89鉆桿自動(dòng)排放機(jī)械手設(shè)計(jì)與研究

摘 要：為了解決目前人工輔助完成陸地鉆臺(tái)立柱存取存在排放工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性低等問題，以KV3000鉆井平臺(tái)為大環(huán)境、89鉆桿組成的立柱為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了鉆桿自動(dòng)排桿機(jī)械手。首先，對(duì)鉆井過程中存取立柱的動(dòng)作及時(shí)序過程進(jìn)行分析；其次，采用動(dòng)力學(xué)仿真分析方法對(duì)自動(dòng)排放機(jī)械手進(jìn)行干涉檢查和行程檢驗(yàn)，并針對(duì)核心零部件進(jìn)行有限元分析。結(jié)果表明：研究裝置可順利完成鉆桿存取工作，實(shí)現(xiàn)立柱在立柱盒與井口之間的位置轉(zhuǎn)換，加速度均為線性，變化比較平穩(wěn)，整體無較大波動(dòng)；核心零部件最大變形為0.151 67 mm，最大應(yīng)力為59.875 MPa，均在允許范圍。設(shè)備結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃合理、核心受力部件滿足使用要求，提高了鉆井作業(yè)過程中的自動(dòng)化程度和安全性，為鉆井作業(yè)鉆桿自動(dòng)排放提供了解決方案。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)；機(jī)械手；自動(dòng)排桿；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；動(dòng)力學(xué)仿真；鉆井作業(yè)

中圖分類號(hào)：

TP241.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.7535/hbgykj.2024yx04010

Design and research of 89 drill pipe automatic discharge manipulator

ZHANG Jiayu， YANG Jiajun， YANG Chenhu， NIU Huli

（School of Mechanical Engineering， Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang， Hebei 050018， China）

Abstract：In order to solve the problems of high labor intensity and low safety in the current manual assisted storage and retrieval of land drilling platform columns， a drill rod automatic discharge manipulator was designed with the KV3000 drilling platform as the environment and the column composed of 89 drill rods as the research object. Firstly， the action and sequential process of storing and retrieving the column during drilling were analyzed; Secondly， the interference check and stroke test of the automatic discharge manipulator were carried out by dynamic simulation analysis， and the finite element analysis was performed on the core components. The results show that the research device can successfully complete the storage and retrieval of drill rods and realize the position conversion of the column between the column box and the wellhead. The acceleration is linear， the change is relatively stable， and there is no large fluctuation overall; The maximum deformation of the core components is 0.151 67 mm， and the maximum stress is 59.875 MPa， both of which are within the allowable range. The equipment structure is reasonably designed， the motion trajectory is reasonably planned， and the core force-bearing components meet the use requirements， which improves the automation and safety of the drilling operation process and provides a solution for the automatic discharge of drill rods in drilling operations.

Keywords：industrial robot technology； manipulator; automatic rod arrangement; structural design; dynamic simulation; drilling operations

鉆桿排放是指鉆桿在鉆井平臺(tái)上進(jìn)行橫向和縱向移位，最終完成鉆井工作[1-2]。目前，鉆井現(xiàn)場(chǎng)的鉆桿排放工作主要配合氣動(dòng)絞車依靠工人手拽、肩扛或用鐵鉤推拉才能完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、工作環(huán)境惡劣，存在較大安全隱患[3]。

針對(duì)鉆桿排放作業(yè)現(xiàn)存問題，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)鉆桿排放機(jī)械手進(jìn)行了多方面研究，美國NOV國民油井旗下的華高公司為進(jìn)一步提高鉆桿排放系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，設(shè)計(jì)了電力驅(qū)動(dòng)的PRS系列鉆具自動(dòng)化排放系統(tǒng)[4]，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易控制，但只適用于單根鉆桿立柱的移動(dòng)。劉文波等[5]設(shè)計(jì)了一款鉆井平臺(tái)作業(yè)機(jī)器人，利用平行四邊形平動(dòng)機(jī)構(gòu)，完成鉆桿排放工作，提高了工人工作時(shí)的安全性和舒適性，為鉆桿排放機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。鮑澤富等[6-7]對(duì)陸地鉆機(jī)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一款基于PLC的液壓鉆臺(tái)機(jī)械手，采用推扶的方式輔助完成鉆桿排放工作，為鉆桿排放裝置提供了新思路[8-13]。

本研究旨在對(duì)現(xiàn)有鉆桿排放裝置進(jìn)行分析，針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備所存在的針對(duì)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度低等問題[14-16]，依托KV3000鉆井平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一款針對(duì)89鉆桿輸送、扶正和輔助扣緊工作的鉆桿自動(dòng)排放機(jī)械手，以提高鉆桿排放的工作效率、縮短鉆井周期、減少作業(yè)成本、降低事故發(fā)生的可能性，為鉆井生產(chǎn)現(xiàn)有難題提供解決方案，推動(dòng)鉆井行業(yè)進(jìn)步。

1 工藝方案設(shè)計(jì)

1.1 主要技術(shù)參數(shù)設(shè)定

研究對(duì)象為89鉆桿，其長(zhǎng)度為9 400 mm、兩端直徑為120 mm、中間直徑為89 mm、質(zhì)量為180 kg。所使用的伺服轉(zhuǎn)盤為YH-215HP重載中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)減速機(jī)（東莞市易合傳動(dòng)科技有限公司提供）。鉆桿自動(dòng)排放機(jī)械手工作時(shí)：電動(dòng)推桿速度為100 mm/s；電動(dòng)推桿推拉力為1 000 N；回轉(zhuǎn)角度為±180°；推扶機(jī)械手最大往返行程為3 400 mm；排桿機(jī)械手最大往返行程為1 300 mm；排桿機(jī)械手作業(yè)半徑為450 mm；動(dòng)力吊卡驅(qū)動(dòng)液壓缸行程為240 mm。

1.2 工藝方案確定

鉆桿自動(dòng)排放機(jī)械手存、取立柱工作流程主要包括排桿機(jī)械手抓取立柱、動(dòng)力吊卡卡緊立柱和推扶機(jī)械手扶正立柱3部分。首先，排桿機(jī)械手由零點(diǎn)位置到達(dá)指定立柱位置，抓取立柱后返回至零點(diǎn)位置，隨后旋轉(zhuǎn)90°，將立柱送至動(dòng)力吊卡內(nèi)；其次，在動(dòng)力吊卡檢測(cè)到立柱進(jìn)入后，將自動(dòng)卡緊立柱并鎖緊，由絞車和游鉤輔助提起立柱；最后，推扶機(jī)械手將立柱下端扶正，扶至井口上方，完成取立柱的全部工作。具體工藝流程如圖1所示。存立柱的動(dòng)作流程與取立柱流程相反。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉆桿自動(dòng)排放機(jī)械手主要分為3大部分，排桿機(jī)械手、動(dòng)力吊卡和推扶機(jī)械手，如圖2所示。

排桿機(jī)械手安裝在2層臺(tái)中間軌道上，通過X—Y方向平移和旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)立柱上端在動(dòng)力吊卡與立柱盒之間的位置轉(zhuǎn)換；動(dòng)力吊卡借助絞車和游鉤懸掛在井口上方，用于卡緊立柱；鉆臺(tái)機(jī)械手借助平臺(tái)現(xiàn)有橫梁固定在井口和立柱盒的后方，推扶立柱下端到達(dá)井口或立柱盒中。各模塊充分利用AS27-90型鉆塔空余位置，減少對(duì)原平臺(tái)的改造，降低升級(jí)成本。

2.2 排桿機(jī)械手設(shè)計(jì)

排桿機(jī)械手是自動(dòng)排桿機(jī)械助手實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)存取立柱作業(yè)的關(guān)鍵部件，可以完成對(duì)立柱上端的抓取、移動(dòng)及排放工作，通過安裝扣懸掛于鉆塔2層臺(tái)的臺(tái)舌下方，排桿機(jī)械手結(jié)構(gòu)見圖3。

排桿機(jī)械手由伺服電機(jī)、電動(dòng)推桿和液壓缸提供動(dòng)力。平移機(jī)構(gòu)采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，提供動(dòng)力的伺服電機(jī)利用脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位功能。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在平移機(jī)構(gòu)上，由伺服電機(jī)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)下方伸縮機(jī)構(gòu)和抓取機(jī)械手進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)。抓取機(jī)械手位于伸縮機(jī)構(gòu)前端，在V型輪處安裝限位開關(guān)，用于檢測(cè)抓取機(jī)械手是否靠近立柱，靠近立柱后便向機(jī)械手發(fā)出閉合信號(hào)，實(shí)現(xiàn)立柱的自動(dòng)抓取。同時(shí)在機(jī)械手上2個(gè)手爪的閉合位置也安裝了限位開關(guān)，將閉合信號(hào)反饋給伸縮機(jī)構(gòu)，使其縮回到初始狀態(tài)，保證存取立柱工作的連續(xù)進(jìn)行。

2.3 動(dòng)力吊卡設(shè)計(jì)

動(dòng)力吊卡包括主體和定位機(jī)構(gòu)2部分，其中定位機(jī)構(gòu)安裝在井架兩側(cè)，通過定位液壓缸驅(qū)動(dòng)夾板限制動(dòng)力吊卡主體的自由度，防止其搖晃，如圖4所示。排桿機(jī)械手抓取立柱進(jìn)入動(dòng)力吊卡內(nèi)部后，吊卡后座上方的紅外傳感器會(huì)感應(yīng)到立柱進(jìn)入，開合液壓缸通過連桿控制左右兩側(cè)的卡爪閉合；卡爪采用對(duì)開式設(shè)計(jì)，閉合時(shí)2個(gè)卡爪相互交叉至鎖緊孔同心；鎖緊機(jī)構(gòu)中的鎖緊柱穿過兩卡爪上的鎖緊孔將卡爪鎖緊，通過機(jī)械式的方式保證立柱不脫離吊卡，完成對(duì)立柱的輔助抓取工作。

動(dòng)力吊卡卡爪開合時(shí)的工作原理如圖5所示，動(dòng)力吊卡卡爪的開合運(yùn)動(dòng)主要依靠四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，下方的導(dǎo)向桿和導(dǎo)向滑塊主要作用是保證兩卡爪同步運(yùn)動(dòng)，其尺寸要求不高。為保證立柱順利進(jìn)入吊卡，卡爪的開合角度設(shè)置為60°，該機(jī)構(gòu)中的機(jī)架BJ尺寸d=150 mm；與液壓缸連接的連桿繞B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度影響動(dòng)力吊卡所占空間，此處將轉(zhuǎn)動(dòng)角度設(shè)置為30°；為保證吊卡在開合時(shí)具有良好的傳動(dòng)性，取θ=80°，γ=100°。

根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)開合前后的原理圖可列出平衡方程[17]，如式（1）所示：

d=l1cos β+l2cos （180°－α－γ）+l3cos α，

l1sin β=l2sin （180°－α－γ）+l3sin α，

d=l1cos （β+60°）+l2cos ［180°－（α－30°）－

（γ+δ）］+l3cos （α－30°），

l1sin （β+60°）=l2sin ［180°－（α－30°）－

（γ+δ）］+l3sin （α－30°）。（1）

因此，該方程無唯一解，故通過對(duì)未知量設(shè)置約束的方式求解。令l1=190 mm，最終求得四桿機(jī)構(gòu)中各參數(shù)，如表1所示。

2.4 推扶機(jī)械手設(shè)計(jì)

推扶機(jī)械手依托現(xiàn)有平臺(tái)上的橫梁進(jìn)行安裝，與排桿機(jī)械手配合完成立柱存取工作，推扶機(jī)械手的具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。鉆井工作開始后，機(jī)械手組合件在鉆臺(tái)推桿和伺服轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)工作立柱的下端位置，當(dāng)機(jī)械手組合件上的限位開關(guān)檢測(cè)到立柱后會(huì)將信號(hào)反饋，在動(dòng)力吊卡提起立柱后，鉆臺(tái)機(jī)械手便將立柱下端推扶至指定位置。

非工作狀態(tài)下，推扶機(jī)械手巧妙利用了橫梁后方的位置，由狀態(tài)切換驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主軸和下方的結(jié)構(gòu)進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)，讓機(jī)械手組合件、伺服轉(zhuǎn)盤和動(dòng)力吊卡等執(zhí)行部件懸掛在主軸的后方，既能保證其他鉆井作業(yè)的空間，又能避免推扶機(jī)械手與臺(tái)面其他鉆井設(shè)備碰撞造成損壞。推扶機(jī)械手的主軸負(fù)責(zé)懸掛該模塊的執(zhí)行部件，同時(shí)是推扶機(jī)械手工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的核心，主軸的材料采用45鋼，傳遞的最大轉(zhuǎn)矩T為1 800 N·m，最小軸段的直徑為60 mm。根據(jù)式（2）可得所設(shè)計(jì)主軸的最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為τ=42.46 MPa，小于許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（120 MPa），因此主軸滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)工程力學(xué)扭轉(zhuǎn)變形要求，旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)滿足：

τ=TWp=16TπD31－a4≤［τ］，（2）

式中：Wp為抗扭截面系數(shù)；D為旋轉(zhuǎn)軸外徑；a為內(nèi)外徑的比值。根據(jù)式（2）變換得出：

D≥316Tπ（1－a4）［τ］ 。（3）

通過計(jì)算可知旋轉(zhuǎn)軸的軸徑應(yīng)滿足D≥27 mm，d≥24 mm。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所帶的主軸和機(jī)械手組合件等執(zhí)行部件總質(zhì)量為200 kg，據(jù)主軸的垂直距離為0.9 m。因此要求伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM滿足：

JM≥JL3=JL13i2=mr23i2，（4）

式中：JL為等效在伺服電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣矩；JL1為載荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；i為減速器的傳動(dòng)比；r為執(zhí)行部件質(zhì)點(diǎn)于主軸的垂直距離；m為執(zhí)行部件總質(zhì)量。

忽略轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)回轉(zhuǎn)軸承的摩擦扭矩，該伺服電機(jī)的加速轉(zhuǎn)矩為[18]

TA=（JL+JM）2πn60ta，（5）

式中：TA為伺服電機(jī)的加速轉(zhuǎn)矩；n為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，此處仍取n=3 000 r/min；ta為回轉(zhuǎn)加速時(shí)間，此處ta=1 s。通過計(jì)算可得TA=6.79 N·m，因此，鉆臺(tái)機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的伺服電機(jī)應(yīng)滿足JM≥5.4×10-3 kg·m2，且Tmax≥6.79 N·m。

3 鉆桿自動(dòng)排放機(jī)械手動(dòng)力學(xué)分析

3.1 抓取機(jī)械手與立柱相對(duì)位置變化分析

由于2層臺(tái)取立柱過程中立柱由豎直狀態(tài)變化為傾斜狀態(tài)，Y軸方向上的位置變化無法作為參考，因此只對(duì)2個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的X軸、Z軸進(jìn)行分析，通過Adams的后處理模塊輸出2點(diǎn)位置的X軸、Z軸隨時(shí)間變化曲線，如圖7所示。

由圖7可知，在0～10.5 s時(shí)，立柱一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，抓取機(jī)械手在X軸方向上正向移動(dòng)1 340 mm到達(dá)立柱X軸方向位置；之后沿Z軸負(fù)方向移動(dòng)1 300 mm，到達(dá)立柱Z軸方向位置處；10.5～34.5 s時(shí)，抓取機(jī)械手完成了對(duì)立柱的抓取工作，并帶動(dòng)立柱進(jìn)行X，Z方向上的移位，由于抓取機(jī)械手并未夾緊立柱而是將其約束在2個(gè)手爪之間，因此2個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的位置變化曲線之間有細(xì)微波動(dòng)，但從整個(gè)工作過程的位置變化來看，2個(gè)方向上的位置變化曲線幾乎處于重合狀態(tài)。此現(xiàn)象說明在這段時(shí)間內(nèi)立柱一直跟隨抓取機(jī)械手進(jìn)行位置上的變化。34.5～40.0 s時(shí)，2個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的位置曲線又出現(xiàn)較大差距，立柱再次恢復(fù)靜置狀態(tài)，抓取機(jī)械手經(jīng)過X和Z 2個(gè)方向上位置變化后回到0 s時(shí)所處位置。抓取機(jī)械手和立柱的運(yùn)動(dòng)軌跡符合預(yù)定動(dòng)作情況，抓取機(jī)械手運(yùn)動(dòng)結(jié)束后各方向回到零點(diǎn)位置處，立柱運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，位置由立柱盒變換到了井口上方。工作過程中立柱與抓取機(jī)械手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)軌跡始終處于近似重合狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)過程比較穩(wěn)定。抓取機(jī)械手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成了立柱位置轉(zhuǎn)換工作，運(yùn)動(dòng)路徑?jīng)]有發(fā)生突變現(xiàn)象，符合取立柱的工作要求。

3.2 抓取機(jī)械手運(yùn)動(dòng)仿真分析

抓取機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真分析以抓取液壓缸管的動(dòng)作為研究對(duì)象，當(dāng)抓取機(jī)械手到達(dá)指定位置時(shí)，進(jìn)行抓取工作，隨后一直處于合并狀態(tài)，直到立柱被送入動(dòng)力吊卡后再將手爪松開。抓取立柱過程中該運(yùn)動(dòng)副的位移、速度及加速度變化曲線如圖8—圖10所示。

由圖8可知，抓取機(jī)械手液壓缸管在10.5 s之前一直處于靜止?fàn)顟B(tài)；10.5～12.5 s時(shí)發(fā)生位置變化，變化量為30 mm，隨后直到32.5 s一直處于伸長(zhǎng)狀態(tài)；32.5～34.5 s時(shí)以相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律回到原位置，最后保持靜止?fàn)顟B(tài)，符合設(shè)計(jì)要求。由圖9、圖10可知，在整個(gè)工作過程中，抓取機(jī)械手抓取立柱過程中的速度和加速度變化均為線性，變化比較平穩(wěn)，整體無較大波動(dòng)，證明其運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃合理。

3.3 動(dòng)力吊卡卡緊動(dòng)作仿真分析

動(dòng)力吊卡的卡緊動(dòng)作仿真分析以左右2個(gè)卡爪的運(yùn)動(dòng)為研究對(duì)象。由于2個(gè)卡爪以Y軸為中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以取立柱為例，對(duì)左右2個(gè)卡爪Y軸和幅值上的角速度及角加速度變化情況進(jìn)行分析，具體變化曲線如圖11、圖12所示。

由圖11、圖12可知，28.5 s之前動(dòng)力吊卡一直處于靜止?fàn)顟B(tài)；28.5～31.5 s之間，在立柱由抓取機(jī)械手及其他機(jī)構(gòu)輸送至動(dòng)力吊卡內(nèi)部后，左右2個(gè)卡爪在液壓缸和連桿的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)至閉合狀態(tài)；31.5 s后2個(gè)卡爪再次恢復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)。從圖11和圖12可以看出，2個(gè)卡爪運(yùn)動(dòng)時(shí)角速度和角加速度變化均處于重合狀態(tài)，2個(gè)卡爪運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相同且運(yùn)行穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

4 抓取機(jī)械手有限元分析

首先對(duì)抓取機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行材料附加和網(wǎng)格劃分，其中與立柱直接接觸的手爪使用65Mn，手爪連桿作為關(guān)鍵受力部件使用45鋼作為工作材料，其余部分受力較小，使用Q235鋼，材料性能參數(shù)如表2所示。

之后對(duì)抓取機(jī)械手進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于抓取機(jī)械手在工作過程中受力最復(fù)雜、操作最頻繁，是該設(shè)備最核心的部件，因此對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸設(shè)置為15 mm。

通過對(duì)抓取機(jī)械手的工作情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，抓取機(jī)械手受力分為2階段：第1階段，剛完成抓取后帶動(dòng)立柱回零點(diǎn)，該階段屬于平移運(yùn)動(dòng)，只有一側(cè)手爪受力，所受最大載荷為600 N；第2階段，零點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后推送至動(dòng)力吊卡內(nèi)的過程，2個(gè)手爪同時(shí)受力，最大載荷為1 000 N。通過上述動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，第1階段手爪連桿所受載荷最大，因此本文以第1階段情況為例對(duì)抓取機(jī)械手進(jìn)行靜力學(xué)分析，對(duì)一側(cè)手爪施加600 N載荷。通過ANSYS Workbench中的求解模塊進(jìn)行計(jì)算，獲取到抓取機(jī)械手的應(yīng)變和應(yīng)力云圖，如圖13所示。

由圖13 a）可以看出，機(jī)械手的最大位移出現(xiàn)位置為受載手爪的頂端，最大變形為0.151 67 mm，相對(duì)整體結(jié)構(gòu)變形較小，不會(huì)影響抓取立柱時(shí)的精確度和安全可靠性，可忽略不計(jì)。由圖13 b）可知，抓取機(jī)械手的最大應(yīng)力出現(xiàn)在受載手爪所連接的連桿處，最大應(yīng)力為59.875 MPa，連桿所采用材料45鋼的屈服強(qiáng)度為355 MPa，根據(jù)式（6）計(jì)算得出安全系數(shù)為5.9，大于工程安全系數(shù)，符合實(shí)際工況要求，滿足抓取機(jī)械手的強(qiáng)度要求。

n= σs/σmax。（6）

5 結(jié) 語

針對(duì)鉆井工作中人工參與鉆桿排放工作效率低、安全性差等問題，提出了多機(jī)械手協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)鉆桿自動(dòng)排放的解決方案，設(shè)計(jì)了一種高可靠性的89鉆桿自動(dòng)排放機(jī)械手，得出如下結(jié)論。

1）通過對(duì)所設(shè)計(jì)的鉆桿自動(dòng)排放機(jī)械手進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出該裝置可完成鉆桿位置轉(zhuǎn)換工作，運(yùn)動(dòng)路徑?jīng)]有發(fā)生突變現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，符合取立柱的工作要求。

2）通過對(duì)該裝置的核心受力部件進(jìn)行有限元分析可知，其核心零部件最大變形為0.151 67 mm，最大應(yīng)力為59.875 MPa，安全系數(shù)大于工程安全系數(shù)，滿足使用要求，驗(yàn)證了該裝置的可靠性，符合實(shí)際工況要求，滿足抓取工作的強(qiáng)度要求。

本文主要是針對(duì)傳統(tǒng)中小陸地鉆井平臺(tái)的設(shè)備自動(dòng)化升級(jí)改造，旨在延長(zhǎng)設(shè)備的淘汰周期，改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率。但隨著現(xiàn)代化鉆井平臺(tái)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，以及市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)政策標(biāo)準(zhǔn)的提升，鉆桿排放的自動(dòng)化需求也會(huì)發(fā)生變化，其技術(shù)有待逐步完善。

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