可調節位置的抓鉤裝置製造方法

2023-07-16 22:35:16 2

可調節位置的抓鉤裝置製造方法
【專利摘要】本發明披露了一種連接裝置，所述連接裝置被設置成用於連接至一施工設備的臂。所述連接裝置包括安裝在主梁上的一對抓鉤機構。每個抓鉤機構包括安裝至抓臂外殼的相對的抓臂。所述抓鉤機構的抓臂外殼各自彼此獨立的相對於主梁沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向可單獨調節。所述連接裝置可細調管子端部相對於彼此的位置，直到端部彼此對準，此時管子端部在通過抓鉤機構固定在位的同時可被焊接或通過其它方式彼此固定。
【專利說明】可調節位置的抓鉤裝置
[0001]本申請要求申請日為2012年2月15日的美國臨時申請序列號61/599，164和申請日為2011年2月17日的美國臨時申請序列號61/443737的優先權，並且上述兩篇申請的全部內容在此被結合入本文作為弓I用。
【技術領域】
[0002]本發明涉及可連接至例如履帶挖土機、反鏟挖土機、挖掘機或其它施工設備用於例如定位管子端部以便將管子端部連接在一起的(連接)裝置。
【背景技術】
[0003]定位兩根大直徑管子(例如油田管道)以便對接是非常耗時的並且可能花費許多小時並需要很多人力和價值數百萬美元的設備，這是非常昂貴的並減慢了管道的生產。此夕卜，目前的工藝對工人是危險的。對於進行對接連接所需花費的時間和成本的任何的降低是有益的。此外，提高對地面工人的安全性會是有利的。

【發明內容】

[0004]本發明描述了一種(連接)裝置，所述裝置被設置成用於連接至一施工設備的臂，所述施工設備例如挖掘機、履帶挖土機、反鏟挖土機等等。所述(連接)裝置被設置成在管子對接過程中使對準管子端部的過程自動化。所述(連接)裝置可以細微調節管子端部相對於彼此沿x、y和z軸方向的位置，直到(管子)端部彼此對準，此時管子端部可被焊接或以其它方式彼此固定，和/或以其它方式進行處理，而同時通過抓鉤機構被固定在位。所述連接裝置被設置成為管子加工工具例如焊接裝置留有空間，以便對一根或更多的管子進行加工操作，例如將管子端部焊接在一起。
[0005]所述連接裝置被設計成抓握待被端對端對準的兩根單獨管子的端部，以便通過焊接或其它適當的連接方式連接管子。所述連接裝置被設置成沿Z軸方向將兩根管子拉在一起並且還通過沿X軸和Y軸方向的獨立運動使它們彼此同軸對準。
[0006]如貫穿說明書和權利要求書所用的，除非特別說明，單詞管子/管道或類似詞語旨在包括需要被放置並與其它部分的管子/管道對接的所有類型、形狀和尺寸的管子/管道。管子可以由任何類型的材料製成，包括但不限於金屬或塑料。在截面上，管子可以是圓形的、方形的、三角形的或具有其它的截面形狀。在一些實施例中，一根管子的一端可連接至設備而非另一管子端部，所述設備可被連接至管子，例如閥，流體可從其流過。因此，術語管子/管道旨在包括流體能夠流過的任何結構。
[0007]另外，在一些實施例中，所述連接裝置可用於抓握、操縱和加工管子的單個部分(單個部分的管子)。所述連接裝置還可用於抓握、操縱和加工非管子的物體，例如樹木、原木、電話線杆等等。
[0008]在一個實施例中，一種機構包括安裝在主梁上的一對抓鉤機構。每個抓鉤機構包括安裝至抓臂外殼的相對的抓臂。至少一個抓鉤機構的抓臂可相對於主梁沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向一起調節，以便調節至少一個抓鉤機構的抓臂相對於主梁的位置。
[0009]在一個實施例中,抓鉤機構的抓臂外殼各自獨立於彼此相對於主梁沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向可單獨調節。由於抓臂被安裝至抓臂外殼，緊握管子端部的抓臂隨抓臂外殼運動。
[0010]每個抓鉤機構利用抓臂抓握管子端部附近的相應管子部分。一旦管子部分被抓臂抓握住，相對於主梁調節抓臂外殼，調節被抓臂抓握住的管子端部的位置。調節抓臂外殼，直到管子端部對準，此時管子端部可以按傳統的方式固定在一起。
[0011]抓臂外殼可以沿大體垂直於主梁的縱軸的多個方向受調節。例如，當在側平面圖觀察抓臂外殼時，抓臂外殼沿左右方向和/或上下方向相對於主梁是可調節的。
[0012]對於每個抓鉤機構，可通過連接至抓臂中的一個的驅動缸和使抓臂互相連接的定時連結件(timing link)驅動抓臂。可替換地，每個抓臂可通過連接至抓臂的驅動缸驅動。
[0013]雷射器或其它自動對準系統可用於便於管子端部的對準。
[0014]所述連接裝置的主梁也可通過繞垂直軸轉動和繞水平軸傾斜在位置上可調節。抓臂外殼也可沿平行於主梁的縱軸的方向進行調節，如披露於US2010/0308609，該專利文獻在此以其全文形式被結合入本文作為引用。這些主梁和抓臂外殼的調節連同抓臂外殼相對於主梁沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向的調節允許精確定位抓鉤機構以便抓握管子端部。
[0015]在另一個示例中，提供了 一種連接裝置，所述連接裝置可連接至施工設備的臂，用於定位兩根管子的端部以便將管子端部連接在一起。所述連接裝置包括安裝支架，所述安裝支架被設置成可連接至施工設備的臂。下部頭部組件可轉動地安裝至安裝支架，以允許下部頭部組件相對於安裝支架繞第一軸轉動。主梁可樞軸轉動地安裝至下部頭部組件，使得主梁能夠相對於下部頭部組件繞大體上垂直於第一軸的第二軸樞軸轉動。一對抓鉤機構被安裝在主梁上，其中每個抓鉤機構包括安裝至抓臂外殼的相對的抓臂。每個抓鉤機構的抓臂外殼和主梁相對於彼此沿大體垂直於主梁的縱軸的兩個方向可調節，以便調節抓臂外殼和主梁的相對位置。主梁的縱軸大體上垂直於第一軸和第二軸，並且抓臂在緊握兩根管子的閉合位置和打開位置之間可驅動。此外，每個抓臂外殼和主梁相對於彼此沿平行於主梁的縱軸的方向可調節。調節還可通過第一和第二傾斜致動器(驅動器)提供，其中每個傾斜致動器(驅動器)具有連接至下部頭部組件的第一端和連接至主梁的第二端。
[0016]儘管前文段落提到了 一對抓鉤機構，使用多於兩個的抓鉤機構是可行的。例如，三個或更多個抓鉤機構可被安裝在主梁上。並非所有的抓鉤機構都需要按所述的方式可調節，這取決於抓鉤機構的預期功能。
[0017]管子對接方法的一個示例包括利用安裝在主梁上的第一抓鉤機構抓握第一管子的端部，和利用安裝在主梁上的第二抓鉤機構抓握第二管子的端部。隨後通過沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或更多個方向調節主梁及第一和第二抓鉤機構中的至少一個的相對位置來將第一管子的端部與第二管子的端部對準。
[0018]所述的連接裝置提高了準確性和快速性，使得兩根管子可通過至少下述方式對準以便連接。
[0019]a)臂連結(聯動)設計有助於確保管子始終居中於臂外殼，幫助兩根管子當通過移位缸(換檔缸)沿Z軸方向被拉在一起時使兩根管子對準。
[0020]b)施工設備的操作者可以獨立地相對於主梁沿X，y或z軸方向移動每個臂外殼。所述臂外殼沿著主梁的縱軸沿Z軸方向是可移動的。此外，臂外殼相對於主梁沿X軸和y軸方向可上下移動。
[0021]c)地面人員也可以利用遙控設備在兩根管子端部的對準過程中從地面沿不同的方向移動臂外殼。遙控設備可用於控制可適於實現對準的任何其它運動也是可能的，例如主梁的樞軸轉動和下部頭部組件的轉動，以及施工設備的臂的可能運動。
[0022]d)抓臂可以彼此獨立地打開或閉合。此外，通過所披露的抓臂可提起大範圍的管徑。
[0023]e)引導系統可用於自動使兩根管子端部彼此對準。引導系統可利用接觸型位置傳感器或非接觸型位置傳感器。接觸型傳感器包括線性可變差動變壓器(LVDT)或旋轉可變差動變壓器(RVDT )。非接觸型傳感器包括一個或更多個雷射器。
[0024]在一個實施例中，引導系統可以是雷射引導系統，所述雷射引導系統採用一個線雷射器連接至具有位置反饋的線性驅動器。驅動器例如線性驅動器移動雷射通過兩根管子端部並捕獲完整的三維圖像，所述圖像表示兩根管子端部相對於彼此的曲率。通過適當處理曲率數據，可以確定管子端部沿X，y和Z軸方向對準並確定管子彼此平行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是用於安裝至一施工設備的臂的連接裝置的等距透視圖。
[0026]圖2是連接裝置的另一等距透視圖。
[0027]圖3是連接裝置的截面側視平面圖。
[0028]圖4是安裝到主梁上的抓鉤機構之一的端平面圖。
[0029]圖5是圖4的抓鉤機構的截面圖。
[0030]圖6是示出抓臂驅動以便抓握小直徑管的端平面圖。
[0031]圖7是示出抓臂驅動至打開位置的端平面圖。
[0032]圖8A-C示出了管子端部之間不同類型的未對準的示例。
[0033]圖9示出了單個雷射引導系統。
[0034]圖10A-B示出了四個雷射引導系統。
[0035]圖11示出了 LVDT引導系統。
[0036]圖12A-B示出了兩個雷射引導系統。
[0037]圖13示出了利用安裝機構的第一實施例將管子加工工具安裝到連接裝置上的等距透視圖。
[0038]圖14示出了圖13所示的管子加工工具的分解圖。
[0039]圖15示出了圖14所示的焊接單元的放大視圖。
[0040]圖16示出了圖13所示的管子加工工具的截面端視圖。
[0041]圖17示出了用於將管子加工工具安裝到連接裝置的主梁上的安裝機構的等距視圖。
[0042]圖18A示出了處於閉合位置並利用第二實施例的安裝機構安裝到連接裝置上的管子加工工具的等距透視圖。[0043]圖18B示出了處於打開位置並利用第二實施例的安裝機構安裝到連接裝置上的管子加工工具的等距透視圖。
[0044]圖19示出了圖18A和18B所示的安裝機構的放大圖。
[0045]圖20示出了利用第三實施例的安裝機構的管子加工工具的等距透視圖。
【具體實施方式】
[0046]參見圖1-3，示出連接裝置10被設置成在管子對接過程中使管子端部對準。連接裝置10被安裝至一施工設備(未示出)的臂。連接裝置10包括主梁14，所述主梁14通過樞軸18可樞軸轉動地連接至下部頭部組件16的底座。下部頭部組件16可轉動地連接至安裝支架20，以允許下部頭部組件16相對於安裝支架繞垂直軸旋轉或轉動360度。安裝支架20可拆卸地將連接裝置安裝至施工設備的臂。傾斜致動器(驅動器)22、24在下部頭部組件16和主梁14之間延伸以便選擇性地繞樞軸18傾斜主梁。對於主梁、下部頭部組件、安裝支架和傾斜致動器(驅動器)的構造和操作的進一步信息可參見US2009/0057019和US2010/0308609，上述兩篇專利文獻在此以其全文形式被結合入本文作為引用。
[0047]連接裝置10包括安裝在主梁14上的一對抓鉤機構26、28。參見圖3，抓鉤機構26、28被安裝在主梁上，使得每個抓鉤機構相對於主梁沿著主梁的長度沿由圖3中箭頭所示的z軸方向可單獨調節。通過移位缸/換檔缸29實現每個抓鉤機構26、28的調節，所述移位缸/換檔缸29示出設置在主梁內並且一端固定至主梁而相對端固定至抓鉤機構26、28。如果需要，移位缸/換檔缸29可設置在主梁的外部。對於主梁上的移位/換檔抓鉤機構的更多信息披露於US2010/0308609。
[0048]抓鉤機構26、28之間的間距足以為管子加工工具留有空間，所述管子加工工具例如是焊接裝置或其它應用於管子以便物理連接管子端部的管子緊固裝置。示例性管子加工工具的細節在下文結合圖13-20進行描述。
[0049]抓鉤機構26、28在構造上是相同的。每個抓鉤機構26、28包括抓臂外殼30和連接至抓臂外殼的抓臂32。
[0050]如圖1-3所示，每個抓鉤機構26、28被設計成在施工設備的動力下利用抓臂32提起管子34、36的端部。抓臂外殼的位置隨後根據需要沿x、y和/或z軸方向進行調節以便在管子對接過程中使管子端部38對準。對準的端部隨後可通過焊接或其它的方式彼此固定。圖1-3示出了不同直徑的多個同軸的管子，以表示抓鉤機構可用於抓握不同直徑的管子。
[0051]z軸方向被視為大體平行於地面，或平行於主梁，或平行於管子，或當觀察圖3時是左右方向。X軸方向是大體垂直於Z軸方向並在觀察圖3時垂直於主梁14的上下垂直方向。I軸方向是前後方向，大體垂直於z軸方向和X軸方向，並且在觀察圖3時垂直於主梁14，並且在觀察圖3時進入和離開頁面。
[0052]連接裝置10可隨水平的管子用於圖1所示的水平定向，並且使主梁14被定向成大體平行於地面。連接裝置10也可隨垂直的管子用於垂直定向(未示出)，使主梁14被定向成大體垂直於地面。連接裝置也可與被定向成在水平和垂直之間的角度的管子一起使用。
[0053]圖4和5示出了抓鉤機構26的細節。如上文所述，抓鉤機構28在構造上與抓鉤機械裝置26相同，因此不分別進行描述。抓臂外殼30包括具有長度「I」和高度「h」的矩形梁開口 50。開口 50因此具有如圖4和5所示端平面圖的面積(lXh)。抓臂外殼30被設置在主梁14上，其中主梁伸過梁開口。主梁14也被示出在端平面圖中為大體矩形，具有長度「lb」和高度「hb」，面積為(IbXhb)。
[0054]端平面圖中主梁14的面積小於端平面圖中開口 50的面積。主梁的面積應當足以小於梁開口 50的面積，以允許主梁和梁開口之間沿大體垂直於主梁的縱軸(即z軸方向)的至少一個優選至少兩個方向(即X軸方向和I軸方向)相對運動。面積的差異並因而所允許的相對運動量的一個因素是期望或需要抓臂外殼的多少運動量以便實現管子端部的對準。所需要的運動量越大，則允許所述運動的面積差越大。
[0055]如圖4和5所示，調節機構52a、52b、52c、52d用於相對於主梁14調節抓臂外殼
30。調節機構52a-d被固定至抓臂外殼30並伸入與主梁14接合。具體地說，調節機構52a包括可伸入接合主梁的右側壁(端平面圖)的平驅動端54。類似地，調節機構52c包括可伸入接合主梁的左側壁(端平面圖)的平驅動端54。調節機構52b包括可伸入接合主梁的底壁(端平面圖)的平驅動端54。調節機構52d包括可伸入接合主梁的頂壁(端平面圖)的平驅動端54。
[0056]在一個實施例中，調節機構52a_d是單作用液壓缸，在它們相應的驅動方向提供大致1.5英寸的行進。不過，調節機構52a-d可以是任何類型的可伸縮的驅動機構，包括例如其它類型的液壓或氣動缸或電動操作的螺杆傳動。
[0057]平驅動端54可由可替換的耐磨墊形成,例如塑料材料如NYLATR0N。
[0058]為了使抓臂外殼30沿y方向向圖4和5中的右側運動，調節機構52a被驅動以使其平驅動端54延伸與主梁14的右側壁接合。同時，調節機構52c縮回相應量。反作用力迫使抓臂外殼30相對於主梁向右側移動。
[0059]為了使抓臂外殼30向圖4和5中的左側運動，調節機構52c被驅動以使其平驅動端54延伸與主梁14的左側壁接合。同時，調節機構52a縮回相應量。反作用力迫使抓臂外殼30相對於主梁向左側移動。
[0060]為了調節抓臂外殼30的垂直高度，調節機構52d被驅動以使其平驅動端54延伸與主梁14的頂壁接合。反作用力迫使抓臂外殼30相對於主梁沿X軸方向向上運動。使調節機構52b的平驅動端54延伸與主梁14的底壁接合，同時使調節機構52d縮回，迫使抓臂外殼30相對於主梁沿X軸方向向下運動。可替換地，可以去除調節機構52b並且可由調節機構52d控制向上和向下的垂直調節，其中調節機構52d的縮回允許抓臂外殼在重力作用下垂直下降。
[0061]在圖4和5所不的實施例中，抓臂外殼相對於主梁左右(y軸方向)和上下(X軸方向)是可調節的。不過，抓臂外殼不需要在所有所示的方向可調節。而是，在此考慮，抓臂外殼30僅在左-右方向或上-下方向可以是可調節的。
[0062]此外，儘管主梁和梁開口 50被描述為矩形，除矩形之外的形狀例如圓形或三角形是可行的。此外，主梁和梁開口 50不需要具有相同的形狀。例如，主梁在截面圖中可以是圓形的，而梁開口可以是矩形的。
[0063]仍參見圖4和5，抓臂32被安裝至抓臂外殼。提供了兩組抓臂，所述抓臂被設置在抓臂外殼的相對側。第一組抓臂包括單個齒60，所述單個齒60被適當設置成接合管子。第二組抓臂包括一對間隔的齒62 (參見圖1)，所述齒62也被適當地設置成接合管子。對於適當設置抓臂以便接合管子的更多信息披露於US2009/0057019和US2010/0308609。本文所述的齒的數量僅是示例性的。可以採用任何數量的齒和齒的結構，只要抓臂能夠抓握管子並執行抓臂的任何其它功能。
[0064]齒60通過齒60的端部之間的樞軸64可轉動地安裝至抓臂外殼。齒60的上端被連接至驅動缸66的一端,所述驅動缸例如是示意圖所示的液壓缸。驅動缸66的相對端被固定至抓臂外殼30。齒62通過樞軸68可轉動地安裝至抓臂外殼。定時連結件70在齒60和齒62之間延伸。所述齒以縱向偏置的方式被設置，使得齒60被設置在齒62之間。
[0065]齒60、62在緊握管子(參見圖1-4)的閉合位置和打開位置(參見圖5和7)之間是可驅動的，以允許抓鉤機構被放置在相應的管子34、36上。驅動缸66的延伸部使齒60向內朝向閉合位置樞軸轉動。同時，連接至齒62的定時連結件70向內朝向閉合位置驅動齒62。反之，驅動缸66的縮回使齒60向外朝向打開位置樞軸轉動，而定時連結件70也同時向外驅動齒62。
[0066]在一可替換的實施例中，驅動缸可被設置成驅動每一組齒60、62。另外，齒之一可被固定，而僅有另一組齒被驅動。
[0067]抓鉤機構26、28可被設計成用於任何尺寸即直徑和形狀的管子。例如，應當相信，抓鉤機構26、28會適用於直徑在約26英寸到約38英寸之間的圓形管子。圖4示出了抓握38英寸管子的抓鉤機構，而圖6示出了抓握26英寸管子的抓鉤機構。不過，抓鉤機構可用於具有其它直徑的管子。另外，如上文所述，附圖中示出了不同直徑的管子，以明確抓鉤機構可用於不同的管子直徑。
[0068]在使用中，在管子34、36被切割並且端部38大致靠近彼此放置後，連接裝置10被施工設備的臂帶入接近兩根管子34、36的端部38的位置。如果有必要，主梁14通過下部頭部組件16和傾斜致動器22、24被傾斜和/或轉動，以便適當地將連接裝置與管子端部對準。優選地，管子端部38大致位於如圖1所示的兩個抓鉤機構之間的中間位置。
[0069]連接裝置隨後下降就位，使得抓鉤機構26環繞管子34而抓鉤機構28環繞管子36，如圖5所示。抓臂隨後被驅動以便使齒60、62達到圖1-4中所示的閉合位置，以便抓握管子34、36。
[0070]如果有必要，沿z軸方向調節抓鉤機構26、28的一個或兩者沿主梁的位置，以便使管子端部彼此更靠近。操作者隨後根據需要驅動不同的調節機構52a_d以便細調抓臂外殼的位置。因為齒60、62正緊抓握管子，並且齒被固定至抓臂外殼，管子端部隨抓臂外殼運動。因此，調節機構52a-d可用於細調管子端部的位置以實現對準。
[0071]通過操作者視覺檢查管子之間的相對位置並隨後根據需要調節管子位置直到實現對準可獲得視覺上的對準。可替換地，如下文進一步討論的，可以採用自動引導或對準系統。此外，利用視覺和自動引導的組合可實現對準，其中操作者在視覺上大致對準管子端部並且一旦實現粗對準，利用自動引導系統來完成對準過程。
[0072]圖8A-C示出了可能出現的管子端部之間的不同類型的未對準。在圖8A中，沿著一個或兩個軸在端部之間存在角度和偏置的未對準。在圖8B中，管子端部沿一個或兩個軸是平行但偏置的。在圖8C中，存在角度的未對準。所述的連接裝置可用於校正管子端部之間的這些和其它的未對準。
[0073]在一個實施例中，可採用自動弓I導或對準系統來使兩根管子端部彼此自動對準。引導系統可以是適合對準管子端部的任何類型的系統。例如，引導系統可利用接觸型位置傳感器或非接觸型位置傳感器。接觸型傳感器的示例包括但不必然限於線性可變差動變壓器(LVDT)或者旋轉可變差動變壓器(RVDT)。非接觸型傳感器包括但不必然限於一個或多個雷射器。
[0074]圖9示出了使用單個雷射器80的引導系統。雷射器80是線雷射器，可被固定至或安裝在下部頭部組件16的適當位置，例如容納樞軸18 (參見圖1)的凸緣82上。雷射器80安裝在沿Z軸方向可運動的線性驅動器84上，而線性位置反饋86提供對於雷射的線性位置的信息。線性驅動器84使雷射器80移動通過兩根管子36、38。線雷射器80發射捕獲管子的三維曲率的一部分的線。在使用中，當雷射器沿z軸方向移動時，線雷射器80捕獲管子36的曲率分布，並且那裡的數據被轉換成管子位置。隨著雷射(器)沿z軸方向移動雷射隨後移動到對面的管子34並捕獲管子34的曲率分布，並且那裡的數據被轉換成管子位置。隨後比較管子位置並利用抓鉤機構26、28調節管子。該過程可按需要重複，直到所捕獲的管子位置匹配，從而表示管子的對準。
[0075]圖10A-B示出了使用四個雷射器90a_d的引導系統。雷射器90a、90b和90c、90d相對於管子端部18被安裝在12點和3點的位置。雷射器90a、90c可被固定至或安裝在下部頭部組件16的適當位置，例如容納樞軸18 (參見圖1)的凸緣82上。雷射器90b、90d可被安裝至適當的安裝支架，所述安裝支架被固定至凸緣82或固定到下部頭部組件16的其它位置。雷射器90a、90b測量到管子36的距離，而雷射器90c、90d測量到管子34的距離。隨後比較所述距離。當(距離)差異為零時，管子在相應軸上對準。通過利用抓鉤機構26、28調節管子端部來校正距離上的任何差異。
[0076]圖11示出了採用四個LVDT的100a_d來取代雷射器90a_d的引導系統。LVDT會提供接觸型傳感方式而非雷射器的非接觸傳感。
[0077]圖12A-B不出了米用兩個雷射器IlOaUlOb的引導系統。雷射器110a、IlOb被固定至或安裝在下部頭部組件16的適當位置，處於12點(IlOa)和3點(IlOb)位置，使得它們相對於管子和抓鉤機構是靜止不動的。雷射器IlOaUlOb跨接兩根管子以測量圖10A-B中到管子34、36的距離，隨後比較距離以實現對準。
[0078]可採用其它類型的引導系統以便自動對準管子端部。
[0079]一旦管子端部被對準，它們可以按任何適當的方式被連接在一起。一個示例是將管子端部彼此焊接。焊接可通過地面上的某人利用傳統的焊接設備手動進行。焊接也可利用安裝在連接裝置10上的管子加工工具進行。參見圖13-20，示出了管子加工工具的一個示例。
[0080]除了焊接之外或不同於焊接，其它的管子加工操作可利用安裝在連接裝置上的管子加工工具進行。其它管子加工操作的示例包括塗覆一個或多個管子端部，塗色於管子，切割一個或多個管子，施加密封以密封管子端部，使一個或多個管子端部成斜面，或者對一個或多個管子端部進行噴砂。其它的加工操作是可行的。根據加工操作，加工操作可在管子端部彼此對準之前或之後進行。
[0081]圖13-19示出了利用兩個不同的安裝機構300、350安裝在連接裝置10上的管子加工工具200，而圖20示出了包括安裝機構375的管子加工工具，所述安裝機構375用於獨立於連接裝置10將工具自由懸掛在任何適當的設備如吊車、吊杆臂、移動升降臺等上。在所示的實施例中，管子加工工具200被設置成用於焊接並因而其包括焊接單元210，所述焊接單元210可移動地安裝到具有多個齒輪齒224的大體環形軌道220上。
[0082]焊接單元210包括雷射器211，接近度傳感器212，焊接引線213和機動齒輪214(見圖15和16)固定至焊接底座215。雷射器211用作焊接引線213的引導工具。接近度傳感器212用於測量焊接引線213對於待焊接的管子表面的位置。在本實施例中，接近度傳感器212是彈簧加載的接近度傳感器，包括沿著待焊接管子的外表面滾動的輥子216。在其它實施例中，其它類型的接觸型位置傳感器或非接觸型位置傳感器可用於替換接近度傳感器212。機動齒輪214由馬達217驅動並且與環形軌道220驅動接合。機動齒輪214結合齒輪齒224允許焊接單元210沿著整個軌道220圍繞管子的外周運動。
[0083]軌道220被設置成匹配圍繞由連接裝置10抓握住待被焊接在一起的兩根管子34、36的外表面。焊接單元210和軌道220由大體環形籠225環繞。籠225包括沿著籠225的內周的多個接觸表面230。多個接觸表面230沿著待被焊接在一起的管子34、36的外表面提供多個接觸點。接觸表面230提供額外的支撐，用於在焊接單元210將管子34焊接至管子36時固定管子34、36。籠225的大小適於使得焊接單元210能夠沿著軌道220滑動，而不受籠225的幹擾。
[0084]管子加工工具200還包括安裝單元240，用於將管子加工工具200安裝至連接裝置
10。安裝單元240包括連接裝置支撐242和容納部外殼244。容納部外殼244容納連接裝置支撐242並被固定至安裝機構，如圖13所示的安裝機構300和圖18A、18B和19所示的安裝機構350。
[0085]如圖14所示，軌道220由兩個大體半圓形/半環形的軌道222a、222b組成，而籠225由兩個大體半環形的籠227a、227b組成。籠227a在頂端通過連接裝置支撐242固定至籠 227b。
[0086]管子加工工具200還包括一對線性驅動器246a、246b。線性驅動器246a、246b的第一端被固定至連接裝置支撐242。線性驅動器246a、246b的第二端分別被固定至籠227a、227b的一部分。在一個實施例中，線性驅動器246a、246b是雙作用液壓缸。不過，線性驅動器246a、246b可以是任何類型的可伸縮驅動機構，包括例如其它類型的液壓或氣動缸或電動操作的螺杆傳動。
[0087]籠227a的底端包括第一鎖緊外殼248，而籠227b的底端包括第二鎖緊外殼249。鎖緊單元250被固定至第一鎖緊外殼248並被設置成將第一鎖緊外殼248鎖至第二鎖緊外殼249，從而將籠227a的底端連接至籠227b的底端。鎖緊單元250使得管子加工工具200提供夾緊力以便夾緊並適當地對準管子34、36的端部以便使管子同軸便於管子加工。
[0088]如圖14和16所示，鎖緊單元250包括鎖線性驅動器251，所述鎖線性驅動器251可樞軸轉動地在一端固定至第一鎖緊外殼248中的鎖緊架256。大體鉤形的鎖緊頭252可樞軸轉動地固定至鎖線性驅動器251的第二端。鎖緊單元250還包括鎖緊翼254，所述鎖緊翼254可樞軸轉動地固定至鎖緊頭252的一端，其中鎖緊頭252可樞軸轉動地固定至鎖線性驅動器251。
[0089]當使第一鎖緊外殼248鎖到第二鎖緊外殼249時，鎖線性驅動器251伸展鎖緊頭252以便越過第二鎖緊外殼上鎖扣258的頂部。鎖線性驅動器251隨後縮回，從而將鎖緊頭252拉入鎖扣258並使第一鎖緊外殼248鎖住到第二鎖緊外殼249。這使得管子加工工具200將管子34、36彼此同軸夾緊。
[0090]當第一鎖緊外殼248從第二鎖緊外殼249鬆開時，鎖線性驅動器251伸展鎖緊頭252，使得鎖緊翼254伸過並越過鎖扣258的頂部。鎖線性驅動器251隨後縮回，使得鎖緊翼254繞樞軸轉動，導致鎖緊頭252越過鎖扣258而非將鎖緊頭252拉入鎖扣258。
[0091]圖13和17示出了根據一個實施例通過安裝機構300安裝在主梁14上的管子加工工具200。安裝機構300包括安裝到主梁14上的一對銷305，一對剪鉸機構310和縱向軌道315。剪鉸機構310的每一個被安裝至銷305的相應一個。縱向軌道315包括多個齒輪齒317並且在相對端連接至剪鉸機構310的每一個並沿大體平行於主梁14的方向延伸。管子加工工具200的容納部外殼244可移動地連接至縱向軌道315。
[0092]在本實施例中，發動機320和齒輪322被固定至管子加工工具200的容納部外殼244。發動機320和齒輪322結合齒輪齒317允許容納部外殼244並從而管子加工工具200沿著軌道315運動。因此，管子加工工具200的位置相對於連接裝置10沿大體平行於主梁14的方向沿z軸可以改變。
[0093]兩個剪鉸機構310在構造上是相同的。每個剪鉸機構310包括繞頂部樞軸311a樞軸轉動的頂部鉸鏈312a和繞底部樞軸311b樞軸轉動的底部鉸鏈312b。頂部鉸鏈312a的相對端被連接至底部鉸鏈312b的相應的相對端。在本實施例中，杆313和發動機314被連接至頂部鉸鏈312a和底部鉸鏈312b的相對端，並允許頂部鉸鏈312a和底部鉸鏈312b繞頂部樞軸311a和底部樞軸311b樞軸轉動。發動機314控制繞頂部樞軸311a的頂部鉸鏈312a的角度和繞底部樞軸311b的底部鉸鏈312b的角度，從而沿大體垂直方向沿x軸控制軌道315相對於連接裝置10的位置。因此，剪鉸機構310能夠沿大體垂直方向沿X軸改變管子加工工具200相對於連接裝置10的位置。在其它實施例中，杆313和發動機314可被設置在剪鉸機構310的其它位置。例如，在另一個實施例中，杆313可被設置在頂部樞軸311a，而發動機314可被設置在底部樞軸311b。在其它實施例中，發動機或杆可被連接在頂部鉸鏈312a和底部鉸鏈312b的相對端以及頂部樞軸311a和底部樞軸311b。
[0094]在一些實施例中，安裝機構300也能夠沿大體垂直於X軸方向和z軸方向的方向改變管子加工工具200相對於連接裝置10的位置。
[0095]通過適當連接至頭部組件16上的源或者工具200外部的其它合適的源的方式提供對焊接單元210和發動機314、320的電力和對驅動器246a、246b、251的液壓動力。
[0096]工具200的結構允許執行其它加工操作的其它管子加工單元安裝至工具200。例如，焊接單元210可以用噴塗機構代替，所述噴塗機構可跨在軌道220上，用於圍繞管子的端部在結合處或結合處附近施加塗層。當然，如上文所述，其它的管子加工操作可利用適當設置的單元進行。
[0097]圖18A、18B和19示出了根據另一個實施例通過安裝機構350安裝在抓臂外殼30的一個上的管子加工工具200。安裝機構350包括安裝到抓臂外殼30的側面上的一對線性驅動滑動架355，容納部底座360和線性驅動器365。容納部底座360被連接至管子加工工具200的容納部外殼244。線性驅動器365可樞軸轉動地在一端連接至容納部底座360並且可樞軸轉動地在另一端連接至管子加工工具200的連接裝置支撐242。
[0098]在一個實施例中，線性驅動器365是雙作用液壓缸。不過，線性驅動器365可以是任何類型的可伸縮驅動機構，包括例如其它類型的液壓或氣動缸或電力操作的螺杆傳動。[0099]容納部底座360可移動地安裝至一對線性驅動滑動架355，使得容納部底座360能夠相對於連接裝置10沿大體垂直方向沿著X軸運動。因此，安裝機構350能夠沿大體垂直方向沿著X軸改變管子加工工具200相對於連接裝置10的位置。在一些實施例中，容納部底座360位置受線性滑動架355控制。
[0100]在本實施例中，連接裝置支撐242可移動地安裝至容納部外殼244，使得連接裝置支撐242沿大體平行於主梁14的方向沿著z軸可滑入和滑出容納部外殼244。線性驅動器365允許使用者在容納部外殼244內沿大體平行於主梁14的方向沿著z軸調節連接裝置支撐242的位置。通過調節線性驅動器365，連接裝置支撐242能夠相對於連接裝置10沿大體平行於主梁14的方向沿著z軸移動。因此，安裝機構350能夠沿著大體平行於主梁14的方向沿z軸改變管子加工工具200相對於連接裝置10的位置。
[0101]在一些實施例中，安裝機構350也能夠沿大體垂直於X軸方向和z軸方向的方向改變管子加工工具200相對於連接裝置10的位置。
[0102]圖20示出了根據另一個實施例固定至安裝機構370的管子加工工具200。安裝機構370包括支架375，所述支架375固定管子加工工具200的連接裝置支撐242。安裝機構370還包括可樞軸轉動地安裝至支架頂部的U形鉤380。U形鉤380使得安裝機構370並從而使得管子工具200能夠自由地從連接裝置例如圖1所示的連接裝置10懸掛下來。可替換地，管子加工工具200可利用連接至一般的起重機械例如吊車、吊臂、裝載機和移動升降臺等等的鏈或纜索自由地懸掛。在一個所述實施例中，吊索可連接至U形鉤380並通過使用遠程電源(未示出)操作管子加工工具200以便進行所有之前所述的動作。因此，在圖20的實施例中，(管子)加工工具200可以獨立於連接裝置10 (即不連接至連接裝置10)而使用。
[0103]所示的管子加工工具和相關的安裝機構僅是示例性的。可以採用可結合到連接裝置10上以便對一個或多個管子進行管子加工操作的任何管子加工工具和相關的安裝機構。
[0104]圖1所示的實施例示出了使用一個連接裝置，具有兩個抓鉤機構，安裝在主梁14上。應當考慮到，可以採用單獨的連接裝置，每個具有一個或兩個抓鉤機構，其中每個連接裝置被連接至單獨施工設備的臂，一個連接裝置抓握並調節一個管子端部，而另一個連接裝置抓握並調節另一管子端部。另外，兩個抓鉤機構可用於抓握每個管子。
[0105]本申請所披露的示例在所有方面應被認為是說明性的而非限制性的。本發明的保護範圍由所附權利要求書而非前述的說明書限定；並且在權利要求的等同的含義和範圍內的所有變化應被包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種機構，包括:安裝在主梁上的一對抓鉤機構，每個抓鉤機構包括安裝至抓臂外殼的相對的抓臂；至少一個抓鉤機構的抓臂相對於主梁沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向可一起調節，以便調節至少一個抓鉤機構的抓臂相對於主梁的位置。
2.根據權利要求1所述的機構，其中所述至少一個抓鉤機構的抓臂可通過沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向調節至少一個抓鉤機構的抓臂外殼相對於主梁的位置是可調節的。
3.根據權利要求2所述的機構，其中抓鉤機構的抓臂外殼的每一個各自可彼此獨立地相對於主梁沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向可調節，以便調節抓臂外殼相對於主梁的位置。
4.根據權利要求2所述的機構，其中抓鉤機構的抓臂外殼的每一個各自可彼此獨立地相對於主梁沿大體垂直於主梁的縱軸的兩個方向可調節，以便調節抓臂外殼相對於主梁的位置。
5.根據權利要求4所述的機構，其中每個抓臂外殼相對於主梁沿平行於主梁的方向可進一步調節。
6.根據權利要求4所述的機構，其中所述主梁在端平面視圖中是大體矩形的，在端平面視圖中具有第一面積；每個抓臂外殼包括矩形開口，通過所述開口容納主梁，每個開口在端平面視圖中具有第二面積；並且第一面積小於第二面積，第一面積與第二面積之間的差足以允許抓臂外殼和主梁之間沿大體垂直於主梁的縱軸的兩個方向相對運動。
7.—種可連接至施工設備的臂用於定位一根或多根管子的連接裝置，包括: 安裝支架，所述安裝支架被設置成可連接至施工設備的臂； 下部頭部組件，所述下部頭部組件可轉動地安裝至安裝支架以允許下部頭部組件相對於安裝支架繞第一軸轉動； 主梁，所述主梁可樞軸轉動地安裝至下部頭部組件，以便主梁可相對於下部頭部組件繞大體垂直於第一軸的第二軸樞軸轉動； 一對抓鉤機構，所述一對抓鉤機構安裝在主梁上，每個抓鉤機構包括安裝至抓臂外殼的相對的抓臂，所述抓鉤機構的抓臂外殼的每一個和主梁相對於彼此沿大體垂直於主梁的縱軸的兩個方向可調節，以便調節抓臂外殼和主梁的相對位置，主梁的縱軸大體垂直於第一軸和第二軸，並且抓臂在抓握一根或多根管子的閉合位置與打開位置之間可驅動； 每個抓臂外殼和主梁相對於彼此沿平行於主梁的縱軸的方向可調節；和 第一和第二傾 斜驅動器，每個傾斜驅動器具有連接至下部頭部組件的第一端和連接至主梁的第二端。
8.根據權利要求7所述的連接裝置，還包括設置在主梁內的移位缸，並且所述移位缸被連接至抓鉤機構，以便調節抓臂外殼相對於主梁沿平行於主梁的縱軸的方向的位置。
9.根據權利要求7所述的連接裝置，還包括安裝至連接裝置的管子加工工具，所述管子加工工具被設置在抓鉤機構之間。
10.根據權利要求9所述的連接裝置，其中所述管子加工工具被設置成進行焊接、塗覆、切割、密封、斜切或噴砂。
11.根據權利要求7所述的連接裝置，其中主梁在端平面視圖中是大體矩形的，在端平面視圖中具有第一面積；每個抓臂外殼包括矩形開口，通過所述矩形開口容納主梁，每個開口在端平面視圖中具有第二面積；並且第一面積小於第二面積，第一面積與第二面積之間的差足以允許抓臂外殼與主梁之間沿大體垂直於主梁的縱軸的兩個方向相對運動。
12.—種管子對接方法，包括: 利用安裝在主梁上的第一抓鉤機構抓握第一管子的端部； 利用安裝在主梁上的第二抓鉤機構抓握第二管子的端部；和 通過調節主梁以及第一和第二抓鉤機構的至少一個沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向的相對位置使第一管子的端部與第二管子的端部對準。
13.根據權利要求12所述的管子對接方法，還包括通過調節主梁以及第一和第二抓鉤機構的至少一個沿平行於主梁的縱軸的方向的相對位置使第一管子的端部更靠近第二管子的端部。
14.根據權利要求13所述的管子對接方法，其中對準包括沿大體垂直於主梁的縱軸的一個或多個方向調節主梁以及第一和第二抓鉤機構的每一個的相對位置。
15.根據權利要求14所述的管子對接方法，包括沿大體垂直於主梁的縱軸的兩個方向調節主梁以及第一和第二抓鉤機構的每一個的相對位置。
16.根據權利要求13所述的管子對接方法，還包括在第一抓鉤機構和第二抓鉤機構抓握第一管子和第二管子的端部時將第一管子的端部焊接至第二管子的端部。
17.根據權利要求16所述的管子對接方法，其中焊接通過安裝至主梁或安裝至第一或第二抓鉤機構的管子加工工具進行。
18.根據權利要求13所述的管子對接方法，還包括在第一抓鉤機構和第二抓鉤機構抓握第一管子和第二管子的端部時利用安裝至主梁或安裝至第一或第二抓鉤機構的管子機構對第一管子和第二管子的至少一個進行管子加工操作。
19.根據權利要求18所述的管子對接方法，其中所述管子加工操作包括焊接、塗覆、切害I]、密封、斜切或噴砂。
【文檔編號】B66C3/16GK103596871SQ201280008022
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年2月17日 優先權日:2011年2月17日
【發明者】傑森·勒瓦利, D·拉森, J·凱爾德, M·伯吉斯, L·D·靳爾波 申請人:勒瓦利工業公司