专利名称：一种夹持机构的制作方法
技术领域：
本发明属于石油钻采设备的自动化机具，尤其涉及立根排放机械手的夹持机构。
背景技术：
钻杆排放自动化，场地排管运管系统都是钻机自动化的关键技术之一。立根排放机械 手是钻杆排放自动化机构、场地排管运管系统的一个重要组成部件，其主要作用是l)将 接好的立根(三个单根接成的管柱称为立根)移动到指梁架上的指定位置；2)下钻时，把指 梁架上指定位置的立根送到井眼中心线处；3)起钻时，将立根从井眼中心线处送到指梁架 上的指定位置。
立根排放机械手的工况使得立根排放机械手的夹持机构与其他自动化机具的夹持机构 有着很大的不同，其不同点主要体现在三个方面l)立根重量是单根的三倍，要求夹持的 最大重量在10吨(9.75英寸钻铤立根)左右；2)夹持管柱的尺寸范围大，由于立根夹持机械 手在空中夹持，更换夹持器是一件比较困难的工作，这就要求其对于一定范围内不同尺寸 的管柱都可适应，以9000米井深钻机为例，其钻杆、钻铤尺寸范围大致为3.5 9.75英寸 (88. 9mm 247. 7mm); 3)立根排放在指梁架中，排列紧密，这就要求夹持器在夹持不同尺 寸的指定管柱时，不得与其相邻的管柱发生干涉。
目前，国内尚无有关的产品，国外已出现成套机具产品，如图l、图2所示，此夹持机 构主要由两油缸21、左右对称布置的两个带弧面的可动夹持块22以及带导向槽23a的安装 板23组成，带弧面的夹持块22在中部上表面固定有耳板，通过耳板与油缸21活塞杆铰接， 两油缸21倾斜布置，其后端高于前端；在夹持块22的下方设有带直线型导向槽23a的安装 板23，夹持块22的下部装有滚轮插入该导向槽23a中。工作方式夹紧时，油缸21伸出， 推动夹持块22顺着导向槽23a的开槽形状运动，从而实现夹紧钻杆的动作。松开时，油缸 21收回，拉动夹持块22顺着导向槽23a的开槽形状收回，实现松开的动作。但此种夹持机 构在使用中有如下问题由于是通过带弧面的夹持块打开后合拢，由弧面环抱管柱实现夹 持，夹持块的弧面是固定的，只能夹持较小尺寸范围的管柱，当超出其夹持范围时，只能 更换整个夹持机构，相当麻烦。
图3公开了另一种夹持机构，主要由油缸31、左右对称布置的两块带弧面的可动夹持 块32和连杆33组成，两夹持块32的后部通过销孔空套在销轴34上，两夹持块32的尾端各通过一个连杆33与油缸31连接。当油缸31活塞杆收回时，两夹持块32前端绕销轴34向内转动 ，环抱管柱实现夹紧功能。反之，油缸31推时两夹持块32外张松开。此种夹持方式，也有 需要改进的问题通过夹持块的弧面环抱管柱，弧面适应管径范围窄，同一个夹持机构不 能夹持较大外径范围内的管柱，如上述的3. 5 9. 75英寸(88. 9mm 247. 7mm);由于夹持块 要绕其后部的支点转动，夹持块开合时其前部在宽度方向的活动范围较大，当夹持排列紧 密的小直径管柱时，夹持块极易与被夹持管柱的相邻管柱发生干涉；夹持块的转动支点在 后部，夹持块的悬臂较长，易造成夹持力不足，强度不够。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种夹持机构，它在保证足够夹持力的前提 下，无需更换夹持块，就能对较大外径范围内的不同管柱进行夹持，而且其工作时不与相 邻管柱发生干涉。
本发明的技术方案如下 一种夹持机构，包括壳体及壳体内所装的油缸，在所述壳体 的前部左右对称布置有夹持块，该夹持块的前半部内侧面是内凹面，其关键在于，所述油 缸为一个且缸筒居中布置在所述壳体后部，所述油缸活塞杆前端铰接有连接板，该连接板 的左、右部分别与所述夹持块后端铰接；所述壳体包括上、下端的盖板，在两所述盖板的 前部左右对称开有导向槽，两所述导向槽呈"八"字形布置且大端靠近所在盖板的前端， 在两所述夹持块的中部设有导向销，所述导向销插入两所述盖板的所述导向槽中；两所述 盖板的前部居中开有内凹缺口 ，所述夹持块仅其前部能从所述缺口两侧的前伸部端头伸出 ，在两所述盖板的前端中部夹装固定有固定块，该固定块的前端面冒出所述缺口的底部， 两所述夹持块内凹面的前部表面法线向所述固定块方向倾斜。
为使夹持块的夹持部位耐磨、防滑，作为进一步的改进，在所述夹持块的所述内凹弧 面前部嵌有突出的第一牙板，所述第一牙板的外侧面有防滑沟槽且该外侧面的法线向所述 固定块方向倾斜；当所述导向销位于所述导向槽前端，两所述夹持块处于全开位置时，两 所述第一牙板的中心线连线与所述固定块前端面的距离为360 400mm，进一步设计此尺寸 范围，更有利于保证两牙板和固定块的三点夹持能包括大直径的管柱。
为使夹持块在保证夹持力的条件下尽量縮小宽度尺寸，而且能夹持大范围外径的管柱 ，作为进一步的改进，所述夹持块的所述内凹面是半径290 320mm的圆弧面。
为使固定块的夹持部位能耐磨、防滑，作为对上述技术方案的进一步改进，所述固定 块的前端嵌有第二牙板，所述第二牙板的外侧面有防滑沟槽且该外侧面冒出所述固定块的前端面。
为减小导向销与导向槽之间的摩擦，使夹持块运动更加灵活，作为进一步的改进，所 述导向销是紧套在销轴上的滚动轴承。
为增加连接强度，作为进一步的设计，所述连接板为两块并将所述油缸活塞杆夹装后 铰接，在两所述夹持块的后端部分别开有两槽，两所述连接板前部两侧伸入所述槽中由销 铰接。
为使夹持块的前后运动更加轻便灵活，作为进一步的改进，在两所述连接板之间还装 有两滑轮，所述两滑轮的轮面分别从所述连接板的两侧冒出并抵在两所述侧板的内壁上， 两滑轮可起支撑、减摩作用。
作为进一步的设计，所述壳体包括上、下端的盖板和左、右侧的侧板并由底板将该壳 体后端封闭，两所述侧板短于两所述盖板，便于夹持块向前向外活动；在所述底板的外表 面上固定有带铰接孔的耳板，所述油缸后端的带孔连接板从所述底板中伸出，所述连接板 上的孔与所述耳板上的铰接孔相对。油缸连接板和底板的耳板通过销与机械手的机械臂相 铰接，使整个夹持机构铰接在机械臂前端。
本发明将现有技术的圆弧面夹持改为三点夹持，现有技术的夹持块圆弧面从管柱左右 两侧进行环抱夹持，弧面所能适应的管径范围窄，同一个夹持机构不能夹持较大外径范围 内的不同管柱；而本发明增加一固定块，通过两夹持块前端和固定块在圆周上形成三点夹 持，通过两夹持块向前并外扩或向后并内收实现两个前夹持点的移动，从而使本发明可以 适用于3. 5 9. 75英寸(88. 9mm 247. 7mm)较大尺寸范围内的不同外径管柱； 一个油缸通过 连接板同时与两夹持块尾端铰接，不但结构简单，而且两夹持块在连接板的推拉下只向前 或向后运动，而夹持块向前并外扩、向后并内收的轨迹通过夹持块中部的导向销由导向槽 限定，在夹持块中部限定其运动轨迹，夹持块前部不会摆幅过大，不会与相邻管柱干涉； 导向槽的轨迹为几段圆弧曲线拟合而成，它可使插入其中的导向销沿预定的轨迹运动，从 而带动夹持块及固定在夹持块内凹面上的牙板沿特定的轨迹运动，实现对不同直径的管柱 的夹持动作，同时，特定的轨迹可避免夹持块及其上的牙板在对管柱实施夹持动作时，与 其左右或者后面的管柱发生干涉；两夹持块仅其前部能从盖板前部缺口两侧的前伸部端头 伸出，夹持块的悬臂短，所受弯矩较小，改善了夹持块的受力状态，强度得到提高；油缸 水平布置，其前推和回拉力直接作用到夹持块上，功率损失小。为改善单边导向销的受力 状态，使夹持块受力均衡、运动灵活，作为对上述技术方案的进一步改进，在两所述盖板 上相对称地设有所述导向槽，所述在两所述夹持块的上、下表面伸出有同轴线的所述导向
6销，所述导向销插入两所述盖板的所述导向槽中。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是
1、 由于主要由壳体、 一个水平布置油缸、连接板、两夹持块和固定块组成，其组成 件少、结构简单，机械效率高；
2、 两夹持块的悬臂短，所受弯矩较小，改善了夹持块的受力状态，强度得到提高， 有利于增大夹持力；
3、 通过两夹持块法线朝后的前端内侧面和固定块构成三点夹持，就能对较大外径范 围内的不同管柱进行夹持，使本发明可以适用于外径3. 5 9. 75英寸(88. 9mm 247. 7mm)的 各种管柱，在机械手的工作过程中不用更换夹持机构，提高了工作效率，降低了工人的劳 动强度；
4、 由于夹持块的外张幅度由其中部的导向销轨迹限定，夹持块前部的摆幅不大；又 因是圆周三点夹持，夹持块仅前端起夹持作用，其内凹弧面的中后部就可由较大曲率半径 的弧面组成，使夹持块的前部呈宽度尺寸较小的指状，这样的夹持机构在工作时就不会与 相邻管柱干涉。
图l为一种现有夹持机构的结构示意图。 图2为图l所示现有夹持机构的分解图。 图3为另一种现有夹持机构的结构示意图。 图4为本发明的外形示意图。
图5为本发明拆去上端盖板、右侧的侧板和夹持块后的结构示意图。 图6为本发明拆去上端盖板后的俯视图。 图7为本发明中的夹持块完全打开时的状态示意图。 图8是本发明夹持9. 75英寸管柱时的实施示意图。 图9是本发明夹持8英寸管柱时的实施示意图。 图10是本发明夹持5. 5英寸管柱时的实施示意图。 图11是本发明夹持3. 5英寸管柱时的实施示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
如图4至图6所示， 一种夹持机构，主要由壳体l、油缸2夹持块3、连接板4、固定块5 、第一牙板6、第二牙板7、滑轮8和销组成。其中，壳体1由上、下端的两盖板ll、左、右侧的两侧板12和底板13焊接而成，两盖板11和两侧板12分别对称布置，两侧板12短于两盖 板ll，使两盖板ll的前部两侧形成开口，底板13将壳体1的后端封闭，底板13的外表面上 固定有带铰接孔的两个耳板14。壳体l内装有一个油缸2，油缸2的缸筒居中布置在壳体1 后部，油缸2缸筒后端的带孔连接板2a从底板13中伸出，该连接板2a位于两耳板14之间， 连接板2a上的孔与耳板14上的铰接孔相对。
如图4至图6所示，在壳体1的前部左右对称布置有夹持块3，该夹持块3的前半部内侧 面是内凹面3a，内凹面3a是半径290 320mm的圆弧面，两夹持块3由油缸1的活塞杆推动。 具体地，在油缸2活塞杆的前端铰接有两块连接板4，两块连接板4将油缸2活塞杆夹装后铰 接，在两夹持块3的后端部分别开有两槽，两连接板4的前部两侧伸入所述槽中由销8铰接 ，从而使两连接板4同时与两夹持块3的后端铰接。在两个盖板ll的前部分别左右对称开有 渐开线形的导向槽lla，两导向槽lla呈"八"字形布置且大端靠近所在盖板的前端，两个 盖板ll上的导向槽lla的位置和形状相同，即两盖板ll上相对称地设有导向槽lla。在两夹 持块3的上、下表面伸出有同轴线的导向销3b，导向销3b插入两盖板ll的导向槽lla中， 夹持块3由油缸2推动时导向销3b可在槽中滚动，由导向槽lla限定夹持块3向前并外扩、向 后并内收的运动轨迹。
两盖板l 1的前部居中开有内凹的圆弧形缺口 1 lb，夹持块3仅其前部能从缺口 1 lb两侧 的前伸部端头伸出，因而两夹持块3的悬臂短，所受弯矩较小，改善了夹持块3的受力状态 ，强度得到提高，有利于增大夹持力。在两盖板ll的前端中部通过螺钉夹装固定有固定块 5，该固定块5的前端嵌有突出的第二牙板7，第二牙板7通过螺钉与固定块5固定，该第二 牙板7的外侧面有防滑沟槽且该外侧面冒出缺口llb的底部，这样，第二牙板7才能与管柱 外表面相接触。两个夹持块3内四面3a的前部表面法线向固定块5方向倾斜，在该前部表面 上还嵌有突出的第一牙板6，第一牙板6通过螺钉与固定块夹持块3固定。第一牙板6的外侧 面有防滑沟槽并冒出内凹面3a，第一牙板6外侧面的法线也向固定块5的方向倾斜，这样， 两个第一牙板6和一个第一牙板7就形成三个夹持部，两夹持块3收拢时，对于不同管径的 管柱在其圆周上都能形成三点夹持。
导向槽lla的轨迹为几段圆弧曲线拟合而成，它可使插入其中的导向销3b沿预定的轨 迹运动，从而带动夹持块3及固定在夹持块3内凹面上的第一牙板6沿特定的轨迹运动，实 现对不同直径的管柱的夹持动作，同时，特定的轨迹可避免夹持块3及其上的第一牙板6在 对管柱实施夹持动作时，与其左右或者后面的管柱发生干涉。
如图7所示，当导向销3b位于导向槽lla前端，两夹持块3处于全开位置时，两牙板6的中心线连线与固定块5前端面的距离约380mm，使得本发明的三个牙板能夹持大直径的管柱 10。如图5所示，为更好地导向并支撑、减摩，在两连接板4之间还装有两滑轮9，滑轮9位 于连接板4后部的两侧，两滑轮9的轮面分别从连接板4的两侧面冒出并抵在两侧板12的内 壁上，这样就使夹持块3能够更轻便灵活地运动。
本发明可用于夹持3. 5 9. 75英寸(88.9mm 247. 7mm)较大尺寸范围内的不同外径管 柱，图8至图11中管柱10的直径分别为9.75英寸、8英寸、5.5英寸、3. 5英寸。图8至图11 示出了各组件在不同工作状态下的位置，两夹持块3收拢时，导向销3b沿着导向槽lla运动 ，对于不同管径的管柱10在其圆周上都能通过两个第一牙板6和第二牙板7形成三点夹持， 机械手在工作过程中不用更换夹持机构，提高了工作效率，降低了工人的劳动强度。
本发明的工作过程如下
本实施例提供的夹持机构安装在立根排放机械手上，工作时，立根机械手带动夹持机 构向前运动，直到固定块5上的第二牙板7接触到管柱外表面，机械手停止运动，同时，油 缸2动作，活塞杆回拉并带动连接块4后退，在滑轮8的支撑导向作用下，连接块4带动两夹 持块3同步运动，由于导向销3b插入盖板的导向槽lla内，使导向销3b只能沿着导向槽lla 运动，在连接块4、导向销3b以及导向槽lla的作用下，左右对称布置的夹持块3向油缸2回 拉的方向运动，同时绕铰接销8向内旋转，直到夹持块3上的第一牙板6压紧管柱的外表面 ，至此，三个牙板压紧在管柱上，夹紧动作完成。反之，松开管柱时，油缸2动作，带动 活塞杆外推并使连接块4运动，连接块4带动两夹持块3同步运动，两夹持块3向油缸外推的 方向运动，同时绕铰接销8向外旋转，直到油缸2的活塞杆完全推出，两夹持块3上的第一 牙板6离开管柱表面，让出管柱通道，松开动作完成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种夹持机构，包括壳体(1)及壳体(1)内所装的油缸(2)，在所述壳体(1)的前部左右对称布置有夹持块(3)，该夹持块(3)的前半部内侧面是内凹面(3a)，其特征在于所述油缸(2)为一个且缸筒居中布置在所述壳体(1)后部，所述油缸(2)活塞杆前端铰接有连接板(4)，该连接板(4)的左、右部分别与所述夹持块(3)后端铰接；所述壳体(1)包括上、下端的盖板(11)，两所述盖板(11)的前部左右对称开有导向槽(11a)，两所述导向槽(11a)呈“八”字形布置且大端靠近所在盖板的前端，在两所述夹持块(3)的中部设有导向销(3b)，所述导向销(3b)插入两所述盖板(11)的所述导向槽(11a)中；两所述盖板(11)的前部居中开有内凹缺口(11b)，所述夹持块(3)仅其前部能从所述缺口(11b)两侧的前伸部端头伸出，在两所述盖板(11)的前端中部夹装固定有固定块(5)，该固定块(5)的前端面冒出所述缺口(11b)的底部，两所述夹持块(3)内凹面(3a)的前部表面法线向所述固定块(5)方向倾斜。
2.根据权利要求l所述的一种夹持机构，其特征在于在所述夹持 块(3)的所述内凹面(3a)前部嵌有突出的第一牙板(6)，所述第一牙板(6)的外侧面有防滑 沟槽且该外侧面的法线向所述固定块(5)方向倾斜；当所述导向销(3b)位于所述导向槽 (lla)前端，两所述夹持块(3)处于全开位置时，两所述第一牙板(6)的中心线连线与所述 固定块(5)前端面的距离为360 400mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种夹持机构，其特征在于所述夹持 块(3)的所述内凹面(3a)是半径290 320mm的圆弧面。
4.根据权利要求l所述的一种夹持机构，其特征在于所述固定块 (5)的前端嵌有第二牙板(7)，所述第二牙板(7)的外侧面有防滑沟槽且该外侧面(6)冒出所 述固定块(5)的前端面。
5.根据权利要求l所述的一种夹持机构，其特征在于所述导向销 (3b)是紧套在销轴上的滚动轴承。
6.根据权利要求l所述的一种夹持机构，其特征在于所述连接板 (4)为两块并将所述油缸(2)活塞杆夹装后铰接，在两所述夹持块(3)的后端部分别开有两 槽，两所述连接板(4)前部两侧伸入所述槽中由销(8)铰接。
7.根据权利要求6所述的一种夹持机构，其特征在于在两所述连 接板(4)之间还装有两滑轮(8)，所述两滑轮(8)的轮面分别从所述连接板(4)的两侧冒出并 抵在两所述侧板(12)的内壁上。
8.根据权利要求l所述的一种夹持机构，其特征在于所述壳体(l) 包括上、下端的盖板(ll)和左、右侧的侧板(12)并由底板(13)将该壳体(1)后端封闭，两 所述侧板(12)短于两所述盖板(11);在所述底板(13)的外表面上固定有带铰接孔的耳板 (14)，所述油缸(2)后端的带孔连接板(2a)从所述底板(13)中伸出，所述连接板(2a)上的 孔与所述耳板(14)上的铰接孔相对。
全文摘要
本发明公开了一种夹持机构，包括壳体及壳体内所装的油缸，在壳体的前部左右对称布置有夹持块，该夹持块的前半部内侧面是内凹面，其特征在于所述油缸为一个且缸筒居中布置在所述壳体后部，所述油缸活塞杆前端铰接有连接板，该连接板的左、右部分别与所述夹持块后端铰接；所述壳体至少一个盖板的前部左右对称开有导向槽，在两夹持块的中部设有导向销并插入所述导向槽中；在两盖板的前端中部夹装固定有固定块，两夹持块内凹面的前部表面法线向固定块方向倾斜。本发明结构简单、强度高，夹持力大；不用更换夹持机构，就可适用外径3.5～9.75英寸范围内的不同管柱，而且工作时夹持机构不会与相邻管柱相干涉。
文档编号B25J15/00GK101637909SQ200910306078
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者刘宣国, 姚宇翔, 俊 陈 申请人:四川宏华石油设备有限公司