一种自动化钻机管柱机械抓手的制作方法

本实用新型涉及石油钻井机械领域，尤其涉及一种自动化钻机管柱机械抓手。

背景技术：

钻机管柱机械抓手是钻机(钻井机械)机械自动化的重要组成部分，其主要用于夹持各种钻完井管柱，以此来代替人工操作。

现有管柱机械抓手，存在以下问题：(1)夹持不同管径管柱时，各管柱的中心不在同一条中心线上，为保证管柱定位准确，不同管柱作业时控制系统要时时调节控制参数，导致钻井现场作业十分复杂，延长作业周期；(2)各机械抓手管柱夹持范围有限，钻杆、钻铤、套管等多使用专用的夹持机械抓手，管径跨度大时还需更换机械抓手夹持爪；(3)现有机械抓手很难满足控制系统快速、精确、稳定的控制要求。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种自动化钻机管柱机械抓手，以能够至少解决以上技术问题之一。

本实用新型的技术方案是：

一种自动化钻机管柱机械抓手，包括：

安装底座；

相平行的第一固定轴和第二固定轴；所述第一固定轴和第二固定轴的位置固定且位于所述安装底座的一侧；

安装于所述第一固定轴和第二固定轴上的第一夹持机构；所述第一夹持机构包括第一主动夹爪、第一从动夹爪；所述第一主动夹爪能围绕第一固定轴转动；所述第一主动夹爪在围绕所述第一固定轴转动时带动所述第一从动夹爪围绕所述第二固定轴转动；

安装于所第一固定轴和第二固定轴上的第二夹持机构；所述第二夹持机构包括第二主动夹爪、第二从动夹爪；所述第二主动夹爪能围绕所述第二固定轴转动；所述第二主动夹爪在围绕所述第二固定轴转动时带动所述第二从动夹爪围绕所述第一固定轴转动；所述第一主动夹爪、第一从动夹爪、第二主动夹爪和第二从动夹爪具有一内切圆；所述第一主动夹爪、第一从动夹爪、第二主动夹爪和第二从动夹爪在移动时所述内切圆的中心不变；

驱动机构；所述驱动机构能够驱动所述第一主动夹爪和第二主动夹爪，以使所述第一主动夹爪、第一从动夹爪、第二主动夹爪和第二从动夹爪与钻完井管柱的圆周相切，所述钻完井管柱的中心轴线与所述内切圆的中心重合。

作为优选的实施方式，所述第二从动夹爪和所述第一从动夹爪相对于所述第一主动夹爪、第二主动夹爪靠近所述安装底座。

作为优选的实施方式，所述第一夹持机构还包括第一连接杆；所述第一连接杆一端可转动地连接所述第一主动夹爪，另一端可转动地连接所述第一从动夹爪；

所述第二夹持机构还包括第二连接杆；所述第二连接杆一端可转动地连接所述第二主动夹爪，另一端可转动地连接所述第二从动夹爪；

所述第一连接杆、所述第二连接杆与所述第一固定轴、第二固定轴垂直，且平行于所述第一固定轴和第二固定轴共同位于的平面。

作为优选的实施方式，所述第一主动夹爪包括第一主动夹持部分、第一受力部分、第一主动连接部分、第一主动连接套；所述第一主动连接套可转动地套设于所述第一固定轴上；

所述第一主动夹持部分的一端固定连接所述第一主动连接套，另一端为自由端；

所述第一受力部分的一端固定连接所述第一主动连接套，另一端连接所述第一连接杆；

所述第一主动连接部分的一端固定连接所述第一主动连接套，另一端用于带动所述第一从动夹爪。

作为优选的实施方式，所述第一受力部分和所述第一主动连接部分均为一直杆；所述第一主动夹持部分包括第一直杆部分和第二直杆部分；所述第一直杆部分的一端连接所述第一主动连接套，所述第二直杆部分远离所述第一直杆部分的一端为自由端；所述第一直杆部分和所述第二直杆部分之间的夹角为钝角。

作为优选的实施方式，所述第二主动夹爪包括第二主动夹持部分、第二受力部分、第二主动连接部分、第二主动连接套；所述第二主动连接套可转动地套设于所述第二固定轴上；

所述第二主动夹持部分的一端固定连接所述第二主动连接套，另一端为自由端；

所述第二受力部分的一端固定连接所述第二主动连接套，另一端连接所述第二连接杆；

所述第二主动连接部分的一端固定连接所述第二主动连接套，另一端用于带动所述第二从动夹爪。

作为优选的实施方式，所述第二受力部分和所述第二主动连接部分均为一直杆；所述第二主动夹持部分包括第三直杆部分和第四直杆部分；所述第三直杆部分的一端固定连接所述第二主动连接套，所述第四直杆部分远离所述第三直杆部分的一端为自由端；所述第三直杆部分和所述第四直杆部分之间的夹角为钝角。

作为优选的实施方式，所述第一从动夹爪包括第一从动夹持部分、第一从动连接部分、第一从动连接套；所述第一从动连接套可转动地套设于所述第二固定轴上；

所述第一从动连接部分的一端可转动地所述第一连接杆的另一端，所述第一从动连接部分的另一端固定连接所述第一从动连接套；

所述第一从动夹持部分的一端固定连接所述第一从动连接套，另一端为自由端且靠近所述第一固定轴。

作为优选的实施方式，所述第一从动连接部分为一直杆；所述第一从动夹持部分包括第五直杆部分和第六直杆部分；所述第五直杆部分的一端固定连接所述第一从动连接套，所述第六直杆部分远离所述第五直杆部分的一端为自由端；所述第五直杆部分和所述第六直杆部分之间的夹角为钝角。

作为优选的实施方式，所述第二从动夹爪包括第二从动夹持部分、第二从动连接部分、第二从动连接套；所述第二从动连接套可转动地套设于所述第一固定轴上；

所述第二从动连接部分的一端可转动地所述第二连接杆的另一端，所述第二从动连接部分的另一端固定连接所述第二从动连接套；

所述第二从动夹持部分的一端固定连接所述第二从动连接套，另一端为自由端且靠近所述第二固定轴。

作为优选的实施方式，所述第二从动连接部分为一直杆；所述第二从动夹持部分包括第七直杆部分和第八直杆部分；所述第七直杆部分的一端固定连接所述第二从动连接套，所述第八直杆部分远离所述第七直杆部分的一端为自由端；所述第七直杆部分和所述第八直杆部分之间的夹角为钝角。

作为优选的实施方式，所述驱动机构包括第一驱动液缸和第二驱动液缸；所述第一驱动液缸和第二驱动液缸分别固定于所述安装底座的两侧，所述第一驱动液缸的伸缩端连接所述第一受力部分的一端；所述第二驱动液缸的伸缩端连接所述第二受力部分的一端。

作为优选的实施方式，所述第一夹持机构和所述第二夹持机构互为镜像对称。

作为优选的实施方式，所述安装底座背对所述第一固定轴和第二固定轴的一侧设有滑动导轨；所述滑动导轨安装于所述安装底座一侧且长度方向与所述安装底座的长度方向平行；所述滑动导轨用于所述钻机管柱机械抓手沿所述滑动导轨的长度方向运动。

本实用新型的有益效果是：

(1)夹持不同管径的钻完井管柱时，各管柱的中心在同一条中心线上，管柱定位控制时可根据中心的位置实现精准快速定位；

(2)机械抓手管径范围大，可完成现有所有钻完井管柱的夹持作业；

(3)机械抓手还可以实现夹持管柱沿中心线方向的移动作业，更加方便管柱移运的自动化作业。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

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些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种实施方式提供的一种自动化钻机管柱机械抓手结构示意图；

图2是图1的第一夹持机构结构示意图；

图3是图1的第二夹持机构结构示意图；

图4是图1夹持钻机管柱结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1、图4，为本实用新型一种实施方式提供的一种自动化钻机管柱机械抓手结构示意图。在该实施方式中，该自动化钻机管柱机械抓手包括：安装底座1、第一固定轴3a、第二固定轴3b、第一夹持机构、第二夹持机构以及驱动机构4。

所述第一固定轴3a和第二固定轴3b互相平行。所述第一固定轴3a和第二固定轴3b的位置固定且位于所述安装底座1的一侧。具体的，所述第一固定轴3a和第二固定轴3b均为直杆，安装底座1的长度方向与所述第一固定轴3a和第二固定轴3b的长度方向相平行。所述安装底座1沿其长度方向的两端可以设有固定板，所述第一固定轴3a和第二固定轴3b的两端分别固定安装于所述固定板上。

所述第一夹持机构(图1中的线条加粗部分，线条粗细仅为示出作用，并不代表实际粗细)安装于所述第一固定轴3a和第二固定轴3b上。所述第一夹持机构包括第一主动夹爪5、第一从动夹爪6；所述第一主动夹爪5能围绕第一固定轴3a转动；所述第一主动夹爪5在围绕所述第一固定轴3a转动时带动所述第一从动夹爪6围绕所述第二固定轴3b转动。

所述第二夹持机构(图1中的线条未加粗部分)安装于所第一固定轴3a和第二固定轴3b上。所述第二夹持机构包括第二主动夹爪8、第二从动夹爪；所述第二主动夹爪8能围绕所述第二固定轴3b转动；所述第二主动夹爪8在围绕所述第二固定轴3b转动时带动所述第二从动夹爪围绕所述第一固定轴3a转动；所述第一主动夹爪5、第一从动夹爪6、第二主动夹爪8和第二从动夹爪具有同一内切圆；所述第一主动夹爪5、第一从动夹爪6、第二主动夹爪8和第二从动夹爪在移动时所述内切圆的中心不变。

所述驱动机构4能够驱动所述第一主动夹爪5和第二主动夹爪8，以使所述第一主动夹爪5、第一从动夹爪6、第二主动夹爪8和第二从动夹爪与钻完井管柱20的圆周相切，所述钻完井管柱20的中心轴线与所述内切圆的中心重合。其中，该驱动机构4可以固定于所述安装底座1上。

在本实施方式中，沿第一固定轴3a和第二固定轴3b的长度方向(轴向)，第一夹持机构和第二夹持机构均可以排布设置有多个，轴向相邻的单个第一夹持机构和单个第二夹持机构构成一组夹爪组件，从而在第一固定轴3a和第二固定轴3b的长度方向上形成多组夹爪组件。所述第二从动夹爪和所述第一从动夹爪6相对于所述第一主动夹爪5、第二主动夹爪8靠近所述安装底座1。

本实施方式的自动化钻机管柱机械抓手通过在安装底座1上设有第一夹持机构和第二夹持机构，第一夹持机构和第二夹持机构在驱动机构4的作用下通过第一主动夹爪5、第二主动夹爪8带动第一从动夹爪6、第二从动夹爪一起绕第一固定轴3a、第二固定轴3b向内切圆的中心运动，第一主动夹爪5、第二主动夹爪8、第一从动夹爪6、第二从动夹爪逐渐向心运动实现了钻完井管柱20的同心夹持，保证了管柱定位的准确度，从而管柱定位控制时可根据中心的位置实现精准快速定位。

为保持所述第一主动夹爪5、第一从动夹爪6、第二主动夹爪8和第二从动夹爪的内切圆的中心始终位于同一轴线上(该轴线后续与钻完井管柱20的轴线重合)，所述第一夹持机构和所述第二夹持机构互为镜像对称。

具体的，如图2、图3所示，所述第一夹持机构还包括第一连接杆7a；所述第一连接杆7a一端可转动地连接所述第一主动夹爪5，另一端可转动地连接所述第一从动夹爪6；所述第二夹持机构还包括第二连接杆7b；所述第二连接杆7b一端可转动地连接所述第二主动夹爪8，另一端可转动地连接所述第二从动夹爪；所述第一连接杆7a、所述第二连接杆7b与所述第一固定轴3a、第二固定轴3b垂直，且平行于所述第一固定轴3a和第二固定轴3b共同位于的平面。

如图2所示，所述第一主动夹爪5包括第一主动夹持部分、第一受力部分53、第一主动连接部分54、第一主动连接套55；所述第一主动连接套55可转动地套设于所述第一固定轴3a上；所述第一主动夹持部分的一端固定连接所述第一主动连接套55，另一端为自由端；所述第一受力部分53的一端固定连接所述第一主动连接套55，另一端连接所述第一连接杆7a；所述第一主动连接部分54的一端固定连接所述第一主动连接套55，另一端用于带动所述第一从动夹爪6。

所述第一受力部分53和所述第一主动连接部分54均为一直杆；所述第一主动夹持部分包括第一直杆部分52和第二直杆部分51；所述第一直杆部分52的一端连接所述第一主动连接套55，所述第二直杆部分51远离所述第一直杆部分52的一端为自由端；所述第一直杆部分52和所述第二直杆部分51之间的夹角为钝角。

如图3所示，所述第二主动夹爪8包括第二主动夹持部分、第二受力部分83、第二主动连接部分84、第二主动连接套88；所述第二主动连接套88可转动地套设于所述第二固定轴3b上；所述第二主动夹持部分的一端固定连接所述第二主动连接套88，另一端为自由端；所述第二受力部分83的一端固定连接所述第二主动连接套88，另一端连接所述第二连接杆7b；所述第二主动连接部分84的一端固定连接所述第二主动连接套88，另一端用于带动所述第二从动夹爪。

所述第二受力部分83和所述第二主动连接部分84均为一直杆；所述第二主动夹持部分包括第三直杆部分82和第四直杆部分81；所述第三直杆部分82的一端固定连接所述第二主动连接套88，所述第四直杆部分81远离所述第三直杆部分82的一端为自由端；所述第三直杆部分82和所述第四直杆部分81之间的夹角为钝角。

所述第一从动夹爪6包括第一从动夹持部分、第一从动连接部分63、第一从动连接套64；所述第一从动连接套64可转动地套设于所述第二固定轴3b上；所述第一从动连接部分63的一端可转动地所述第一连接杆7a的另一端，所述第一从动连接部分63的另一端固定连接所述第一从动连接套64；所述第一从动夹持部分的一端固定连接所述第一从动连接套64，另一端为自由端且靠近所述第一固定轴3a。

所述第一从动连接部分63为一直杆；所述第一从动夹持部分包括第五直杆部分62和第六直杆部分61；所述第五直杆部分62的一端固定连接所述第一从动连接套64，所述第六直杆部分61远离所述第五直杆部分62的一端为自由端；所述第五直杆部分62和所述第六直杆部分61之间的夹角为钝角。

所述第二从动夹爪包括第二从动夹持部分、第二从动连接部分93、第二从动连接套94；所述第二从动连接套94可转动地套设于所述第一固定轴3a上；所述第二从动连接部分93的一端可转动地所述第二连接杆7b的另一端，所述第二从动连接部分93的另一端固定连接所述第二从动连接套94；所述第二从动夹持部分的一端固定连接所述第二从动连接套94，另一端为自由端且靠近所述第二固定轴3b。

所述第二从动连接部分93为一直杆；所述第二从动夹持部分包括第七直杆部分92和第八直杆部分91；所述第七直杆部分92的一端固定连接所述第二从动连接套94，所述第八直杆部分91远离所述第七直杆部分92的一端为自由端；所述第七直杆部分92和所述第八直杆部分91之间的夹角为钝角。

所述驱动机构4包括第一驱动液缸和第二驱动液缸；所述第一驱动液缸和第二驱动液缸分别固定于所述安装底座1的两侧，所述第一驱动液缸的伸缩端(可转动地)连接所述第一受力部分53的一端；所述第二驱动液缸的伸缩端(可转动地)连接所述第二受力部分83的一端。

第一驱动液缸和第二驱动液缸在伸长时，经第一受力部分53、第二受力部分83分别推动第一主动夹持部分、第二主动夹持部分向内转动(在读者面对图1时第一主动夹持部分大致向右上，第二主动夹持部分向左上移动)，经第一主动连接部分54、第一连接杆7a、第一从动连接部分63、第一从动连接套64带动第一从动夹持部分向右下移动，经第二主动连接部分84、第二连接杆7b、第二从动连接部分93、第二从动连接套94带动第二从动夹持部分向右下移动。

在本实施方式中，安装底座1整体可以为一基板，该基板的一侧沿长度方向设有多个固定连接所述第一固定轴3a和第二固定轴3b的固定板(固定板可以与基板的侧表面垂直)。所述第一固定轴3a和第二固定轴3b和基板的长度方向平行，且沿基板的宽度方向排布，即，所述第一固定轴3a和第二固定轴3b所在的平面与基板平行。

所述安装底座1背对所述第一固定轴3a和第二固定轴3b的一侧设有滑动导轨；所述滑动导轨安装于所述安装底座1一侧且长度方向与所述安装底座1的长度方向平行；所述滑动导轨用于所述钻机管柱机械抓手沿所述滑动导轨的长度方向运动。

在使用本实施方式所提供的自动化钻机管柱机械抓手时，如图1、图4所示钻完井管柱20位于与所述内切圆的中心基本同心的位置后，第一驱动液缸逐渐伸长驱动第一主动夹爪5绕第一固定轴3a做圆周运动，同时，第一主动夹爪5通过第一连接杆7a带动第一从动夹爪6绕第二固定轴3b做同步圆周运动。

相似的，对称侧第二主动夹爪8、第二从动夹爪的运动原理同上，多组夹爪组件逐渐动作最终完成钻完井管柱20的夹持作业。

在夹持过程中，内切圆的中心和钻完井管柱20的中心初始时可以有一定的偏心，当夹爪完全夹持住钻完井管柱20时，各个夹爪(第一主动夹持部分、第二主动夹持部分、第一从动夹持部分、第二从动夹持部分)均外切于钻完井管柱20的外壁，此时，内切圆的中心和钻完井管柱20的中心实现同心，各个夹爪上的作用力均等。

在本实施方式中，通过滑动支架导轨调节夹持后钻完井管柱20沿着其中心线方向动作，实现管柱的横向或是纵向位置调节作业。在钻台上钻完井管柱20进行接卸扣作业时，该机械抓手的第一驱动液缸和第二驱动液缸可以降低其夹持压力，可以改为钻完井管柱20的扶持作业。

本实施方式的机械抓手释放钻完井管柱20作业是上述夹持作业的逆过程，其具体操作在此不再重复。

本实施方式的有益效果是：

(1)夹持不同管径的钻完井管柱20时，各管柱的中心在同一条中心线上，管柱定位控制时可根据中心的位置实现精准快速定位；

(2)机械抓手管径范围大，可完成现有所有钻完井管柱的夹持作业；

(3)机械抓手还可以实现夹持管柱沿中心线方向的移动作业，更加方便管柱移运的自动化作业。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的实用新型主题的一部分。