人的劳动强度，改善钻井工人高空作业劳动条件，加强 排、取钻杆的稳定性，保障高空作业安全，操作简便易行，造价低廉、经济适 用，能在油田普及使用的有益效果；能提高工作效率3 5倍。根据工况要求， 即可实现近距离操作，也可远距离操作；整个装置轻巧、易安装、拆卸及运输 方便。
图l是本发明的结构示意图， 图2是图1的左视图， 图3是水平臂与机械手的结构示意图， 图4是图3的俯视图，
图5是图2中A部放大图，图6是图1中B部横行小车的结构示意图。 图中l一钻机井架，2—连接组件，3—连接板，4—横梁滑轨，5—第一钢 丝绳巻筒装置，6—排绳器，7—钢丝绳，8—第一液压马达，9一横行小车，901 一车架、902—滚轮轴、903—上置定位滚轮、904—背轮轴、905—下置靠背轮 ，IO—纵梁滑轨，IOOI—固定段，1002—连接段，11—绞链，1201—上轴承， 1202—下轴承，13—导向轮，14一张紧轮装置，15—四方柱，16—纵行小车， 17—第二液压马达，18—轴承盒，19一旋转轴，20—齿轮，21—齿盘，22—销 轴，23—纵向外方套，24—竖立液压油缸，25—销轴，26—纵向内方套，27— 横向液压油缸，28—横向外方套，29—销轴，30—夹持液压油缸，31—横向内 方套，3101—耳板，32—绞链连杆装置，3201-—连接座，3202—连接杆，33— 机械手，34—销轴，35—连接钢板，36—销轴，37—销轴，38—竖立伸縮臂， 39—水平臂，40—第二钢丝绳巻筒装置，41一第三液压马达，42—横梁连接板 ，43—弧形调节板。
具体实施方式
如图1和图2所示 一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装 置，它包括连接组件2，两根横梁滑轨4与两个横行小车9，纵梁滑轨10与纵行小 车16，竖立伸縮臂38，水平臂39与机械手33，液压站(图中未示出)；连接组件 2固定于井架1;两根横梁滑轨4位于二层平台上方相同的水平线、相互平行固定 于连接组件2，每根横梁滑轨4安装可沿其滑移的横行小车9;两个横行小车9的 底端固定连接钢板35，连接钢板35固定纵梁滑轨10，纵梁滑轨10安装可沿其滑 移的纵行小车16;参见图5:纵行小车16底端固定有连接板3;连接板3上安装有旋转装置，旋转装置与竖立伸縮臂38固定连接；竖立伸縮臂38包括纵向外方套 23、纵向内方套26和竖立液压油缸24;纵向内方套26套装于纵向外方套23内， 竖立液压油缸24安装于纵向内方套26，纵向外方套23经销轴22与竖立液压油缸 24后耳环连接；竖立液压油缸24前端活塞杆耳环采用销轴25与纵向内方套26连 接；纵向内方套26上固接水平臂39，水平臂39前端安装机械手33;竖立液压油 缸24输入液压动力，使竖立液压油缸24带动纵向内方套26沿纵向外方套23作垂 直于地面的竖向运动，从而带动水平臂39与机械手33—起作垂直于地面的竖向
运动；液压站设置在二层平台上为整个装置提供动力。参见图5:旋转装置包括第三液压马达41、轴承盒18与旋转轴19;连接板3上经螺栓固定轴承盒18，轴承盒18经上轴承12()1与下轴承1202安装旋转轴19， 旋转轴19经平键连接齿盘21;连接板3上固装可实现正、反转换向旋转的第三液 压马达41，第三液压马达41动力输出端经平键连接齿轮20，齿轮20与齿盘21啮 合，带动旋转轴19转动；旋转轴19下端设有四方柱15，四方柱15与纵向外方套 23固定连接。从而使纵向外方套23、纵向内方套26及机械手33等构件随转轴19 旋转，使水平臂39与机械手33作360。的正、反转换向旋转，满足二层平台左、 右两边及随机动作排取钻杆的工况要求。本发明的两根横梁滑轨4与纵梁滑轨10的断面为工字形，均用标准的工字钢 制成；本发明的两个横行小车9与纵行小车16具有相同的结构。如图l所示横行小车9安装在工字形横梁滑轨4下幅板，两根工字形横梁滑 轨4上幅板大致中间的位置固定有横梁连接板42，横梁连接板42安装钢丝绳巻筒 装置5;钢丝绳巻筒装置5的两旁固装有排绳器6，工字形横梁滑轨4的两端安装 有导向轮13和张紧轮装置14，钢丝绳巻筒装置5端面连接第一液压马达8作为其 动力源，钢丝绳巻筒装置5的巻筒上缠绕有数圈钢丝绳7，钢丝绳7两端绳头通过 排绳器6、导向轮13、张紧轮装置14分别固定在连接钢板35两侧。第一液压马达 8具有正、反转换向功能，当第一液压马达8输入液压动力向左旋转时，带动钢 丝绳巻筒装置5随之向左旋转，导致缠绕在巻筒上的钢丝绳7放绳与收绳，在钢 丝绳7的作用下，连接钢板35与连接钢板35上面固定的横行小车9及以下构件向 右横向运动。液压操作换向、第一液压马达8输入液压动力向右旋转时，横行小 车9及以下构件向左横向运动。实现横向排、取钻杆的工况要求。纵梁滑轨10与其上安装的纵行小车16的关系，相同于横梁滑轨4与横行小车 9的安装关系。纵梁滑轨10上幅板上固接的连接板35上面安装第二钢丝绳巻筒装 置40，第二钢丝绳巻筒装置40端面连接第二液压马达17作为其动力源。与第一 钢丝绳巻筒装置5和横行小车9的关系一样，第二钢丝绳巻筒装置40的巻筒上缠 绕的钢丝绳的两端绳头通过排绳器、导向轮、张紧轮装置分别固定在纵行小车 16的两侧。当第二液压马达17输入液压动力向前或后旋转，带动纵行小车16及
以下构件的向后或向前向纵向运动。实现纵向排、取钻杆的工况要求。参见图6:横行小车9包括车架901、滚轮轴902、上置定位滚轮903、背轮轴 904和下置靠背轮905;滚轮轴902和背轮轴904安装于车架901，上置定位滚轮903 安装于滚轮轴902，下置靠背轮905安装于背轮轴904，上置定位滚轮903轮面与 工字形横梁滑轨4下幅板的上表面贴合，下置靠背轮905轮面与工字形横梁滑轨4下幅板的下表面贴合。可实现平稳机械轨迹运动。作为本发明的完善，参见图3与图4:将水平臂39制作成伸縮水平臂，伸縮 水平臂39包括横向外方套28、横向内方套31和横向液压油缸27;横向外方套28 焊接于纵向外方套23的下端；横向外方套28经销轴36同横向液压油缸27后耳环 连接，横装液压油缸27前端活塞杆耳环经销轴29与横向内方套31连接；横向液 压油缸27带动横向内方套31沿横向外方套28作平行于地面的水平运动。从而使 机械手33排取钻杆时的灵活性提高，并能防止纵梁滑轨10与钻机游车的运动发 生碰撞而导致机械手33到位不足的现象。作为本发明的进一步完善，参见图3与图4:机械手33装置装有夹持调节设 施，夹持调节设施由夹持液压油缸30、绞链连杆装置32组成；绞链连杆装置32 包括连接座3201和连接杆3202，连接座3201的两侧与连接杆3202活动铰接；连 接杆3202的另一端与机械手33活动铰接；横向内方套31前部内壁与夹持液压油 缸30后耳环经销轴37连接；夹紧液压油缸30前端活塞杆端头与连接座3201螺纹 连接；横向内方套31前端固定有耳板3101，销轴34将耳板3101与机械手33固定 铰接；夹紧液压油缸30的往复动作带动机械手33做夹持与放松运动。作为本发明的再进一步完善，参见图4:耳板3101的前端螺纹连接有弧形调 节板43，以适应夹持不同管径钻杆的需要，夹持小管径钻杆时，将弧形调节板 43向前伸出，夹持大管径钻杆时，将弧形调节板43向后縮回。作为本发明的更进一步完善，参见图2:纵梁滑轨10制作成由固定段1001与连接段1002构成的组合体，固定段1001固定焊接于横行小车9的下方，连接段 1002经绞链11与固定段1001连接；以便于运输与安装。综上所述，设置在二层平台上的液压站共输出六组液压动力；第一组，与 第一液压马达8相接，使横行小车9沿横梁滑轨4做横向往复运动；第二组，与第
二液压马达17相接，使纵行小车16沿纵梁滑轨10做纵向往复运动；第三组，与横向液压油缸27连接，控制伸縮水平臂39及机械手33的横向伸縮运动；第四组 ，与纵向液压油缸24连接，控制竖立伸縮臂38作垂直于地面的纵向伸縮运动， 从而带动水平臂39与机械手33—起作垂直于地面的竖向运动；第五组，与第三 液压马达41连接，使竖立伸縮臂38、水平臂39及机械手33作360。旋转运动；第 六组，与夹持液压油缸30连接，使机械手33作夹持、放松钻杆的机械运动。
权利要求
1. 一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，其特征在于它包括连接组件(2)，两根横梁滑轨(4)与两个横行小车(9)，纵梁滑轨(10)与纵行小车(16)，竖立伸缩臂(38)，水平臂(39)与机械手(33)，液压站；所述连接组件(2)固定于井架(1)；两根所述横梁滑轨(4)位于二层平台上方相同的水平线、相互平行固定于所述连接组件(2)，每根所述横梁滑轨(4)安装可沿其滑移的所述横行小车(9)；两个所述横行小车(9)的底端固定所述纵梁滑轨(10)，所述纵梁滑轨(10)安装可沿其滑移的所述纵行小车(16)；所述纵行小车(16)底端固定有连接板(3)，所述连接板(3)上安装有旋转装置，所述旋转装置与所述竖立伸缩臂(38)固定连接；所述竖立伸缩臂(38)上固接所述水平臂(39)，所述水平臂(39)前端安装所述机械手(33)，所述液压站设置在所述二层平台上为整体装置提供动力。
2. 如权利要求l所述的一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，其特 征在于两个所述横行小车(9)的底端固定连接钢板(35)，所述连接钢板( 35)固定所述纵梁滑轨(10);所述横梁滑轨(4)的断面为工字形，所述横行 小车(9)安装在所述工字形横梁滑轨(4)下幅板，两根所述工字形横梁滑轨(4)上幅板大致中间的位置固定有横梁连接板(42)，所述横梁连接板(42) 安装钢丝绳巻筒装置(5);所述钢丝绳巻筒装置(5)的两旁固装有排绳器(6 )，所述工字形横梁滑轨(4)的两端安装有导向轮(13)和张紧轮装置(14)， 所述钢丝绳巻筒装置(5)端面连接第一液压马达(8)作为其动力源，所述钢 丝绳巻筒装置(5)的巻筒上缠绕有数圈钢丝绳(7)，所述钢丝绳(7)两端绳 头通过所述排绳器(6)、所述导向轮(13)、所述张紧轮装置(14)分别固定在 所述连接钢板(35)的两侧。
3. 如权利要求2所述的一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，其特 征在于所述横行小车(9)包括车架(901)、滚轮轴(902)、上置定位滚轮( 903)、背轮轴(904)和下置靠背轮(905);所述滚轮轴(902)和所述背轮轴(904)安装于车架(901)，所述上置定位滚轮(903)安装于所述滚轮轴(902 )，所述下置靠背轮(905)安装于所述背轮轴(904)，所述上置定位滚轮(903 )轮面与所述工字形横梁滑轨(4)下幅板的上表面贴合，所述下置靠背轮(905)与所述工字形横梁滑轨(4)下幅板的下表面贴合。
4、 如权利要求l所述的一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，其特 征在于所述竖立伸縮臂(38)包括纵向外方套(23)、纵向内方套(26)和竖 立液压油缸(24);所述连接板(3)下端固接所述纵向外方套(23)，所述纵向 内方套(26)套装于所述纵向外方套(23)内，所述竖立液压油缸(24)安装 于所述纵向内方套(26)，所述纵向外方套(23)经销轴(22)与所述竖立液压 油缸(24)后耳环连接，所述竖立液压油缸(24)前端活塞杆耳环采用销轴( 25)与所述纵向内方套(26)连接；所述纵向内方套(26)上固接所述水平臂(39)。
5、 如权利要求4所述的一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，其特 征在于所述旋转装置包括第三液压马达(41)、轴承盒(18)与旋转轴(19);所述连接板(3)上经螺栓固定所述轴承盒(18),所述轴承盒(18)经上轴 承(1201)与下轴承(1202)安装所述旋转轴(19)，所述旋转轴(19)经平键 连接齿盘(21);所述连接板(3)上固装具有正、反转换向旋转功能的所述第 三液压马达(41)，所述第三液压马达(41)动力输出端经平键连接齿轮(20) ，所述齿轮(20)与所述齿盘(21)啮合；所述转轴(19)下端设有四方柱( 15)，所述四方柱(15)与所述纵向外方套(23)固定连接。
6、 如权利要求l所述的一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，其特 征在于所述纵梁滑轨(10)制作成由固定段(1001)与连接段(1002)构成 的组合体，所述固定段(1001)固定焊接于所述横行小车(9)的下方，所述连 接段(1002)经绞链(11)与所述固定段(1001)连接。
7、 如权利要求1至6任意一项所述的一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆 装置，其特征在于所述水平臂(39)是伸縮水平臂，所述伸縮水平臂(39) 包括横向外方套(28)、横向内方套(31)和横向液压油缸(27);所述横向外 方套(28)焊接于所述纵向外方套(23)的下端；所述横向外方套(28)经销 轴(36)同所述横向液压油缸(27)后耳环连接，所述横装液压油缸(27)前 端活塞杆耳环经销轴(29)与所述横向内方套(31)连接。
8、 如权利要求7所述的一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，其特征在于所述机械手(33)装置装有夹持调节设施，所述夹持调节设施由夹持液压油缸(30)、绞链连杆装置(32)组成；所述绞链连杆装置(32)包括连接 座(3201)和连接杆(3202)，所述连接座(3201)的两侧与所述连接杆(3202 )活动铰接；所述连接杆(3202)的另一端与所述机械手(33)活动铰接；所 述横向内方套(31)前部内壁与所述夹持液压油缸(30)后耳环经销轴(37) 连接；所述夹紧液压油缸(30)前端活塞杆端头与所述连接座(3201)螺纹连 接；所述横向内方套(31)前端固定有耳板(3101)，销轴(34)将所述耳板( 3101)与所述机械手(33)固定铰接。
9、如权利要求8所述的一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，其特 征在于所述耳板(3101)的前端螺纹连接有弧形调节板(43)。
全文摘要
本发明涉及一种钻机井架二层平台机械手抓取钻杆装置，它包括连接组件，两根横梁滑轨与两个横行小车，纵梁滑轨与纵行小车，竖立伸缩臂，水平臂与机械手，液压站；连接组件固定于井架；两根横梁滑轨位于二层平台上方相同的水平线、相互平行固定于连接组件，每根横梁滑轨安装可沿其滑移的横行小车；两个横行小车的底端固定纵梁滑轨，纵梁滑轨安装可沿其滑移的纵行小车；纵行小车底端固定有连接板，连接板上安装有旋转装置，旋转装置与竖立伸缩臂固定连接；竖立伸缩臂上固接水平臂，水平臂前端安装机械手，液压站设置在二层平台上为整个装置提供动力。本发明大大减轻工人劳动强度，保障高空作业安全，操作简便易行，造价低廉、能提高工作效率3～5倍。
文档编号E21B19/00GK101210482SQ20061017337
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月30日 优先权日2006年12月30日
发明者杰 刘 申请人:杰 刘