可适用于多种管杆直径规格的管杆抓取装置的制作方法

1.本发明属于修井机领域，具体涉及一种可适用于多种管杆直径规格的管杆抓取装置。


背景技术：

2.在自动化或智能化修井作业的起下管操作中，使用自动化管杆交接模块来实现抽油杆或油管(在本文中可统称为“管杆”)的自动化放置。管杆交接模块是修井作业装置中的一个重要组成部分，其目的是为了将抽油杆或油管排放到固定的位置，并能将单根抽油杆或油管进行精确定位。
3.对抽油杆、油管的抓取是通过抓取装置进行的。现有技术中的管杆抓取装置一般包括用于提供动力的液压装置、成对的机械手以及相应的连接装置。液压系统提供动力，实现成对的机械手的打开和闭合。该抓取装置的工作流程可分解为：
①
液压系统的油缸处于初始位置，机械手张开；
②
传感器确认抽油杆、油管进入抓取位置；
③
油缸动作，机械手闭合，从而抓紧抽油杆或油管。
4.然而，现有的抓取装置只能适应单一规格的抽油杆和油管。进行修井作业时，为了抓取不同直径规格的抽油杆和油管，需要一次携带多种规格板牙并更换不同型号的板牙来适应不同直径的抽油杆和油管，自动化程度较低，人工操作强度大，作业效率低，同时现场作业环境具有一定风险，影响油田作业的安全性。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明提供了一种可以适应不同规格的抽油杆以及油管的机械手。
6.具体地，本发明提出了以下技术方案。
7.一种管杆抓取装置，包括：
8.夹持组件，所述夹持组件用于夹持抽油杆或油管；
9.驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述夹持组件在夹紧位置和打开位置之间移动，
10.所述抓取装置被设计为，在抓取处于预设直径范围内的不同直径的抽油杆或油管时，在夹紧状态下，所述抽油杆或油管的中心到基准面的距离基本相同。
11.在本发明中，“夹紧状态”是抓取装置已经处于完全闭合状态且抽油杆或油管在抓取装置中无法继续移动的状态。
12.作为本发明的一个改进，所述夹持组件包括第一机械手和第二机械手，所述第一机械手和第二机械手各自在一端包括夹持部分，且在远离所述夹持部分的另一端与固定部件可枢转地连接。
13.作为本发明的一个改进，还包括两个支杆，所述两个支杆分别在一端与所述第一机械手和第二机械手可枢转地连接，在另一端与所述驱动组件的可动部分可枢转地连接。
14.作为本发明的一个改进，所述支杆可枢转地连接于设在所述可动部分末端的定位座上。
15.作为本发明的一个改进，所述支杆两端之间的长度为83mm，且所述支杆与所述第一机械手和第二机械手的连接位置到所述第一机械手和第二机械手与所述固定部件的连接位置的距离为40mm。
16.作为本发明的一个改进，所述固定部件为耳座，所述耳座与所述驱动组件的固定部分连接。
17.作为本发明的一个改进，所述夹持部分设置有粗糙部。
18.作为本发明的一个改进，所述驱动组件采用液压缸的形式。
19.本发明的有益效果在于，根据本发明的管杆抓取装置可抓取不同直径规格的抽油杆以及油管，使得当管杆抓取装置处于夹紧状态时，被抓取的不同的抽油杆以及油管的中心到基准面的距离基本相同。由此，可以用一种简单可靠的结构同时适用于多种规格抽油杆和油管的抓取作业。
附图说明
20.参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：
21.图1示意性地示出了本发明的管杆抓取装置处于机械手张开状态的立体图。
22.图2示意性地示出了本发明的管杆抓取装置处于机械手闭合状态的立体图。
23.图3示意性地示出了本发明的管杆抓取装置的主视图。
24.所有附图都只是示意性的，而且并不一定按比例绘制，此外它们仅示出为了阐明本发明而必需的那些部分，其他部分被省略或仅仅提及。即，除附图中所示出的部件外，本发明还可以包括其他部件。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。下述详细说明旨在对本发明的总体构思进行解释，以方便本领域技术人员理解，而并非意在对本发明的结构及可行的实施方式进行限制。
26.参见图1，本发明的管杆抓取装置主要包括驱动组件1和夹持组件。驱动组件例如可以采用液压油缸的形式，用于为夹持组件的运作提供动力。当然，驱动组件还可以采用其他类型的形式，例如可以采用气动形式或者其他机械驱动方式，只要能够为夹持组件的运行提供动力即可。夹持组件包括由第一机械手3和第二机械手4组成的一对机械手。第一机械手3的夹持部分33(在图3中示出了该附图标记)与第二机械手4的相应夹持部分配合，从而在一对机械手闭合时夹持住管杆。第一机械手3和第二机械手4的远离夹持部分的一端(下称“固定端”)可枢转地连接至驱动组件1的固定部分，例如可以通过连接销连接至固定在驱动组件1上的耳座2上(为简明起见，图3中仅示出了位于第一机械手3上的耳座连接销31)。由此，第一机械手3和第二机械手4可以绕该固定端枢转，以在驱动组件1的动作下实现一对机械手的张开或闭合。
27.作为一种优选的实施方式，结合图1和图3可以更清楚地看到驱动组件1和夹持组件之间的连接方式。从图3中可以看出，在驱动组件1的可动部分11——例如液压缸的活塞
杆——上设置有定位座5，第一机械手3和第二机械手4分别通过支杆6与该定位座5连接。支杆6的一端可枢转地设置在定位座5上，另一端可枢转地连接至对应的第一机械手3或第二机械手4。例如，对于与第一机械手3连接的支杆6而言，可以通过中间销8与定位座5连接，可以通过支杆连接销32与第一机械手3连接(为简明起见，图3中仅就第一机械手的相应部件绘示了附图标记)。可动部分11也可以通过中间销8与定位座固定。
28.有利地，为了提高夹持力，在第一机械手3和第二机械手4上设置有粗糙部，以便当夹持时增加机械手与抽油杆或油管9接触时的摩擦力。同样地，也可以在定位座5与抽油杆或油管9所接触的部分设置粗糙部。在第一机械手3和第二机械手4和定位座5上的粗糙部可以是直接形成在相应表面的滚花面，也可以是设置在其上的单独的部件，例如滚花板。
29.在初始状态下，驱动组件带动夹持组件，使一对机械手处于打开状态。当确认管杆抓取装置就位时，亦即当管杆抓取装置与抽油杆或油管彼此靠近而使得管杆到达一对机械手3、4之间的位置从而当机械手闭合时能够抓取抽油杆或油管，随后在驱动组件1的带动下，第一机械手3和第二机械手4闭合，从而抓紧抽油杆或油管。
30.可以通过多种方式来确定管杆抓取装置是否就位。例如可以通过设置接近开关、距离传感器或者图像识别装置等来检测或获取抽油杆或油管与管杆抓取装置之间的距离。
31.就附图中示出的具体结构而言，在执行夹持动作时，驱动组件1工作，使得驱动组件1的可动部分11远离其固定部分移动(在驱动组件1为液压缸的情况下即为活塞杆相对于缸筒伸出)，从而带动定位座5远离驱动组件1的固定部分移动。由于定位座5通过支杆6与两个机械手连接，并且机械手的固定端通过连接销31与耳座2连接，因此随着定位座5的移动，第一机械手3和第二机械手4在支杆6的带动下以连接销31为中心枢转，从而使机械手闭合，实现对抽油杆或油管9的抓取。
32.当然，定位座5并非是必须设置的部件。支杆6的一端可以直接连接至可动部分11上，同样能够在可动部分11的运动下带动机械手枢转。
33.在抓取过程中，由于需要抓取的抽油杆或油管各自都存在不同的直径规格，且抽油杆与油管的直径差别较大，为了能够抓取不同规格的抽油杆、油管，本发明的管杆抓取装置的结构尺寸经过设计，使得在夹紧状态下所抓取的抽油杆、油管的中心距离基准面的距离相同。基准面例如是采用液压油缸的缸筒法兰面。当然，也可以选取其他参考面为基准面，只要该参考面相对于驱动组件1的固定部分是不动的即可。具体地，对于图3中所示出的具体结构而言，可以设计驱动组件1的可动部分11的行程、支杆6的长度以及支杆连接销相对于耳座连接销之间的距离这三个部分，从而可以使得在抓取一定直径范围内的抽油杆或油管时，当达到夹紧状态时，抽油杆或油管的中心到基准面的距离基本相同。
34.作为一种示例性的实施方式，结合图3，本发明提出一种具体的尺寸，其中，支杆6的有效长度设计为83mm，耳座连接销31和支杆连接销32的中心距为40mm。在此，支杆6的有效长度是指支杆6的两端的枢转中心之间的距离；在图3中，这一距离是指中间销8和支杆连接销32的中心距。
35.针对下面的表1中所列出的直径在16
‑
89mm之间的抽油杆/油管，在具有上文所示的具体尺寸的管杆抓取装置中，相应的液压缸活塞的行程设计为32
‑
40mm。也就是说，对于直径为89mm的油管，活塞的行程为32mm，对于直径为16mm的抽油杆，活塞的行程为40mm。对于直径在89
‑
16mm之间的抽油杆/油管，活塞的行程在32
‑
40mm之间。
36.在上述具体的实施例中，当机械手完全闭合，抽油杆/油管与定位座5抵接之后，测量所抓取的抽油杆/油管的中心距离基准面的距离，结果如表1所示。从表1中可以看出，对于直径从16
‑
89mm之间的抽油杆/油管，在夹紧状态下的不同直径的抽油杆/油管的中心距离基准面的距离之间的差值范围在30mm之内，这一范围符合吊卡的工作误差，因此是可行的。
37.此外，可以通过在定位座5或者驱动组件1的可动部分11等部件上设置接近开关，以检测相应的抽油杆/油管是否已经被机械手夹紧。也可以通过设置在驱动组件的可动部分上的压力传感器来判断抽油杆/油管是否处于夹紧状态；例如，当驱动组件1采用液压油缸的形式时，压力传感器可以安装在液压控制阀块上。在此，在夹紧状态下，抽油杆/油管被第一机械手3和第二机械手4以及驱动组件1的可动部分11或者定位座5(在设置有定位座5时)夹紧。
38.表1管(杆)径尺寸以及抓取后管(杆)重心(圆心)到基准的距离
39.管(杆)径尺寸/mm管(杆)重心(圆心)到基准的距离/mm89300.4673295.0625276.2822274.9619273.6216272.28
40.以上虽然以对抽油杆、油管的抓取为例进行了说明，但是本领域技术人员知晓，本发明的抓取装置可以用于其他圆柱形的部件。
41.同样地，虽然以上以直径规格在16
‑
89mm范围内的抽油杆/油管的尺寸对抓取装置进行了具体的尺寸设计，但是本领域技术人员在面对其他直径范围内的抽油杆/油管等圆柱形部件时，同样可以进行相应的设计，以使在该直径范围内的圆柱形部件处于夹紧状态时，各个被夹紧的圆柱形部件的中心距基准面的距离基本相同。
42.参考以上的示意性实施例已经对本发明做出了清楚、完整的说明，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，通过对所公开的技术方案的修改可以设想各种其它的实施例。这些实施例应当被理解成落在本发明的基于权利要求和其任何等同技术方案所确定的范围之内。