一种二层台智能排管系统的制作方法

本实用新型涉及石油装备技术领域，尤其是一种二层台智能排管系统。

背景技术：

在石油钻井过程中，要进行升降钻杆的工作，吊车将钻杆吊起，需要多名操作人员辅助进行上钻杆、钻杆进小鼠洞、方钻杆进大鼠洞、接钻杆对扣、排立柱、下立柱、完井甩钻杆等工作。

在钻杆操作的过程中，由于钻杆比较长，在起下钻杆时，钻杆的摆动幅度较大，由人工辅助作业安全隐患较大；并且需要多名操作人员辅助，浪费人力，工作效率较低。

二层台摆管机械手主要是将管柱由吊卡移送到指梁内和由指梁取出送入吊卡。

机械手将管柱由吊卡移送到指梁内：管柱坐地后，二层台智能排管系统伸出抓住管柱，吊卡打开，机械手缩回将管柱由吊卡取出，机械手旋转90°，机械手移动将管柱对准相应的指梁，指梁锁打开，然后机械手伸出将管柱送入指梁内，指梁锁关闭，夹抓缩回，回复到起点位置；

机械手将管柱由指梁取出送入吊卡：将机械手移动到相应的指梁位置，机械手伸出抓取管柱，指梁锁打开，手臂缩回，将管柱拖出指 梁，指梁锁关闭，机械手移动到井口位置，然后旋转90°，将管柱对准吊卡，手臂推出，将管柱送入吊卡内。

这两个动作过程是相反的。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种二层台智能排管系统，其结构布局合理，通过直线移动机构可实现该二层台智能排管系统的水平移动，实现二层台智能排管系统正对指梁；旋转驱动机构采用回转减速器，结构可靠、紧凑；回转减速器上带有编码器，可以精确控制回转角度；通过第一平行四边形和第二平行四边形及它们共用的连接板可使夹爪始终保持水平状态，通过第一角度测量装置和第二角度测量装置及控制器可控制和调整前臂油缸和后臂油缸两者间的行程关系，实现夹爪的水平直线移动，使机械手的伸出和缩回更平稳；夹爪的结构紧凑，占用空间小，指梁锁和指梁气动挡杆可起安全保护的作用，防止管柱脱出，其采用的技术方案如下：

一种二层台智能排管系统，其特征在于，包括：

支承座，其安装于二层台装配体上，并由直线移动机构驱动在二层台装配体上直线运动；

旋转台，其可转动地安装于支承座上；

用于驱动旋转台相对支承座转动的旋转驱动机构；

夹爪，其固接于夹爪座上；

机械臂，其主要由固定座、前臂、后臂、前臂连杆、后臂连杆、 用于驱动前臂相对后臂转动的前臂油缸、用于驱动后臂相对固定座转动的后臂油缸和连接板组成，所述固定座固接于旋转台上，所述后臂顶端与固定座相铰接，铰接点为第一铰接点；后臂底端通过转轴与前臂的底端相铰接，铰接点为第二铰接点；所述连接板转动连接于转轴上，所述后臂连杆顶端与固定座相铰接，铰接点为第三铰接点；后臂连杆底端与连接板的第一端相铰接，铰接点为第四铰接点；所述前臂连杆底端与连接板的第二端相铰接，铰接点为第五铰接点，前臂连杆顶端与夹爪座相铰接，铰接点为第六铰接点；所述前臂的顶端与夹爪座相铰接，铰接点为第七铰接点；所述后臂油缸一端与固定座相铰接，另一端与后臂相铰接，所述前臂油缸一端与后臂相铰接，另一端与前臂相铰接；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，所述第二铰接点、第五铰接点、第六铰接点和第七铰接点依次连线组成第二平行四边形；

和控制器。

在上述技术方案基础上，所述夹爪水平固定于夹爪座上。

在上述技术方案基础上，所述第一平行四边形与第二平行四边形以通过第二铰接点的竖直线为对称轴轴对称。

为了提高前臂和后臂的结构强度，所述后臂和前臂为箱梁式结构，为了整体的美观，所述前臂连杆位于前臂中，所述后臂连杆位于后臂中。

为了进一步提高前臂和后臂的结构强度，所述后臂和前臂的内部固定设置有若干横向的加强板，在所述加强板上开设有供前臂连杆和 后臂连杆穿过的通孔，所述通孔的长度应大于前臂连杆和后臂连杆的直径，从而可使前臂连杆及后臂连杆可在通孔内活动。

在上述技术方案基础上，所述固定座和后臂相铰接的位置处设置有用于测量后臂相对固定座的角度值或角度变化值的第一角度测量装置，所述前臂和后臂相铰接的位置处设置有用于测量前臂相对后臂的角度值或角度变化值的第二角度测量装置。

在上述技术方案基础上，所述第一角度测量装置和第二角度测量装置均为编码器。

在上述技术方案基础上，所述控制器根据第一角度测量装置和第二角度测量装置所测量的值，控制前臂油缸的伸缩量和后臂油缸的伸缩量使夹爪始终水平直线运动。

在上述技术方案基础上，所述二层台装配体上的指梁靠近机械臂的一端上安装有指梁锁，所述指梁锁主要由旋转气缸和挡板组成，所述旋转气缸固定安装于指梁上，所述旋转气缸通过联轴器驱动挡板转动，位于最前端的指梁的前端面上设置有指梁气动挡杆，所述指梁气动挡杆主要由气缸和挡杆组成，所述气缸固定安装于指梁上，所述挡杆与气缸的活塞杆相连接。

在上述技术方案基础上，所述夹爪包括：夹爪臂、夹爪中间体、夹爪油缸、夹爪臂连杆、连接件和连接杆，所述夹爪中间体固接于夹爪座上，所述夹爪油缸固定设置于夹爪中间体中，所述连接件与夹爪油缸活塞杆的自由端相连接，所述夹爪臂连杆一端与连接件相铰接，另一端与夹爪臂相铰接；所述连接杆一端与夹爪臂相铰接，另一端与 夹爪中间体相铰接；以相互连接的夹爪臂连杆、夹爪臂和连接杆为一组，共两组对称设置于夹爪中间体两侧。

优选的，所述连接杆至少为四条，位于夹爪中间体同一侧的连接杆之间相互平行。如此可提高夹持的稳固性。

优选的，所述夹爪中间体的前端面为弧形，其上固定有弧形的第一柔性垫，所述夹爪臂的夹持面为弧形，所述夹持面上固定有弧形的第二柔性垫。

在上述技术方案基础上，所述夹爪还包括用于观察夹爪臂夹持状态的摄像头，所述摄像头安装于夹爪中间体上。

在上述技术方案基础上，所述夹爪还包括接近开关，所述接近开关安装于夹爪座上。

在上述技术方案基础上，所述夹爪臂的末端可拆卸连接有用于使夹爪臂可适应夹持较小直径管柱的可更换拓展块。

在上述技术方案基础上，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，所述液压马达和回转减速器安装于支承座上，所述液压马达通过回转减速器驱动旋转台旋转。

在上述技术方案基础上，所述直线移动机构主要由直线导轨、马达、齿轮和齿条组成，所述直线导轨和齿条固定安装于二层台装配体上，所述支承座与直线导轨滑动连接，所述马达安装于支承座上，所述齿轮由马达驱动并与齿条相啮合。

在上述技术方案基础上，所述前臂的底端向后延伸形成延伸部，所述前臂油缸的底端与延伸部相铰接，铰接点位于第二铰接点的后 方；所述前臂油缸和后臂油缸均设置于后臂的后方。通过延伸部实现了可将前臂油缸设置于后臂的后方处，相比将前臂油缸设置于后臂的前方处，结构更紧凑，占用空间更小。

本实用新型具有如下优点：结构布局合理，通过直线移动机构可实现该二层台智能排管系统的水平移动，实现二层台智能排管系统正对指梁；旋转驱动机构采用回转减速器，结构可靠、紧凑；回转减速器上带有编码器，可以精确控制回转角度；通过第一平行四边形和第二平行四边形及它们共用的连接板可使夹爪始终保持水平状态，通过第一角度测量装置和第二角度测量装置及控制器可控制和调整前臂油缸和后臂油缸两者间的行程关系，实现夹爪的水平直线移动，使机械手的伸出和缩回更平稳；夹爪的结构紧凑，占用空间小，指梁锁和指梁气动挡杆可起安全保护的作用，防止管柱脱出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本实用新型的立体结构示意图；

图2：本实用新型的俯视结构示意图；

图3：本实用新型的左视结构示意图；

图4：本实用新型所述机械臂的结构示意图；

图5：本实用新型所述机械臂一个动作过程的机构简图；

图6：本实用新型所述夹爪的俯视结构示意图；

图7：图5的A-A向剖面结构示意图；

图8：本实用新型所述指梁锁的放大结构示意图；

图9：本实用新型所述指梁气动挡杆的放大结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明：

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位 构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图4所示，一种二层台智能排管系统，其特征在于，包括：

支承座1，其安装于二层台装配体3上，并由直线移动机构驱动在二层台装配体上直线运动；

旋转台2，其可转动地安装于支承座1上；

用于驱动旋转台2相对支承座1转动的旋转驱动机构；

夹爪4，其固接于夹爪座40上；

机械臂5，其主要由固定座17、前臂10、后臂11、前臂连杆12、后臂连杆13、用于驱动前臂相对后臂转动的前臂油缸14、用于驱动后臂相对固定座17转动的后臂油缸15和连接板16组成，所述固定座17固接于旋转台2上，所述后臂11顶端与固定座17相铰接，铰接点为第一铰接点A1；后臂11底端通过转轴18与前臂10的底端相铰接，铰接点为第二铰接点A2；所述连接板16转动连接于转轴18上，所述后臂连杆13顶端与固定座17相铰接，铰接点为第三铰接点A3；后臂连杆13底端与连接板16的第一端相铰接，铰接点为第四铰接点A4；所述前臂连杆12底端与连接板16的第二端相铰接，铰接点为第五铰接点B1，前臂连杆12顶端与夹爪座40相铰接，铰接点为第六铰接点B2；所述前臂10的顶端与夹爪座40相铰接，铰接点为第七铰接点B3；所述后臂油缸15一端与固定座17相铰接，另一 端与后臂11相铰接，所述前臂油缸14一端与后臂11相铰接，另一端与前臂10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，所述第二铰接点A2、第五铰接点B1、第六铰接点B2和第七铰接点B3依次连线组成第二平行四边形；

和控制器。

优选的，所述夹爪4水平固定于夹爪座40上。

优选的，所述第一平行四边形与第二平行四边形以通过第二铰接点A2的竖直线为对称轴轴对称。

为了提高前臂和后臂的结构强度，所述后臂和前臂为箱梁式结构，为了整体的美观，所述前臂连杆12位于前臂10中，所述后臂连杆13位于后臂11中；

为了进一步提高前臂和后臂的结构强度，所述后臂和前臂的内部固定设置有若干横向的加强板，在所述加强板上开设有供前臂连杆12和后臂连杆13穿过的通孔，所述通孔的长度大于前臂连杆12和后臂连杆13的直径。

优选的，所述固定座17和后臂11相铰接的位置处设置有用于测量后臂11相对固定座17角度值或角度变化值的第一角度测量装置，所述前臂10和后臂11相铰接的位置处设置有用于测量前臂10相对后臂11角度值或角度变化值的第二角度测量装置。

优选的，所述第一角度测量装置和第二角度测量装置均为编码器(绝对式编码器或增量式编码器)。

优选的，所述控制器根据第一角度测量装置和第二角度测量装置所测量的值，控制前臂油缸14的伸缩量和后臂油缸15的伸缩量使夹爪4始终水平直线运动。

如图5所示，由于第一平行四边形的上短边A1A3是固定的，根据平行四边形特征第一平行四边形的两条短边相对水平线的角度始终是不变的，由于第一平行四边形和第二平行四边形共用同一连接板16，故第二平行四边形的下短边A2B1相对水平线的角度始终是不变的，根据平行四边形的特性，进而第二平行四边形的上短边B2B3相对水平线的角度也是始终不变的，故通过两个平行四边形的结构及共用的连接板16保证了在二层台智能排管系统工作过程中，无论前臂油缸14和后臂油缸15如何动作，夹爪4始终保持水平状态。

同时，控制器通过第一角度测量装置和第二角度测量装置反馈的角度值，并根据预设于控制器中两角度之间的关系式，控制前臂油缸14的伸缩量和后臂油缸15的伸缩量使夹爪4始终水平直线运动。

如图2、图8和图9所示，优选的，所述二层台装配体3上的指梁32靠近机械臂5的一端上安装有指梁锁30，所述指梁锁30主要由旋转气缸30-1和挡板30-4组成，所述旋转气缸30-1固定安装于指梁32上，所述旋转气缸30-1通过联轴器30-2驱动挡板30-4转动，进一步，所述指梁32上固定安装有第一轴承座30-3和第二轴承座30-5，所述挡板30-4通过轴和轴承转动连接于第一轴承座30-3和第二轴承座30-5之间，如此可提高挡板30-4转动的稳定性，同时使挡板30-4可以承受更大的力，所述挡板30-4以垂直指梁32为宜；

如图2所示，位于最前端的指梁32的前端面上设置有指梁气动挡杆31，所述指梁气动挡杆31主要由气缸31-1和挡杆31-3组成，所述气缸31-1固定安装于指梁32上，所述挡杆31-3与气缸31-1的活塞杆相连接，进一步，位于最前端的指梁32的前端面上固定安装有滑套31-2，所述挡杆31-3穿装于滑套31-2中并与滑套31-2滑动连接，如此可使挡杆31-3能够承受更大的力。

如图2所示，管柱由井口至管区时，是先通过第一导入通道33(指梁的自由端与二层台装配体3之间所夹区域)进入第二导入通道34(相邻指梁之间所夹区域)，指梁锁30起安全保护的作用，防止管柱从第二导入通道34中脱出，指梁气动挡杆31防止管柱从第一导入通道33中脱出。

如图6和图7所示，优选的，所述夹爪4包括：夹爪臂41、夹爪中间体42、夹爪油缸43、夹爪臂连杆44、连接件45和连接杆46，所述夹爪中间体42固接于夹爪座40上，所述夹爪油缸43固定设置于夹爪中间体42中，所述连接件45与夹爪油缸43活塞杆的自由端相连接，所述夹爪臂连杆44一端与连接件45相铰接，另一端与夹爪臂41相铰接；所述连接杆46一端与夹爪臂41相铰接，另一端与夹爪中间体42相铰接；以相互连接的夹爪臂连杆44、夹爪臂41和连接杆46为一组，共两组对称设置于夹爪中间体42两侧。结构紧凑，占用空间小。

优选的，所述连接杆46至少为四条，位于夹爪中间体42同一侧的连接杆46之间相互平行。通过虚约束可提高夹持的稳固性。

优选的，所述夹爪中间体42的前端面为弧形，其上固定有弧形的第一柔性垫50，所述夹爪臂41的夹持面为弧形，所述夹持面上固定有弧形的第二柔性垫51。当夹爪中间体42和夹爪臂41受到冲击力时，第一柔性垫50和第二柔性垫51进行缓冲保护夹爪中间体42和夹爪臂41。

优选的，所述夹爪4还包括用于观察夹爪臂41夹持状态的摄像头47，所述摄像头47安装于夹爪中间体42上。

优选的，所述夹爪4还包括接近开关48，所述接近开关48安装于夹爪座40上。

优选的，所述夹爪臂41的末端可拆卸连接有用于使夹爪臂41可适应夹持较小直径管柱的可更换拓展块49。

进一步，所述旋转驱动机构包括带有编码器的回转减速器8和液压马达，所述液压马达和回转减速器安装于支承座1上，所述液压马达通过回转减速器驱动旋转台2旋转。结构可靠、紧凑；回转减速器上带有的编码器，可以精确控制回转角度。

进一步，所述直线移动机构主要由直线导轨、马达、齿轮和齿条7组成，所述直线导轨和齿条固定安装于二层台装配体上，所述支承座1与直线导轨滑动连接，所述马达安装于支承座1上，所述齿轮由马达驱动并与齿条7相啮合。如此可实现该二层台智能排管系统的水平移动，实现二层台智能排管系统正对指梁。

再进一步，所述前臂10的底端向后延伸形成延伸部100，所述前臂油缸14的底端与延伸部100相铰接，铰接点位于第二铰接点A2 的后方；所述前臂油缸14和后臂油缸15均设置于后臂11的后方。通过延伸部实现了可将前臂油缸设置于后臂的后方处，相比将前臂油缸设置于后臂的前方处，结构更紧凑，占用空间更小。

上面以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。