本實(shí)用新型涉及一種石油鉆井機(jī)輔助機(jī)械裝置，特別涉及一種石油鉆井機(jī)用可移動(dòng)式鉆臺(tái)排管機(jī)器人。

背景技術(shù)：

鉆井作業(yè)是一項(xiàng)投資巨大的風(fēng)險(xiǎn)性工程，鉆井裝備的優(yōu)劣直接影響著鉆井速度、鉆井安全和鉆井經(jīng)濟(jì)效益。目前，石油鉆井現(xiàn)場起下鉆作業(yè)時(shí)管柱的排放以人工操作為主。起鉆時(shí)，司鉆利用井架上的天車、游動(dòng)滑車和大鉤從井內(nèi)起出管柱，由2名鉆工從鉆臺(tái)井口用手將起出后的管柱推至管柱排放架內(nèi)；下鉆時(shí)，由2名鉆工將管柱從管柱排放架內(nèi)拉至井口位置，對(duì)準(zhǔn)連接螺紋，以方便螺紋連接后完成下鉆。完成上述起下鉆作業(yè)中的管柱抓取、釋放、移動(dòng)、排放、定位等工作，鉆井工人付出的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，起下鉆速度慢、效率低并且?guī)砗芏嗖话踩蛩亍?/p>

現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)和不足：人工作業(yè)事故率高，工人體力消耗大，工作條件差，工作可持續(xù)性差，效率低，人工成本較高經(jīng)濟(jì)型差，自動(dòng)化程度差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種石油鉆井機(jī)用可移動(dòng)式鉆臺(tái)排管機(jī)器人。

本實(shí)用新型提到的一種石油鉆井機(jī)用可移動(dòng)式鉆臺(tái)排管機(jī)器人，其技術(shù)方案是包括履帶式底盤（10）、升降臺(tái)（20）、回轉(zhuǎn)臺(tái)（30）、伸縮臂（40）和電磁抓手（50），所述履帶式底盤（10）通過液壓動(dòng)力站提供動(dòng)力行走功能，同時(shí)集成液壓動(dòng)力站和電控箱；升降臺(tái)（20）安裝在履帶式底盤（10）的中部，提供動(dòng)力升降功能；回轉(zhuǎn)臺(tái)（30）安裝在升降臺(tái)（20）上側(cè)，提供動(dòng)力回轉(zhuǎn)功能；所述伸縮臂（40）的一端連接在回轉(zhuǎn)臺(tái)（30）上，另一端連接電磁抓手（50），并且控制電磁抓手（50）的進(jìn)退動(dòng)作；所述電磁抓手（50）作為最終的執(zhí)行部件，可以通過電磁效應(yīng)吸附固定管柱，實(shí)現(xiàn)對(duì)管柱的精確移位和排放。

優(yōu)選的，上述的履帶式底盤（10）包括履帶行走單元（11）、底盤主梁（12）、電器控制箱（13）、液壓動(dòng)力站（14），在兩組履帶行走單元（11）之間安裝底盤主梁（12）和液壓動(dòng)力站（14），后部空間安裝電器控制箱（13）。

優(yōu)選的，上述的升降臺(tái)（20）包括升降臺(tái)底座（21）、回轉(zhuǎn)臺(tái)安裝座（22）、剪式支腿（23）、升降油缸（24）、滑槽（25）、支腿滑輪（26），所述剪式支腿（23）設(shè)有兩對(duì)，每對(duì)鉸接成X形，上下左右分別形成四個(gè)支點(diǎn)，下側(cè)兩支點(diǎn)與升降臺(tái)底座（21）連接，上側(cè)兩支點(diǎn)與回轉(zhuǎn)臺(tái)安裝座（22）連接；升降油缸（24）一端鉸接于升降臺(tái)底座（21），另一端鉸接于剪式支腿（23）上，通過升降油缸（24）的伸縮，使升降臺(tái)（20）產(chǎn)生動(dòng)力升降。

優(yōu)選的，上述的剪式支腿（23）下側(cè)的連接方式為：一個(gè)支點(diǎn)與升降臺(tái)底座（21）鉸接，另一個(gè)支點(diǎn)連接到位于滑槽（25）內(nèi)的支腿滑輪（26）上，形成直線滑動(dòng)副，上側(cè)的連接方式與下側(cè)一致。

優(yōu)選的，上述的回轉(zhuǎn)臺(tái)（30）包括回轉(zhuǎn)底座（31）、伸縮臂安裝座（32）、大齒圈（33）、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)（34）、驅(qū)動(dòng)齒輪（35）、軸承（36），所述回轉(zhuǎn)底座（31）與伸縮臂安裝座（32）通過一對(duì)軸承（36）連接成可自由回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)（34）安裝于回轉(zhuǎn)底座（31）上，大齒圈（33）固定于伸縮臂安裝座（32）下側(cè)，回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)（34）通過驅(qū)動(dòng)齒輪（35）與大齒圈（33）的嚙合，帶動(dòng)伸縮臂安裝座（32）實(shí)現(xiàn)動(dòng)力回轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的，上述的伸縮臂（40）包括伸縮臂座（41）、主臂（42）、副臂（43）、副臂平衡臂（44）、抓手平衡臂（45），抓手平衡杠桿（46）、驅(qū)動(dòng)油缸（47），所述主臂（42）下端與伸縮臂座（41）鉸接，上端同時(shí)與抓手平衡杠桿（46）和副臂（43）鉸接，副臂（43）下端與電磁抓手（50）鉸接，副臂平衡臂（44）下端與伸縮臂座（41）鉸接，上端與副臂（43）鉸接，抓手平衡臂（45）共兩件，其中一件兩端分別與伸縮臂座（41）和抓手平衡杠桿（46）鉸接，另一件的兩端分別與電磁抓手（50）和抓手平衡杠桿（46）鉸接，驅(qū)動(dòng)油缸（47）一端鉸接到主臂（42），另一端鉸接于副臂（43）。

優(yōu)選的，上述的驅(qū)動(dòng)油缸（47）驅(qū)動(dòng)主臂（42）和副臂（43）產(chǎn)生夾角，使電磁抓手（50）可以前伸，伸縮臂座（41）、主臂（42）、副臂（43）和副臂平衡臂（44），此四件相互鉸接為四連桿機(jī)構(gòu)，且當(dāng)主臂（42）和副臂（43）相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生夾角時(shí)，此夾角一直保持被垂面等分；另外，伸縮臂座（41）、主臂（42）、抓手平衡臂（45）和抓手平衡杠桿（46）組成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，副臂（43）、抓手平衡臂（45），抓手平衡杠桿（46）和電磁抓手（50）組成同樣尺寸的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，依靠此兩處平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，與前面的四連桿機(jī)構(gòu)效果相結(jié)合，可以保持機(jī)械爪（10）在同一水平面上做進(jìn)退動(dòng)作，在控制伸縮臂使電磁抓手（50）進(jìn)退的過程中，不會(huì)產(chǎn)生高度變化。

優(yōu)選的，上述的電磁抓手（50）包括抓手固定座（51）、抓手偏擺架（52）、電磁鐵（53）、管柱滾輪（54），電磁鐵（53）擁有兩個(gè)呈現(xiàn)V形夾角的表面，在電磁作用下表面產(chǎn)生吸合力以抓取管柱，電磁鐵（53）每個(gè)吸附面的上下兩端均安裝有管柱滾輪（54），此滾輪可以使管柱能夠離開吸合面微小的距離，可以保證管柱既能夠沿著滾輪滾動(dòng)方向上下移動(dòng)又不會(huì)降低電磁鐵對(duì)管柱的吸合力。

優(yōu)選的，上述的抓手偏擺架（52）通過兩個(gè)相互垂直的自由轉(zhuǎn)軸分別鉸接于抓手固定座（51）和電磁鐵（53），可以使電磁鐵（53）實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的偏擺，以適應(yīng)作業(yè)過程中管柱的偏擺，防止因?yàn)楣苤珨[而導(dǎo)致電磁抓手（50）外力損壞和吸合力不足問題。

優(yōu)選的，上述的電磁鐵（53）重心位于兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的正下方一段距離，此重心位置使電磁抓手（50）釋放管柱后，能夠在重力作用下自動(dòng)擺回初始豎直狀態(tài)，以適應(yīng)下一根管柱的吸合。

本實(shí)用新型的有益效果是：大幅度減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地降低了鉆井作業(yè)的事故率，同時(shí)降低工人了工作危險(xiǎn)性，安全性大大提高，節(jié)約了人工成本，實(shí)現(xiàn)鉆臺(tái)管柱自動(dòng)排放的全機(jī)械化連續(xù)作業(yè)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖 2為履帶式底盤的結(jié)構(gòu)示意圖

圖 3為升降臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖 4為升降臺(tái)升降行程示意圖

圖 5為回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖 6為伸縮臂的結(jié)構(gòu)示意圖

圖 7為伸縮臂的伸縮位移曲線示意圖

圖 8為電磁抓手的結(jié)構(gòu)示意圖

圖 9為電磁抓手的吸合管柱示意圖

上圖中：履帶式底盤10、升降臺(tái)20、回轉(zhuǎn)臺(tái)30、伸縮臂40和電磁抓手50，履帶行走單元11、底盤主梁12、電器控制箱13、液壓動(dòng)力站14，升降臺(tái)底座21、回轉(zhuǎn)臺(tái)安裝座22、剪式支腿23、升降油缸24、滑槽25、支腿滑輪26，回轉(zhuǎn)底座31、伸縮臂安裝座32、大齒圈33、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)34、驅(qū)動(dòng)齒輪35、軸承36，伸縮臂座41、主臂42、副臂43、副臂平衡臂44、抓手平衡臂45，抓手平衡杠桿46、驅(qū)動(dòng)油缸47，抓手固定座51、抓手偏擺架52、電磁鐵53、管柱滾輪54、管柱A。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖1-9，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述：

本實(shí)用新型提供一種可移動(dòng)式鉆臺(tái)排管機(jī)器人，如圖 1所示，包括履帶式底盤10、升降臺(tái)20、回轉(zhuǎn)臺(tái)30、伸縮臂40、電磁抓手50。其中，回轉(zhuǎn)臺(tái)30與伸縮臂40鉸接，伸縮臂40與電磁抓手50鉸接。其余單元相互連接方式均為可以拆卸固定連接。履帶式底盤10通過液壓動(dòng)力提供動(dòng)力行走功能，同時(shí)集成液壓動(dòng)力站和電控箱；升降臺(tái)20提供動(dòng)力升降功能；回轉(zhuǎn)臺(tái)30提供動(dòng)力回轉(zhuǎn)功能；伸縮臂40用以實(shí)現(xiàn)電磁抓手50的進(jìn)退；電磁抓手50作為最終的執(zhí)行部件，可以通過電磁效應(yīng)吸附固定管柱A，最終實(shí)現(xiàn)管柱的精確移位和排放。

在本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中，履帶式底盤10結(jié)構(gòu)如圖 2所示。包括履帶行走單元11、底盤主梁12、電器控制箱13、液壓動(dòng)力站14。

履帶行走單元11具有液壓驅(qū)動(dòng)履帶底座的一般結(jié)構(gòu)。由兩個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)單邊的獨(dú)立控制，具有直線、曲線動(dòng)力行駛和原地轉(zhuǎn)向等功能。底盤主梁12是經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的承載結(jié)構(gòu)，它橋接于兩個(gè)履帶行走單元11之間，底部安裝液壓動(dòng)力站14，后部安裝電器控制箱13，上部安裝升降臺(tái)20，構(gòu)成了一個(gè)集行走、液壓動(dòng)力和電器控制為一體的綜合功能設(shè)備動(dòng)力底盤。

在本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中，升降臺(tái)20結(jié)構(gòu)如圖 3所示。包括升降臺(tái)底座21、回轉(zhuǎn)臺(tái)安裝座22、剪式支腿23、升降油缸24、滑槽25、支腿滑輪26。

剪式支腿23共兩對(duì)。每對(duì)鉸接成X形，上下左右分別形成四個(gè)支點(diǎn)。下側(cè)兩支點(diǎn)與升降臺(tái)底座21連接，上側(cè)兩支點(diǎn)與回轉(zhuǎn)臺(tái)安裝座22連接。下側(cè)的連接方式為：一個(gè)支點(diǎn)與升降臺(tái)底座21鉸接，另一個(gè)支點(diǎn)連接到位于滑槽25內(nèi)的支腿滑輪26上，形成直線滑動(dòng)副。上側(cè)的連接方式與下側(cè)一致。升降油缸24一端鉸接于升降臺(tái)底座21，另一端鉸接于剪式支腿23上。通過升降油缸24的伸縮，使升降臺(tái)20產(chǎn)生動(dòng)力升降。升降行程示意圖見圖 4。

此升降結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，行程大，體積小，能夠平穩(wěn)水平升降，承載力高，抗彎扭，抗傾覆等特點(diǎn)。

在本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)臺(tái)30結(jié)構(gòu)如圖 5所示。包括回轉(zhuǎn)底座31、伸縮臂安裝座32、大齒圈33、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)34、驅(qū)動(dòng)齒輪35、軸承36。

回轉(zhuǎn)底座31與伸縮臂安裝座32通過一對(duì)軸承36連接成可自由回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)液壓馬達(dá)34安裝于回轉(zhuǎn)底座31，大齒圈33固定于伸縮臂安裝座32?；剞D(zhuǎn)液壓馬達(dá)34通過驅(qū)動(dòng)齒輪35與大齒圈33的嚙合，帶動(dòng)伸縮臂安裝座32實(shí)現(xiàn)動(dòng)力回轉(zhuǎn)。

在本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中，伸縮臂40結(jié)構(gòu)如圖 6所示。包括伸縮臂座41、主臂42、副臂43、副臂平衡臂44、抓手平衡臂45，抓手平衡杠桿46、驅(qū)動(dòng)油缸47。

伸縮臂40中的所有部件均采用鉸接連接。主臂42下端與伸縮臂座41鉸接，上端同時(shí)與抓手平衡杠桿46和副臂43鉸接。副臂43下端與電磁抓手50鉸接。副臂平衡臂44下端與伸縮臂座41鉸接，上端與副臂43鉸接。抓手平衡臂45共兩件，其中一件兩端分別與伸縮臂座41和抓手平衡杠桿46鉸接，另一件與兩端分別與電磁抓手50和抓手平衡杠桿46鉸接。驅(qū)動(dòng)油缸47一端鉸接到主臂42，另一端鉸接于副臂43。

驅(qū)動(dòng)油缸47驅(qū)動(dòng)主臂42和副臂43產(chǎn)生夾角，使電磁抓手50可以前伸。伸縮臂座41、主臂42、副臂43和副臂平衡臂44，此4件相互鉸接為特殊四連桿機(jī)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)的功能是，當(dāng)主臂42和副臂43相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生夾角時(shí)，此夾角一直保持被垂面等分。此功能對(duì)保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定工作至關(guān)重要。伸縮臂座41、主臂42、抓手平衡臂45和抓手平衡杠桿46組成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，副臂43、抓手平衡臂45，抓手平衡杠桿46和電磁抓手50組成同樣尺寸的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，依靠此兩處平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，與前面的特殊四連桿機(jī)構(gòu)效果相結(jié)合，可以保持機(jī)械爪10在同一水平面上做進(jìn)退動(dòng)作，具體運(yùn)動(dòng)曲線如圖 7所示。此功能的意義在于可以使工人操作更加簡單直觀，在控制伸縮臂使電磁抓手50進(jìn)退的過程中，不會(huì)產(chǎn)生高度變化。

在本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中，電磁抓手50結(jié)構(gòu)如圖 8所示。包括抓手固定座51、抓手偏擺架52、電磁鐵53、管柱滾輪54。

吸合管柱示意見圖 9。電磁鐵53擁有兩個(gè)呈現(xiàn)V形夾角的表面，在電磁作用下表面產(chǎn)生吸合力以抓取管柱，V形夾角既能增加電磁鐵對(duì)管柱的吸附和定位能力，又能對(duì)管柱的不同直徑產(chǎn)生良好的適應(yīng)。電磁鐵53每個(gè)吸附面的上下兩端均安裝有管柱滾輪54，此滾輪可以使管柱能夠離開吸合面微小的距離，可以保證管柱既能夠沿著滾輪滾動(dòng)方向上下移動(dòng)又不會(huì)降低電磁鐵對(duì)管柱的吸合力。

抓手偏擺架52通過兩個(gè)相互垂直的自由轉(zhuǎn)軸分別鉸接于抓手固定座51和電磁鐵53，此結(jié)構(gòu)可以使電磁鐵53實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的偏擺，以適應(yīng)作業(yè)過程中管柱的偏擺，防止因?yàn)楣苤珨[而導(dǎo)致電磁抓手50外力損壞和吸合力不足等問題。

此電磁抓手50結(jié)構(gòu)能夠很好的解決設(shè)備作業(yè)過程中既要適應(yīng)管柱的上下自由運(yùn)動(dòng)和偏擺，又要提供足夠的定位精度使其在下鉆過程中準(zhǔn)確地進(jìn)行螺紋對(duì)準(zhǔn)。同時(shí)，電磁鐵53重心位于兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的正下方一段距離，此重心位置設(shè)計(jì)使電磁抓手50釋放管柱后，能夠在重力作用下自動(dòng)擺回初始豎直狀態(tài)，以適應(yīng)下一根管柱的吸合。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的部分較佳實(shí)施例，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員均可能利用上述闡述的技術(shù)方案加以修改或?qū)⑵湫薷臑榈韧募夹g(shù)方案。因此，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案所進(jìn)行的任何簡單修改或等同置換，盡屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。