海洋钻井平台管柱自动化移运装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管柱自动移运装置。
【背景技术】
[0002]在海洋钻井平台中，钻杆等管柱自动传送系统是自动化钻井设备的重要组成部分，它能够完成钻杆的夹持、搬运等操作，代替人工实现钻杆在井口与存储仓库间往复自动传送。它可以有效的提高钻井作业安全性，降低工作人员的劳动强度，缩短作业周期，节约作业成本，提高钻杆传送的自动化水平和工作效率。
[0003]目前国内对钻杆自动化传送系统的研究和应用才刚刚起步，钻杆的传送更多的依赖于人工操作或只能实现部分的自动化传送，远不能满足现代自动化钻井的要求。
[0004]现有钻杆自动化移运装置大多采用低自由度两到三根机械臂组成，而且两个大臂由于尺寸大，驱动动作停止时也会在末端产生振动，在对钻杆进行抓取时，影响定位与抓取精度，且在钻杆处理过程中不具有连贯性，影响抓取的效率和工作进程。
【发明内容】
[0005]针对上述的问题，本发明提出了一种多自由度管柱自动化移运装置，该装置能够实现管柱排放和抓取的自动化操作，提高了控制过程的精确度和连贯性。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是:一种海洋钻井平台管柱自动化移运装置，包括机体执行系统，以及为执行系统提供动力和控制的液压系统；所述机体执行系统包括底座回转装置、机械臂系统及末端执行器，其中:
所述底座回转装置，包括底座、第一回转支承、第一液压马达、第一回转接头、第一传动齿轮；
所述底座基体为圆柱状，内部中空，底座通过其底部的法兰盘结构螺栓固定在钻井平台上，底座侧壁开有进入口，上述液压系统中的液压站通过该进入口放入底座内，底座上端面中心设有回转支承槽，底座侧面还设有方形凹槽，第一液压马达固定在该方形凹槽内；
所述第一回转支承的内圈为直齿结构，第一液压马达的输出轴与第一传动齿轮键连接，第一传动齿轮与第一回转支承内圈的直齿结构相啮合，第一传动齿轮与第一回转支承坐入回转支承槽内，第一回转支承的外圈螺栓连接在底座上；
所述第一回转接头，包括底盘及铰支座，铰支座焊接在底盘中心，底盘与回转支承的内圈螺栓连接。
[0007]所述机械臂系统，包括第一臂、第二臂、第三臂及第四臂，臂内部中空，第一臂与第二臂等长，第三臂与第四臂等长，第一臂是第三臂长度的5-8倍，第一臂至第四臂的横截面积逐级递减，其中第一臂的尾端与第一回转接头的铰支座铰接，第一臂的两侧与铰支座之间分别设置第一液压缸，第一臂的前端与第二臂的后端铰接，第二臂的尾端与第一臂的上端之间设置第二液压缸，第二臂的前端与第三臂的后端铰接，第三臂的尾端与第二臂的上端之间设置第三液压缸，第三臂的前端与第四臂的尾端铰接，第四臂的中部与第三臂的中部之间设置第四液压缸，第四臂的前端铰接末端执行器；上述第一臂与回转接头之间、四个臂之间及第四臂与末端执行器之间共形成5个竖直方向转动关节，且转动关节的轴线相互平行。
[0008]所述末端执行器，包括第二回转接头、回转台、第二液压马达、第二回转支承、第二传动齿轮、支架及机械抓手；
所述第二回转接头，包括底盘及铰支座，铰支座与第四臂的前端铰接，铰支座与第四臂之间还连接有第五液压缸，第二液压马达螺栓固定在底盘上；
所述回转台，其上表面设有圆形槽，第二回转支承的外圈与第二传动齿轮相啮合并共同坐入该圆形槽中心，第二回转接头的底盘嵌入该圆形槽内，且第二回转接头的底盘与第二回转支承内圈螺栓连接，回转台与第二回转支承外圈螺栓连接，第二液压马达的输出轴与第二传动齿轮键连接；
所述支架的基体为长条状，其中部铰接在回转台正下方，并在支架与回转台之间设置三角支撑机构；
所述机械抓手，包括夹持式抓手、驱动机构及传力机构，所述夹持式抓手，包括手部、手腕及手臂，夹持式抓手的两根手臂上方分别铰接在上述支架的一端，支架的另一端对称铰接另一夹持式抓手；所述驱动机构包括第六液压缸，第六液压缸垂直固定在两手臂中间的支架下底板上，第六液压缸顶杆的末端固定连接块；所述传力机构，包括偶数根连杆，连杆的两端分别铰接在夹持式抓手的手腕部及连接块之间，上述连杆镜像设置。
[0009]本发明的有益效果:
1、首先机械臂系统采用四根机械臂连接，前两根机械臂较长，可以高效快速的将抓取装置移送到钻杆附近；后两根机械臂较短，在对抓取装置的精确定位中有良好的效果。两个大臂在大范围内定位时会产生弹性变形，由于尺寸太大，驱动动作停止时也会在末端产生振动，影响定位与抓取精度，而本设计在末端加了两个小臂，刚度比大臂好，可以补偿大臂带来的精度误差。机械臂系统及末端执行器处多个关节和自由度的设计使抓取过程中更有连续性，提高了抓取的准确度和灵活性；
2、其次，机械臂设计成中空结构，对臂的横截面积设计成逐级递减的形式，第一根臂横截面积最大，第四根臂最小；壁的厚度从第一根大臂开始，逐级递减，有利于减轻机械臂的总体质量；对各机械臂内加有筋板，增加了机械臂的抗弯性能；
3、另外，底座回转装置利用回转支承来实现固定和扭矩传递，结构简单可靠，能够同时承受轴向力、径向力、倾翻力矩等，有利于保持大功率抓取装置在水平旋转过程中的稳定性与安全性；同时液压马达通过小齿轮的传递与回转支承啮合，能够起到减速的效果，使旋转过程平滑可控；
4、最后，液压系统采用双联齿轮栗供油，把等量的油分别输入两个尺寸相同的液压缸，确保机械臂两侧对称液压缸能够同步伸缩，以保证机械臂作业过程中的平稳运行和支撑强度。液压马达是将液压能转化为机械能的装置，可实现连续的旋转运动，此机械装置采用液压马达控制水平面内的旋转运动，易于获得较大的力矩，传递过程比较平稳，能够往复运动，易于防止过载事故；
本发明能够完成海洋石油钻采过程中钻杆抓取任务，节省了工人的劳动强度，提高了工作效率，有效地避免了钻采过程中存在的安全隐患。
【附图说明】
[0010]图1是本发明海洋钻井平台管柱自动化移运装置总装图。
[0011]图2是底座回转装置结构图。
[0012]图3是图2的局部放大图。
[0013]图4是底座的结构示意图。
[0014]图5是第一回转支承的结构示意图。
[0015]图6是第一回转接头的结构示意图。
[0016]图7是机械臂系统的结构示意图。
[0017]图8第一臂的结构示意图。
[0018]图9是第二臂的结构示意图。
[0019]图10是第三臂的结构示意图。
[0020]图11是第四臂的结构示意图。
[0021]图12是末端执行器的结构示意图。
[0022]图13是末端执行器中的第二回转接头、回转台、第二液压马达、第二回转支承及第二传动齿轮连接关系图。
[0023]图14是末端执行器与第四臂连接关系图。
[0024]图15是第二回转接头的结构示意图。
[0025]图16是回转台的结构示意图。
[0026]图17是支架的结构示意图。
[0027]图18是支架与回转台连接图。
[0028]图19是机械抓手的结构示意图。
[0029]图20是夹持式抓手的结构示意图。
[0030]图21是连接块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明做进一步的说明:
一种海洋钻井平台管柱自动化移运装置，包括机体执行系统，以及为执行系统提供动力和控制的液压系统；由图1所示:所述机体执行系统包括底座回转装置1、机械臂系统2及末端执行器3，其中:
由图2结合图3所示:所述底座回转装置1，包括底座1-1、第一回转支承1-2、第一液压马达1-3、第一回转接头1-4、第一传动齿轮1-5。
[0032]由图4结合图3所示:所述底座1-1基体为圆柱状，内部中空，底座1-1通过其底部的法兰盘结构螺栓固定在钻井平台上，底座侧壁开有进入口 1-1-1，上述液压系统中的液压站通过该进入口 1-1-1置于底座1-1内，底座1-1上端面中心设有回转支承槽1-1-2，底座1-1侧面还设有方形凹槽1-1-3，第一液压马达1-3固定在该方形凹槽1-1-3内。
[0033]由图5结合图2所示:所述第一回转支承1-2的内圈为直齿结构1-2-1，第一液压马达1-3的输出轴与第一传动齿轮1-5键连接，第一传动齿轮1-5与第一回转支承内圈的直齿结构1-2-1相啮合，第一传动齿轮1-5与第一回转支承1-2坐入底座的回转支