基于PLC的海洋钻井平台钻杆传送机械手控制系统设计

郑玉龙1,张玉莲1,2

(1.浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院,浙江 舟山316021)

(2.浙江省近海海洋工程技术重点实验室，浙江 舟山316021）

    海洋钻井平台钻杆传送机械手，可代替人工将钻杆传送给钻机，从而降低工人的劳动强度。介绍了钻杆传送机械手的基本结构组成，通过对钻杆传送机械手工作过程的分析，设计了钻杆传送机械手的液压控制系统和PLC控制系统，并针对传送机械手的工作循环过程，设计了相应的PLC控制程序。

    海洋钻井平台钻井机工作时，每钻进一根钻杆，需要接入另一根钻杆。海洋钻井平台钻井所用的钻杆数量多且质量大，采用人工接入钻杆的方法，不但劳动强度大、效率低，而且存在安全隐患。机械手作为现代工业的重要自动化装备，能代替人工高效地完成人力较难完成的工作，在许多领域发挥着越来越重要的作用。应用机械手完成钻井过程中钻杆的传送与接入，可有效降低工人的劳动强度，提高钻井的工作效率，节约生产成本。

1钻杆传送机械手工作原理

    钻杆传送机械手主要结构 (如图1所示) 包括：立柱2、液压缸3、上机械臂4、上夹持钳5、下夹持钳6、下机械臂8、转盘9、小车10。立柱2固定在转盘9上，可随转盘转动，转盘由小车内部的摆动液压缸控制；上、下机械臂4和8的一端与立柱铰链连接，另一端与连杆铰链连接，从而构成平行四杆机构；液压缸3的伸缩可控制机械臂做上下摆动，从而控制夹持钳的进给量；机械手夹持钳5和6用于夹持钻杆；小车10在电机的驱动下可沿导轨运动，小车头部装有传感器，用来检测钻杆的位置［1］。

    机械手的工作过程为：需要抓取钻杆时，小车10沿导轨12运动到存放钻杆的位置，根据传感器检测到的钻杆位置信息，控制转盘9带动立柱2使机械手夹持钳5和6朝向钻杆；接着液压缸3伸长，使上、下机械臂4和8伸出，夹持钳5和6接近待抓取的钻杆，然后夹持钳5和6闭合抓住钻杆；接着，液压缸3收缩，使机械臂4和8夹持着钻杆回缩，转盘反向转动使钻杆朝向导轨方向，小车沿导轨运动到井口11，液压缸3伸长，机械臂将钻杆传送到钻机7的下方，待钻机夹持住钻杆后，机械臂上的两夹持钳松开，液压缸3缩回。机械手复位，回到初始状态并进行下一个取杆、送杆的工作循环。

1—钻杆；2—立柱；3—液压缸；4—上机械手臂；5—上夹持钳;6—下夹持钳；7—钻机；8—下机械手臂；9—转盘；10—小车；11—井口；12—小车轨道

图1钻杆传送机械手主要结构

2机械手液压系统

机械手转盘的转动采用摆动液压缸形式（如图2所示）。摆动液压缸旋转方向由换向阀上的.......

作者简介：郑玉龙（1992—），男，浙江建德人，浙江海洋学院本科生，专业为机械设计制造及其自动化。
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