CN110388186A - 一种上端开放式密封夹持器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及夹持器技术领域，一种上端开放式密封夹持器，包括固定座；夹紧套，其主体顶面设有槽孔结构，该槽孔结构顶面开口处设有抵接面，夹紧套主体的两侧设有翼部；夹爪，尾段铰接在固定座上，夹爪主体的外侧表面由下至上向外倾斜角度增大，夹爪的头部内侧具有半弧形结构，且在夹爪闭合时两个夹爪的两个半弧形结构配合形成圆形的夹持区域，夹爪的中段插装在槽孔结构内，且夹爪主体的外侧部分表面与抵接面接触；油缸的伸出端朝上设置，且油缸的伸出端连接在夹紧套的翼部；所述油缸可推动夹紧套上移，通过抵接面和夹爪主体的外侧表面的配合，迫使夹爪头部闭合。本夹持器可以夹持大直径的套管，同时具有防止钻孔内瓦斯涌出的效果。

Description

一种上端开放式密封夹持器及使用方法

技术领域

本发明涉及夹持器技术领域，特别是是一种井下钻孔工具配装的夹持器。

背景技术

随着国家煤矿安全监察局提出了“先抽后采，监测监控，以风定产”的十二字方针，该方针的提出严重制约了一部分松软低透气性瓦斯矿井的采掘效率。煤矿井下地质条件复杂，软煤层、构造煤和断层褶皱发育的地带打钻存在以下几个问题：钻进过程中，孔内壁出现垮塌，岩煤抱住钻具，使钻具无法继续钻进；钻孔形成后，抽出钻具，钻孔垮塌形成废孔；当钻进时，遇到瓦斯突然涌出，会产生人员伤亡。

上述问题的发生，使煤矿井下瓦斯抽采钻孔成孔率低于30％，成孔深度低于100m，成孔直径小于130mm。钻孔直径小，导致抽采作用半径小；钻孔深度短，导致抽采衰减周期快。煤层渗透率低，影响抽采效率降低。

因此，国内科研院所提出了大直径套管钻机的方案，内部用常规钻杆带动大直径钻头开孔，外部用大直径套管跟进护孔防止松软煤层坍塌的钻进工艺，利用大直径钻孔成倍提高的瓦斯抽采效率。但是，现有夹持器的结构可以满足夹持常规钻杆的需求，但是却无法通过和大直径的套管。因此，需要一种既能通过大直径套管且能夹持密封常规钻具的夹持器，而且在钻进过程中，遇到瓦斯突然涌出，夹持器的密封效果会有效防止灾害的发生。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种上端开放式密封夹持器，其可以夹持大直径的套管，同时具有防止钻孔内瓦斯涌出的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，一种上端开放式密封夹持器，包括

固定座；

夹紧套，其主体顶面设有槽孔结构，该槽孔结构顶面开口处设有抵接面，夹紧套主体的两侧设有翼部；

夹爪，其有两个，且两个夹爪对开，所述夹爪尾段铰接在固定座上，夹爪主体的外侧表面由下至上向外倾斜角度增大，夹爪的头部内侧具有半弧形结构，且在夹爪闭合时两个夹爪的两个半弧形结构配合形成圆形的夹持区域，夹爪的中段插装在槽孔结构内，且夹爪主体的外侧部分表面与抵接面接触；

油缸，其有两个，油缸的伸出端朝上设置，且油缸的伸出端连接在夹紧套的翼部；

所述油缸可推动夹紧套上移，通过抵接面和夹爪主体的外侧表面的配合，迫使夹爪头部闭合。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述夹持区域的直径不小于300mm。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述槽孔结构内侧壁临济顶部开口处向外敞开，该敞开处的内侧壁形成抵接面。

在第一个技术方案中，作为优选的，夹爪外侧表面由下至上形成第一表面和第二表面，且两个夹爪第二表面的敞开角度大于第一表面的敞开角度，所述夹爪头部闭合时，所述抵接面与所述第二表面贴合。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述夹爪尾端设有轴销，夹爪和固定座铰接处位于夹爪的头部和轴销之间，且两个夹爪的轴销通过复位弹簧连接，使得夹紧套向下撤回时，两个夹爪头部背向张开。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述固定座内侧设有垂向开设的轨道结构，该轨道结构用于限制夹紧套在固定座内垂向运动。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述夹紧套槽孔结构内具有开夹楔块，使得夹紧套向下撤回时开夹楔块接触接触夹爪内侧壁，以迫使两个夹爪张开。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述夹爪中靠近夹爪头部的内侧面向外倾斜，且在夹爪闭合时，两个夹爪内侧面倾斜处形成避位空间，所述开夹楔块位于避位空间中。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述夹爪头部的两端分别设有密封罩，所述夹紧套顶部为圆弧形，两个夹爪端面的密封罩以及夹紧套顶部的圆弧形结构形成密封组件，该密封组件用于防止井下钻孔内瓦斯涌出。

在第二个技术方案中，上端开放式密封夹持器的使用方法，使用如第一个技术方案中所述的上端开放式密封夹持器，包括

钻具夹持方法：

步骤S11、将钻具放置在夹爪两个半弧形结构区域内；

步骤S12、驱动油缸动作，使油缸的伸出端带动夹紧套上移，通过夹紧套抵接面和夹爪侧面的配合，使夹紧套迫使夹爪头部闭合，通过夹爪头部将钻具锁紧在夹持区域内；

钻具释放方法：

步骤S21、控制油缸的伸出端向下移动，通过油缸的伸出端带动夹紧套下移，夹紧套的抵接面从夹爪外侧壁撤离，使夹爪的头部张开；

步骤S22、将钻具从上端开放式密封夹持器中取出。

使用本发明的有益效果是：

本发明所述的上端开放式密封夹持器，应用在煤矿或者工程用套管钻机的配套产品上，本发明打破了套管钻机套管与钻杆径比较小的问题，使套管的外径可以增加至300mm以上，有效的增大了钻孔的直径，成倍的增加了煤层渗透率，增快了瓦斯抽采的效率，从而提升了煤层的采掘效率。

夹爪头部的两端分别设有密封罩，夹紧套顶部为圆弧形，两个夹爪端面的密封罩以及夹紧套顶部的圆弧形结构形成密封组件，密封组件可有效防止钻孔内瓦斯涌出。

附图说明

图1为本发明上端开放式密封夹持器的结构示意图。

图2为本发明上端开放式密封夹持器中夹爪和卡瓦的结构示意图。

图3为本发明上端开放式密封夹持器中夹爪张开状态示意图。

图4为本发明上端开放式密封夹持器中夹爪闭合状态示意图。

图5为本发明上端开放式密封夹持器的夹爪张开状态的俯视结构示意图。

附图标记包括：

10-油缸，20-固定座，21-定位销，22-第一圆形组成部，30-夹紧套，31-翼部，32-槽孔结构，321-抵接面，40-夹爪，41-第一段，411-第一表面，412-第一安装孔，413-第二安装孔，42-第二段，421-第二表面，422-第三表面，43-第三段，44-轴销，45-复位弹簧，46-密封罩，47-避位区域，48-第二圆形组成部，49-夹爪销轴，50-卡瓦，51-卡瓦销轴，52-卡瓦销轴压板，53-定位螺钉，60-轨道结构，70-开夹楔块。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

实施例1

如图1-图5所示，一种上端开放式密封夹持器，包括固定座20；夹紧套30，其主体顶面设有槽孔结构32，该槽孔结构32顶面开口处设有抵接面321，夹紧套30主体的两侧设有翼部31；夹爪40，其有两个，且两个夹爪40对开，夹爪40尾段铰接在固定座20上，夹爪40主体的外侧表面由下至上向外倾斜角度增大，夹爪40的头部内侧具有半弧形结构，且在夹爪40闭合时两个夹爪40的两个半弧形结构配合形成圆形的夹持区域F，夹爪40的中段插装在槽孔结构32内，且夹爪40主体的外侧部分表面与抵接面321接触；油缸10，其有两个，油缸10的伸出端朝上设置，且油缸10的伸出端连接在夹紧套30的翼部31；油缸10可推动夹紧套30上移，通过抵接面321和夹爪40主体的外侧表面的配合，迫使夹爪40头部闭合。

如图1所示，本实施例中，固定座20为固定设置，固定座20的顶部开设有圆弧结构，即第一圆形组成部22，固定座20的横截面为“U”型，夹紧套30安装在固定座20中间部位，夹紧套30主体的两侧分别设有翼部31，翼部31下方对应设置两个油缸10，两个油缸10的伸出端连接在翼部31，且两个油缸10的伸出端必须同时动作，即同时推出或者同时撤回。

如图2所示，本实施例中的夹爪40其主要包括第一段41、第二段42和第三段43，其中第一段41为靠近夹爪40尾部段，第三段43为夹爪40的头部，第二段42为连接第一段41和第二段42的过渡段，其中第一段41的中部设有第一安装孔412，第一段41靠近尾部设有第二安装孔413，第一段41的外侧壁为第一表面411。第二端的外侧壁为第二表面421，第二端的内侧壁为第三表面422，可以看出，第一表面411和第二表面421为平滑过渡，且夹爪40在如图2所示的位置时，第二表面421的倾斜角度要大于第一表面411的倾斜角度。

在夹爪40的第三段43即夹爪40的头部中，夹装的内侧设有卡瓦50，卡瓦50的内侧形成主体延伸形状为弧形的夹持面，该夹持面上设有锯齿形防滑结构，即卡瓦50的内侧面为锯齿形，卡瓦50的上方和下方分别设有一个卡瓦销轴51，该卡瓦销轴51用于限制卡瓦50的位置，避免卡瓦50固定周向转动和轴向移动，卡瓦销轴51由夹爪40外侧面安装至夹爪40中，夹爪40外侧面靠近卡瓦销轴51的位置设有卡瓦销轴压板52，该卡瓦销轴压板52通过定位螺钉53定位在夹爪40头部的外侧面。

如图1所示，固定座20上设有夹爪销轴49，该夹爪销轴49穿过第一安装孔412，使得夹爪40可以沿着夹爪销轴49转动，同时，两个夹爪40最尾部的第二安装孔413设有轴销44，通过复位弹簧45连接两个销轴的方式，使得两个夹爪40的尾部形成对拉的驱动力。

本装置动作和使用过程中，其初始状态如图3所示，首选将钻具放置在两个夹爪40之间，最好对应卡瓦50处，然后驱动油缸10动作，使得油缸10的伸出端向上伸出，油缸10的伸出端通过夹紧套30的翼部31传动，使得夹紧套30整体向上移动，夹紧套30的抵接面321由接触第一表面411逐渐移动到接触第二表面421，在抵接面321逐渐向接触第二表面421过渡中，因第二表面421的敞开程度大于第一表面411的敞开程度，使得抵接面321位置不变的情况下，夹爪40相对合拢，对应的夹爪40头部相对闭合，两个夹爪40头部的卡瓦50形成圆形的夹持区域F，最终钻孔工件被夹持在两个卡瓦50之间。可以理解的，在油缸10不动作，夹紧套30不向下撤回时，夹爪40一直夹持在钻孔工件外部，其状态如图4所示。

在夹爪40释放钻孔工件时，其动作与夹持钻孔工件过程相反，首先油缸10的伸出端撤回，带动夹紧套30下移，抵接面321从第二表面421撤出，此时复位弹簧45通过拉动两个夹爪40尾部聚拢靠近，对应的通过杠杆原理，使得夹爪40的头部张开。

如图5所示，夹紧套30槽孔结构32内具有开夹楔块70，使得夹紧套30向下撤回时开夹楔块70接触接触夹爪40内侧壁，以迫使两个夹爪40张开。在夹紧套30下移的过程中，夹紧套30上的开夹楔块70接触到第三表面422，使得两个夹爪40通过开夹楔块70被迫敞开。

固定座20内侧设有垂向开设的轨道结构60，该轨道结构60用于限制夹紧套30在固定座20内垂向运动。如图5所示，轨道结构60为设置设置的铜制轨道，其横截面为矩形结构，夹紧套30主体外侧面部分表面为垂向延伸的平面，轨道结构60有四个且设置在夹紧套30的四个边角处，使得夹紧套30仅可以垂向运动。

作为优选的，夹持区域F的直径不小于300mm，以适合夹持更大直径的钻孔工具。

槽孔结构32内侧壁临济顶部开口处向外敞开，该敞开处的内侧壁形成抵接面321。夹爪40外侧表面由下至上形成第一表面411和第二表面421，且两个夹爪40第二表面421的敞开角度大于第一表面411的敞开角度，夹爪40头部闭合时，抵接面321与第二表面421贴合。其配合面的第一表面411、第二表面421和第三表面422均可以同时是弧形面或者同时是直面。

夹爪40尾端设有轴销44，夹爪40和固定座20铰接处位于夹爪40的头部和轴销44之间，且两个夹爪40的轴销44通过复位弹簧45连接，使得夹紧套30向下撤回时，两个夹爪40头部背向张开。

夹爪40中靠近夹爪40头部的内侧面，即第三表面422向外倾斜，且在夹爪40闭合时，两个夹爪40内侧面倾斜处形成避位空间，开夹楔块70位于避位空间中。

如图4所示，夹爪40头部的两端分别设有密封罩46，即第一圆形组成部22，夹紧套30顶部为圆弧形，即第一圆形组成部48，两个夹爪40端面的密封罩46以及夹紧套30顶部的圆弧形结构形成密封组件，该密封组件用于防止井下钻孔内瓦斯涌出。

实施例2

如图1-图5所示，本实施例提供了一种上端开放式密封夹持器，的上端开放式密封夹持器，包括固定座20、复位弹簧45、夹爪销轴49、油缸10、夹紧套30、夹爪40、卡瓦50、卡瓦销轴压板52、卡瓦销轴51、密封罩46、定位销21、夹爪销轴49压板、铜轨道和开夹楔块70；其中，铜轨道安装在固定座20的内侧，通过定位销21固定其位置，以保证油缸10的缸杆带动夹紧套30的运动轨迹呈直线。其中，卡瓦50通过卡瓦销轴51及卡瓦销轴压板52安装在夹爪40上；其中，夹紧套30上加工45°斜面，夹爪40加工与夹紧套30相同的斜面；其中，夹紧套30上加工圆弧槽，其弧长与左、右密封罩46的圆弧槽可以组合成一个完整的圆弧；其中，复位弹簧45采用圆柱螺旋拉伸弹簧，安装在一对夹爪40的底部；其中，开夹楔块70安装在夹紧套30上；其中，夹爪销轴49及卡瓦销轴51采用抗剪切较高的材料加工。

一种上端开放式密封夹持器由固定和运动两部分组成，其中固定架、夹爪销轴49、夹爪销轴49压板、铜轨道、定位销21及油缸10的缸筒为固定部分；夹紧套30、夹爪40、卡瓦50、卡瓦销轴51、卡瓦销轴压板52及油缸10的缸杆为运动部分。

卡瓦50安装在夹爪40上，通过卡瓦销轴51限制卡瓦50轴向位移，通过卡瓦销轴压板52限制周向位移。夹爪40通过夹爪销轴49安装在固定座20上，夹爪40以夹爪销轴49为中心轴旋转。铜轨道通过螺钉安装在固定架上，通过定位销21固定位置。

其具体操作步骤为：

当需要夹紧钻具时，通过液压系统给油缸10的无杆腔注入高压油，油缸10的缸杆带动夹紧套30向上移动，使夹紧套30的斜面与夹爪40的斜面完全贴合，使以夹爪销轴49为中心轴旋转的一对夹爪40夹紧，从而使卡瓦50夹紧中心钻具，且左、右密封罩46及向上移动的夹紧套30形成一个完整的圆弧夹紧并密封套管的端面，防止瓦斯涌出导致的灾害，此时复位弹簧45呈拉伸状态。

当需要松开钻具时，通过液压系统给油缸10的有杆腔注入高压油，油缸10的缸杆带动夹紧套30向下移动，向下移动的开夹楔块70使一对夹爪40张开，此时复位弹簧45提供使夹爪40张开的弹簧力。

实施例3

本实施例中，上端开放式密封夹持器的使用方法，使用如实施例1或实施例2提出的上端开放式密封夹持器，包括

钻具夹持方法：步骤S11、将钻具放置在夹爪40两个半弧形结构区域内；步骤S12、驱动油缸10动作，使油缸10的伸出端带动夹紧套30上移，通过夹紧套30抵接面321和夹爪40侧面的配合，使夹紧套30迫使夹爪40头部闭合，通过夹爪40头部将钻具锁紧在夹持区域F内。

钻具释放方法：步骤S21、控制油缸10的伸出端向下移动，通过油缸10的伸出端带动夹紧套30下移，夹紧套30的抵接面321从夹爪40外侧壁撤离，使夹爪40的头部张开；步骤S22、将钻具从上端开放式密封夹持器中取出。避位区域47的宽度小于密封罩46处的宽度。

本发明所述的上端开放式密封夹持器，应用在煤矿或者工程用套管钻机的配套产品上，本发明打破了套管钻机套管与钻杆径比较小的问题，使套管的外径可以增加至300mm以上，有效的增大了钻孔的直径，成倍的增加了煤层渗透率，增快了瓦斯抽采的效率，从而提升了煤层的采掘效率。

夹爪40头部的两端分别设有密封罩46，夹紧套30顶部为圆弧形，两个夹爪40端面的密封罩46以及夹紧套30顶部的圆弧形结构形成密封组件，密封组件可有效防止钻孔内瓦斯涌出。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种上端开放式密封夹持器，其特征在于：包括

固定座；

夹紧套，其主体顶面设有槽孔结构，该槽孔结构顶面开口处设有抵接面，夹紧套主体的两侧设有翼部；

夹爪，其有两个，且两个夹爪对开，所述夹爪尾段铰接在固定座上，夹爪主体的外侧表面由下至上向外倾斜角度增大，夹爪的头部内侧具有半弧形结构，且在夹爪闭合时两个夹爪的两个半弧形结构配合形成圆形的夹持区域，夹爪的中段插装在槽孔结构内，且夹爪主体的外侧部分表面与抵接面接触；

油缸，其有两个，油缸的伸出端朝上设置，且油缸的伸出端连接在夹紧套的翼部；

所述油缸可推动夹紧套上移，通过抵接面和夹爪主体的外侧表面的配合，迫使夹爪头部闭合。

2.根据权利要求1所述的上端开放式密封夹持器，其特征在于：所述夹持区域的直径不小于300mm。

3.根据权利要求1所述的上端开放式密封夹持器，其特征在于：所述槽孔结构内侧壁临济顶部开口处向外敞开，该敞开处的内侧壁形成抵接面。

4.根据权利要求1所述的上端开放式密封夹持器，其特征在于：夹爪外侧表面由下至上形成第一表面和第二表面，且两个夹爪第二表面的敞开角度大于第一表面的敞开角度，所述夹爪头部闭合时，所述抵接面与所述第二表面贴合。

5.根据权利要求所述1的上端开放式密封夹持器，其特征在于：所述夹爪尾端设有轴销，夹爪和固定座铰接处位于夹爪的头部和轴销之间，且两个夹爪的轴销通过复位弹簧连接，使得夹紧套向下撤回时，两个夹爪头部背向张开。

6.根据权利要求1所述的上端开放式密封夹持器，其特征在于：所述固定座内侧设有垂向开设的轨道结构，该轨道结构用于限制夹紧套在固定座内垂向运动。

7.根据权利要求1所述的上端开放式密封夹持器，其特征在于：所述夹紧套槽孔结构内具有开夹楔块，使得夹紧套向下撤回时开夹楔块接触接触夹爪内侧壁，以迫使两个夹爪张开。

8.根据权利要求7所述的上端开放式密封夹持器，其特征在于：所述夹爪中靠近夹爪头部的内侧面向外倾斜，且在夹爪闭合时，两个夹爪内侧面倾斜处形成避位空间，所述开夹楔块位于避位空间中。

9.根据权利要求1任一项所述的上端开放式密封夹持器，其特征在于：所述夹爪头部的两端分别设有密封罩，所述夹紧套顶部为圆弧形，两个夹爪端面的密封罩以及夹紧套顶部的圆弧形结构形成密封组件，该密封组件用于防止井下钻孔内瓦斯涌出。

10.上端开放式密封夹持器的使用方法，使用如权利要求1-9任一项所述的上端开放式密封夹持器，其特征在于：包括

钻具夹持方法：

步骤S11、将钻具放置在夹爪两个半弧形结构区域内；

步骤S12、驱动油缸动作，使油缸的伸出端带动夹紧套上移，通过夹紧套抵接面和夹爪侧面的配合，使夹紧套迫使夹爪头部闭合，通过夹爪头部将钻具锁紧在夹持区域内；

钻具释放方法：

步骤S21、控制油缸的伸出端向下移动，通过油缸的伸出端带动夹紧套下移，夹紧套的抵接面从夹爪外侧壁撤离，使夹爪的头部张开；

步骤S22、将钻具从上端开放式密封夹持器中取出。