垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗的製作方法

2023-12-09 17:58:46

本發明涉及石油天然氣鑽探設備技術領域，特別涉及一種垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗。

背景技術：

在石油天然氣鑽探設備中，頂驅系統是重要的設備。其中，背鉗是頂驅系統中上卸鑽杆、拆卸內防噴器和更換水龍頭轉換接頭時不可或缺的一部分。但是，目前背鉗在進行拆卸內防噴器和更換水龍頭轉換接頭時，沿背鉗導軌的定位和鎖緊還需要其他設備和人工輔助完成，定位點有限且操作費時，常見的是在背鉗導軌上設有定位孔，通過人工將背鉗上下移動到定位孔後用銷軸定位，其自動化程度和工作效率都很低。在頂驅鑽井作業時，背鉗裝置直接影響頂驅整體的作業效率和可靠性，其主要作用是完成鑽井和起下鑽過程中的上、卸扣鑽具的夾持。目前國內外頂驅背鉗結構較複雜，夾緊前鑽杆或套管對中需要增設輔助對中扶正裝置，而且在上、卸自動和手動內防噴器系統與水龍頭轉換接頭時存在背鉗體的固定操作繁瑣、行程不足等問題。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

一種垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗，其包括背鉗體、垂直浮動油缸、連接於背鉗體的垂直浮動導向總成和穿設於垂直浮動導向總成的背鉗導軌，垂直浮動油缸的一端連接於背鉗導軌，另一端同時連接於垂直浮動導向總成和背鉗體；背鉗體包括殼體，殼體上設有通孔，通孔貫穿殼體的上端面和下端面，殼體內設有兩個鉗牙總成，兩鉗牙總成以通孔的中心對稱分布；背鉗導軌和垂直浮動導向總成之間設有定位與鎖緊系統；定位與鎖緊系統包括用於鎖緊背鉗導軌的曲柄滑塊機構和用於驅動曲柄滑塊機構的手柄；該曲柄滑塊機構包括齒塊前推柄、齒塊後推柄、齒塊和設於垂直浮動導向總成上的齒塊滑槽，齒塊前推柄和齒塊後推柄之間、齒塊和齒塊後推柄之間均為軸連接；齒塊滑設於齒塊滑槽內；手柄固設於齒塊前推柄；背鉗導軌上固設有齒條，齒塊的齒牙與齒條的齒牙相對設置。

較佳地，垂直浮動導向總成上還設有支架，手柄通過銷軸連接於支架上。

較佳地，垂直浮動導向總成上設有用於鎖住手柄的鎖扣。

較佳地，齒塊滑槽焊接於垂直浮動導向總成，或者齒塊滑槽一體成型於垂直浮動導向總成；支架焊接於垂直浮動導向總成，或者支架一體成型於垂直浮動導向總成；齒條通過螺栓固定於背鉗導軌，或者齒條通過焊接固定於背鉗導軌。

較佳地，鉗牙總成包括驅動油缸、鉗牙座以及鉗牙，鉗牙座固設於驅動油缸的伸出端，鉗牙固設於鉗牙座。

較佳地，鉗牙座包括用於放置鉗牙的中段部以及設於中部段兩端的邊緣部，中段部為弧形，邊緣部為斜向分布。

較佳地，鉗牙總成包括三個鉗牙，三個鉗牙呈弧形分布。

較佳地，殼體的下端面設有導鞋，導鞋為漏鬥狀，導鞋與通孔貫通。

較佳地，垂直浮動導向總成的頂部設有第一凸臺，背鉗體的頂部設有第二凸臺，垂直浮動油缸的下端部設有耳座，耳座同時固接於第一凸臺和第二凸臺。

較佳地，背鉗導軌的底部設有保護板。

本發明的積極進步效果在於：本發明能夠實現自動將鑽杆或套管扶正夾緊，減少扶正裝置，結構簡單；定位與鎖緊系統跟隨頂驅背鉗體和垂直浮動導向總成沿背鉗導軌同步移動，利用曲柄滑塊機構的原理將齒條齒塊、嚙合，能夠快速地實現定位與鎖緊的要求，提高工作效率；且採用曲柄滑塊機構的極限死點方式以及為鎖緊手柄增設外部鎖扣，達到雙重安全保障的目的。

附圖說明

圖1為發明較佳實施例的結構示意圖。

圖2為本發明較佳實施例的左視示意圖。

圖3為本發明較佳實施例的右視示意圖。

圖4為本發明較佳實施例的背鉗體在鉗牙未完全閉合時的俯視示意圖。

圖5為本發明較佳實施例的背鉗體在鉗牙完全閉合時的俯視示意圖。

圖6為本發明較佳實施例的定位與鎖緊系統的結構示意圖。

圖7為本發明較佳實施例的定位與鎖緊系統的鎖扣位置示意圖。

具體實施方式

下面舉個較佳實施例，並結合附圖來更清楚完整地說明本發明。

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，一種垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗，其包括背鉗體1、垂直浮動油缸7、連接於背鉗體的垂直浮動導向總成3和穿設於垂直浮動導向總成的背鉗導軌2，垂直浮動油缸7的一端連接於背鉗導軌2，另一端同時連接於垂直浮動導向總成3和背鉗體1。垂直浮動導向總成3和背鉗體1通過螺栓4固接。

垂直浮動導向總成3的頂部設有第一凸臺15，背鉗體1的頂部設有第二凸臺16，垂直浮動油缸7的下端部設有耳座9，耳座9同時固接於第一凸臺15和第二凸臺16。耳座與第一凸臺之間通過螺栓10連接；耳座與第二凸臺之間均通過螺栓12連接。

垂直浮動油缸為二級伸縮油缸。垂直浮動油缸7與背鉗導軌2之間通過銷軸8連接；垂直浮動油缸7與耳座9之間均通過銷軸6連接。在垂直浮動油缸7進、出油時可帶動背鉗體1和浮動導向總成3沿背鉗導軌2上下移動，通過定位鎖緊系統14實現自升式浮動液壓背鉗在行程內任一位置的固定和鎖死。

背鉗體1包括殼體100，殼體上設有通孔101，通孔101貫穿殼體的上端面和下端面，殼體100內設有兩個鉗牙總成，分別為鉗牙總成200和鉗牙總成300，鉗牙總成200和鉗牙總成300以通孔101的中心對稱分布。

鉗牙總成200包括驅動油缸201、鉗牙座202以及三個鉗牙203，鉗牙座202固設於驅動油缸201的伸出端，鉗牙203固設於鉗牙座。

鉗牙座202包括用於放置鉗牙的中段部204以及設於中部段204兩端的邊緣部205，中段部為弧形，邊緣部為斜向分布；三個鉗牙203呈弧形分布。

鉗牙總成300包括驅動油缸301、鉗牙座302以及三個鉗牙303，鉗牙座302固設於驅動油缸301的伸出端，鉗牙303固設於鉗牙座。

鉗牙座302包括用於放置鉗牙的中段部304以及設於中部段304兩端的邊緣部305，中段部為弧形，邊緣部為斜向分布；三個鉗牙303呈弧形分布。

殼體100的下端面設有導鞋19，導鞋19為漏鬥狀，導鞋19與通孔101貫通。

背鉗體1中採用雙油缸對夾的夾緊形式，當鑽杆或套管經由導鞋19進入背鉗體1中，通過直徑為ф260mm的導鞋19將鑽杆或套管定位在ф260mm的通孔內，驅動油缸201伸出端和驅動油缸301伸出端分別推動鉗牙座202、三個鉗牙203和鉗牙座302、三個鉗牙303向井眼中心軸線移動，完成自動對中和夾緊動作。

鉗牙座202和鉗牙座302經過結構優化分別配有三片鉗牙，同時鉗牙座的兩邊優化為過渡斜角，且每鉗牙座兩斜角間距離為260mm，與導鞋19直徑相等，在向井眼中心線移動過程中可將偏向於過渡斜角一側的鑽杆或套管經由過渡斜角對中於井眼中心軸線。

設置三個鉗牙，且三個鉗牙呈弧形分布，可以在驅動油缸201的伸出端與驅動油缸301的伸出端到達極限位置時有效地夾持小直徑鑽杆。

背鉗導軌2和垂直浮動導向總成3之間設有定位與鎖緊系統14。定位與鎖緊系統14包括用於鎖緊背鉗導軌的曲柄滑塊機構400和用於驅動曲柄滑塊機構400的手柄143。

該曲柄滑塊機構400包括齒塊前推柄145、齒塊後推柄146、齒塊149和設於垂直浮動導向總成3上的齒塊滑槽148，齒塊前推柄145和齒塊後推柄146之間、齒塊149和齒塊後推柄146之間均為軸連接；齒塊149滑設於齒塊滑槽148內；手柄143固設於齒塊前推柄145；背鉗導軌2上固設有齒條142，齒條142通過螺栓固定於背鉗導軌2，或者齒條142通過焊接固定於背鉗導軌2。齒塊149的齒牙與齒條142的齒牙相對設置；垂直浮動導向總成3上還設有支架144，手柄143通過銷軸147連接於支架144上。

當手柄143繞著銷軸147朝遠離垂直浮動導向總成方向移動時，齒塊149朝離開齒條142的方向滑動；當手柄143繞著銷軸147朝靠近垂直浮動導向總成的方向移動時，齒塊149朝靠近齒條142的方向滑動。當手柄143的端部抵接於垂直浮動導向總成3時，齒塊149與齒條142相嚙合。

當背鉗導軌需要垂直浮動時，手柄向外扳動，齒塊與齒條分開，背鉗導軌可自由垂直移動；當背鉗導軌垂直移動到指定位置時，將手柄推向內側到達曲柄滑塊極限位置即可完成鎖緊。

垂直浮動導向總成3上設有用於鎖住手柄的鎖扣1410。曲柄滑塊機構的極限死點位置即為本定位鎖緊系統的工作位置，即齒塊與齒條嚙合時的位置。扳動手柄至曲柄滑塊死點位置時，手柄正好與垂直浮動導向總成側壁接觸，再將鎖扣閉合，提供二次安全保護。

齒塊滑槽148焊接於垂直浮動導向總成3，或者齒塊滑槽148一體成型於垂直浮動導向總成3。支架144焊接於垂直浮動導向總成3，或者支架144一體成型於垂直浮動導向總成3。這樣，分別為齒塊提供滑道、為手柄和齒塊前推柄的擺動提供支點。

背鉗導軌2的底部設有保護板18，保護板通過螺栓17固定於背鉗導軌2。將定位與鎖緊系統的手柄向外拉，打開定位與鎖緊系統，使背鉗導軌2從垂直浮動導向總成3內穿出。將定位與鎖緊系統的手柄推向內側，使背鉗體1定位並鎖緊，再用螺栓17將保護板18固定於背鉗導軌2底部，防止定位與鎖緊系統14失效造成背鉗體1脫落。

本發明與以往頂驅背鉗相比，減少鑽杆扶正裝置，使背鉗結構簡化，且垂直浮動行程範圍更大，滿足上、下內防噴器和水龍頭轉換接頭的更換需求，而且能夠在上、卸自動和手動內防噴器與水龍頭轉換接頭時實現任一位置的快速定位和鎖死，提高了工作效率。

與背鉗以往使用的定位鎖緊方式相比，本發明的定位與鎖緊系統利用曲柄滑塊機構的原理將齒條與齒塊嚙合，結構簡單，製造成本低，操作簡單便捷，能夠快速的實現定位與鎖緊的要求。

本發明採用曲柄滑塊機構的極限死點方式(即自鎖方式)和為鎖緊手柄增設外部鎖扣，使用更安全，達到雙重保障的目的。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護範圍。