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(71)申请人盐城特达钻采设备有限公司地址224763江苏省盐城市建湖县恒济镇文化南路88号
本发明涉及一种开口型无牙痕动力钳主钳及其操控方法,其包含液压缸杠杆夹紧式钳头和液控系统,其特征是所述液压缸杠杆夹紧式钳头包含液压缸驱动的杠杆夹紧机构,所述液控系统包含手动换向组合阀、快接组合总成、卸压装置和分流保压装置。本发明采取了液压缸驱动的杠杆夹紧机构提供更大的夹紧力,结构紧密相连,夹紧可靠,采用可插拔的供、回油系统和带蓄能器的卸压装置满足钳头夹紧机构的旋转供、回油需要,采用多方位的安全保证措施保证作业的安全性和可靠性,同时采用牙板加高、加大,从而增加摩擦面积,进一步选用耐磨的非金属材料增加摩擦力,以达到足够的扭矩,实现特殊管材的无牙痕作业,其操作稳定,安全可靠,经济效益与社会效益巨大。
1.一种开口型无牙痕动力钳主钳,包含液压缸杠杆夹紧式钳头、壳体、安全门、动力传动系统和液控系统,所述动力传动系统设置在壳体后部,所述安全门设置在壳体前部开口处,所述动力传动系统包含液压马达和传动齿轮,所述液压马达通过传动齿轮将动力传递给液压缸杠杆夹紧式钳头,其特征是,
所述液压缸杠杆夹紧式钳头设置在壳体前部,它包含钳头开口大齿轮、单出杆液压缸、夹紧臂、转轴、前颚板总成、插销、后颚板总成和限位块,所述单出杆液压缸、夹紧臂、转轴和插销构成一组液压缸驱动的杠杆夹紧机构,所述液压缸驱动的杠杆夹紧机构为两组,所述两组液压缸驱动的杠杆夹紧机构设置在钳头开口大齿轮内腔内,且沿钳头开口大齿轮开口对称的轴线A‑A对称布置,所述单出杆液压缸与钳头开口大齿轮紧固,所述夹紧臂通过转轴与钳头开口大齿轮构成固定铰链回转副,所述单出杆液压缸包含单出杆头,其单出杆头抵靠夹紧臂一端,所述夹紧臂另一端设有插销,所述前颚板总成串设在插销中构成回转副的活动铰链,其包含前颚板和弧形牙板,
所述后颚板总成包含后颚板和弧形牙板,其中心面D‑D与钳头开口大齿轮开口对称的A‑A轴线截面重合,其背部与钳头开口大齿轮的内圆弧贴合且紧固,所述后颚板总成两侧有限位块限位,所述限位块与钳头开口大齿轮固定为一体,
所述液控系统包含手动换向组合阀、快接组合总成、卸压装置和分流保压装置,所述手动换向组合阀包含第一手动换向阀和第二手动换向阀,所述快接组合总成包含公组合接头、母组合接头和扳手,所述手动换向组合阀和所述母组合接头设置在壳体上,所述分流保压装置、卸压装置和公组合接头设置在液压缸杠杆夹紧式钳头上,
所述第二手动换向阀通过快接组合总成、分流保压装置与单出杆液压缸相连通而构成单出杆液压缸控制回路,所述分流保压装置设在第二手动换向阀其一油口的与单出杆液压缸的无杆腔之间,它由分流阀和液控单向阀组成,其中液控单向阀的进油口与连接第二手动换向阀其一油口的公组合接头连通,其液控单向阀的液流方向指向单出杆液压缸,其出油口与分流阀的进油口相连通,其液控口与连接第二手动换向阀另一油口的公组合接头连通,其分流阀的两个出油口分别和两个单出杆液压缸的无杆腔相连通,所述第二手动换向阀的另一油口通过快接组合总成与单出杆液压缸的有杆腔相连通,
所述卸压装置设置在第二手动换向阀其一油口与单出杆液压缸的无杆腔的油路中,构成液压缸无杆腔的卸压回路,所述卸压装置由球阀和气体隔离式蓄能器组成,其中球阀的进油口接在分流保压装置中液控单向阀和分流阀之间的油路上,其出油口与气体隔离式蓄能器的油口及单出杆液压缸的有杆腔相连通。
2.根据权利要求1所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征是,所述前颚板总成和后颚板总成中弧形牙板的内弧面与夹持的管径包容,且两个前颚板总成和后颚板总成上的弧形牙板包容形成的总圆周角度设置在240°,300°之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征在于,所述弧形牙板由非金属材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征还在于,所述液控系统还包含快接机械互锁保护设施、上卸扣方向保护设施和快接液压互锁保护设施,
所述快接机械互锁保护设施包含快接组合总成、连接索、软轴、支架、弹簧和软轴门控
阀,所述软轴一端通过所述连接索与快接组合总成中的扳手相连,另一端与所述软轴门控阀相连,所述支架与软轴门控阀固定,所述弹簧串设在软轴中且抵在支架与软轴门控阀之间,
所述上卸扣方向保护设施包含第三手动换向阀和两个液控单向阀,所述第三手动换向阀包含在手动换向组合阀中,所述两个液控单向阀分别串接在液压马达控制回路中的液压马达进、回油口处,其液控单向阀的液流方向都指向液压马达,第三手动换向阀的两工作油口分别与所述两个液控单向阀上的液控口相连通,
所述快接液压互锁保护设施包含快接组合总成和上卸扣方向保护装置中的两个液控单向阀,所述快接组合总成上的母组合接头分别与两个液控单向阀上的液控口及液控系统的回油口相连通,其对应的公组合接头汇于一处接通。
5.根据权利要求1所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征是,所述液压缸杠杆夹紧式钳头中设有前颚板复位扭簧,所述前颚板复位扭簧串设在插销上,且一端伸出固定在前颚板上,另一端伸出挡在钳头开口大齿轮上,形成前颚板总成的自动复位机构。
6.根据权利要求1所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征是,所述液压缸杠杆夹紧式钳头中设有夹紧臂自动复位机构,所述夹紧臂自动复位机构包含顶丝、螺栓㈠、调节块、拉簧和螺栓㈡,所述螺栓㈠固定在钳头开口大齿轮上,所述螺栓㈡固定在夹紧臂上,所述调节块上有调节槽,所述顶丝拧在所述调节槽的一端,所述拉簧连在调节块的另一端,调节块上的调节槽套在螺栓㈠上,且顶丝顶在螺栓㈠的外圆处,所述拉簧另一端与夹紧臂上的螺栓㈡相连。
7.根据权利要求1所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征是,所述单出杆液压缸中设有碟簧,所述碟簧设置在有杆腔内,形成单出杆的自动复位机构。
8.根据权利要求1所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征是,所述分流保压装置与其连接的快接组合总成之间并联设有液压增压装置,所述液压增压装置和分流保压装置集成为整体阀组。
9.根据权利要求3所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征是,所述非金属材料为无石棉铜丝耐磨树脂。
10.依据权利要求3所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征还在于,所述非金属材料为耐油橡胶。
11 .根据权利要求4所述的一种开口型无牙痕动力钳主钳,其特征是,所述第三手动换向阀的阀芯上设有定位装置。
步骤一、夹紧管柱操作,首先打开动力钳主钳的安全门,推送动力钳主钳到达管柱中心,安全门关闭,然后操纵扳手,将母组合接头与公组合接头接通,此时受快接机械互锁保护设施和快接液压互锁保护设施的双重保护,液压马达控制回路处于卸荷且锁定状态,
推第二手动换向阀,使液压油经分流保压装置向两个单出杆液压缸的无杆腔供油,驱动两组杠杆夹紧机构同时夹紧管柱,操控第二手动换向阀回中位,分流保压装置把压力油保压在单出杆液压缸的无杆腔中,保持对管柱的夹紧,再操纵扳手,将母组合接头与公组合接头分离,快接机械互锁保护设施和快接液压互锁保护设施同时解锁,此时,液压马达旋转方向受上卸扣方向保护设施限制,根据作业要选择下一步的上扣或卸扣作业操作,
步骤二、上、卸扣作业操作,a、上扣作业操作,推第三手动换向阀处于上扣控制方向,再推第一手动换向阀,液压马达旋转,液压缸杠杆夹紧式钳头夹紧管柱沿上扣方向旋转,直到上扣扭矩达到设定值而停止旋转,操控第一手动换向阀回中位,操作球阀打开,把保压在单出杆液压缸无杆腔的压力油卸荷后再关闭球阀,然后拉第一手动换向阀使液压缸杠杆夹紧式钳头反向旋转直至其开口对中,b、卸扣作业操作,拉第三手动换向阀处于卸扣控制方向,再拉第一手动换向阀,液压马达反向旋转,液压缸杠杆夹紧式钳头夹紧管柱沿卸扣方向旋转,直至上、下管柱脱离,继续拉第一手动换向阀,液压缸杠杆夹紧式钳头继续旋转,直至开口对中,
步骤三、夹紧机构复位操作,操纵扳手,将母组合接头与公组合接头接通,拉第二手动换向阀,向单出杆液压缸的有杆腔供油,单出杆液压缸的单出杆缩回,液压缸驱动的杠杆夹紧机构松开,操控第二手动换向阀回中位,单出杆液压缸的无杆腔和有杆腔都与液控系统的回油相连通,气体隔离式蓄能器把所蓄的液压油排出,为下一次蓄油做准备,
[0001] 本发明涉及一种油田管用动力钳,特别是一种油田管柱无牙痕作业的开口型动力钳主钳及其操控方法,属于石油装备设计制造技术领域。
[0002] 通常动力钳大体上分为主钳和背钳,背钳夹紧管柱下部不转动,主钳夹紧管柱的上部旋转实现上扣或卸扣作业。近年来随着石油开采技术的发展,不锈钢、玻璃钢等特殊管材的油管、套管和钻杆大量使用,由于特殊管材表面不允许出现牙痕也不允许夹紧打滑而损伤表面,同时还需要较大的上扣或卸扣扭矩,这就对无牙痕夹紧带来困难。现存技术一般都会采用滚子爬坡夹紧结构,牙板采用非金属耐磨材料,并采取大包容角度增加摩擦力,以满足一般作业需要。但在作业过程中,夹紧很不稳定,常常会出现夹紧打滑而损伤特殊管材的表面层,而且也达不到更大的扭矩。因此,对特殊管材的上、卸扣作业,还需要新的结构和操作流程。
[0003] 本发明提供一种开口型无牙痕动力钳主钳及其操控方法,采取了液压缸驱动的杠杆夹紧机构提供稳定的夹紧力,采用可插拔的供、回油系统满足钳头夹紧机构旋转,并设置多方位安保机构,实现对特殊管材无牙痕安全作业的目的。
[0004] 为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实施,一种开口型无牙痕动力钳主钳,包含液压缸杠杆夹紧式钳头、壳体、安全门、动力传动系统和液控系统,所述动力传动系统设置在壳体后部,所述安全门设置在壳体前部开口处,所述动力传动系统包含液压马达和传动齿轮,所述液压马达通过传动齿轮将动力传递给液压缸杠杆夹紧式钳头,所述液压缸杠杆夹紧式钳头设置在壳体前部,它包含钳头开口大齿轮、单出杆液压缸、夹紧臂、转轴、前颚板总成、插销、后颚板总成和限位块,所述单出杆液压缸、夹紧臂、转轴和插销构成一组液压缸驱动的杠杆夹紧机构,所述液压缸驱动的杠杆夹紧机构为两组,所述两组液压缸驱动的杠杆夹紧机构设置在钳头开口大齿轮内腔内,且沿钳头开口大齿轮开口对称的轴线A‑A对称布置,所述单出杆液压缸与钳头开口大齿轮紧固,所述夹紧臂通过转轴与钳头开口大齿轮构成固定铰链回转副,所述单出杆液压缸包含单出杆头,其单出杆头抵靠夹紧臂一端,所述夹紧臂另一端设有插销,所述前颚板总成串设在插销中构成回转副的活动铰链,其包含前颚板和弧形牙板,
所述后颚板总成包含后颚板和弧形牙板,其中心面D‑D与钳头开口大齿轮开口对称的A‑A轴线截面重合,其背部与钳头开口大齿轮的内圆弧贴合且紧固,所述后颚板总成两侧有限位块限位,所述限位块与钳头开口大齿轮固定为一体,
所述液控系统包含手动换向组合阀、快接组合总成、卸压装置和分流保压装置,所述手动换向组合阀包含第一手动换向阀和第二手动换向阀,所述快接组合总成包含公组合接头、母组合接头和扳手,所述手动换向组合阀和所述母组合接头设置在壳体上,所述分流
所述第一手动换向阀与所述液压马达的油口相连通构成液压马达控制回路,控制液压马达正反向旋转,带动液压缸杠杆夹紧式钳头旋转,其中推第一手动换向阀,液压缸杠杆夹紧式钳头沿上扣方向旋转,拉第一手动换向阀,液压缸杠杆夹紧式钳头沿卸扣方向旋转,
所述第二手动换向阀通过快接组合总成、分流保压装置与单出杆液压缸相连通而构成单出杆液压缸控制回路,所述分流保压装置设在第二手动换向阀其一油口的与单出杆液压缸的无杆腔之间,它由分流阀和液控单向阀组成,其中液控单向阀的进油口与连接第二手动换向阀其一油口的公组合接头连通,其液控单向阀的液流方向指向单出杆液压缸,其出油口与分流阀的进油口相连通,其液控口与连接第二手动换向阀另一油口的公组合接头连通,其分流阀的两个出油口分别和两个单出杆液压缸的无杆腔相连通,所述第二手动换向阀的另一油口通过快接组合总成与单出杆液压缸的有杆腔相连通,其中推第二手动换向阀,液压油经分流保压装置流向单出杆液压缸的无杆腔,单出杆液压缸伸出,拉第二手动换向阀,液压油流向单出杆液压缸的有杆腔,单出杆液压缸缩回,
所述卸压装置设置在第二手动换向阀其一油口与单出杆液压缸的无杆腔的油路中,构成液压缸无杆腔的卸压回路,所述卸压装置由球阀和气体隔离式蓄能器组成,其中球阀的进油口接在分流保压装置中液控单向阀和分流阀之间的油路上,其出油口与气体隔离式蓄能器的油口及单出杆液压缸的有杆腔相连通,释放单出杆液压缸无杆腔内的压力。
[0005] 所述前颚板总成和后颚板总成中弧形牙板的内弧面与夹持的管径包容,且两个前颚板总成和后颚板总成上的弧形牙板包容形成的总圆周角度设置在240°,300°之间。
[0007] 优选地,所述液控系统还包含快接机械互锁保护设施、上卸扣方向保护设施和快接液压互锁保护设施,
所述快接机械互锁保护设施包含快接组合总成、连接索、软轴、支架、弹簧和软轴门控阀,所述软轴一端通过所述连接索与快接组合总成中的扳手相连,另一端与所述软轴门控阀相连,所述支架与软轴门控阀固定,所述弹簧串设在软轴中且抵在支架与软轴门控阀之间,
所述上卸扣方向保护设施包含第三手动换向阀和两个液控单向阀,所述第三手动换向阀包含在手动换向组合阀中,所述两个液控单向阀分别串接在液压马达控制回路中的液压马达进、回油口处,其液控单向阀的液流方向都指向液压马达,第三手动换向阀的两工作油口分别与所述两个液控单向阀上的液控口相连通,其第三手动换向阀中阀芯处于中位时,两个液控单向阀均处于关闭状态,液压马达控制回路油路不通,推第三手动换向阀,液压油经第三手动换向阀其一工作油口流向其中一个液控单向阀液控口,此油路打开双向通,另一液控单向阀的液控口经第三手动换向阀另一工作油口与液控系统的回油相通,所在油路单向关闭单向通,液压马达控制回路中只有沿上扣方向旋转的油路通,其卸扣方向旋转的油路关闭,反之,拉第三手动换向阀,液压马达控制回路中只有沿卸扣方向旋转的油路通,其上扣方向旋转的油路关闭,
所述快接液压互锁保护设施包含快接组合总成和上卸扣方向保护装置中的两个液控单向阀,所述快接组合总成上的母组合接头分别与两个液控单向阀上的液控口及液控
[0008] 优选地,所述液压缸杠杆夹紧式钳头中设有前颚板复位扭簧,所述前颚板复位扭簧串设在插销上,且一端伸出固定在前颚板上,另一端伸出挡在钳头开口大齿轮上,形成前颚板总成的自动复位机构。
[0009] 优选地,所述液压缸杠杆夹紧式钳头中设有夹紧臂自动复位机构,所述夹紧臂自动复位机构包含顶丝、螺栓㈠、调节块、拉簧和螺栓㈡,所述螺栓㈠固定在钳头开口大齿轮上,所述螺栓㈡固定在夹紧臂上,所述调节块上有调节槽,所述顶丝拧在所述调节槽的一端,所述拉簧连在调节块的另一端,调节块上的调节槽套在螺栓㈠上,且顶丝顶在螺栓㈠的外圆处,所述拉簧另一端与夹紧臂上的螺栓㈡相连。
[0010] 优选地,所述单出杆液压缸中设有碟簧,所述碟簧设置在有杆腔内,形成单出杆的自动复位机构。
[001 1] 优选地,为了在同样夹紧力下减小结构尺寸,所述分流保压装置与其连接的快接组合总成之间并联设有液压增压装置,所述液压增压装置和分流保压装置集成为整体阀组。
[0015] 本发明采取了液压缸驱动的杠杆夹紧机构夹紧,当单出杆液压缸的无杆腔充满液压油时,单出杆液压缸中的单出杆伸出推动夹紧臂绕转轴旋转,带动夹紧臂另一端的前颚板总成向钳头开口大齿轮的旋转中心靠拢,直至两个前颚板总成与一个后颚板总成合拢共同抱紧管柱,其夹紧力大、稳定可靠,本发明同时采用可插拔的供、回油系统和带蓄能器的卸压装置解决钳头夹紧机构的旋转供油、回油难题,快接组合总成可以使多个快速接头同时插上或拔下,操作快速、方便,其卸压装置是未解决上扣作业过程中液压缸杠杆夹紧式钳头的开口异常对中复位的问题,当上扣达到设定扭矩,管柱丝扣已经上好,此时液压缸杠杆夹紧式钳头停止旋转且止于360°任意位置,而单出杆液压缸仍处于保压状态而始终抱紧管柱,若要使液压缸杠杆夹紧式钳头的开口对中,要么继续旋转超出设定的上扣扭矩值把丝扣拧坏,要么反向旋转把拧好的丝扣再松开,如此操作是不能允许的。因此,在需要单出杆液压缸的无杆腔卸压时,打开球阀,使单出杆液压缸无杆腔内的压力油流向有杆腔和气体隔离式蓄能器而卸荷,此时液压缸驱动的杠杆夹紧机构处于松开状态,从而方便操纵液压缸杠杆夹紧式钳头旋转使开口对中,单出杆液压缸的无杆腔卸荷后,关闭球阀,切断单出杆液压缸的无杆腔与有杆腔和气体隔离式蓄能器间的油路,单出杆液压缸重回正常工作状态。
[0016] 本发明还采用快接机械互锁保护设施、上卸扣方向保护设施和快接液压互锁保护设施确保作业的安全性、可靠性。其中快接机械互锁保护设施和快接液压互锁保护设施为快接组合总成提供双重保护,当母组合接头与公组合接头接通,快接机械互锁保护设施中的软轴拉动软轴门控阀换向,液压马达控制回路处于卸荷状态,同时,上卸扣方向保护设施中的两个液控单向阀的液控口与液控系统的回油口相连通,两个液控单向阀关闭,通往液压马达的油路被切断,液压马达控制回路处于卸荷且锁定状态,确保快接组合总成在接通时,液压马达不能旋转,避免因误操作造成安全风险隐患,当母组合接头与公组合接头分离时,
快接机械互锁保护设施中的弹簧推动软轴门控阀回位,同时,上卸扣方向保护设施中的两个液控单向阀的液控口不受快接组合总成影响,液压马达控制回路处于正常工作状态。上卸扣方向保护设施确保控制液压马达的第一手动换向阀连续推或拉操作只能一个操作有用,液压马达只有向一个方向旋转的油路通而另一个旋转方向油路不通,避免上扣作业时,管柱丝扣已经上好,而单出杆液压缸的无杆腔还没有卸压就拉第一手动换向阀导致反向旋转而卸扣的错误操作,如要切换另一旋转方向,需切换第三手动换向阀中阀芯的位置。
[0017] 其次,本发明采用加高、加大的牙板增加摩擦面积,选用耐磨的非金属材料增加摩擦力,也不损伤管柱表面,满足无牙痕作业需要。
步骤一、夹紧管柱操作,首先打开动力钳主钳的安全门,推送动力钳主钳到达管柱中心,安全门关闭,然后操纵扳手,将母组合接头与公组合接头接通,此时受快接机械互锁保护设施和快接液压互锁保护设施的双重保护,液压马达控制回路处于卸荷且锁定状态,
推第二手动换向阀,使液压油经分流保压装置向两个单出杆液压缸的无杆腔供油,驱动两组杠杆夹紧机构同时夹紧管柱,操控第二手动换向阀回中位,分流保压装置把压力油保压在单出杆液压缸的无杆腔中,保持对管柱的夹紧,再操纵扳手,将母组合接头与公组合接头分离,快接机械互锁保护设施和快接液压互锁保护设施同时解锁,此时,液压马达旋转方向受上卸扣方向保护设施限制,根据作业要选择下一步的上扣或卸扣作业操作,
步骤二、上、卸扣作业操作,a、上扣作业操作,推第三手动换向阀处于上扣控制方向,再推第一手动换向阀,液压马达旋转,液压缸杠杆夹紧式钳头夹紧管柱沿上扣方向旋转,直到上扣扭矩达到设定值而停止旋转,操控第一手动换向阀回中位,操作球阀打开,把保压在单出杆液压缸无杆腔的压力油卸荷后再关闭球阀,然后拉第一手动换向阀使液压缸杠杆夹紧式钳头反向旋转直至其开口对中,b、卸扣作业操作,拉第三手动换向阀处于卸扣控制方向,再拉第一手动换向阀,液压马达反向旋转,液压缸杠杆夹紧式钳头夹紧管柱沿卸扣方向旋转,直至上、下管柱脱离,继续拉第一手动换向阀,液压缸杠杆夹紧式钳头继续旋转,直至开口对中,
步骤三、夹紧机构复位操作,操纵扳手,将母组合接头与公组合接头接通,拉第二手动换向阀,向单出杆液压缸的有杆腔供油,单出杆液压缸的单出杆缩回,液压缸驱动的杠杆夹紧机构松开,操控第二手动换向阀回中位,单出杆液压缸的无杆腔和有杆腔都与液控系统的回油相连通,气体隔离式蓄能器把所蓄的液压油排出,为下一次蓄油做准备,
[0019] 本发明采取了液压缸驱动的杠杆夹紧机构提供更大的夹紧力,结构紧密相连,夹紧可靠,采用可插拔的供、回油系统和带蓄能器的卸压装置满足钳头夹紧机构的旋转供、回油需要,采用多方位的安全保证措施保证作业的安全性和可靠性,同时采用牙板加高、加大,从而增加摩擦面积,进一步选用耐磨的非金属材料增加摩擦力,以达到足够的扭矩,实现特殊管材的无牙痕作业,其操作稳定,安全可靠,经济效益与社会效益巨大。
图10为本发明包含快接机械互锁保护设施、上卸扣方向保护设施和快接液压互锁保护设施的液压原理图,
图11为快接机械互锁保护设施在快接组合总成分离时的示意图,局部视图, ,
图12为液压缸杠杆夹紧式钳头中包含前颚板复位扭簧、夹紧臂自动复位机构和单出杆液压缸中碟簧的俯视图,剖视, ,
