专利名称：一种重载排管机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油钻井钻具排放作业设备，特别涉及一种用于陆地钻机和海洋钻井平台的重载机器人。
背景技术：
据统计，在石油钻井工作中，钻井工作总时间的1/3用于起下钻和管子的处理作业上。以钻杆处理为例，接单根所耗费时间占全部钻井时间的12% 20%，因此，钻杆排放是钻井工作中的重要环节。在钻井工作中，需要将放在钻杆架上的钻杆通过猫道移送到钻台上，放入鼠洞中，随着钻头的不断钻入岩层，再一根一根地将钻杆接到钻柱上，保证钻头接触到井底。如果需要更换钻头或在钻柱下部安装测试或其他设备，则需要起出或下放钻具，在井口和立根盒之间移送和取放立根。上述过程中伴随着频繁的钻杆立根的移送，排放和连接工作。传统的操作方式需要场地工将钻杆用手推送到猫道上，钻工通过钻台上的气动绞车下放的钢丝绳，利用锁具等工具将钻杆沿坡道拉上钻台。起下钻移动钻杆立根时，需要井架工人在二层平台上用手操作，排放立根和开合吊卡。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题起下钻和管子的处理作业是钻井过程中最危险最艰苦的工作之一，尤其在海上或极地环境作业中。现有的作业过程都离不开操作人员，并且操作人员劳动重复性很高，强度很大，生产效率低，容易产生疲劳进而引发安全事故。因此需要更安全、更简单、自动化程度高、工作效率更高的钻杆排放和移送装置，来提高石油钻机的钻杆排放的工作性能。这是个重复性高、劳动强度大的且危险性高的作业过程。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种在钻机钻台上使用的重载排管机器人，通过机器人来完成起下钻和管子的处理作业，避免了人工因疲劳操作等引发的安全隐患，使起下钻和管子的处理作业更安全、简单，自动化程度高，因而工作效率更高。为了实现上述目的本发明采取的技术方案是—种重载排管机器人，包括上导轨、下导轨、立柱和上臂，所述立柱的上端设有上滑车并通过所述上滑车与所述上导轨连接，所述立柱的下端设有下滑车并通过所述下滑车与所述下导轨连接，所述上臂包括上臂滑车，所述上臂滑车上设有导向滑轮组并通过所述导向滑轮组与所述立柱连接，所述上臂滑车的上端与上大臂的上端铰接，所述上臂滑车的下端与上大臂变幅缸的一端铰接，所述上大臂变幅缸的另一端与所述上大臂的中部铰接， 所述上大臂的下方设有吊卡，所述立柱上还设有绞车，所述绞车位于所述上臂下方，所述上臂滑车通过钢丝绳与所述绞车连接。所述重载排管机器人还包括下臂，所述下臂包括下臂联接座，所述下臂联接座与所述立柱的中下部连接，并且与下大臂的下端铰接，所述下大臂的中部与下大臂变幅缸的一端铰接，所述下大臂变幅缸的另一端与所述立柱铰接，所述下大臂的上端与下臂导向钳铰接，所述下大臂还与导向钳变幅缸的一端铰接，所述导向钳变幅缸与所述下大臂的铰接点位于所述大臂变幅缸与所述下臂导向钳之间，所述导向钳变幅缸的另一端与所述下臂导向钳铰接；所述下臂导向钳包括导向钳座，所述导向钳座的下端与所述大臂变幅缸和所述导向钳变幅缸铰接，所述导向钳座上依次设有下臂管子探测器、推动器、门销和调节器，所述下臂管子探测器、所述推动器和所述调节器与所述导向钳座组成连杆机构。所述上导轨包括上导轨架和上导轨座，所述上导轨架为U型导轨，不带弧度的一端与所述上导轨座铰接，另一端悬臂伸出，所述导轨座与井架连接；所述下导轨包括下导轨盖板和下导轨支座，所述下导轨支座与钻井钻台连接，所述下导轨盖板安装在所述下导轨支座上端。所述立柱包括立柱本体，所述绞车设在所述立柱本体上，所述立柱本体的上端与上部行走旋转装置连接，所述立柱本体的下端与下部行走旋转装置连接。所述上部行走旋转装置包括上滑车，所述上滑车上设有所述上部导向轮组，所述上部导向轮组由八个导向轮组成，其中四个导向轮水平放置；四个导向轮垂直放置，在所述上导轨的槽形轨道中运动，所述上滑车中部设有减速机和上滑车回转支承机构，所述减速机上方设有上滑车直线驱动用液压马达，所述减速机下端与所述上导轨之间设有上滑车齿轮齿条结构；所述下部行走旋转装置包括下滑车，所述下滑车上设有下滑车回转支承机构，所述下滑车回转支承机构上方设有减速箱，所述下滑车回转支承机构内部的内齿轮与所述减速箱的齿轮配对，所述减速箱上方设有回转用液压马达，所述下滑车上还设有减速器，所述减速器上方设有下滑车直线驱动用液压马达，所述减速器下端与所述下导轨之间设有下滑车齿轮齿条机构，所述下滑车上还设有下部导向轮组分，所述下部导向轮组分为行走轮和导向轮，所述行走轮设在所述下滑车两侧，在所述下导轨盖板上运动，所述导向轮水平设在所述下滑车上，在所述下导轨盖板中间运动；所述上滑车回转支承机构通过轴、键与所述立柱本体上端连接，所述立柱本体下端通过万向轴与所述下滑车回转支承结构的上端连接，所述上滑车回转支承机构与所述下滑车回转支承机构同轴，所述上滑车和所述下滑车均与传感器连接。所述上大臂的下端带有缺口，并且与上夹钳铰接，所述缺口处与上夹钳变幅缸的一端铰接，所述上夹钳变幅缸的另一端与所述上夹钳铰接，所述吊卡设在所述上夹钳的下方。所述上臂滑车包括上臂滑车架，所述上臂滑车架的一面设有上臂滑车安全钳和所述导向滑轮组，所述导向滑轮组和所述上臂滑车安全钳位于所述上臂滑车与所述立柱本体之间，所述上臂滑车架的另一面设有调整液压缸，所述调整液压缸的一端通过钢丝绳与所述绞车连接，另一端与所述上臂滑车架铰接。所述上夹钳包括上夹钳架，所述上夹钳架上端与所述上夹钳变幅缸和所述上大臂铰接，所述上夹钳架的两侧从上到下依次设有夹持钳、滚子钳、保护钳和管子探测器，所述夹持钳、所述滚子钳、所述保护钳和所述管子探测器与所述上夹钳变幅缸和所述上夹钳架组成连杆机构。所述吊卡包括吊卡座，所述吊卡座上端与所述上夹钳架连接，下端与吊卡提升锁紧缸的上端铰接，所述吊卡提升锁紧缸的下端与吊卡臂的上端连接，所述吊卡臂的下端设有吊卡旋转机构，所述吊卡旋转机构的下端与吊卡吊臂的上端连接，所述吊卡吊臂的下端与吊卡头铰接，所述吊卡吊臂的上端还与吊卡翻转机构连接，所述吊卡翻转机构的下端与所述吊卡头连接。所述吊卡头包括吊卡头座，所述吊卡头座的上端与所述吊卡翻转机构连接，所述吊卡头座的侧面与所述吊卡吊臂铰接，所述吊卡头座上设有吊卡卡爪动力源、吊卡卡具和吊卡卡爪。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过机器人来完成起下钻和管子的处理作业，避免了人工因疲劳操作等引发的安全隐患，使起下钻和管子的处理作业更安全、简单，自动化程度高，因而工作效率更高。
图1是本发明实施例中提供的机器人总体结构示意图；图2是本发明实施例中提供的上导轨结构示意图；图3是本发明实施例中提供的下导轨结构示意图；图4是本发明实施例中提供的立柱结构示意图；图5是本发明实施例中提供的上部行走旋转装置示意图；图6是本发明实施例中提供的下部行走旋转装置示意图；图7是本发明实施例中提供的上臂结构示意图；图8是本发明实施例中提供的上臂滑车结构示意图；图9是本发明实施例中提供的上夹钳结构示意图；图10是本发明实施例中提供的吊卡结构示意图；图11是本发明实施例中提供的吊卡头结构示意图；图12是本发明实施例中提供的下臂结构示意图；图13是本发明实施例中提供的下臂导向钳结构示意图；图14是本发明实施例中提供的重载排管机器人工作示意图。图中1、上导轨，2、下导轨，3、立柱，4、上臂，5、下臂，6、钻台，7、重载排管机器人，8、指梁，9、动力猫道，10、井口，11、顶驱，12、小指梁，13、鼠洞，14、铁钻工；21、下导轨盖板，22、下导轨支座；31、立柱本体，32、绞车，33、上部行走旋转装置，34、下部行走旋转装置；41、上臂滑车，42、上大臂，43、上夹钳，44、上夹钳变幅缸，45、吊卡，46、上大臂变幅缸；51、下臂导向钳，52、导向钳变幅缸，53、下大臂，54、下大臂变幅缸，55、下臂联接座；331、上滑车，332、上滑车直线驱动用液压马达，333、减速机，334、上滑车齿轮齿条机构，335、上部导向轮组，336、上滑车回转支承机构，337、回转用液压马达，338、减速箱，339、下滑车，3310、下滑车直线驱动用液压马达，3311、减速器，3312、下滑车齿轮齿条机构， 3313、下部导向轮组，3314、下滑车回转支承机构；411、上臂滑车架，412、导向滑轮组，413、上臂滑车安全钳，414、调整液压缸，431、 上夹钳架，432、夹持钳，433、滚子钳，434、保护钳，435、管子探测器，451、吊卡座，452、吊卡提升锁紧缸，453、吊卡臂，妨4、吊卡旋转机构，455、吊卡翻转机构，456、吊卡吊臂，457、吊卡头，4521、油缸座，4551、翻转液压缸，4552、拉杆连杆，4553、拉杆，4554、翻转轴，4571、吊卡头座，4572、吊卡卡具，4573、吊卡卡爪，4574、吊卡卡爪动力源；511、下臂管子探测器，512、推动器，513、门销，514、调节器，515、导向钳座。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。实施例1参照图1和图14，本实施例提供了一种重载排管机器人，用于陆地钻机和海洋钻井平台的起下钻和管子的处理作业。所述重载排管机器人包括上导轨1、下导轨2、立柱3 及上臂4。上导轨1的一端通过螺栓固定在井架上，下导轨2通过螺栓固定在陆地钻机和海洋钻井的钻台6上。立柱3的上端与上滑车331连接，通过上滑车331沿上导轨1滑动，立柱3的下端与下滑车339连接，通过下滑车339沿下导轨2滑动。参照图7，上臂4包括上臂滑车41、上大臂42、吊卡45和上大臂变幅缸46上臂滑车41，上臂滑车41上设有导向滑轮组412并通过导向滑轮组412与立柱3连接，沿立柱3上下滑动，上臂滑车41的上端与上大臂42的上端铰接，上臂滑车41的下端与上大臂变幅缸46的一端铰接，上大臂变幅缸 46的另一端与上大臂42的中部铰接，上大臂42的下方设有吊卡45，用于接送钻具等装置。 参照图4，立柱3上还设有绞车32，绞车32位于上臂4的下方，上臂滑车41通过钢丝绳与绞车32连接，上臂4的垂直运动由绞车32通过一个定滑轮来提供动力。以钻杆作业为例，作业时将本实施例提供的重载排管机器人沿上轨道1和下轨道 2滑动到钻杆架附近，通过绞车32提供动力调节导向滑轮组412的位置来调节上臂4的高度，通过上大臂变幅缸46保持吊卡的垂直状态，用上臂4拿起放在钻杆架上的钻杆，移动立杆3，将钻杆移送到钻台上，放入鼠洞中，随着钻头的不断钻入岩层，再一根一根地将钻杆接到钻柱上，通过机器人完成了起下钻作业，避免了人工因疲劳操作等引发的安全隐患，使起下钻等处理作业更安全、简单，自动化程度高，因而工作效率更高。实施例2实施例2以实施例1为基础，与实施例1的区别在于参照图1和图12，为了使吊卡能更稳固的接送钻具，使起下钻和管子的处理作业更安全，实施例2提供的重载排管机器人还包括下臂5。下臂5包括下臂导向钳51、导向变幅缸52、下大臂53、下大臂变幅缸M和下臂联接座55，下臂联接座55与立柱3连接，并且与下大臂53的下端铰接，下大臂53的中部与下大臂变幅缸M的一端铰接，下大臂变幅缸 54的另一端与立柱3铰接，下大臂53的上端与下臂导向钳51铰接，下大臂53还与导向钳变幅缸52的一端铰接，导向钳变幅缸52与下大臂53的铰接点位于大臂变幅缸M与下臂导向钳51之间，导向钳变幅缸52的另一端与下臂导向钳51铰接。参照图13，本实施例的下臂导向钳51包括导向钳座515，导向钳座515的下端与大臂变幅缸M和导向钳变幅缸52 铰接，导向钳51内部设有液压缸，导向钳座515上设有下臂管子探测器511、推动器512和调节器514。下臂管子探测器511由探测器架、缓冲缸及接近开关组成，管子探测器为现有技术，具体结构图中未示出，所述探测器架，一端铰接在导向钳座515上，一端悬出，中部铰接在所述缓冲缸的一端，所述缓冲缸的另一端铰接在导向钳座515上，所述接近开关安装在导向钳座515上，在没有管的时候，所述接近开关检测到所述探测器架，当有管的时候， 所述探测器架被管向后推离所述接近开关，所述接近开关会发出信号。导向钳51的液压缸缸体固定在导向钳座515上，通过推杆与调节器514连接，调节器514两侧分别铰接侧壁连杆，所述侧壁连杆分别铰接侧壁板，所述侧壁板后端分别铰接在导向钳钳座515的两侧。推动器512的一端铰接在导向钳座515上，中部两侧铰接两个液压缸，所述两个液压缸的另一端与导向钳座515铰接。下臂管子探测器511、推动器512和调节器514与所述液压缸及导向钳座515组成连杆机构。导向钳变幅缸52通过与下大臂变幅缸M关联运动保持下臂导向钳51的垂直状态；下臂管子探测器511能保证关门销513时钻具在下臂导向钳51内，使推动器512在对扣时，钻具无摆动，能够精准对扣。调节器514的作用是使同一个下臂导向钳51可以适应不同管径的钻具。参照图2，为了方便上导轨1与井架连接，本实施例中上导轨1包括上导轨架11和上导轨座12，用螺栓将上导轨座12固定在井架上，上导轨架11为U型导轨，不带弧度的一端与上导轨座12铰接，另一端悬臂伸出；参照图3，为了方便下导轨2与钻台连接6，下导2 包括下导轨盖板21和下导轨支座22，通过螺栓将下导轨支座22与钻台6连接，下导轨盖板 21安装在下导轨支座22上端。参照图4，立柱3包括立柱本体31，绞车32设在立柱本体31上，立柱本体31的上端与上部行走旋转装置33连接，立柱本体31的下端与下部行走旋转装置34连接。行走旋转装置的设置，方便了立柱移动与旋转。参照图5，本实施例的上部行走旋转装置33包括上滑331、上滑车直线驱动用液压马达332、减速机333、上滑车齿轮齿条机构334、上部导向轮组335及上滑车回转支撑机构 336。上滑车331上设有上部导向轮组335，上部导向轮组335由八个导向轮组成，八个导向轮安装在上滑车331的前后两端，前端的四个导向轮中两个轮水平安装在两侧，限制上滑车水平方向位移，另两个垂直安装在两侧，负责限制竖直方向位移，后端与前端相同，即所述八个导向轮中四个导向轮水平放置，四个导向轮垂直放置，在上导轨1的槽形轨道中运动。滑车331中部设有减速机333和上滑车回转支承机构335，减速机333的上方设有上滑车直线驱动用液压马达332，减速机333的下端设有上滑车齿轮齿条结构334，上滑车齿轮齿条结构334位于减速机333的下端与上导轨之间；参照图6，本实施例的下部行走旋转装置34包括下滑车339、减速箱338、回转用液压马达337、下滑车回转支承结构3314、下滑车直线驱动用液压马达3310、减速器3311、下滑车齿轮齿条机构3312及下部导向轮组3313。下滑车339上设有下滑车回转支承机3314， 下滑车回转支承机构3314上方设有减速箱338，下滑车回转支承机构3314内部的内齿轮与减速箱338的齿轮配对，减速箱338的上方设有回转用液压马达337，下滑车339上还设有减速器3311，减速器3311上方设有下滑车直线驱动用液压马达3310，减速器3311的下端
8设有下滑车齿轮齿条机构3312，下滑车齿轮齿条机3312位于减速器3311的下端与下导轨 2之间，下滑车339上还设有下部导向轮组分3313，下部导向轮组3313分为行走轮和导向轮，所述行走轮设在下滑车339的两侧，在下导轨盖板21上运动，所述导向轮水平在下滑车 339上，在下导轨盖板21中间运动；上滑车回转支承机构336通过轴、键与立柱本体31上端连接，立柱本体31下端通过万向轴与下滑车回转支承结构3314的上端连接，上滑车回转支承机构336与下滑车回转支承机构3314同轴，上滑车331和下滑车339均与传感器连接。通过传感器检测上部行走旋转装置33和下部行走旋转装置34的位置，通过码盘保持上部行走旋转装置33和下部行走旋转装置34同步行走。下滑车339通过回转用液压马达337，带动有齿轮的减速箱338，减速箱338的齿轮与下滑车回转支承结构3314内部的内齿轮成对，传导动力，实现立柱3的回转运动。参照图7，上大臂42的下端带有缺口，并且与上夹钳43铰接，所述缺口处与上夹钳变幅缸44的一端铰接，上夹钳变幅缸44的另一端与上夹钳43铰接，吊卡45设在上夹钳 43的下方。参照图8，上臂滑车41包括上臂滑车架411、调整液压缸414、导向滑轮组412及上臂滑车安全钳413。上臂滑车架411的一面设有上臂滑车安全钳413和导向滑轮组412， 导向滑轮组412和上臂滑车安全钳413位于上臂滑车41与立柱本体31之间，上臂滑车架 411的另一面设有调整液压缸414，调整液压缸414的一端通过钢丝绳与绞车32连接，另一端与上臂滑车架411铰接。上大臂42安装在上臂滑车41上，上臂4的垂直运动由绞车32通过一个定滑轮提供动力，通过上臂滑车41上的四对导向滑轮组412，保证上臂4沿立柱本体31为导向的垂直运动。在对扣时，则由调整液压缸414，微调上臂41的位置，避免由于速度过快产生的对螺纹的冲击。本实施例中设置了两个上臂滑车安全钳413，上臂滑车安全钳413的个数可以根据需要任意设置，上臂滑车安全钳413内设有液压缸及弹簧，上臂滑车安全钳能在液压缸及弹簧的用下，安全制停夹持在轨道上。上大臂变幅缸46、上夹钳变幅缸44通过关联运动保持上夹钳43和吊卡45的垂直状态。参照图9，上夹钳43包括上夹钳架431、夹持钳432、滚子钳433、保护钳434及管子探测器435，上夹钳架431上端与上夹钳变幅缸44和上大臂42铰接，上夹钳架431的两侧从上到下依次设有夹持钳432、滚子钳433、保护钳434和管子探测器435。管子探测器 435由探测器架、缓冲缸及接近开关组成，管子探测器为现有技术，具体结构图中未示出，所述探测器架的一端铰接在上夹钳架431的下端，另一端悬出在保护钳434的下方，中部与所述缓冲缸的一端铰接，所述缓冲缸的另一端铰接在上夹钳43的下端，所述接近开关安装在上夹钳架431上，在没有管的时候，所述接近开关检测到所述探测器架，当有管的时候，探测器架被管向后推离所述接近开关，所述接近开关会发出信号。夹持钳432包括液压缸，所述液压缸的缸体安装在上夹钳架431内部，其中轴线在上夹钳架431中心面上，其轴心上端安装有推杆，所述推杆的两侧均与拉杆的一端铰接，所述拉杆的另一端铰接在左、右两个夹持钳432的中部，夹持钳432的一端与上夹钳架431铰接，滚子钳433及保护钳434的构成方式与夹持钳432相同。夹持钳432、滚子钳433、保护钳434和管子探测器435夹钳变幅缸44和上夹钳架431组成连杆机构。
管子探测器435能使夹持钳432和滚子钳433能准确的夹持钻具，夹持钳432的作用是夹持提升钻具，滚子钳433在上卸扣时使用，保护钳434的作用是避免在夹持钳432 和滚子钳433失效时钻具翻倒伤人。参照图10，吊卡45包括吊卡座451，吊卡座451上端与上夹钳架431的下端连接通过销轴固定，下端通过油缸座4521与吊卡提升锁紧缸452的上端铰接，吊卡提升锁紧缸452的下端与吊卡臂453的上端连接，吊卡臂453的下端设有吊卡旋转机构454，，吊卡旋转机构妨4的下端与吊卡吊臂456的上端连接，吊卡吊臂456的下端与吊卡头457铰接，吊卡吊臂456的上端还与吊卡翻转机构455连接，吊卡翻转机构455 的下端与吊卡头457连接，进而带动吊卡头457翻转；吊卡提升锁紧缸452为液压缸。其中，吊卡提升锁紧缸452的作用是防止接送钻具时，由于吊卡臂453太长以及钻具的重力产生的弯矩对吊卡的破坏。另外，吊卡提升锁紧缸452还可以在接钻具时微调提升。参见图10，吊卡旋转机构妨4包括马达(图中未示出) 及驱动组件(图中未示出)，所述马达固定在吊卡臂453上，并且通过齿轮组件(图中未示出)驱动，所述驱动组件包括相互啮合的小齿轮和大齿轮，所述马达与所述小齿轮通过键连接，所述大齿轮为内齿轮，并且固定在吊卡吊臂456上，吊卡旋转机构妨4通过吊卡吊臂 456带动吊卡头457做旋转运动。如图10所示，吊卡翻转机构455包括翻转液压缸4551、 拉杆连杆4552及拉杆4553。其中，拉杆连杆4552的一端与吊卡吊臂456上的支架铰接，另一端通过拉杆4553与吊卡头457铰接，翻转液压缸4551安装于吊卡吊臂456上，翻转液压缸4551中的活塞杆铰接于拉杆连杆4552上，并带动拉杆4553运动，使吊卡头457翻转。如图11所示，吊卡头457包括吊卡头座4571、吊卡卡爪4573、吊卡卡具4572和吊卡卡爪动力源4574。其中，参照图10，吊卡头457与吊卡吊臂456通过翻转轴45M连接， 吊卡翻转机构455可使吊卡头457绕翻转轴45M做翻转运动。吊卡卡爪4573为两个，参照图10和图11，两个吊卡卡爪4573及与其相配的吊卡卡爪动力源4574分别安装在吊卡头座4571的两侧。其中，吊卡卡爪动力源4574位于吊卡头座4571内部，为液压驱动，通过所述液压缸驱动吊卡卡爪4573抱紧或松开钻具，实现在钻具的取用、运移过程中，吊卡卡爪4573分别由两个液压缸驱动，直到抱紧为止，通过两个吊卡卡爪4573抱紧钻具，减少了事故隐患，大大提高了钻井作业过程的安全性，有利于油田的安全生产。吊卡卡具4572安装在吊卡头座4571上，即可实现不同管径钻具的上提和下放作业。通过不同规格卡具4572 的快速更换，即可实现对不同管径钻具的上提和下放作业，使装置本身具有通用性，环境适应性增强，可以在多种钻井钻台上作业。参照图14，实施例2提供的重载排管机器人在陆地钻机和海洋钻井平台的起下钻和管子的处理作业中的应用，具体如下设备处于初始状态，即上下臂收回，选择动力猫道9为目标后，使立柱3沿轨道行走，并旋转到指定角度，上臂4伸出，吊卡旋转机构4M旋转，翻转吊卡45至接钻杆位置后， 使钻杆在吊卡45之内，上提吊卡45，到钻杆与吊卡45接触后，停止。吊卡卡爪4573锁死。 提上臂4到指定位置，动力猫道上的推杆器推钻杆。继续上提上臂4到指定位置，推杆器扶正钻杆。下臂5伸出接钻杆，关闭门销513，推杆器收回。选择鼠洞13为目标，上提上臂4 到指定位置，旋转吊卡臂44，翻转吊卡45，收回上臂4、下臂5。立柱3移动旋转到指定位置后，伸出上臂4、下臂5后，下放上臂4，使钻杆下降到指定位置。打开门销513，收回下臂5， 继续放下上臂4，至吊卡45脱离管箍。打开吊卡卡爪4573，收回上大臂42。重复以上动作， 取第二根钻杆。下放钻杆至两管箍留有一定距离后抹油。移动铁钻工14至鼠洞13位，应用调整液压缸414对扣，打开门销513，收回下臂5，铁钻工14上扣后，退回原位。打开吊卡卡爪4573，收回上臂4。下放上臂4、下臂5至指定位置，上夹钳43，关闭上夹钳夹持钳432。 上提钻杆到指定位置后，伸导向钳5，关闭门销513，继续上提钻杆到指定位置。选择小指梁 12为目标，收回上臂4、下臂5后，立柱3旋转移动到指定位置后，伸出上臂4、下臂5。钻杆进入小指梁12。下放上臂4，至钻杆至管箍落地，关指梁，打开上夹钳夹持钳432、门销513， 收回上臂4、下臂5。重复取第三根杆，放入鼠洞13内。取小指梁12上的两根钻杆，接立根， 放入指梁8内。卸立根时，设备处于初始状态，选择指梁8为目标，使立柱3移动旋转到指定位置，伸出上臂4、下臂5。打开，目标钻杆前的所有指梁销，关闭上夹钳夹持钳432、门销 513，使上臂4、下臂5抓紧钻杆并上提。选择井口 10为目标，收回上臂4、下臂5，立柱3移动旋转到指定位置后，伸出上臂4、下臂5，将钻杆送到指定位置。下放钻杆至指定位置后， 扣顶驱11的吊卡。打开上夹钳滚子钳433，收回上臂4。本实施例提供的重载排管机器人的主要技术参数指标如下工作对象钻杆，钻具；总机重量约20t ；最小外形尺寸:4. 5mXl. 3mX28. Om ；总功率160KW ；结构形式垂直多关节；驱动系统液压伺服驱动；工作负荷最大夹持负荷 10000kg(伸出3. Im时)，工作夹持负荷3000kg(伸出4. Om时)，最大起吊负荷3300kg。以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如计算机中的硬盘、光盘或软盘。以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种重载排管机器人，其特征在于包括上导轨、下导轨、立柱和上臂，所述立柱的上端设有上滑车并通过所述上滑车与所述上导轨连接，所述立柱的下端设有下滑车并通过所述下滑车与所述下导轨连接，所述上臂包括上臂滑车，所述上臂滑车上设有导向滑轮组并通过所述导向滑轮组与所述立柱连接，所述上臂滑车的上端与上大臂的上端铰接，所述上臂滑车的下端与上大臂变幅缸的一端铰接，所述上大臂变幅缸的另一端与所述上大臂的中部铰接，所述上大臂的下方设有吊卡，所述立柱上还设有绞车，所述绞车位于所述上臂下方，所述上臂滑车通过钢丝绳与所述绞车连接。
2.根据权利要求1所述的重载排管机器人，其特征在于还包括下臂，所述下臂包括下臂联接座，所述下臂联接座与所述立柱的中下部连接，并且与下大臂的下端铰接，所述下大臂的中部与下大臂变幅缸的一端铰接，所述下大臂变幅缸的另一端与所述立柱铰接，所述下大臂的上端与下臂导向钳铰接，所述下大臂还与导向钳变幅缸的一端铰接，所述导向钳变幅缸与所述下大臂的铰接点位于所述大臂变幅缸与所述下臂导向钳之间，所述导向钳变幅缸的另一端与所述下臂导向钳铰接；所述下臂导向钳包括导向钳座，所述导向钳座的下端与所述大臂变幅缸和所述导向钳变幅缸铰接，所述导向钳座上依次设有下臂管子探测器、推动器、门销和调节器，所述下臂管子探测器、所述推动器和所述调节器与所述导向钳座组成连杆机构。
3.根据权利要求1所述的重载排管机器人，其特征在于所述上导轨包括上导轨架和上导轨座，所述上导轨架为U型导轨，不带弧度的一端与所述上导轨座铰接，另一端悬臂伸出，所述导轨座与井架连接；所述下导轨包括下导轨盖板和下导轨支座，所述下导轨支座与钻井钻台连接，所述下导轨盖板安装在所述下导轨支座上端。
4.根据权利要求1所述的重载排管机器人，其特征在于所述立柱包括立柱本体，所述绞车设在所述立柱本体上，所述立柱本体的上端与上部行走旋转装置连接，所述立柱本体的下端与下部行走旋转装置连接。
5.根据权利要求4所述的重载排管机器人，其特征在于所述上部行走旋转装置包括上滑车，所述上滑车上设有所述上部导向轮组，所述上部导向轮组由八个导向轮组成，其中四个导向轮水平放置；四个导向轮垂直放置，在所述上导轨的槽形轨道中运动，所述上滑车中部设有减速机和上滑车回转支承机构，所述减速机上方设有上滑车直线驱动用液压马达，所述减速机下端与所述上导轨之间设有上滑车齿轮齿条结构；所述下部行走旋转装置包括下滑车，所述下滑车上设有下滑车回转支承机构，所述下滑车回转支承机构上方设有减速箱，所述下滑车回转支承机构内部的内齿轮与所述减速箱的齿轮配对，所述减速箱上方设有回转用液压马达，所述下滑车上还设有减速器，所述减速器上方设有下滑车直线驱动用液压马达，所述减速器下端与所述下导轨之间设有下滑车齿轮齿条机构，所述下滑车上还设有下部导向轮组分，所述下部导向轮组分为行走轮和导向轮，所述行走轮设在所述下滑车两侧，在所述下导轨盖板上运动，所述导向轮水平设在所述下滑车上，在所述下导轨盖板中间运动；所述上滑车回转支承机构通过轴、键与所述立柱本体上端连接，所述立柱本体下端通过万向轴与所述下滑车回转支承结构的上端连接，所述上滑车回转支承机构与所述下滑车回转支承机构同轴，所述上滑车和所述下滑车均与传感器连接。
6.根据权利要求1所述的重载排管机器人，其特征在于所述上大臂的下端带有缺口， 并且与上夹钳铰接，所述缺口处与上夹钳变幅缸的一端铰接，所述上夹钳变幅缸的另一端与所述上夹钳铰接，所述吊卡设在所述上夹钳的下方。
7.根据权利要求6所述的重载排管机器人，其特征在于所述上臂滑车包括上臂滑车架，所述上臂滑车架的一面设有上臂滑车安全钳和所述导向滑轮组，所述导向滑轮组和所述上臂滑车安全钳位于所述上臂滑车与所述立柱本体之间，所述上臂滑车架的另一面设有调整液压缸，所述调整液压缸的一端通过钢丝绳与所述绞车连接，另一端与所述上臂滑车架铰接。
8.根据权利要求6所述的重载排管机器人，其特征在于所述上夹钳包括上夹钳架，所述上夹钳架上端与所述上夹钳变幅缸和所述上大臂铰接，所述上夹钳架的两侧从上到下依次设有夹持钳、滚子钳、保护钳和管子探测器，所述夹持钳、所述滚子钳、所述保护钳和所述管子探测器与所述上夹钳变幅缸和所述上夹钳架组成连杆机构。
9.根据权利要求6所述的重载排管机器人，其特征在于所述吊卡包括吊卡座，所述吊卡座上端与所述上夹钳架连接，下端与吊卡提升锁紧缸的上端铰接，所述吊卡提升锁紧缸的下端与吊卡臂的上端连接，所述吊卡臂的下端设有吊卡旋转机构，所述吊卡旋转机构的下端与吊卡吊臂的上端连接，所述吊卡吊臂的下端与吊卡头铰接，所述吊卡吊臂的上端还与吊卡翻转机构连接，所述吊卡翻转机构的下端与所述吊卡头连接。
10.根据权利要求6所述的重载排管机器人，其特征在于所述吊卡头包括吊卡头座， 所述吊卡头座的上端与所述吊卡翻转机构连接，所述吊卡头座的侧面与所述吊卡吊臂铰接，所述吊卡头座上设有吊卡卡爪动力源、吊卡卡具和吊卡卡爪。
全文摘要
本发明公开了一种重载排管机器人，属于石油钻井钻具排放作业设备领域。该机器人包括上导轨、下导轨、立柱和上臂，所述立柱的上端设有上滑车，所述立柱的下端设有下滑车，所述上臂包括上臂滑车，所述上臂滑车上设有导向滑轮组并通过所述导向滑轮组与所述立柱连接，所述上臂滑车的上端与上大臂的上端铰接，所述上臂滑车的下端与上大臂变幅缸的一端铰接，所述上大臂变幅缸的另一端与所述上大臂的中部铰接，所述上大臂的下方设有吊卡，所述立柱上还设有绞车，所述绞车位于所述上臂下方，所述上臂滑车通过钢丝绳与所述绞车连接。本发明使起下钻和管子的处理作业更安全、简单，工作效率更高。
文档编号E21B44/02GK102536193SQ20101061974
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者李庆杰, 李建国, 皮景峰, 胡德祥, 赵京艳, 赵淑兰, 陈娟 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油技术开发公司, 中油辽河宝石石油装备有限公司