一種鑽杆卡夾、鉗阻尼緩衝裝置的製作方法
2023-08-08 12:19:01
專利名稱：一種鑽杆卡夾、鉗阻尼緩衝裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種石油鑽井設備，特別涉及石油鑽機在移運、排放鑽 杆設備中的卡夾、鉗阻尼、緩衝機構。
背景技術：
當前，陸地石油鑽機在移運、排放鑽杆作業基本依靠人力手工作業完成。 國內至今尚未出現在輕型鑽杆移運、排放機械必須具備的鑽杆夾持裝置阻尼 緩衝機構。國外已有成套的鑽杆移運、排放系統，大多配套於海洋鑽機，所 設計的夾持裝置或機械手主要按重型鑽具考慮，對一般鑽具而言動力儲備和 構件強度設計都有較大餘量，而在設備的阻尼、緩衝保護方面則顯得不足。 對於國內陸地鑽機的鑽杆移運、排放主要在鑽機起下鑽作業中對處於垂直狀 態的立根進行操作，因此功能需求比較簡單，在滿足結構強度的前提下設備 設計成緊湊、輕巧，靈便，適合安裝於二層臺或井架上的輕型設備。在對設 備進行輕量化設計的同時，設備運行的安全、平穩性也應具有更高的性能， 滿足更高的要求，卡夾、鉗阻尼、緩衝機構的設計正是基於此目的和背景。
發明內容
本實用新型一種鑽杆卡夾、鉗阻尼緩衝裝置，所要解決的技術問題是克 服現有技術中夾持裝置或機械手主要按重型鑽具考慮，對一般鑽具而言動力 儲備和構件強度設計都有較大餘量，而在設備的阻尼、緩衝保護方面則顯得 不足。本實用新型設計一種適合與當前國內陸地鑽機輕型鑽杆移運、排放設 備配套的結構緊湊、組裝方便、維護容易、成本低廉的石油鑽杆卡夾持阻尼、 緩衝機構，使卡夾、鉗與排放臂之間通常的剛性連接變為柔性連接，降低設 備在操作過程中可能出現的過載、受阻、誤操等狀況所引發的風險，提高鑽 具提起、移動過程的平穩性，降低卡夾、鉗夾取對中的要求，使夾取操作更 為容易，縮短操作時間。
為實現上述目的，本實用新型的解決方案是 一種鑽杆卡夾、鉗阻尼緩衝裝置，其特徵是所述裝置由懸掛式萬向連接架
3和緩衝機構組成；懸掛式萬向連接架由俯仰軸、俯仰軸懸掛支架、十字正交 軸連接柱、橫傾軸、橫傾軸懸掛支架組成，俯仰軸懸掛支架通過俯仰軸與十 字正交軸連接柱的上軸孔鉸接；橫傾軸懸掛支架通過橫傾軸與十字正交軸連 接柱的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架通過螺栓固定在輕型鑽杆移運、排放設
備排放臂上；橫傾軸懸掛支架通過緊固螺栓固定在卡夾、鉗n形安裝支架上
部；卡夾、鉗通過懸掛式萬向連接架能繞俯仰軸和橫傾軸進行迴轉，形成排 放臂與卡夾、鉗之間的柔性、兩維鉸接結構；所述緩衝機構分別由俯仰緩衝 機構和橫傾緩衝機構組成，俯仰緩衝機構由卡夾、鉗支架下連接螺栓、下耳 板座、彈簧氣液雙向緩衝器、搖杆、搖杆軸和副臂與雙向緩衝器連接軸組成，
下耳板座經卡夾、鉗支架下連接螺栓固定於卡夾、鉗n形安裝支架下部，並
與彈簧氣液雙向緩衝器活塞杆端頭鉸接；彈簧氣液雙向緩衝器的另一端耳板 則鉸接於副臂與雙向緩衝器連接軸的中間部位；
(1) 所述橫傾緩衝機構由橫傾緩衝彈簧調節支架、橫傾緩衝彈簧座與 調節螺旋、橫傾緩衝彈簧調節螺杆和橫傾彈簧組成；橫傾緩衝彈簧調節支架 經螺栓固定於十字正交軸連接柱，其上安裝有橫傾緩衝彈簧調節螺杆，旋轉 橫傾緩衝彈簧座與調節螺旋對橫傾彈簧的初始工作負荷進行調整。將卡夾、
鉗n形安裝支架上部與輕型鑽杆移運、排放設備排放臂之間的連接設計成具
有柔性的兩維鉸接結構，使卡夾、鉗夾持鑽杆後，相對於排放臂能繞兩個水 平正交的鉸鏈軸迴轉；
(2) 在卡夾、鉗n形安裝支架下部經下耳板座鉸接了一個雙向緩衝
器，使卡夾、鉗在外力作用下能分別沿縱向(活塞杆)和橫向(副臂與雙向 緩衝器連接軸)產生線位移；
(3) 在橫傾懸掛支架與十字正交連接柱之間安裝了兩個橫傾緩衝彈 簧，形成繞橫傾軸的阻尼、緩衝結構；在卡夾、鉗n形安裝支架下部鉸接的 雙向緩衝器，形成繞俯仰軸的阻尼與緩衝結構；
本實用新型主要解決-(1)消除和緩衝在排放臂與卡夾、鉗兩水平軸上出現的超過額定的扭矩負 荷和過載衝擊。
當輕型鑽杆移運、排放設備與卡夾、鉗設計成剛性連接時，長達27.5
4米立根底部水平方向上稍有外力或鑽杆處於傾斜狀態，即會在位於立根上端 的夾鉗與排放臂形成一個很大的扭矩，極易造成構件損壞，帶來安全風險。 因此要求排放臂、夾鉗在繞水平方向兩軸除能承受鑽杆重心相對於吊點偏心 造成的扭矩負荷外，還必須考慮在鑽杆上可能出現的外力和鑽杆姿態所形成 的扭矩，相應構件強度設計要比正常偏大許多。這對要求在井架上部或二層 臺安裝的輕型鑽杆移運、排放設備的自身重量不能過重是個很大的矛盾。
(2) 為使卡夾、鉗夾住鑽杆後具有足夠提起鑽杆的夾持力，卡夾、鉗應 在夾持鑽杆過程中自動消除卡夾、鉗中心線與鑽杆中心存在的偏差。
在卡夾、鉗夾持鑽杆的操作中很難做到將卡夾、鉗中心與位於井口或鑽 杆盒中的鑽杆中心完全對準一致，存在的偏差將直接影響卡夾、鉗夾住鑽杆 後卡瓦與鑽杆幹表面的吻合程度，亦即影響到決定能否可靠提升的夾持力。
(3) 減小鑽杆在移動、迴轉過程中因鑽杆慣性引起的啟動衝擊、搖擺、 增加移運的平穩性，縮短鑽杆移運、夾取操作時間。
與現有技術相比，本實用新型具有如下技術效果
本實用新型使卡夾、鉗與排放臂之間通常的剛性連接變為柔性連接，降 低設備在操作過程中可能出現的過載、受阻、誤操等狀況所引發的風險，提 高鑽具提起、移動過程的平穩性，降低卡夾、鉗夾取對中的要求，使夾取操 作更為容易，縮短操作時間。
附圖1是本實用新型的總體結構
附圖2是本實用新型的總體結構 附圖中的標號說明
1. 鑽杆
2. 俯仰軸
3. 俯仰軸懸掛支架
4. 十字正交軸連接柱
5. 橫傾緩衝彈簧調節支架
6. 橫傾緩衝彈簧座與調節螺旋
原理主視圖。 原理側視圖。
12. 卡夾、鉗支架下連接螺栓
13. 下耳板座
14. 彈簧氣液雙向緩衝器
15. 排放臂
16. 排放臂與緩衝器緊固螺栓
17. 搖杆軸7.橫傾緩衝彈簧調節螺杆
緩衝器與卡夾、鉗緊固螺栓
8.橫傾軸
卡夾、鉗n形安裝支架
9.橫傾緩衝彈簧
10.橫傾軸懸掛支架
排放臂副臂
ll.卡夾、鉗
22.副臂與雙向緩衝器連接軸
具體實施方式
以下結合附圖1和附圖2對本實用新型結構、原理和功能作進一步描述。 一種鑽杆卡夾、鉗阻尼緩衝裝置，其結構特徵是所述裝置由懸掛式萬 向連接架和緩衝機構組成;懸掛式萬向連接架由俯仰軸2、俯仰軸懸掛支架3、 十字正交軸連接柱4、橫傾軸8、橫傾軸懸掛支架10組成，俯仰軸懸掛支架 3通過俯仰軸2與十字正交軸連接柱4的上軸孔鉸接；橫傾軸懸掛支架3通 過橫傾軸8與十字正交軸連接柱4的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架3通過螺 栓16固定在輕型鑽杆移運、排放設備排放臂15上；橫傾軸懸掛支架10通過 緊固螺栓18固定在卡夾、鉗n形安裝支架19上部；卡夾、鉗11通過懸掛式 萬向連接架能繞俯仰軸2和橫傾軸8進行迴轉，形成排放臂15與卡夾、鉗 ll之間的柔性、兩維鉸接結構。
其中的緩衝機構分別由俯仰緩衝機構和橫傾緩衝機構組成，俯仰緩衝機 構由卡夾、鉗支架下連接螺栓12、下耳板座13、彈簧氣液雙向緩衝器14、 搖杆20、搖杆軸17和副臂與雙向緩衝器連接軸22組成，下耳板座13經卡 夾、鉗支架下連接螺栓12固定於卡夾、鉗n形安裝支架19下部，並與彈簧 氣液雙向緩衝器14活塞杆端頭鉸接；彈簧氣液雙向緩衝器14的另一端耳板 則鉸接於副臂與雙向緩衝器連接軸22的中間部位。
橫傾緩衝機構由橫傾緩衝彈簧調節支架5、橫傾緩衝彈簧座與調節螺旋 6、橫傾緩衝彈簧調節螺杆7、橫傾彈簧9組成；橫傾緩衝彈簧調節支架5經 螺栓固定於十字正交軸連接柱4，其上安裝有橫傾緩衝彈簧調節螺杆7，旋轉 橫傾緩衝彈簧座與調節螺旋6對橫傾彈簧9的初始工作負荷進行調整。
本實用新型由懸掛式萬向連接架和緩衝機構組成；懸掛式萬向連接架實 現卡夾、鉗11與排放臂15之間的柔性兩維鉸接結構；緩衝機構則實現對橫 傾軸8和俯仰軸2的阻尼、緩衝功能。懸掛式萬向連接架由俯仰軸2、俯仰軸懸掛支架3、十字正交軸連接柱4、 橫傾軸8、橫傾軸懸掛支架10組成。俯仰軸懸掛支架3通過俯仰軸2與十字 正交軸連接柱4的上軸孔鉸接；橫傾軸懸掛支架3通過橫傾軸8與十字正交 軸連接柱4的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架3通過螺栓16固定在輕型鑽杆移 運、排放設備排放臂15上;橫傾軸懸掛支架10通過緊固螺栓18固定在卡夾、 鉗n形安裝支架19上部；卡夾、鉗11通過懸掛式萬向連接架能繞俯仰軸2 和橫傾軸8進行迴轉，形成排放臂15與卡夾、鉗ll之間的柔性、兩維鉸接 結構。
柔性、兩維鉸接結構使卡夾、鉗11夾持鑽杆1後，能繞相互正交的俯仰 軸2和橫傾軸8迴轉，亦即允許鑽杆1通過本實用新型在縱向和橫向擺動。 當鑽杆l被提起後，在重力作用下鑽杆重心能自動與中心線重合，避免產生 因重心偏離而產生作用在卡夾、鉗11和排放臂15上的附加扭矩；即使鑽杆 未被提起離開鑽臺面，無論鑽杆處於何種姿態，在卡夾、鉗ll端的鉸鏈支承 2和8上都不會出現扭矩。本實用新型的兩維鉸接結構連接，消除了由於鑽 杆上可能出現的外力和鑽杆姿態不垂直在卡鉗11和排放臂15上所形成的扭 矩。
緩衝機構由分別由俯仰緩衝機構和橫傾緩衝機構組成。俯仰緩衝機構由 卡夾、鉗支架下連接螺栓12、下耳板座13、彈簧氣液雙向緩衝器14、搖杆 20、搖杆軸17、和副臂與雙向緩衝器連接軸22組成。下耳板座13經卡夾、 鉗支架下連接螺栓12固定於卡夾、鉗n形安裝支架19下部，並於彈簧氣液 雙向緩衝器14活塞杆端頭鉸接；彈簧氣液雙向緩衝器14的另一端耳板則鉸 接於副臂與雙向緩衝器連接軸22的中間部位。當卡夾、鉗ll縱向受到衝擊 載荷後，在副臂21和連接軸22的支撐下彈簧氣液雙向緩衝器14活塞杆瞬間 發生位移，吸收儲能減緩衝擊。搖杆20與排放臂15、卡夾、鉗ll、本實用 新型的懸掛式萬向連接架組成平行連杆機構，以維持卡夾、鉗11的垂直。
橫傾緩衝機構由橫傾緩衝彈簧調節支架5、橫傾緩衝彈簧調節螺旋6、橫 傾緩衝彈簧座7、橫傾彈簧9組成；橫傾緩衝彈簧調節支架5經螺栓固定於 十字正交軸連接柱4，其上安裝有橫傾緩衝彈簧調節螺杆7，通過旋轉調節嫘 旋6可對橫傾彈簧9的初始工作負荷進行調整，使橫傾軸懸掛支架10相對於十字正交軸連接柱4居中。當卡夾、鉗ll在橫向受到衝擊載荷後，橫傾軸懸 掛支架10隨同卡夾、鉗11 一起繞橫傾軸8迴轉，處於橫傾軸懸掛支架10 和橫傾緩衝彈簧調節支架5間一側距離減小，該側橫傾緩衝彈簧9在被壓縮 過程中吸收儲能，對橫傾軸懸掛支架10進行阻尼、緩衝；當外部衝擊負荷減 小或消失時，緩衝彈簧9釋放所儲存的能量，促使橫傾軸懸掛支架10恢復原 狀。
同樣，上述緩衝機構同時也能對卡夾、鉗11夾住一根垂直狀態的立根平 移或迴轉啟動、停止時所產生的慣性力矩進行緩衝，減小立根在移運中的搖 擺，使移運更加平穩。
如上所述，由於卡夾、鉗11與排放臂15間採取本實用新型的懸掛式萬 向連接架，使它們之間形成兩維正交鉸接，具有了兩個迴轉自由度；而在卡 夾、鉗n形安裝支架19下部經下耳板座13鉸接的雙向緩衝器14，使卡夾、 鉗11在外力作用下能分別沿縱向活塞杆和橫向副臂與雙向緩衝器連接軸產 生線位移。這樣使卡夾、鉗11在夾住鑽杆1後，依靠夾緊力對卡夾、鉗11 兩個軸的四個自由度進行微調，消除卡夾、鉗11對中後可能存在的角偏差和 位置偏差，使卡夾、鉗11與鑽杆1的中心能取得一致，方便了卡夾、鉗11 在井口或鑽杆盒夾取鑽杆的對中操作，能有效縮短鑽杆的排放、移運操作時 間。
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權利要求1. 一種鑽杆卡夾、鉗阻尼緩衝裝置，其特徵是所述裝置由懸掛式萬向連接架和緩衝機構組成；懸掛式萬向連接架由俯仰軸(2)、俯仰軸懸掛支架(3)、十字正交軸連接柱(4)、橫傾軸(8)、橫傾軸懸掛支架(10)組成，俯仰軸懸掛支架(3)通過俯仰軸(2)與十字正交軸連接柱(4)的上軸孔鉸接；橫傾軸懸掛支架(3)通過橫傾軸(8)與十字正交軸連接柱(4)的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架(3)通過螺栓(16)固定在輕型鑽杆移運、排放設備排放臂(15)上；橫傾軸懸掛支架(10)通過緊固螺栓(18)固定在卡夾鉗∏形安裝支架(19)上部；卡夾鉗(11)通過懸掛式萬向連接架能繞俯仰軸(2)和橫傾軸(8)進行迴轉，形成排放臂(15)與卡夾鉗(11)之間的柔性、兩維鉸接結構；所述緩衝機構分別由俯仰緩衝機構和橫傾緩衝機構組成，俯仰緩衝機構由卡夾鉗支架下連接螺栓(12)、下耳板座(13)、彈簧(氣液)雙向緩衝器(14)、搖杆(20)、搖杆軸(17)和副臂與雙向緩衝器連接軸(22)組成，下耳板座(13)經卡夾鉗支架下連接螺栓(12)固定於卡夾鉗∏形安裝支架(19)下部，並與彈簧(氣液)雙向緩衝器(14)活塞杆端頭鉸接；彈簧(氣液)雙向緩衝器(14)的另一端耳板則鉸接於副臂與雙向緩衝器連接軸(22)的中間部位；所述橫傾緩衝機構由橫傾緩衝彈簧調節支架(5)、橫傾緩衝彈簧座與調節螺旋(6)、橫傾緩衝彈簧調節螺杆(7)、橫傾彈簧(9)組成；橫傾緩衝彈簧調節支架(5)經螺栓固定於十字正交軸連接柱(4)，其上安裝有橫傾緩衝彈簧調節螺杆(7)，旋轉橫傾緩衝彈簧座與調節螺旋(6)對橫傾彈簧(9)的初始工作負荷進行調整。
專利摘要本實用新型涉及一種鑽杆卡夾、鉗阻尼緩衝裝置，其由懸掛式萬向連接架和緩衝機構組成；懸掛式萬向連接架由俯仰軸、俯仰軸懸掛支架、十字正交軸連接柱、橫傾軸、橫傾軸懸掛支架組成，俯仰軸懸掛支架通過俯仰軸與十字正交軸連接柱的上軸孔鉸接，橫傾軸懸掛支架通過橫傾軸與十字正交軸連接柱的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架通過螺栓固定在輕型鑽杆移運、排放設備排放臂上，緩衝機構分別由俯仰緩衝機構和橫傾緩衝機構組成；橫傾緩衝機構由橫傾緩衝彈簧調節支架、橫傾緩衝彈簧座與調節螺旋、橫傾緩衝彈簧調節螺杆和橫傾彈簧組成。本實用新型方便了卡(夾)鉗在井口或鑽杆盒夾取鑽杆時的對中操作，能有效縮短鑽杆的排放、移運操作時間。
文檔編號E21B19/00GK201284630SQ200820059620
公開日2009年8月5日 申請日期2008年6月12日 優先權日2008年6月12日
發明者周聲強, 鳴 姜, 張新紅, 曹言悌 申請人:上海三高石油設備有限公司