自动化管柱处理设备
技术领域
本申请涉及铁钻工技术领域，尤其是涉及一种自动化管柱处理设备。
背景技术
目前，钻杆动力钳需要人工推扶操作，自动化程度低，劳动强度大，有安全风险。
发明内容
本申请的目的在于提供一种自动化管柱处理设备，在一定程度上解决了现有技术中存在的钻杆动力钳需要人工推扶操作，自动化程度低，劳动强度大，有安全风险的技术问题。
本申请提供了一种自动化管柱处理设备，包括：第一支撑构件、第二支撑构件、工具安装机构、翻转机构、升降机构以及旋转机构；
其中，所述工具安装机构通过所述翻转机构连接于所述第一支撑构件，所述翻转机构用于驱动所述工具安装机构相对所述第一支撑构件翻转；
所述第一支撑构件通过所述升降机构连接于所述第二支撑构件，所述升降机构用于驱动所述第一支撑构件相对所述第二支撑构件升降；
所述第二支撑构件通过所述旋转机构连接于待安装目标，所述旋转机构用于驱动所述第二支撑构件相对所述待安装目标旋转。
在上述技术方案中，进一步地，所述翻转机构包括翻转臂架以及翻转驱动装置；其中，所述翻转臂架的一端转动连接与所述第一支撑构件，所述翻转臂架的相对的另一端转动连接于所述工具安装机构；
所述翻转驱动装置的固定端转动连接于所述第一支撑构件，所述翻转驱动装置的输出端转动连接于所述翻转臂架，所述翻转驱动装置能够驱动所述翻转臂架相对所述第一支撑构件翻转；
所述翻转臂架自身形成有开口朝向所述工具安装机构的容纳空间。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一支撑构件包括第一支撑臂以及第二支撑臂；其中，所述第一支撑臂与所述第二支撑臂之间形成安装空间，所述翻转驱动装置设置于所述安装空间；
所述翻转臂架包括第一翻转臂、第二翻转臂以及连接臂，其中所述第一翻转臂连接于所述第一支撑臂的远离所述升降机构的一端，其中所述第二翻转臂连接于所述第二支撑臂的远离所述升降机构的一端；所述连接臂的一端固定连接于所述第一翻转臂，所述连接臂的相对的另一端固定连接于所述第二翻转臂，且所述连接臂的两端部之间的部分转动连接于所述翻转驱动装置的输出端；
所述第一翻转臂以及所述第二翻转臂均朝向远离所述工具安装机构弯折，以形成开口朝向所述工具安装机构的凹形结构。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述升降机构包括升降座、升降轨道、导向滚轮以及升降驱动装置；其中，所述升降座连接于所述第一支撑构件，所述导向滚轮铰接于所述升降座，所述升降轨道连接于所述第二支撑构件，且所述升降座通过所述导向滚轮与所述升降轨道滚动连接；
所述升降驱动装置设置于所述第二支撑构件，所述升降驱动装置的输出端连接于所述升降座，所述升降驱动装置用于驱动所述升降座沿着所述第二支撑构件的高度方向升降。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述自动化管柱处理设备还包括第三支撑构件，所述旋转机构为回转式减速器，所述回转式减速器的固定基座设置于所述第三支撑构件，所述第三支撑构件用于连接所述待安装目标，所述回转式减速器的回转支撑部连接于所述第二支撑构件。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述自动化管柱处理设备还包括拍摄设备、位移传感器、编码器以及控制装置；其中，所述拍摄设备设置于所述工具安装机构；所述编码器设置于所述旋转机构；
所述翻转机构以及所述升降机构均设置有所述位移传感器；所述控制装置分别通信连接于所述翻转机构、所述升降机构、所述旋转机构以及所述编码器。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述工具安装机构包括悬吊梁、悬吊臂、角度调节组件以及限位组件；
其中，所述悬吊梁转动连接于所述翻转臂架，所述悬吊臂用于连接于施工工具，所述悬吊臂通过所述角度调节组件转动连接于所述悬吊梁，所述角度调节组件用于调节在所述悬吊梁所处的平面内的所述施工工具相对所述悬吊梁的倾斜角度；
所述限位组件分别连接于所述悬吊臂以及所述悬吊梁，用于限制所述悬吊臂相对所述悬吊梁转动。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述限位组件与所述翻转臂架之间设有限位构件，用于限制钳体的摆动。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述限位构件为阻尼油缸。
在上述任一技术方案中，进一步地，角度调节组件包括所述角度调节机构包括滑动座、第一转动杆件、第二转动杆件以及驱动装置；
其中，所述第一转动杆件转动连接于所述悬吊臂，所述滑动座套设于所述第一转动杆件，且所述滑动座与所述第一转动杆件螺纹转动连接；所述滑动座通过所述第二转动杆件转动连接于所述悬吊梁；
所述驱动装置与所述第一转动杆件相连接，用于驱动所述第一转动杆件转动。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的自动化管柱处理设备能够实现地工具安装机构的翻转、升降和回转的调节，实现工具安装机构从待机位移动至井口处，自动化程度高，劳动强度低，无风险，更加安全、可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的安装有动力钳的自动化管柱处理设备展开状态下的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的升降机构和旋转机构的结构示意图；
图3为图2的局部剖视图；
图4为本申请实施例提供的安装有动力钳的自动化管柱处理设备收缩状态下的结构示意图；
图5为拍摄设备在钻杆接箍时的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的工具安装机构的部分结构示意图；
图7为本申请实施例提供的升降座的结构示意图。
附图标记：
1-第一支撑构件，110-第一支撑臂，111-主臂，112-第一延伸部，113-第二延伸部，120-第二支撑臂，2-第二支撑构件，3-工具安装机构，31-悬吊梁，32-悬吊臂，33-角度调节机构，331-滑动座，332-第一转动杆件，333-第二转动杆件，34-限位组件，341-螺杆座，342-螺杆，4-翻转机构，41-翻转臂架，411-第一翻转臂，412-第二翻转臂，413-连接臂，42-翻转驱动装置，5-升降机构，51-升降座，52-升降轨道，53-升降驱动装置，54-导向滚轮，6-旋转机构，61-马达，62-基座，63-回转支撑部，7-第三支撑构件，8-拍摄设备，9-编码器，10-阻尼油缸，11-动力钳，12-上侧钻杆，13-下侧钻杆，h-接箍高度，a-接箍范围。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面参照图1至图7描述根据本申请一些实施例所述的自动化管柱处理设备。
参见图1至图3所示，本申请的实施例提供了一种自动化管柱处理设备，包括：第一支撑构件1、第二支撑构件2、工具安装机构3、翻转机构4、升降机构5以及旋转机构6；
其中，工具安装机构3通过翻转机构4连接于第一支撑构件1，翻转机构4用于驱动工具安装机构3相对第一支撑构件1翻转，此处注意，工具安装机构3安装的是动力钳11，当然，不仅限于安装动力钳11，还可安装其他钳体等工具；第一支撑构件1通过升降机构5连接于第二支撑构件2，升降机构5用于驱动第一支撑构件1沿着第二支撑构件2的高度方向升降；第二支撑构件2通过旋转机构6连接于待安装目标，旋转机构6用于驱动第二支撑构件2相对待安装目标旋转。
本申请提供的自动化管柱处理设备能够实现地工具安装机构3的翻转、升降和回转的调节，实现工具安装机构3从待机位移动至井口处，自动化程度高，劳动强度低，无风险，更加安全、可靠。
关于上述机构的详细结构将在如下阐述。
在该实施例中，优选地，如图1至图3所示，翻转机构4包括翻转臂架41以及翻转驱动装置42；其中，翻转臂架41的一端转动连接与第一支撑构件1，翻转臂架41的相对的另一端转动连接于工具安装机构3；
翻转驱动装置42的固定端转动连接于第一支撑构件1，翻转驱动装置42的输出端转动连接于翻转臂架41，翻转驱动装置42能够驱动翻转臂架41相对第一支撑构件1翻转；
翻转臂架41自身形成有开口朝向工具安装机构3的容纳空间。
根据以上描述的结构可知，翻转驱动装置42能够驱动翻转臂架41相对第一支撑构件1翻转，进而使得工具安装机构3跟随翻转臂架41同步旋转，实现钳体的翻转调节。尤其当本装置处于待机状态时，通过翻转机构4可使得工具安装机构3收缩到翻转臂架41的内部即容纳空间内，使得结构更为紧凑。为进一步减少设备长度，第二支撑构件2可设有开口，可躲避工具安装机构3，例如当工具安装机构3连接动力钳11时，此开口可避让开动力钳11的尾部。
在该实施例中，优选地，如图1和图4所示，第一支撑构件1包括第一支撑臂110以及第二支撑臂120；其中，第一支撑臂110与第二支撑臂120之间形成安装空间，翻转驱动装置42设置于安装空间；
翻转臂架41包括第一翻转臂411、第二翻转臂412以及连接臂413，其中第一翻转臂411连接于第一支撑臂110的远离升降机构5的一端，其中第二翻转臂412连接于第二支撑臂120的远离升降机构5的一端；所述连接臂413的一端固定连接于所述第一翻转臂411，所述连接臂413的相对的另一端固定连接于所述第二翻转臂412，且所述连接臂413的两端部之间的部分转动连接于所述翻转驱动装置42的输出端。
其中，第一翻转臂411和第二翻转臂412对称设置，以其中一个举例说明，第一翻转臂411包括主臂111以及分别与主臂111的两端分别相连接的第一延伸部112和第二延伸部113，所述第一延伸部112和第二延伸部113分别与所述主臂111形成角度，主臂111、第一延伸部112以及第二延伸部113围设成开口朝向工具安装机构3的凹形结构，第一延伸部112连接于工具安装机构3，第二延伸臂连接于升降机构5。如上文所述尤其当本装置处于待机状态时，具体地，此时，主臂111与第二支撑构件2相平行即主臂111沿着竖直方向，第二延伸部113大致沿着水平方向，第一延伸部112与水平方向呈倾斜设置，则第一翻转臂411的开口朝向本装置的正前方，此时工具安装机构3也收纳进第一翻转臂411的凹形结构中以及第二翻转臂412的凹形结构中，将大大缩短本装置的长度，占用空间更小。
根据以上描述的结构可知，两个支撑臂以及两个翻转臂的结构设置，不仅支撑效果好，而且使得翻转过程中更稳定，而且在两个翻转臂之间形成有足够的安装空间，用于安装翻转驱动装置42，使得整体结构更紧凑，节省了空间。其中，可选地，上述提及的转动连接具体可为两部件通过销轴铰接在一起。
其中，可选地，翻转驱动装置42为翻转油缸。
在该实施例中，优选地，如图1至图3以及图7所示，升降机构5包括升降座51、升降轨道52、导向滚轮54以及升降驱动装置53；其中，升降座51连接于第一支撑构件1，导向滚轮54铰接于升降座51，升降轨道52连接于第二支撑构件2，且升降座51通过导向滚轮54与升降轨道52滚动连接；
升降驱动装置53设置于第二支撑构件2，升降驱动装置53的输出端连接于升降座51，升降驱动装置53用于驱动升降座51沿着第二支撑构件2的高度方向升降。
其中，升降轨道52与第二支撑构件2的延伸方向相同。
根据以上描述的结构可知，升降驱动装置53用于驱动升降座51沿着升降轨道52上下移动，以实现升降。
其中，可选地，升降驱动装置53为升降油缸。
其中，可选地，升降座51具有中空的放置空间，用于放置第二支撑构件2，第二支撑构件2的相对的两侧部均设置有上述的升降轨道52，对应地，上述放置空间的相对两侧壁也对应地设置有上述的导向滚轮54，以与对应的升降轨道52配合。
在该实施例中，优选地，如图1至图3所示，自动化管柱处理设备还包括第三支撑构件7，旋转机构6为回转式减速器，回转式减速器的固定基座62设置于第三支撑构件7，第三支撑构件7用于连接所述待安装目标(此处注意，待安装目标可为钻台)，回转式减速器的回转支撑部63连接于第二支撑构件2，回转式减速器的马达61用于驱动回转支撑部63带动第二支撑构件2旋转。
根据以上描述的结构可知，固定基座62固定在第三支撑构件7上保持静止不动，回转式减速器的回转支撑部63带动第二支撑构件2旋转，进而依次带动第一支撑构件1以及翻转臂架41，最终带动工具安装机构3回转运动。
在该实施例中，优选地，如图2所示，自动化管柱处理设备还包括拍摄设备8、位移传感器、编码器9以及控制装置；其中，拍摄设备8设置于工具安装机构3；编码器9设置于旋转机构6；位移传感器设置于翻转机构4；控制装置分别通信连接于翻转机构4、升降机构5、旋转机构6以及编码器9。
具体地，拍摄设备8设置于工具安装机构3的悬吊梁31，当然，相机也可以独立安装到其它位置；编码器9连接于回转式减速器的电机；控制装置分别通信连接于翻转驱动装置42、升降驱动装置53、回转式减速器以及编码器9。
根据以上描述的结构可知，拍摄设备8能够识别前方钻杆的接箍高度h及接箍范围即上侧钻杆12与下侧钻杆13的接箍高度h及接箍范围a，在初始位拍摄后计算钻杆接箍高度h及钳口距接箍的水平距离，将数据传送给控制装置，控制装置计算升降座51的升降高度、翻转臂架41的翻转角度和回转角度，最终将钳口精确定位到接箍位置，上卸扣完毕后，自动收缩到初始位，整个过程无需人工近距离操作。通过对翻转驱动装置42、升降驱动装置53、翻转驱动装置42的精确控制，能够精确控制臂架的翻转、升降和回转，从而实现对钳体的钳口的准确定位。翻转油缸配设有位移传感器，可检测油缸伸缩行程，通过计算可确定翻转臂架41的末端位置和翻转臂架41的倾斜角度，翻转臂架41的翻转实现钳体的前后平移。
在该实施例中，优选地，如图1至图3所示，工具安装机构3包括悬吊梁31、悬吊臂32、角度调节组件以及限位组件34；其中，悬吊梁31转动连接于翻转臂架41，悬吊臂32用于连接于施工工具例如动力钳11，悬吊臂32通过角度调节组件转动连接于悬吊梁31，角度调节组件用于调节在悬吊梁31所处的平面内的钳体相对悬吊梁31的倾斜角度；
限位组件34分别连接于悬吊臂32以及悬吊梁31，用于限制悬吊臂32相对悬吊梁31转动。
根据以上描述的结构可知，利用此角度调节机构33能够调节在第一竖直平面内臂构件相对竖直方向向左或者向右倾斜的角度(此处注意，一般工作时，安装有动力钳11以及本钳体角度调节装置的设备是置于水平面的，因而上述的倾斜角度指的是相对于竖直方向)，又臂构件连接动力钳11，即利用此角度调节机构33能够调整动力钳11在第一竖直平面内相对竖直方向向左或者向右倾斜的角度，以适应倾斜的管柱。可见，本钳体角度调节装置可改变动力钳11的左右倾斜角度，以适应不同倾斜角度的钻杆，使得动力钳11的适用范围更广，符合实际工况的需要。
在该实施例中，优选地，限位组件34与翻转臂架41之间设有限位构件，用于限制钳体的摆动，进一步地，如图1所示，限位构件为阻尼油缸10。
根据以上描述的结构可知，为保证钻杆钳的水平且减少摆动冲击，需要阻尼油缸10随翻转臂架41的翻转进行伸缩。阻尼油缸10的伸缩量与翻转油缸伸缩量存在函数关系，通过翻转油缸配设的位移传感器的检测和计算控制阻尼油缸10的伸缩量，阻尼油缸10对限位组件34推拉，以减少钻杆钳的晃动冲击，从而实现钻杆钳的平稳平移，如发生钻杆与钳体的撞击，阻尼油缸10也能够进行缓冲。
在该实施例中，优选地，如图1和图6所示，角度调节组件包括角度调节机构33包括滑动座331、第一转动杆件332、第二转动杆件333以及驱动装置；
其中，第一转动杆件332转动连接于悬吊臂32，滑动座331套设于第一转动杆件332，且滑动座331与第一转动杆件332螺纹转动连接；滑动座331通过第二转动杆件333转动连接于悬吊梁31；
驱动装置与第一转动杆件332相连接，用于驱动第一转动杆件332转动。
根据以上描述的结构可知，根据以上描述的结构可知，调节之前动力钳11重心位于悬挂中心线，且悬挂中心线与动力钳11中心线重合，当第一转动杆件332被驱动转动时，升降座51则被驱动沿着第一转动杆件332的长度方向移动，由于第二转动杆件333为铰接点，如果动力钳11重心偏离悬挂中心线，在动力钳11自身重力的作用下，悬吊臂32连同动力钳11将围绕第二转动杆件333旋转，直到动力钳11重心与悬挂中心线重合，且上述过程中随着升降座51的移动，最终动力钳11中心线与悬挂中心线呈一定夹角，即动力钳11发生倾斜。可见，整个调整过程只需要动力驱动第一转动杆件332转动，配合动力钳11自身的重力调节倾斜角度，无需单独对动力钳11施加外力，调节方便，耗能小。其中，第一转动杆件332和第二转动杆件333都穿过升降座51，两个轴线相垂直，使结构更为紧凑。
进一步地，角度调节机构33还包括设置于悬吊臂32的驱动装置，驱动装置与第一转动杆件332相连接，用于驱动第一转动杆件332转动。驱动装置作为动力源，用于驱动第一转动杆件332转动，可选地，驱动装置可为电机。
其中，优选地，如图4所示，限位组件34包括螺杆342以及两个螺杆座341，其中一个螺杆座341连接于支撑构件，其中另一个螺杆座341连接于支撑构件；螺杆342的相对的两端部分别与两个螺杆座341螺纹转动连接，且螺杆342的相对的两端部形成有旋向相反的螺纹。
根据以上描述的结构可知，在利用本装置调节动力钳11的角度前，需要断开连接于臂构件的螺杆座341与螺杆342的连接，而后在调节动力钳11的倾斜角度，当调节完成后，再将螺杆342连接于与臂构件相连接的螺杆座341，并且旋转螺杆342，随着螺杆342的转动，螺杆342的两端分别自动收缩进对应的螺杆座341内，对臂构件起到限位的作用，进而避免臂构件晃动。
综上，本申请提供的自动化管柱处理设备具有如下优点：
1)使用拍摄设备8寻找钻杆接箍；
2)翻转、升降、回转运动，结合自动寻接箍功能，实现钳体的准确定位可实现全自动上卸扣；
3)钳体移动控制及晃动缓冲(通过阻尼油缸10及油缸位移传感器)；
4)使用钻杆动力钳11，可连续上卸扣，对钻杆伤害小；
5)动力钳11内藏到翻转臂架41内，结构紧凑。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
