CN112610171B - 铁钻工钳体总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁钻工钳体总成，属于石油钻修井技术领域。本发明包括铁钻工钳体总成，包括主钳总成、背钳总成和回转装置，回转装置能够带动主钳总成相对于背钳总成转动，还包括螺旋部、测量系统和与测量系统电性连接的接近开关，螺旋部上具有沿顺时针螺旋上升或螺旋下降的螺旋面；接近开关固定在主钳总成上，接近开关与螺旋面对应设置，且接近开关能够绕螺旋面的螺旋轴线相对转动；回转装置能够驱动螺旋部转动，且螺旋部被配置为：接近开关相对于螺旋部转动时，在沿螺旋轴线上，螺旋面与接近开关之间具有相对位移。本发明通过接近开关感应出螺旋面的高度变化，进而可以通过测量系统反馈出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。

Description

铁钻工钳体总成

技术领域

本发明涉及一种铁钻工钳体总成，属于石油钻修井技术领域。

背景技术

铁钻工是一种安全高效、技术集成度高的钻修井管具上扣或者卸扣的作业设备。现有的铁钻工钳体总成一般包括背钳总成、主钳总成和回转装置，主钳总成能够在回转装置的驱动下相对于背钳总成进行转动。目前，为了能够检测出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度，一般是在铁钻工钳体总成内安装位移传感器，进而在主钳总成回转时，可以通过位移传感器来测量回转装置的伸缩量，并根据位移传感器反馈的信息可以计算出主钳总成相对于背钳总成旋转的角度，以及可以根据位移传感器反馈的信息来控制主钳总成的转动。

目前，安装在现有铁钻工钳体总成中的位移传感器需要与被检测的部位进行机械的直接接触操作，一般是通过位移传感器与磁环的配合来测量回转装置的伸缩量，从而在回转装置的作用下，经常出现位移传感器的波导管断裂，或者经常出现与位移传感器搭配使用的磁环脱落等情况发生，从而不能可靠地测量出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度，以及会导致铁钻工钳体总成无法正常使用；而且，位移传感器一般嵌入在铁钻工钳体总成的内部，对位移传感器的维修和更换非常不方便。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中的钳体总成，在测量主钳总成相对于背钳总成的旋转角度时，因位移传感器需要与被检测的部位进行机械的直接接触操作，而容易导致铁钻工钳体总成无法正常使用的问题，提供一种铁钻工钳体总成，能够可靠地测量出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

铁钻工钳体总成，包括主钳总成、背钳总成和回转装置，所述回转装置能够带动所述主钳总成相对于所述背钳总成转动，还包括螺旋部、测量系统和与测量系统电性连接的接近开关，所述螺旋部上具有沿顺时针螺旋上升或螺旋下降的螺旋面；所述接近开关固定在所述主钳总成上，所述接近开关与所述螺旋面对应设置，且所述接近开关能够绕所述螺旋面的螺旋轴线相对转动；所述回转装置能够驱动所述螺旋部转动，且所述螺旋部被配置为：所述接近开关相对于所述螺旋部转动时，在沿所述螺旋轴线上，所述螺旋面与所述接近开关之间具有相对位移。

在本发明中，回转装置带动主钳总成相对于背钳总成进行旋转。本发明包括接近开关和螺旋部，螺旋部上具有沿顺时针螺旋上升或螺旋下降的螺旋面，回转装置能够带动螺旋部进行转动；接近开关与螺旋部上的螺旋面对应设置，并且接近开关固定在主钳总成上。从而在主钳总成相对于背钳总成转动时，接近开关能够与主钳总成保持相对静止，而接近开关能够绕螺旋面的螺旋轴线相对转动，且接近开关相对于螺旋部转动时，在沿所述螺旋轴线上，螺旋面与接近开关之间具有相对位移，进而使得螺旋面与接近开关之间的距离能够发生变化。本发明还包括测量系统，并且测量系统与接近开关电性连接，进而可以通过测量系统反馈出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。在本发明中，螺旋轴线是指：螺旋面的旋转中心线。

本发明通过接近开关来测量钳体总成相对于背钳总成的旋转角度，不需要与被检测的部位进行机械的直接接触操作，并且接近开关的动作可靠，性能稳定，进而能够可靠地测量出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。并且，接近开关固定连接在主钳总成上，相对于将位移传感器嵌入在铁钻工钳体总成内部的方式，本发明采用的方式便于对接近开关进行维修和更换。

进一步的，所述主钳总成上设置有耳板，所述耳板上开设有通孔；所述回转装置上设置有传动轴，所述回转装置的一端与所述背钳总成铰接，所述传动轴的轴线与所述主钳总成的夹持中心线，以及与所述背钳总成的夹持中心线相互平行，所述传动轴穿过所述耳板上的通孔并与所述主钳总成铰接；所述回转装置通过所述传动轴带动所述主钳总成相对于所述背钳总成转动，且所述传动轴与所述主钳总成相对转动。通过上述结构，可以使回转装置能够稳定的带动主钳总成相对于背钳总成的旋转。

主钳总成上设置有主钳夹爪，在主钳夹爪之间形成有钻具夹持区域，主钳总成通过主钳夹爪夹持钻具，在铁钻工钳体总成进行作业时，一般钻具夹持区域的中心位置是固定不变的，且当主钳夹爪夹持钻具时，钻具的轴线是从钻具夹持区域的中心位置穿过的。主钳总成的夹持中心线是指：在主钳夹爪之间形成的钻具夹持区域中，过钻具夹持区域中心位置的竖向轴线。同理，背钳总成的夹持中心线是指：在背钳夹爪之间形成的钻具夹持区域中，过钻具夹持区域中心位置的竖向轴线。

进一步的，所述螺旋部为圆环状结构或圆盘状结构，所述螺旋面为所述螺旋部的上表面，所述螺旋部固定在所述传动轴的顶面，且所述螺旋部与所述第二齿轮同轴设置，所述螺旋部与所述传动轴同轴线设置；所述接近开关通过开关支架固定连接在所述主钳总成上。

将螺旋部直接固定在传动轴的顶面，通过开关支架将接近开关与主钳总成固定连接，从而传动轴在带动主钳总成旋转的同时，也能带动螺旋部进行同步转动，再通过接近开关感应出螺旋部上螺旋面的高度变化，进而测量出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。本实用新型的螺旋部与传动轴保持同步转动，进而在测量时可以减小测量误差，提高测量的精确性。

进一步的，还包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮通过第一动轮轴固定在所述传动轴的顶部，所述第一动轮轴与所述传动轴同轴设置；所述第二齿轮通过第二动轮轴固定在所述耳板上，所述螺旋部为圆环状结构或圆盘状结构，所述螺旋部固定在所述第二齿轮的顶面，且所述螺旋部与所述第二齿轮同轴设置，所述螺旋面为所述螺旋部的上表面；所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合，所述接近开关通过开关支架固定连接在所述主钳总成上。

将第一齿轮安装在传动轴上，可以使第一齿轮与传动轴保持同步转动，第一齿轮与第二齿轮相互啮合，从而使得第一齿轮能够驱动第二齿轮转动；而螺旋部固定在第二齿轮上，并再通过接近开关感应出螺旋部上螺旋面的高度变化，进而可以通过测量系统反馈出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。并且，通过上述结构，还便于对接近开关、开关支架、螺旋部、第一齿轮、第二齿轮、第一动轮轴和/或第二动轮轴的维修和更换。

进一步的，所述第一齿轮通过键与所述第一动轮轴连接；在所述第一动轮轴和所述第一齿轮之间，以及在所述第二齿轮与所述第二动轮轴之间设置有弹性挡圈。通过上述结构，能够减小测量误差，提高测量的精确性。

进一步的，所述第二动轮轴与所述第一动轮轴平行设置。第二动轮轴与第一动轮轴平行设置是指：第二动轮轴的轴线与第一动轮轴的轴线相互平行。从而能够进一步减小测量误差，提高测量的精确性。

进一步的，还包括带轮，所述带轮通过转动轴固定在所述耳板上；所述螺旋部为圆环状结构或圆盘状结构，所述螺旋面为所述螺旋部的上表面，所述螺旋部固定在所述带轮的顶面，且所述螺旋部与所述带轮同轴设置；所述带轮通过同步带与所述传动轴连接，所述接近开关通过开关支架固定连接在所述主钳总成上。

将带轮安装在耳板上，并使带轮与传动轴通过同步带传动，而螺旋部固定在带轮上，并且再通过接近开关感应出螺旋部上螺旋面的高度变化，进而可以通过测量系统反馈出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。并且，通过上述结构，还便于对接近开关、开关支架、螺旋部、带轮、和/或转动轴的维修和更换。

进一步的，所述带轮与所述转动轴之间设置有弹性挡圈。通过上述结构，能够减小测量误差，提高测量的精确性。

进一步的，所述转动轴与所述传动轴平行设置。转动轴与传动轴平行设置是指：转动轴的轴线与传动轴的轴线相互平行。从而能够进一步减小测量误差，提高测量的精确性。

进一步的，还包括用于固定所述主钳总成和所述背钳总成的钳体安装架，所述回转装置位于所述钳体安装架的内部。通过上述结构，能够保证本发明结构的紧凑性和结构的稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、在本发明中，在主钳总成相对于背钳总成转动时，接近开关能够与主钳总成保持相对静止，而接近开关能够绕螺旋面的螺旋轴线相对转动，且接近开关相对于螺旋部转动时，在沿所述螺旋轴线上，螺旋面与接近开关之间具有相对位移，进而使得螺旋面与接近开关之间的距离能够发生变化，并通过测量系统可以反馈出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。

2、本发明通过接近开关来测量钳体总成相对于背钳总成的旋转角度，不需要与被检测的部位进行机械的直接接触操作，并且接近开关的动作可靠，性能稳定，进而能够可靠地测量出主钳总成相对于背钳总成的旋转角度。并且，接近开关固定连接在主钳总成上，相对于将位移传感器嵌入在铁钻工钳体总成内部的方式，本发明采用的方式便于对接近开关进行维修和更换。

附图说明：

图1为实施例1所提供的铁钻工钳体总成的三维结构示意图。

图2为图1中缺少钳体安装架和缺少测量系统的结构示意图。

图3为图2中A处的局部放大示意图。

图4为实施例1中螺旋部的三维结构示意图。

图5为实施例2所提供的铁钻工钳体总成的三维结构示意图。

图6为图5中缺少钳体安装架和缺少测量系统的结构示意图。

图7为图6中B处的局部放大示意图。

图8为实施例2中回转装置、第一齿轮和第一动轮轴连接的三维结构示意图。

图9为实施例2中第一齿轮的三维结构示意图。

图10为实施例2中第二齿轮的三维结构示意图。

图11为实施例3所提供的铁钻工钳体总成的三维结构示意图。

图12为图11中缺少钳体安装架和缺少测量系统的结构示意图。

图13为图12中C处的局部放大示意图。

图中标记：1-主钳总成，11-耳板，2-背钳总成，3-回转装置，31-传动轴，4-钳体安装架，5-接近开关，51-开关支架，6-螺旋部，61-螺旋面，62-螺旋轴线，7-弹性挡圈，8-第一齿轮，81-第一动轮轴，9-第二齿轮，91-第二动轮轴，10-带轮，101-同步带，102-转动轴，20-测量系统。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例1所提供的铁钻工钳体总成包括主钳总成1、背钳总成2、钳体安装架4和回转装置3；

主钳总成1位于背钳总成2的上方。主钳总成1上设置有主钳夹爪，在主钳夹爪之间形成有钻具夹持区域，主钳总成1通过主钳夹爪夹持钻具，在铁钻工钳体总成进行作业时，一般钻具夹持区域的中心位置是固定不变的，且当主钳夹爪夹持钻具时，钻具的轴线是从钻具夹持区域的中心位置穿过的。主钳总成1的夹持中心线是指：在主钳夹爪之间形成的钻具夹持区域中，过钻具夹持区域中心位置的竖向轴线。同理，背钳总成2的夹持中心线是指：在背钳夹爪之间形成的钻具夹持区域中，过钻具夹持区域中心位置的竖向轴线。

如图2和图3所示，主钳总成1上设置有耳板11，耳板11上设置有通孔，并且耳板11上通孔的轴线与耳板11所在的平面相互垂直。回转装置3上设置有传动轴31，传动轴31的轴线与主钳总成1的夹持中心线，以及与背钳总成2的夹持中心线相互平行，回转装置3的一端与背钳总成2铰接，传动轴31穿过耳板11上的通孔，并且传动轴31与主钳总成1铰接。从而，回转装置3能够通过传动轴31带动主钳总成1相对于背钳总成2转动。具体地，回转装置3可以选择为回转油缸。

主钳总成1和背钳总成2是通过钳体安装架4固定的。为便于实施，如图1所示，可以将钳体安装架4设置为“U”形框架结构，并且回转装置3位于钳体安装架4的内部。

本实施例1所提供的铁钻工钳体总成还包括螺旋部6、测量系统20和与测量系统20电性连接的接近开关5；螺旋部6上具有沿顺时针螺旋上升或螺旋下降的螺旋面61；具体地，螺旋面61可以为螺旋部6的上表面，也可以为螺旋部6的下表面。

螺旋部6可以为圆环状结构或圆盘状结构。具体地，如图4所示，螺旋部6可以设置为圆环状结构，螺旋部6的上表面为螺旋面61，并且该螺旋面61沿顺时针方向螺旋下降，将螺旋部6固定在传动轴31的顶面上，且使螺旋部6与传动轴31同轴设置。从而，传动轴31在带动主钳总成1旋转的同时，也能带动螺旋部6进行同步转动；在本实施例1中，主钳总成1与传动轴31之间为相对转动，具体地，主钳总成1与传动轴31之间可以通过减速机构连接。

如图2和图3所示，接近开关5通过开关支架51固定在主钳总成1上。为便于实施，开关支架51可以设置为“Z”形，开关支架51的一端与主钳总成1固定连接，开关支架51的另一端与接近开关5固定连接，并使接近开关5位于螺旋面61的上方。从而，在螺旋部6进行转动时，接近开关5可以感应出螺旋部6上螺旋面61的高度变化，进而可以通过测量系统20反馈出主钳总成1相对于背钳总成2的旋转角度。

在实施例1中，回转装置3带动主钳总成1相对于背钳总成2进行旋转。本实施例1包括接近开关5和螺旋部6，螺旋部6上具有沿顺时针螺旋上升或螺旋下降的螺旋面61，并且在主钳总成1相对于背钳总成2转动时，螺旋部6能够与主钳总成1相对转动；接近开关5与螺旋部6上的螺旋面61对应设置，并且接近开关5固定在主钳总成1上。从而在主钳总成1相对于背钳总成2转动时，螺旋部6能够与主钳总成1相对转动，接近开关5能够与主钳总成1保持相对静止，进而使得螺旋面61与接近开关5之间的距离能够发生变化。本实施例1还包括测量系统20，并且测量系统20与接近开关5电性连接，进而可以通过测量系统20反馈出主钳总成1相对于背钳总成2的旋转角度。

本实施例1通过接近开关5来测量钳体总成相对于背钳总成2的旋转角度，不需要与被检测的部位进行机械的直接接触操作，并且接近开关5的动作可靠，性能稳定，进而能够可靠地测量出主钳总成1相对于背钳总成2的旋转角度。并且，接近开关5固定连接在主钳总成1上，相比将位移传感器嵌入在铁钻工钳体总成内部的方式，本实施例1采用的方式便于对接近开关5进行维修和更换。

实施例2

如图5至图10所示，本实施例2与实施例1的不同之处在于螺旋部6的安装方式不同：

本实施例2所提供的铁钻工钳体总成还包括第一齿轮8和第二齿轮9，第一齿轮8与第二齿轮9相互啮合。第一齿轮8通过第一动轮轴81固定在传动轴31的顶部，第一动轮轴81与传动轴31同轴设置。

具体地，如图6和图7所示，可以将第一动轮轴81焊接在传动轴31的顶部，并在第一动轮轴81上开设有键槽，使第一齿轮8通过键与第一动轮轴81连接，并且在第一动轮轴81和第一齿轮8之间设置有弹性挡圈7，从而能够提高第一齿轮8与传动轴31转动的同步性，进而可以减小误差，提高测量的精确性。第二齿轮9通过第二动轮轴91固定在耳板11上，优选地，使第二动轮轴91的轴线与第一动轮轴81的轴线相互平行，进而可以提高第一齿轮8与第二齿轮9的传动的精确性。螺旋部6固定在第二齿轮9的顶面，且螺旋部6与第二齿轮9同轴设置，螺旋面61为螺旋部6的上表面。在第二齿轮9与第二动轮轴91之间设置有弹性挡圈7，从而能够提高第二齿轮9与第一齿轮8之间传动的精确性，进而能够减小测量误差，提高测量的精确性。

在本实施2中，将第一齿轮8安装在传动轴31上，可以使第一齿轮8与传动轴31保持同步转动，而第一齿轮8与第二齿轮9相互啮合，传动轴31与主钳总成1相对转动，进而可以使得第二齿轮9与主钳总成1相对转动；而螺旋部6固定在第二齿轮9上，所以螺旋部6可以与主钳总成1相对转动，再通过接近开关5感应出螺旋部6上螺旋面61的高度变化，进而可以通过测量系统20反馈出主钳总成1相对于背钳总成2的旋转角度。并且，还便于对接近开关5、开关支架51、螺旋部6、第一齿轮8、第二齿轮9、第一动轮轴81和/或第二动轮轴91的维修和更换。

实施例3

如图11至13所示，本实施例3与实施例1的不同之处在于螺旋部6的安装方式不同：

本实施例3所提供的铁钻工钳体总成还包括带轮10，带轮10通过转动轴102固定在耳板11上。优选地，转动轴102的轴线与传动轴31的轴线相互平行，进而可以提高带轮10与传动轴31之间传动的精确性。进一步的，带轮10与转动轴102之间设置有弹性挡圈7，从而能够提高带轮10转动的可靠性，进而可以减小测量误差，提高测量的精确性。螺旋面61为螺旋部6的上表面，螺旋部6固定在带轮10的顶面，且螺旋部6与带轮10同轴线设置，并且带轮10与传动轴31通过同步带101连接。

在本实施3中，将带轮10安装在耳板11上，并使传动轴31通过同步带101带动带轮10转动，而螺旋部6固定在带轮10上，主钳总成1与传动轴31相对转动。所以螺旋部6可以与主钳总成1相对转动，再通过接近开关5感应出螺旋部6上螺旋面61的高度变化，进而可以通过测量系统20反馈出主钳总成1相对于背钳总成2的旋转角度。并且，还便于对接近开关5、开关支架51、螺旋部6、带轮10、和/或转动轴102的维修和更换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.铁钻工钳体总成，包括主钳总成(1)、背钳总成(2)和回转装置(3)，所述回转装置(3)能够带动所述主钳总成(1)相对于所述背钳总成(2)转动，其特征在于：

还包括螺旋部(6)、测量系统(20)和与测量系统(20)电性连接的接近开关(5)，所述螺旋部(6)上具有沿顺时针螺旋上升或螺旋下降的螺旋面(61)；

所述接近开关(5)固定在所述主钳总成(1)上，所述接近开关(5)与所述螺旋面(61)在垂直方向上对应设置，且所述接近开关(5)能够绕所述螺旋面(61)的螺旋轴线(62)相对转动；

所述螺旋部(6)被配置为：所述接近开关(5)相对于所述螺旋部(6)转动时，在沿所述螺旋轴线(62)上，所述螺旋面(61)与所述接近开关(5)之间具有相对位移；

所述主钳总成(1)上设置有耳板(11)，所述耳板(11)上开设有通孔；

所述回转装置(3)上设置有传动轴(31)，所述回转装置(3)的一端与所述背钳总成(2)铰接，所述传动轴(31)的轴线与所述主钳总成(1)的夹持中心线，以及与所述背钳总成(2)的夹持中心线相互平行，所述传动轴(31)穿过所述耳板(11)上的通孔并与所述主钳总成(1)铰接；

所述回转装置(3)通过所述传动轴(31)带动所述主钳总成(1)相对于所述背钳总成(2)转动，且所述传动轴(31)与所述主钳总成(1)相对转动。

2.根据权利要求1所述的铁钻工钳体总成，其特征在于：所述螺旋部(6)为圆环状结构或圆盘状结构，所述螺旋面(61)为所述螺旋部(6)的上表面，所述螺旋部(6)固定在所述传动轴(31)的顶面，且所述螺旋部(6)与所述传动轴(31)同轴设置；

所述接近开关(5)通过开关支架(51)固定连接在所述主钳总成(1)上。

3.根据权利要求1所述的铁钻工钳体总成，其特征在于：还包括第一齿轮(8)和第二齿轮(9)，所述第一齿轮(8)通过第一动轮轴(81)固定在所述传动轴(31)的顶部，所述第一动轮轴(81)与所述传动轴(31)同轴设置；

所述第二齿轮(9)通过第二动轮轴(91)固定在所述耳板(11)上，所述螺旋部(6)为圆环状结构或圆盘状结构，所述螺旋部(6)固定在所述第二齿轮(9)的顶面，且所述螺旋部(6)与所述第二齿轮(9)同轴设置，所述螺旋面(61)为所述螺旋部(6)的上表面；

所述第一齿轮(8)和所述第二齿轮(9)相互啮合，所述接近开关(5)通过开关支架(51)固定连接在所述主钳总成(1)上。

4.根据权利要求3所述的铁钻工钳体总成，其特征在于：所述第一齿轮(8)通过键与所述第一动轮轴(81)连接；在所述第一动轮轴(81)和所述第一齿轮(8)之间，以及在所述第二齿轮(9)与所述第二动轮轴(91)之间设置有弹性挡圈(7)。

5.根据权利要求3或4所述的铁钻工钳体总成，其特征在于：所述第二动轮轴(91)与所述第一动轮轴(81)平行设置。

6.根据权利要求1所述的铁钻工钳体总成，其特征在于：还包括带轮(10)，所述带轮(10)通过转动轴(102)固定在所述耳板(11)上；所述螺旋部(6)为圆环状结构或圆盘状结构，所述螺旋面(61)为所述螺旋部(6)的上表面，所述螺旋部(6)固定在所述带轮(10)的顶面，且所述螺旋部(6)与所述带轮(10)同轴设置；

所述带轮(10)通过同步带(101)与所述传动轴(31)连接，所述接近开关(5)通过开关支架(51)固定连接在所述主钳总成(1)上。

7.根据权利要求6所述的铁钻工钳体总成，其特征在于：所述带轮(10)与所述转动轴(102)之间设置有弹性挡圈(7)。

8.根据权利要求6或7所述的铁钻工钳体总成，其特征在于：所述转动轴(102)与所述传动轴(31)平行设置。

9.根据权利要求1所述的铁钻工钳体总成，其特征在于：还包括用于固定所述主钳总成(1)和所述背钳总成(2)的钳体安装架(4)，所述回转装置(3)位于所述钳体安装架(4)的内部。

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