CN112343529A - 上卸扣装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上卸扣装置及其操作方法，其涉及油气开发领域，上卸扣装置包括：基座；连接在基座上的壳体，壳体包括第一钳体和第二钳体，第一钳体和第二钳体能进行转动以具有张开状态和合并状态；设置在环形空腔中的回转体，回转体包括至少两个呈扇形的基座部件，所有基座部件合并在一起时呈圆形状；在回转体上安装有用于夹持的夹持件和驱动夹持件移动的液压油缸，回转体的侧壁具有齿圈；能与齿圈相啮合以驱动回转体转动的动力机构。本申请能够一次夹持就完成整个上卸扣操作，同时夹持机构能整圆连续旋转，使得效率极大提高；另外，整个装置采用剖分式结构，从而使得被夹持件能够从壳体的侧方直接进入回转体，整个装置闭合后形成无缺口的整圆。

Description

上卸扣装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及油气开发领域，特别涉及一种上卸扣装置及其操作方法。

背景技术

在油气开发过程中，特别是石油钻采作业中，需大量进行螺纹连接的上卸扣操作，以将管柱、油管、钻杆等连接起来。在目前的石油钻井作业中，螺纹连接上卸扣操作常用的设备是铁钻工，其上卸扣操作分成两步完成，先以较小的扭矩、较快的速度完成旋扣操作，然后以较大的扭矩、较慢的速度完成紧扣操作。铁钻工在上卸扣操作中存在着如下不足：铁钻工无法实现一次夹持就完成快速旋转和大扭矩拧紧两步操作，效率不高；铁钻工紧扣夹持好管柱、油管、钻杆等后不能转动一整圈，而是只能转动一个角度，然后松开夹持退回原位，重新夹持再旋转，直至拧紧，是一种断续旋转的过程，而不是连续整圈旋转过程，因此导致其效率较低；同时在铁钻工紧扣时，夹持机构必须设置一个缺口，作为被夹持件的管柱、油管、钻杆等进入操作中心的通道，夹持被夹持件并带动被夹持件旋转的卡爪安装支架缺口的存在会使卡爪的设置受到约束，卡爪数量减少，单个卡爪承担的扭矩增大，导致卡爪咬痕的深度增加。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种上卸扣装置及其操作方法，其能够一次夹持就完成整个上卸扣操作，夹持机构能整圆连续旋转，使得效率极大提高；另外，整个装置采用剖分式结构，从而使得被夹持件能够从壳体的侧方直接进入回转体，整个装置闭合后形成无缺口的整圆，且卡爪可均匀的分布于被夹持件周围不受钳体结构的影响。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种上卸扣装置，所述上卸扣装置包括：

基座；

连接在所述基座上的壳体，所述壳体包括第一钳体和第二钳体，所述第一钳体和所述第二钳体能进行转动以具有张开状态和合并状态，在合并状态下，所述第一钳体和所述第二钳体具有环形空腔；

至少部分设置在所述环形空腔中的回转体，所述回转体在所述环形空腔中能够转动，所述回转体包括至少两个呈扇形的基座部件，所有所述基座部件合并在一起时呈圆形状；在所述回转体上安装有用于夹持的夹持件和驱动所述夹持件移动的液压油缸，回转体的侧壁具有齿圈；

能与所述齿圈相啮合以驱动所述回转体转动的动力机构。

优选地，所述第一钳体与所述基座相铰链连接，所述第二钳体与所述基座相铰链连接，所述第一钳体与所述第二钳体位于同一平面且相对称设置，当所述第一钳体、所述第二钳体转动至相对面相贴合时两者处于合并状态，当所述第一钳体、所述第二钳体转动至相对面相远离时两者处于张开状态，所述第一钳体和所述第二钳体之间具有开口，被夹持件能通过该开口在水平方向上移入至所述壳体的回转体中。

优选地，所述第一钳体的侧壁与所述基座之间设置有第一液压缸，所述第一液压缸的一端与所述第一钳体的侧壁相铰链连接，所述第一液压缸的另一端与所述基座相铰链连接；所述第二钳体的侧壁与所述基座之间设置有第二液压缸，所述第二液压缸的一端与所述第二钳体的侧壁相铰链连接，所述第二液压缸的另一端与所述基座相铰链连接。

优选地，所述回转体包括第一基座部件和第二基座部件，所述第一基座部件包括：第一液压缸基座；设置在所述第一液压缸基座外侧壁处的第一齿轮总成，部分所述齿圈位于所述第一齿轮总成的外侧壁；所述第二基座部件包括：第二液压缸基座；设置在所述第二液压缸基座外侧壁处的第二齿轮总成，部分所述齿圈位于所述第二齿轮总成的外侧壁；

所述第一齿轮总成朝向所述第二齿轮总成的一端端部具有凸出的锁紧件，所述第二齿轮总成朝向所述第一齿轮总成的凸出锁紧端的端部具有与所述锁紧件相配合的缺口，所述锁紧件能穿过所述缺口，所述锁紧件的尾部连接有摆动液压缸，所述摆动液压缸能带动所述锁紧件转动以使所述锁紧件锁死在所述缺口中；所述第一齿轮总成的另一端端部为缺口，所述第二齿轮总成的另一端端部为凸出的锁紧件。

优选地，所述第一钳体底壁具有一凹陷部，所述第一齿轮总成内设置有套筒，所述套筒具有沿竖直方向开设的通孔，所述通孔内设置有定位杆以以及使得所述定位杆具有向下移动趋势的弹簧，所述第一钳体内设置有顶举液压缸，所述顶举液压缸与顶举件传动连接，所述顶举件的顶举部位于所述凹陷部中并位于所述定位杆的下方，所述顶举液压缸能带动所述顶举件向上移动以使所述定位杆的底部脱离所述凹陷部。

优选地，当所述定位杆嵌入所述凹陷部时，所述第一钳体朝向所述第二钳体的端面、所述第一齿轮总成朝向所述第二齿轮总成的端面、所述第一液压缸基座朝向所述第二液压缸基座的端面位于同一平面；所述第二钳体朝向所述第一钳体的端面、所述第二齿轮总成朝向所述第一齿轮总成的端面、所述第二液压缸基座朝向所述第一液压缸基座的端面位于同一平面。

优选地，所述上卸扣装置还包括：设置在所述壳体上的换向圈机构，其至少包括与所述第一钳体相配合的第一换向圈和与所述第二钳体相配合的第二换向圈；控制所述换向圈机构与所述壳体之间距离的换向圈液压缸；设置在所述第一齿轮总成或所述第二齿轮总成中的换向机构和换向阀，所述换向圈机构在靠近或远离所述壳体时能驱动所述换向机构，以使所述换向机构控制所述换向阀进行切换。

优选地，所述换向机构包括：连动杆，连动杆的上端位于所述换向圈机构的下方；复位弹簧，所述复位弹簧的一端抵住所述第一齿轮总成或所述第二齿轮总成，所述复位弹簧的另一端抵住连动杆；转动杆，所述转动杆的一端与所述连动杆相铰链连接，所述转动杆能绕其两端之间的一点进行转动，以使所述转动杆的另一端能压住或松开所述换向阀；所述换向机构位于所述第一齿轮总成或所述第二齿轮总成上。

优选地，所述回转体上具有开孔，所述换向圈机构上具有能插入所述开孔的定位销；

所述换向阀用于控制液压油缸的充油和泄油，其至少具有两个状态，在第一状态下，所述换向圈机构远离所述壳体，所述定位销脱离所述开孔，所述连动杆上移，所述转动杆的另一端能压住所述换向阀，所述液压油缸处于充油状态；在第二状态下，所述换向圈机构靠近所述壳体，所述换向圈机构压住所述连动杆下移，所述转动杆的另一端松开所述换向阀，所述液压油缸处于泄油状态；

当所述第一钳体朝向所述第二钳体的端面、所述第一齿轮总成朝向所述第二齿轮总成的端面、所述第一液压缸基座朝向所述第二液压缸基座的端面位于同一平面时，所述定位销插入在所述开孔中。

一种采用如上述任一所述的上卸扣装置的操作方法，所述操作方法包括以下步骤：

将壳体的第一钳体和第二钳体张开，使得被夹持件从壳体的侧方移动至回转体中；

将所述壳体的所述第一钳体和所述第二钳体进行转动，使得两者至合并状态；

将所述回转体上安装的液压油缸伸出进而驱动用于夹持的所述夹持件使得所述夹持件夹住基座部件中的被夹持件；

通过动力机构与回转体上的齿圈相啮合从而驱动所述回转体带动所述被夹持件转动；

待所述被夹持件完成上扣或卸扣操作后，所述回转体上的所述夹持件松开基座部件中的所述被夹持件，所述壳体中的所述第一钳体和所述第二钳体再转动至张开状态，从而使得所述被夹持件从所述第一钳体和所述第二钳体之间、所述基座部件之间移出。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

在整个过程中，夹持机构能整圆连续旋转，无需松开被夹持件退回原位，重新夹持再旋转，因此，该上卸扣装置大大提高了上扣或卸扣的作业效率，同时，被夹持件从壳体的侧方直接进入回转体后，回转体闭合后形成无缺口的整圆，安装在回转体上的夹持件能够周向均匀的夹住被夹持件，避免某一方向上的夹持件对被夹持件的作用力过大而导致咬痕残留在被夹持件的侧壁上。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中上卸扣装置张开状态下的示意图；

图2为本发明实施例中上卸扣装置合并状态下的示意图；

图3为本发明实施例中回转体中基座部件的示意图；

图4为本发明实施例中回转体的第一齿轮总成与第一钳体定位下的结构示意图；

图5为本发明实施例中回转体的第一齿轮总成与第一钳体之间能够转动下的结构示意图；

图6为本发明实施例中回转体中第一齿轮总成与第二齿轮总成未锁死的示意图；

图7为本发明实施例中回转体中第一齿轮总成与第二齿轮总成锁死的示意图；

图8为本发明实施例中换向圈机构驱动换向机构压住换向阀的示意图；

图9为本发明实施例中换向圈机构驱动换向机构松开换向阀的示意图；

图10为本发明实施例中第一齿轮总成中锁紧件处的结构示意图；

图11为本发明实施例中换向圈机构的定位销插入回转体上的开孔的示意图；

图12为本发明实施例中换向圈机构的定位销脱离回转体上的开孔的示意图。

以上附图的附图标记：

1、基座；2、壳体；21、第一钳体；22、第二钳体；3、回转体；31、第一基座部件；32、第二基座部件；33、第一液压缸基座；34、第一齿轮总成；35、齿圈；36、夹持件；37、液压油缸；38、锁紧件；39、缺口；310、开孔；311、第二齿轮总成；312、第二液压缸基座；313、弹性件；314、滑槽；40、摆动液压缸；41、套筒；411、通孔；42、定位杆；43、弹簧；44、顶举液压缸；45、换向机构；451、连动杆；452、复位弹簧；453、转动杆；46、换向阀；47、顶举件；4、动力机构；51、第一液压缸；52、第二液压缸；6、换向圈机构；61、定位销；7、换向圈液压缸；8、回转中心线。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够一次夹持就完成整个上卸扣操作，同时夹持机构能整圆连续旋转，使得效率极大提高；另外，整个装置采用剖分式结构，从而使得被夹持件能够从壳体的侧方直接进入回转体，整个装置闭合后形成无缺口的整圆，且卡爪可均匀的分布于被夹持件周围不受钳体结构的影响，在本申请实施例中提出了一种上卸扣装置，图1为本发明实施例中上卸扣装置张开状态下的示意图，图2为本发明实施例中上卸扣装置合并状态下的示意图，如图1和图2所示，上卸扣装置可以包括：基座1；连接在基座1上的壳体2，壳体2包括第一钳体21和第二钳体22，第一钳体21和第二钳体22能进行转动以具有张开状态和合并状态，在合并状态下，第一钳体21和第二钳体22具有环形空腔；至少部分设置在环形空腔中的回转体3，回转体3在环形空腔中能够转动，回转体3包括至少两个呈扇形的基座部件，所有基座部件合并在一起时呈圆形状；在回转体3上安装有用于夹持的夹持件36和驱动夹持件36移动的液压油缸37，回转体3的侧壁具有齿圈35；能与齿圈35相啮合以驱动回转体3转动的动力机构4。

当本申请中的上卸扣装置需要对被夹持件进行上扣或卸扣操作时，将基座1上的壳体2中的第一钳体21和第二钳体22转动至张开状态，与此同时，回转体3的至少两个基座部件也处于分开状态，从而使得被夹持件从壳体2的侧方放入至第一钳体21和第二钳体22之间，进而进入至回转体3的基座部件之间，至被夹持件的轴线与回转中心线8重合位置。然后，将壳体2的第一钳体21和第二钳体22进行转动，使得两者至合并状态；同时，回转体3上安装的液压油缸37伸出驱动用于夹持的夹持件36，使得夹持件36夹住基座部件中的被夹持件。由于所有基座部件合并在一起时呈圆形状，因此，回转体3在壳体2的环形空腔中能够转动。于是，通过动力机构4与回转体3上的齿圈35相啮合从而驱动回转体3转动。当回转体3转动时，其带动被夹持件旋转，直至被夹持件完成上扣或卸扣操作。最后，回转体3上安装的液压油缸37收缩驱动用于夹持的夹持件36，使得夹持件36松开基座部件中的被夹持件；基座1上的壳体2中的第一钳体21和第二钳体22再转动至张开状态，与此同时，回转体3的至少两个基座部件也处于分开状态，从而使得被夹持件从第一钳体21和第二钳体22之间、基座部件之间移出。

在整个过程中，夹持机构能整圆连续旋转，无需松开被夹持件退回原位，重新夹持再旋转，因此，该上卸扣装置大大提高了上扣或卸扣的作业效率，同时，被夹持件从壳体2的侧方直接进入回转体3后，回转体3闭合后形成无缺口39的整圆，安装在回转体3上的夹持件36能够周向均匀的夹住被夹持件，避免某一方向上的夹持件36对被夹持件的作用力过大而导致咬痕残留在被夹持件的侧壁上。

为了能够更好的了解本申请中的上卸扣装置，下面将对其做进一步解释和说明。如图1和图2所示，基座1用于支撑住整个壳体2，其与壳体2相连接。壳体2连接在基座1上，壳体2可以为基本对称结构。具体而言，壳体2可以包括第一钳体21和第二钳体22。第一钳体21和第二钳体22分别大体呈半圆环状。第一钳体21与基座1相铰链连接，第二钳体22与基座1相铰链连接，第一钳体21与第二钳体22位于同一平面且相对称设置。第一钳体21和第二钳体22能进行转动以具有张开状态和合并状态，在合并状态下，第一钳体21和第二钳体22具有环形空腔。

当第一钳体21、第二钳体22转动至相对面相贴合时两者处于合并状态，在合并状态下，第一钳体21和第二钳体22具有环形空腔，环形空腔中用于安装回转体3。当第一钳体21、第二钳体22转动至相对面相远离时两者处于张开状态，第一钳体21和第二钳体22之间具有开口，被夹持件能通过该开口在水平方向上移入至壳体2的回转体3中。第一钳体21和第二钳体22的中间沿竖直方向为被夹持件的回转中心线8，钳体闭合后钳体的中心与回转中心8重合。

为了实现第一钳体21、第二钳体22转动的自动化控制，从而使得壳体2在张开状态和合并状态下切换，如图1和图2所示，第一钳体21的侧壁与基座1之间设置有第一液压缸51，第一液压缸51的一端与第一钳体21的侧壁相铰链连接，第一液压缸51的另一端与基座1相铰链连接；第二钳体22的侧壁与基座1之间设置有第二液压缸52，第二液压缸52的一端与第二钳体22的侧壁相铰链连接，第二液压缸52的另一端与基座1相铰链连接。当需要将第一钳体21、第二钳体22切换至张开状态下时，将第一液压缸51和第二液压缸52缩短，从而使得第一钳体21、第二钳体22向相互背离的方向转动，第一钳体21和第二钳体22之间具有开口，被夹持件能通过该开口在水平方向上移入至壳体2的回转体3中或从壳体2的回转体3中移出；当需要将第一钳体21、第二钳体22切换至合并状态下时，将第一液压缸51和第二液压缸52伸长，从而使得第一钳体21、第二钳体22向相互朝向的方向转动，最终使得第一钳体21、第二钳体22的相对面相贴合。

图3为本发明实施例中回转体中基座部件的示意图，如图1至图3所示，回转体3大体设置在环形空腔中。整个回转体3的边缘呈圆形，如此，回转体3在环形空腔中能够转动。回转体3包括至少两个呈扇形的基座部件，所有基座部件合并在一起时呈圆形状。在一种可行的实施方式中，回转体3包括两个呈半圆形的基座部件，两个基座部件合并在一起时呈圆形状。在回转体3上安装有用于夹持的夹持件36和驱动夹持件36移动的液压油缸37。夹持件36绕回转体3的中心呈放射状分布，回转体3上具有沿基座部件径向延伸的滑槽314，夹持件36设置在滑槽314中并能够在滑槽314中移动。液压油缸37可以也设置在滑槽314中，其一端与夹持件36相连接，另一端固定，如此，液压油缸37能够驱动夹持件36在滑槽314中移动，进而使得夹持件36能够夹持住放置在回转体3中心处的被夹持件。基座部件上可以设置有使得夹持件36向液压油缸37方向缩回的弹性件313。回转体3包括至少两个呈扇形的基座部件，如此，基座部件可以相互分离，当壳体2的第一钳体21和第二钳体22转动至张开状态下时，不同的基座部件也随着第一钳体21和第二钳体22分离。例如，当基座部件总共为两个时，一个基座部件跟随第一钳体21移动，另一个基座部件跟随第二钳体22移动。

图6为本发明实施例中回转体中第一齿轮总成与第二齿轮总成未锁死的示意图，图7为本发明实施例中回转体中第一齿轮总成与第二齿轮总成锁死的示意图，如图6和图7所示，回转体3的侧壁上具有齿圈35，该齿圈35回绕在回转体3的侧壁一周，从而使得动力机构4能够驱动回转体3转动。如图1和图2所示，动力机构4可以安装在壳体2上，例如，动力机构4可以为马达，马达的输出轴上设置有齿轮，齿轮与齿圈35相啮合，从而使得马达的转动带动回转体3在壳体2内的环形空腔中转动。

在一种可行的实施方式中，如图1所示，回转体3可以包括第一基座部件31和第二基座部件32，第一基座部件31包括：第一液压缸基座33；设置在第一液压缸基座33外侧壁处的第一齿轮总成34，部分齿圈35位于第一齿轮总成34的外侧壁。第一液压缸基座33与第一齿轮总成34可以固定连接或卡接在一起，以保证第一齿轮总成34能带动第一液压缸基座33转动。第二基座部件32包括：第二液压缸基座312；设置在第二液压缸基座312外侧壁处的第二齿轮总成311，部分齿圈35位于第二齿轮总成311的外侧壁。第二液压缸基座312与第二齿轮总成311可以固定连接或卡接在一起，以保证第二齿轮总成311能带动第二液压缸基座312转动。如图3所示，第一液压缸基座33、第二液压缸基座312上可以用于安装夹持件36。

如图6和图7所示，第一齿轮总成34朝向第二齿轮总成311的一端端部具有凸出的锁紧件38。例如，锁紧件38可以呈花键轴状。第二齿轮总成311朝向第一齿轮总成34的锁紧件的端部具有与锁紧件38相配合的缺口39。例如，缺口39可以呈花键槽状。锁紧件38能穿过缺口39。图10为本发明实施例中第一齿轮总成中锁紧件处的结构示意图，如图10所示，锁紧件38的尾部连接有摆动液压缸40，摆动液压缸40能带动锁紧件38转动以使锁紧件38锁死在缺口39中。当壳体2的第一钳体21和第二钳体22合并时，回转体3的第一基座部件31和第二基座部件32也合并在一起形成一整圆，此时，需要将第一基座部件31和第二基座部件32的端部相互固定。将第一齿轮总成34的锁紧件38插入至第二齿轮总成311的缺口39中，然后，开启摆动液压缸40，摆动液压缸40转动，从而使得锁紧件38转动一定角度，进而使得锁紧件38与缺口39形成错位，两者无法分离。摆动液压缸40的压力液可以取自与驱动夹持件36移动的液压油缸37的液控系统。同理，所述第一齿轮总成的另一端端部也可以为缺口，所述第二齿轮总成的另一端端部也可以为凸出的锁紧件。

由于动力机构4带动回转体3在壳体2的环形空腔转动，当转动停止后，回转体3与壳体2之间的相对位置无法准确确定，因此大部分情况下可能出现，第一钳体21朝向第二钳体22的端面、回转体3中不同基座部件之间的端面不会位于同一平面上，如此，壳体2的第一钳体21和第二钳体22不易张开，且回转体3中夹持的被夹持件不能从回转体3中通过第一钳体21和第二钳体22的侧方移出。所以，在回转体3停止转动后，需要将回转体3与壳体2转动调整至第一钳体21朝向第二钳体22的端面、第一齿轮总成34朝向第二齿轮总成311的端面、第一液压缸基座33朝向第二液压缸基座312的端面位于同一平面。所述第二钳体朝向所述第一钳体的端面、所述第二齿轮总成朝向所述第一齿轮总成的端面、所述第二液压缸基座朝向所述第一液压缸基座的端面位于同一平面。

在一种可行的实施方式中，图4为本发明实施例中回转体的第一齿轮总成与第一钳体定位下的结构示意图，图5为本发明实施例中回转体的第一齿轮总成与第一钳体之间能够转动下的结构示意图，如图4和图5所示，第一钳体21底壁具有一凹陷部，第一齿轮总成34内设置有套筒41，套筒41具有沿竖直方向开设的通孔411，通孔411内设置有定位杆42以及使得定位杆42具有向下移动趋势的弹簧43，第一钳体21内设置有顶举液压缸44，顶举液压缸44与顶举件47传动连接，顶举件47的顶举部位于凹陷部中并位于定位杆42的下方，顶举液压缸44能带动顶举件47向上移动以使定位杆42的底部脱离凹陷部。第一钳体21、第一钳体21的底壁托住回转体3的第一齿轮总成34和第二齿轮总成311。如图5所示，当动力机构4需要带动回转体3转动时，顶举液压缸44能带动顶举件47向上移动，以使定位杆42的底部脱离凹陷部。此时顶举件47抵住定位杆42的端面与第一钳体21底壁相平，如此，动力机构4能带动回转体3持续转动，定位杆42经过凹陷部时不会卡入至凹陷部中。如图4所示，当转动停止后，需要将回转体3与壳体2之间的相对位置进行准确确定时，将顶举液压缸44能带动顶举件47向下移动，第一钳体21底壁上的凹陷部露出，此时，当再通过动力机构4带动回转体3慢慢转动，当回转体3上的定位杆42移动至凹陷部处时，在弹簧43的作用下，定位杆42下移卡入凹陷部，此时，回转体3与壳体2完成定位，无法继续转动。当定位杆42嵌入凹陷部时，第一钳体21朝向第二钳体22的端面、第一齿轮总成34朝向第二齿轮总成311的端面、第一液压缸基座33朝向第二液压缸基座312的端面位于同一平面。这样以后，壳体2的第一钳体21和第二钳体22能够张开，且回转体3中夹持的被夹持件能从回转体3中通过第一钳体21和第二钳体22的侧方移出。

在一种可行的实施方式中，图8为本发明实施例中换向圈机构驱动换向机构压住换向阀的示意图，图9为本发明实施例中换向圈机构驱动换向机构松开换向阀的示意图，如图8和图9所示，上卸扣装置可以包括：设置在壳体2上的换向圈机构6，其至少包括与第一钳体21相配合的第一换向圈和与第二钳体22相配合的第二换向圈；控制换向圈机构6与壳体2之间距离的换向圈液压缸7；设置在第一齿轮总成34或第二齿轮总成311中的换向机构45和换向阀46，换向圈机构6在靠近或远离壳体2时能驱动换向机构45，以使换向机构45控制换向阀46进行切换。第一换向圈大体呈半圆环状，其设置在第一钳体21的上方；同理，第二换向圈大体呈半圆环状，其设置在第二钳体22的上方。换向圈液压缸7与换向圈机构6相连接，其用于控制换向圈机构6与换向圈液压缸7之间的距离，换向圈机构6可以是两个，一个设置在第一钳体21处，另一个设置在第二钳体22处。

如图8和图9所示，换向机构45可以包括：连动杆451，连动杆451的上端位于换向圈机构6的下方；复位弹簧452，复位弹簧452的一端抵住第一齿轮总成34或第二齿轮总成311，复位弹簧452的另一端抵住连动杆451；转动杆453，转动杆453的一端与连动杆451相铰链连接，转动杆453能绕其两端之间的一点进行转动，以使转动杆453的另一端能压住或松开换向阀46。换向机构45可位于第一齿轮总成34上，也可以位于第二齿轮总成311上。

图11为本发明实施例中换向圈机构的定位销插入回转体上的开孔的示意图，图12为本发明实施例中换向圈机构的定位销脱离回转体上的开孔的示意图，如图11和图12所示，回转体3上具有开孔310，换向圈机构6上具有能插入开孔310的定位销61。换向阀46用于控制回转体3上液压油缸37的充油和泄油，其至少具有两个状态，在第一状态下，换向圈机构6远离壳体2，定位销61脱离开孔310，连动杆451上移，转动杆453的另一端能压住换向阀46，液压油缸37处于充油状态；在第二状态下，换向圈机构6靠近壳体2，换向圈机构6压住连动杆451下移，转动杆453的另一端松开换向阀46，液压油缸37处于泄油状态。当第一钳体21朝向第二钳体22的端面、第一齿轮总成34朝向第二齿轮总成311的端面、第一液压缸基座33朝向第二液压缸基座312的端面位于同一平面时，定位销61插入在开孔310中。

由于回转体3需要进行不停的周向旋转，因此不易通过具有连接导线的电控方式对安装在回转体3上的换向阀46进行控制从而实现液压油缸37的充油和泄油，从而需要在壳体2上设置相应的换向圈机构6以触发换向阀46的切换。如图8所示，换向机构45处于压住换向阀46的状态，换向圈液压缸7处于全伸出状态，换向圈机构6处于最高位置，如图12所示，定位销61脱离开孔310，回转体3与壳体2之间能够转动。换向圈机构6与换向机构45中的连动杆451分离，连动杆451在复位弹簧452的作用下顶升，从而触发转动杆453转动进而下压换向阀46，进而触发换向阀46切换，之后，回转体3中的液控系统向驱动夹持件36的液压油缸37充入压力液，夹持件36向回转中心线8移动。回转体3绕回转中心旋转时，换向机构45、换向圈机构6仍保持现有状态。

如图9所示，换向机构45处于松开换向阀46的状态，回转体3绕回转中心线8旋转后，会停留在绕回转中心线8周围的任意角度，即壳体2上第一钳体21、第二钳体22相对的端面与第一液压缸基座33、第二液压缸基座312相对的端面可能不重合。由于换向圈机构6为圆环状结构，无论回转体3停留在哪个位置，换向圈机构6在换向圈液压缸7的作用下下压一定高度，都会接触到换向机构45的连动杆451上，连动杆451下移，复位弹簧452压缩，转动杆453转动翘起，转动杆453与换向阀46松开，驱动夹持件36的液压油缸37泄压，夹持件36移动松开被夹持件，实现夹持件36与被夹持件的分离。随着换向圈机构6与回转体3之间的相对转动，当换向圈机构6上的定位销61移动至回转体3上的开孔310处时，如图11所示，换向圈机构6在换向圈液压缸7的作用下再下压一定高度，使得定位销61穿过壳体2插入回转体3的侧壁的齿圈35中的开孔310中，从而阻止了壳体2与回转体3的相对转动；同时，使得第一钳体21朝向第二钳体22的端面、第一齿轮总成34朝向第二齿轮总成311的端面、第一液压缸基座33朝向第二液压缸基座312的端面位于同一平面。

在本申请中还公开了一种上卸扣装置的操作方法，该操作方法包括以下步骤：

根据需要连接的被夹持件的直径，选择合适规格的第一液压缸基座33安装于回转体3内，不同的液压缸基座上安装同规格的夹持件36和液压油缸37。被夹持件可以是管柱、油管、钻杆等等需要进行上扣和卸扣的部件。上卸扣装置初始状态为第一钳体21和第二钳体22处于张开状态，可以张开到最大位置，如图1所示。此时，在一种可行的实施方式中，换向圈机构6靠近壳体2，换向机构45处于松开换向阀46的状态，定位销61穿过壳体2插入回转体3的侧壁的齿圈35中的开孔310，如图9所示。换向圈机构6上布置有定位销61的，定位销61插入至开孔310中，处于图11所示状态。在另一种可行的实施方式中，回转体3的第一齿轮总成34与第一钳体21处于定位下，定位杆42插入壳体2的凹陷部中，如图4所示。

当被夹持件运动到回转体3的中心与闭合后的壳体2的回转中心线8重合的位置后，第一液压缸51和第二液压缸52伸出，第一钳体21和第二钳体22绕着基座1上各自的轴心回转，随着第一液压缸51和第二液压缸52的转动，第一齿轮总成34和第二齿轮总成311端部的锁紧件38穿过对称的缺口39，进入相对齿轮总成的内部。第一钳体21和第二钳体22完全闭合后，锁紧件38完全进入对侧齿轮总成的缺口39，如图6所示。驱动摆动液压缸40使锁紧件38转动一定角度，使锁紧件38无法从缺口39中脱出，从而使得第一齿轮总成34和第二齿轮总成311连接为一个整环结构，如图7所示。在一种可行的实施方式中，顶举液压缸44带动顶举件47上升使定位杆42脱离壳体2的凹陷部，从而将壳体2与回转体3的齿轮总成的定位状态解除，如图5所示。在另一种可行的实施方式中，换向圈机构6在换向圈液压缸7的作用下上移，换向机构45在复位弹簧452的作用下移动到最上方，转动杆453下压，与换向阀46接触，如图8所示。换向圈机构6上的定位销61完全从齿轮总成的开孔310中拔出，如图12所示。齿轮总成上的液压系统工作，驱动液压油缸37使夹持件36向被夹持件移动，直到夹持件36夹持住被夹持件。完成夹持后，动力机构4带动齿轮总成上的齿圈35进行回转操作，使得被夹持件进行上扣操作或卸扣操作。

完成上扣操作或卸扣操作后，动力机构4停止回转，此时回转体3中齿轮总成的停止位置可以在360度范围之内的任何位置，即可能不一定与壳体2的第一钳体21和第二钳体22相对的端面相重合。在一种可行的实施方式中，换向圈液压缸7缩回，换向圈机构6向下移动一段距离，换向圈机构6与换向机构45中的定位杆42接触并下压，复位弹簧452压缩，转动杆453上抬，与换向阀46脱开，如图9所示。换向阀46控制齿轮总成上的液压系统使液压油缸37的压力释放，夹持件36在液压缸基座1内部的弹性件313的作用下回到初始位置。随后动力机构4带动回转体3旋转，当定位销61随着回转体3回转到开孔310时，带有定位销61的换向圈机构6下压到低位，定位销61插入到齿轮总成上的齿圈35中的开孔310中，实现齿轮总成与壳体2的锁紧，如图11所示。在另一种可行的实施方式中，顶举件47在顶举液压缸44的带动下下降到最低位置，随后动力机构4带动回转体3旋转，当定位杆42随着回转体3回转到壳体2上的凹陷部时，定位杆42被弹簧43压入壳体2上的凹陷部中，如图4所示，此时第一钳体21朝向第二钳体22的端面、第一齿轮总成34朝向第二齿轮总成311的端面、第一液压缸基座33朝向第二液压缸基座312的端面位于同一平面，动力机构4停止回转。齿轮总成上的锁紧件38在摆动液压缸40的作用下反向旋转到可从缺口39中脱出的位置，如图6所示。第一液压缸51和第二液压缸52带动第一钳体21和第二钳体22分别绕基座1上各自的轴心回转，第一钳体21和第二钳体22张开，被夹持件能够从壳体2的侧方移出回转体3。通过上述步骤即完成了一次操作。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种上卸扣装置，其特征在于，所述上卸扣装置包括：

基座；

连接在所述基座上的壳体，所述壳体包括第一钳体和第二钳体，所述第一钳体和所述第二钳体能进行转动以具有张开状态和合并状态，在合并状态下，所述第一钳体和所述第二钳体具有环形空腔；

至少部分设置在所述环形空腔中的回转体，所述回转体在所述环形空腔中能够转动，所述回转体包括至少两个呈扇形的基座部件，所有所述基座部件合并在一起时呈圆形状；在所述回转体上安装有用于夹持的夹持件和驱动所述夹持件移动的液压油缸，回转体的侧壁具有齿圈；

能与所述齿圈相啮合以驱动所述回转体转动的动力机构。

2.根据权利要求1所述的上卸扣装置，其特征在于，所述第一钳体与所述基座相铰链连接，所述第二钳体与所述基座相铰链连接，所述第一钳体与所述第二钳体位于同一平面且相对称设置，当所述第一钳体、所述第二钳体转动至相对面相贴合时两者处于合并状态，当所述第一钳体、所述第二钳体转动至相对面相远离时两者处于张开状态，所述第一钳体和所述第二钳体之间具有开口，被夹持件能通过该开口在水平方向上移入至所述壳体的回转体中。

3.根据权利要求2所述的上卸扣装置，其特征在于，所述第一钳体的侧壁与所述基座之间设置有第一液压缸，所述第一液压缸的一端与所述第一钳体的侧壁相铰链连接，所述第一液压缸的另一端与所述基座相铰链连接；所述第二钳体的侧壁与所述基座之间设置有第二液压缸，所述第二液压缸的一端与所述第二钳体的侧壁相铰链连接，所述第二液压缸的另一端与所述基座相铰链连接。

4.根据权利要求1所述的上卸扣装置，其特征在于，所述回转体包括第一基座部件和第二基座部件，所述第一基座部件包括：第一液压缸基座；设置在所述第一液压缸基座外侧壁处的第一齿轮总成，部分所述齿圈位于所述第一齿轮总成的外侧壁；所述第二基座部件包括：第二液压缸基座；设置在所述第二液压缸基座外侧壁处的第二齿轮总成，部分所述齿圈位于所述第二齿轮总成的外侧壁；

所述第一齿轮总成朝向所述第二齿轮总成的一端端部具有凸出的锁紧件，所述第二齿轮总成朝向所述第一齿轮总成的所述锁紧件的端部具有与所述锁紧件相配合的缺口，所述锁紧件能穿过所述缺口，所述锁紧件的尾部连接有摆动液压缸，所述摆动液压缸能带动所述锁紧件转动以使所述锁紧件锁死在所述缺口中；所述第一齿轮总成的另一端端部为缺口，所述第二齿轮总成的另一端端部为凸出的锁紧件。

5.根据权利要求4所述的上卸扣装置，其特征在于，所述第一钳体底壁具有一凹陷部，所述第一齿轮总成内设置有套筒，所述套筒具有沿竖直方向开设的通孔，所述通孔内设置有定位杆以及使得所述定位杆具有向下移动趋势的弹簧，所述第一钳体内设置有顶举液压缸，所述顶举液压缸与顶举件传动连接，所述顶举件的顶举部位于所述凹陷部中并位于所述定位杆的下方，所述顶举液压缸能带动所述顶举件向上移动以使所述定位杆的底部脱离所述凹陷部。

6.根据权利要求5所述的上卸扣装置，其特征在于，当所述定位杆嵌入所述凹陷部时，所述第一钳体朝向所述第二钳体的端面、所述第一齿轮总成朝向所述第二齿轮总成的端面、所述第一液压缸基座朝向所述第二液压缸基座的端面位于同一平面；所述第二钳体朝向所述第一钳体的端面、所述第二齿轮总成朝向所述第一齿轮总成的端面、所述第二液压缸基座朝向所述第一液压缸基座的端面位于同一平面。

7.根据权利要求4所述的上卸扣装置，其特征在于，所述上卸扣装置还包括：设置在所述壳体上的换向圈机构，其至少包括与所述第一钳体相配合的第一换向圈和与所述第二钳体相配合的第二换向圈；控制所述换向圈机构与所述壳体之间距离的换向圈液压缸；设置在所述第一齿轮总成或所述第二齿轮总成中的换向机构和换向阀，所述换向圈机构在靠近或远离所述壳体时能驱动所述换向机构，以使所述换向机构控制所述换向阀进行切换。

8.根据权利要求7所述的上卸扣装置，其特征在于，所述换向机构包括：连动杆，连动杆的上端位于所述换向圈机构的下方；复位弹簧，所述复位弹簧的一端抵住所述第一齿轮总成或所述第二齿轮总成，所述复位弹簧的另一端抵住连动杆；转动杆，所述转动杆的一端与所述连动杆相铰链连接，所述转动杆能绕其两端之间的一点进行转动，以使所述转动杆的另一端能压住或松开所述换向阀；所述换向机构位于所述第一齿轮总成或所述第二齿轮总成上。

9.根据权利要求8所述的上卸扣装置，其特征在于，所述回转体上具有开孔，所述换向圈机构上具有能插入所述开孔的定位销；

所述换向阀用于控制液压油缸的充油和泄油，其至少具有两个状态，在第一状态下，所述换向圈机构远离所述壳体，所述定位销脱离所述开孔，所述连动杆上移，所述转动杆的另一端能压住所述换向阀，所述液压油缸处于充油状态；在第二状态下，所述换向圈机构靠近所述壳体，所述换向圈机构压住所述连动杆下移，所述转动杆的另一端松开所述换向阀，所述液压油缸处于泄油状态；

当所述第一钳体朝向所述第二钳体的端面、所述第一齿轮总成朝向所述第二齿轮总成的端面、所述第一液压缸基座朝向所述第二液压缸基座的端面位于同一平面时，所述定位销插入在所述开孔中。

10.一种采用如权利要求1至9中任一所述的上卸扣装置的操作方法，其特征在于，所述操作方法包括以下步骤：

将壳体的第一钳体和第二钳体张开，使得被夹持件从壳体的侧方移动至回转体中；

将所述壳体的所述第一钳体和所述第二钳体进行转动，使得两者至合并状态；

将所述回转体上安装的液压油缸伸出进而驱动用于夹持的所述夹持件使得所述夹持件夹住基座部件中的被夹持件；

通过动力机构与回转体上的齿圈相啮合从而驱动所述回转体带动所述被夹持件转动；

待所述被夹持件完成上扣或卸扣操作后，所述回转体上的所述夹持件松开基座部件中的所述被夹持件，所述壳体中的所述第一钳体和所述第二钳体再转动至张开状态，从而使得所述被夹持件从所述第一钳体和所述第二钳体之间、所述基座部件之间移出。

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