專利名稱：一種新型鉆井液壓動力鉗的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及上卸管柱螺紋的動力鉗，特別是鉆井工程中用于上卸鉆桿螺紋的鉆井液壓動力鉗。
背景技術(shù)：
在鉆井工程中所用鉆桿為大錐度(1∶4或1∶6)、大螺距(4扣/時或5扣/時)螺紋，螺紋的密封性及可靠性，靠鉆桿公母扣接頭端部貼緊程度來實現(xiàn)，在公母扣接頭端部接觸緊扣或沖扣松開的瞬間，扭矩最大，在公母扣接頭端面接觸之前或松開之后，管柱旋轉(zhuǎn)力矩表現(xiàn)為單根鉆桿慣性力矩和螺紋摩擦力矩，其值甚小，現(xiàn)有常規(guī)鉆井大鉗，由鉗頭開口旋轉(zhuǎn)體總成夾持管柱，作圓周轉(zhuǎn)動實現(xiàn)上卸鉆桿螺紋，旋轉(zhuǎn)體只能是圓柱體，必須有足夠的徑向尺寸來滿足最大扭矩相應的抗外撐強度要求，不僅鉗體很重，由此，還帶來以下問題一是旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動需要通過一系列多級減速傳動，使液壓馬達減速增矩；二是旋轉(zhuǎn)體不能直接配置液壓元件，其夾持動作必須配備制動機構(gòu)，使夾持零件相對于旋轉(zhuǎn)體平動；三是旋轉(zhuǎn)體還需要配置扶正機構(gòu)才能保持定心轉(zhuǎn)動；四是旋轉(zhuǎn)體是開口的，重心偏離回轉(zhuǎn)中心，隨著動力鉗能力的增加，旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量加大，離心力也增大，為減輕鉗體晃動，鉗頭轉(zhuǎn)速也就必須限制。另外，現(xiàn)有的鉆井大鉗鉗頭旋轉(zhuǎn)體采用內(nèi)曲面滾子爬坡卡緊機構(gòu)，每變換一種接頭尺寸或接頭磨損到一定程度都必須更換夾緊零部件，給使用帶來不便，如國內(nèi)Q100型鉆井大鉗，更換零部件為10kg左右的顎板總成，只能用人力裝進或取出。該動力鉗最大扭矩100kN·m，最高轉(zhuǎn)速40r/min，總質(zhì)量2400kg。又如艾克爾制造有限公司的870型鉆井大鉗，最大扭矩101kN·m，最高轉(zhuǎn)速為33r/min，總質(zhì)量達3266kg。鉆井現(xiàn)場的實際工況是排除動力鉗鉗頭離心力的影響，鉆桿轉(zhuǎn)速可顯著提高，且質(zhì)量越小的鉆桿，轉(zhuǎn)速應更快，以提高工效。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的鉆井大鉗的不足之處一是轉(zhuǎn)速慢，無論鉆桿質(zhì)量大小，最高轉(zhuǎn)速相同，妨礙提高工效；二是變換卡緊管徑必須更換零件，給使用帶來不便；三是鉗體太重，使搬運和操作不夠靈活；四是鉗體零件多，結(jié)構(gòu)復雜，生產(chǎn)成本高。
本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，推出一種新型鉆井液壓動力鉗，使其轉(zhuǎn)速快，特別是鉆桿質(zhì)量越小，轉(zhuǎn)速越快，變換管徑不更換零件，結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，重量輕，生產(chǎn)成本低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種新型鉆井液壓動力鉗，由沖扣主鉗、沖扣背鉗、沖扣油缸、旋扣器、懸吊裝置及液壓控制系統(tǒng)組成，旋扣器又由摩擦輪夾緊機構(gòu)及進退油缸組成，懸吊裝置又由弓形懸吊桿、接桿、調(diào)節(jié)桿組成，沖扣主鉗、沖扣背鉗鉗頭為相同的行星爪式卡緊機構(gòu)，兩只沖扣油缸缸體絞接在沖扣背鉗鉗體兩側(cè)，其活塞桿絞接在與沖扣主鉗緊固的支承板上，摩擦輪夾緊機構(gòu)由兩只液壓馬達各帶動兩只摩擦輪轉(zhuǎn)動，且液壓馬達與摩擦輪軸心線保持平行，沖扣主鉗在實施最大扭矩沖扣或緊扣時，相對與沖扣背鉗只轉(zhuǎn)一定角度，而不作圓周旋轉(zhuǎn)，沖扣主鉗與沖扣背鉗鉗頭行星爪均由液壓動力驅(qū)動齒條柱塞油缸中的齒條平動，齒條、雙聯(lián)齒輪、齒輪圈、行星齒輪相嚙合帶動其轉(zhuǎn)動，使行星爪初始夾緊或松開管柱，當初始夾緊管柱后，再由沖扣油缸驅(qū)動沖扣主鉗相對沖扣背鉗轉(zhuǎn)動一定角度，對鉆桿螺紋實施沖扣或緊扣，并實現(xiàn)正反向連續(xù)卡緊任意管徑不換件。沖扣主鉗與沖扣背鉗之間由彈性支承圈支承和對中。旋扣器直接安裝在沖扣主鉗蓋板開口兩側(cè)，其摩擦輪夾緊機構(gòu)下部有導向槽與固定在沖扣主鉗上的導軌相配，旋扣器中的進退油缸為雙活塞缸，其活塞兩端的受壓面積相等，使其怠速時在系統(tǒng)背壓下不發(fā)生位移，且工作中活塞、活塞桿與缸體對中性好。懸吊裝置的弓形懸吊桿安裝在沖扣背鉗尾部，其懸吊端在接桿與弓形懸吊桿之間聯(lián)接有正反螺紋的調(diào)節(jié)桿，用來調(diào)整動力鉗懸吊重心，使動力鉗保持平行。安裝液壓控制元件的平臺，后端固定在弓形懸吊桿上，前端與鉗體兩側(cè)的扶手欄桿相聯(lián)，扶手欄桿的另一端固定在沖扣背鉗上。


圖1為本發(fā)明一種新型鉆井液壓動力鉗示意主視圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為本發(fā)明一種新型鉆井液壓動力鉗旋扣器的單面示意圖；圖4為本發(fā)明沖扣主鉗、沖扣背鉗鉗頭卡緊機構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明一種新型鉆井液壓動力鉗液壓控制系統(tǒng)原理圖。
具體實施例方式
如圖1、2所示，一種新型鉆井液壓動力鉗由沖扣主鉗1、沖扣背鉗3、沖扣油缸A17、B21、旋扣器、懸吊裝置、彈性支承圈9、平臺16及液壓控制系統(tǒng)組成，其中旋扣器又由摩擦輪夾緊機構(gòu)A14、B18、進退油缸A13、B19組成；懸吊裝置又由弓形懸吊桿10、接桿5及調(diào)節(jié)桿6組成。沖扣主鉗1安裝在沖扣背鉗3之上，由彈性支承圈9支承和對中，沖扣油缸A17、B21的缸體絞接在沖扣背鉗3鉗體兩側(cè)，其活塞桿A7、B15分別絞接在與沖扣主鉗1緊固于一體的支承板A4、B12上，旋扣器安裝在沖扣主鉗蓋板8上，處于鉗頭回轉(zhuǎn)中心坐標的Y-Y軸線上，摩擦輪夾緊機構(gòu)中兩只液壓馬達各帶動兩只摩擦輪轉(zhuǎn)動，且液壓馬達與摩擦輪軸心線保持平行，懸吊裝置通過弓形懸吊桿10固定在沖扣背鉗3尾部，安裝部分液壓系統(tǒng)控制元件的平臺16固定在弓形懸吊桿10上，并與扶手欄桿A11、B12相連，扶手欄桿另一端固定在沖扣背鉗3上，因沖扣主鉗1及沖扣背鉗3鉗體為非圓柱體，其受力斷面尺寸由等強度設計確定，使其保證承載能力下重量很輕。
如圖3所示，旋扣器由相同兩部分組成，其單面旋扣器由摩擦輪夾緊機構(gòu)A14及進退油缸A13組成，進退油缸固定在沖扣主鉗蓋板上，摩擦輪夾緊機構(gòu)A14下部有導向槽與導軌23相配，導軌23固定在沖扣主鉗蓋板上，由進退油缸A13帶動摩擦輪夾緊機構(gòu)A14沿導軌進退，實施對管柱夾緊或松開，摩擦輪夾緊機構(gòu)上部裝有液壓馬達24，液壓馬達轉(zhuǎn)動通過齒輪帶動摩擦輪2旋轉(zhuǎn)，對管柱實施正、反向旋扣，進退油缸為雙活塞桿缸，其活塞22兩端受壓面相同，使其怠速時在系統(tǒng)背壓下不發(fā)生位移，且工作中活塞、活塞桿與缸體對中性好。在相同系統(tǒng)壓力下，液壓馬達旋轉(zhuǎn)力矩與進退油缸推力成一定比例關(guān)系，保證摩擦輪夾緊管徑不打滑。
如圖4所示，行星爪式卡緊機構(gòu)，由行星爪25、芯軸26、行星齒輪27、齒輪圈28、齒條柱塞油缸29及雙聯(lián)齒輪30組成，芯軸26固定在沖扣主鉗及沖扣背鉗鉗體上，帶外曲牙板的行星爪25與行星齒輪27通過花鍵軸套緊固于一體，可圍繞芯軸26轉(zhuǎn)動，在液力驅(qū)動齒條柱塞平動時，齒條、雙聯(lián)齒輪30、齒輪圈28、行星齒輪27相嚙合，帶動各行星爪轉(zhuǎn)動，使行星爪的外曲牙板接觸或撤離管柱，當外曲牙板接觸管柱后，沖扣油缸驅(qū)動沖扣主鉗相對沖扣背鉗轉(zhuǎn)動一定角度，行星爪繼續(xù)卡緊管柱沖扣或緊扣，并使任意管徑表面的旋轉(zhuǎn)切向力與夾緊徑向力之間保持設計規(guī)定的比例關(guān)系(即切徑比)，保證夾緊管柱不打滑，也不夾緊過度，夾緊管子所產(chǎn)生的張力由沖扣主鉗、沖扣背鉗鉗體承受。
如圖5所示，液壓控制系統(tǒng)由液壓控制元件及執(zhí)行元件兩大部分組成，液壓控制元件有主控多路閥31、雙向鎖緊閥A32、B33、溢流閥34、壓力表35、分配閥A36、分配閥B37；執(zhí)行元件為沖扣油缸A17、B21、液壓馬達24、齒條柱塞油缸29、旋扣器進退油缸A13、B19、機械臂升降油缸39、機械臂平移油缸38。(機械臂為配套器械，不屬本發(fā)明內(nèi)容)，由此構(gòu)成機動靈活、完整統(tǒng)一的液壓控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種新型鉆井液壓動力鉗，由沖扣主鉗(1)、沖扣背鉗(3)、沖扣油缸A(17)、B(21)、旋扣器、懸吊裝置及液壓控制系統(tǒng)組成，旋扣器又由摩擦輪夾緊機構(gòu)A(14)、B(18)及進退油缸A(13)、B(19)組成，懸吊裝置又由弓形懸吊桿(10)、接桿(5)、調(diào)節(jié)桿(6)組成，沖扣油缸A(17)、B(21)缸體絞接在沖扣背鉗(3)鉗體兩側(cè)，沖扣油缸活塞桿A(7)、B(15)絞接在與沖扣主鉗(1)緊固的支承板A(4)、B(12)上，其特征在于沖扣主鉗(1)與沖扣背鉗(3)鉗頭為相同的行星爪式卡緊機構(gòu)，行星爪(25)由液壓動力驅(qū)動初始夾緊或松開管柱，沖扣主鉗(1)與沖扣背鉗(3)之間由彈性支承圈(9)支承和對中，旋扣器直接安裝在沖扣主鉗蓋板(8)開口兩側(cè)，其中兩只油馬達各帶動兩只摩擦輪轉(zhuǎn)動，且油馬達與摩擦輪中心線保持平行，弓形懸吊桿(10)安裝在沖扣背鉗(3)尾部。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型鉆井液壓動力鉗，其特征在于沖扣主鉗(1)和沖扣背鉗(3)的行星爪式卡緊機構(gòu)，由齒條柱塞油缸(29)驅(qū)動，通過齒條、雙聯(lián)齒輪(30)、齒輪圈(28)、行星齒輪(27)嚙合帶動行星爪(25)轉(zhuǎn)動初始夾緊或松開管柱。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型鉆井液壓動力鉗，其特征在于摩擦輪夾緊機構(gòu)下部有導軌槽與固定在沖扣主鉗蓋板上的導軌(23)相配。
4.如權(quán)利要求1所述的一種新型鉆井液壓動力鉗，其特征在于進退油缸A(13)、B(19)為雙活塞桿缸，其活塞(22)兩端受壓面積相等。
5.如權(quán)利要求1所述的一種新型鉆井液壓動力鉗，其特征在于弓形懸吊桿(10)的懸吊端，在接桿(5)與弓形懸吊桿(10)之間聯(lián)接有正反螺紋的調(diào)節(jié)桿(6)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種新型鉆井液壓動力鉗，其特征在于安裝液壓控制元件的平臺(16)固定在弓形懸吊桿(10)上，并與鉗體兩側(cè)的扶手欄桿A(11)、B(20)相聯(lián)，扶手欄桿的另一端固定在沖扣背鉗(3)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型鉆井液壓動力鉗，由沖扣主鉗、沖扣背鉗、沖扣油缸、旋扣器、懸吊裝置及液壓控制系統(tǒng)組成，沖扣主鉗處在沖扣背鉗之上，之間由彈性支承圈支承和對中，沖扣油缸缸體絞接在沖扣背鉗鉗體兩側(cè)，其活塞桿分別絞接在沖扣主鉗上，旋扣器安裝在沖扣主鉗蓋板上，懸吊裝置安裝在沖扣背鉗尾部，沖扣主鉗及沖扣背鉗鉗頭為相同的行星爪式卡緊機構(gòu)，由液壓動力驅(qū)動初始夾緊或松開管柱，沖扣主鉗只相對沖扣背鉗旋轉(zhuǎn)一定角度，對鉆桿螺紋實施沖扣或緊扣。緊扣前或沖扣后的高速旋扣由旋扣器承擔。本發(fā)明的實施，使動力鉗性能與鉆井現(xiàn)場工況更吻合，動力鉗結(jié)構(gòu)更簡單，鉗體更輕便，生產(chǎn)成本更低廉，且顯著提高工效。
文檔編號E21B19/00GK1920241SQ20051009256
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者付蕾 申請人:付蕾