CN112983312A - 一种爬坡式夹紧的动力大钳背钳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爬坡式夹紧的动力大钳背钳，包括壳体，壳体的钳口中心设有钳体，壳体的尾端设有扭矩缸，钳体和扭矩缸铰接；钳体上同轴设置有钳头，钳体与钳头啮合；壳体上还设有夹紧机构，夹紧机构分别与壳体、钳体、钳头铰接；钳头通过夹紧机构可相对钳体转动；钳体通过扭矩缸可相对壳体转动。钳体和壳体分体设置，制造更加方便；定位缸和爬坡缸配合实现钳头上卸扣爬坡，且便于对正钳头、钳体以及壳体的钳口；测量扭矩缸的受力，可以准确、方便地测量动力大钳上卸扣作业时的扭矩；扭矩缸出力，使得背钳施加在下钻具上的扭矩和主钳施加在上钻具上扭矩相互平衡，消除摆动、打滑，提高可靠性，消除安全隐患。

Description

一种爬坡式夹紧的动力大钳背钳

技术领域

本发明涉及动力钳技术领域，更具体地说，它涉及一种爬坡式夹紧的动力大钳背钳。

背景技术

钻探领域作为我国工业的重要组成部分，近年来发展迅速。在石油天然气矿场的钻修井作业过程中，现有的钻杆动力钳、套管动力钳、油管动力钳等爬坡式动力钳，通过主钳和背钳的配合完成不同管体的对接等。其中，背钳一般与动力大钳的壳体一体成型。在上卸扣过程中，背钳先通过爬坡机构以较小的扭矩初步夹紧下部的钻具，当主钳的扭矩上升时，上钻具将扭矩传递给下钻具，导致下钻具带动背钳进一步回转，回转的角度一般是有限的，以此实现背钳爬坡夹紧。

但是背钳与壳体一体的生产难度较高；背钳的扭矩测量较为困难；钳头爬坡的过程中会引起动力大钳壳体尾部的摆动，当井口钻具被卡瓦固定在转盘内不能自由回转时，背钳不能被主钳带动进一步爬坡，易导致背钳打滑，同时主钳的输出扭矩将被作用到钳体或钳架上，造成钳体的摆动，钳架倾覆等事故，存在安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种爬坡式夹紧的动力大钳背钳，解决上述的一个或多个问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种爬坡式夹紧的动力大钳背钳，包括壳体，壳体的头端开设有开放式的钳口；

钳体，设于壳体的钳口中心；

扭矩缸，设于壳体的尾端，与钳体铰接；

钳头，与钳体同轴设置，与钳体啮合；

夹紧机构，设于壳体上，分别与壳体、钳体、钳头铰接；

钳头通过夹紧机构可相对钳体转动；

钳体通过扭矩缸可相对壳体转动。

进一步地，钳体和钳头均开设有开放式的钳口；

钳体和钳头均沿壳体钳口的轴心线同轴设置。

进一步地，壳体的钳口处设有安装槽，钳体设于安装槽内。

进一步地，钳体设于壳体钳口处的外端面。

进一步地，钳体可固定在壳体上。

进一步地，壳体、钳体以及钳头的钳口可对正。

进一步地，夹紧机构包括

定位缸，设于壳体的一端，定位缸的一端与壳体铰接；

爬坡缸，设于壳体的另一端，爬坡缸的一端与钳头铰接；

连杆，连杆的中心处与钳体铰接，连杆的两端分别与定位缸、爬坡缸铰接。

进一步地，钳体上设有一体成型的扭矩臂，

扭矩臂为勺型结构，其勺端与钳体同轴设置，其勺端设有开放式的钳口，其柄端与扭矩缸铰接；

扭矩臂的钳口与钳体的钳口大小相同。

进一步地，扭矩臂的柄端上开设有联动槽；

联动槽内设有第一转轴；

扭矩臂与连杆通过第一转轴铰接。

进一步地，钳头上设有一体成型的夹紧件，

夹紧件的截面为勺型机构，其勺端与钳头同轴设置，其勺端设有开放式的钳口，其柄端与爬坡缸铰接；

夹紧件的钳口与钳头的钳口大小相同。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、钳体和壳体分体设置，制造更加方便；

2、定位缸和爬坡缸配合实现钳头上卸扣爬坡，且便于对正钳头、钳体以及壳体的钳口；

3、测量扭矩缸的受力，可以准确、方便地测量动力大钳上卸扣作业时的扭矩；

4、扭矩缸出力，使得背钳施加在下钻具上的扭矩和主钳施加在上钻具上扭矩相互平衡，消除摆动、打滑，提高可靠性，消除安全隐患。

附图说明

图1为本发明的仰视图；

图2为本发明的上扣动作示意图；

图3为本发明的卸扣动作示意图；

图4为本发明的正面剖视图；

图中：

1、壳体；2、钳体；21、扭矩臂；22、第一转轴；3、扭矩缸；4、钳头；41、夹紧臂；5、夹紧机构；51、定位缸；52、爬坡缸；53、连杆；54、第二销轴；55、第四销轴；6、第二转轴；7、第一销轴；8、第三销轴。

具体实施方式

实施例：

以下结合附图1－4对本发明作进一步详细说明，仅基于视图中的方向、角度进行说明。

一种爬坡式夹紧的动力大钳背钳，如图1和图4所示，包括壳体1，壳体1的左侧设有开放式的钳口。

在壳体1的左部设有钳体2，钳体2上开设有开放式的钳口，钳体2与壳体1同轴设置，钳体2与壳体1之间有多种安装方式。一种方式，壳体1底面的左侧设有安装槽，安装槽的轴线与壳体1钳口的轴线重合。在安装槽内安置有钳体2，钳体2不会轻易地脱离安装槽，同时钳体2可沿着壳体1钳口的轴线转动。一种方式，钳体2直接安装在壳体1底面的左侧，钳体2的轴线与壳体1钳口的轴线重合，钳体2可沿壳体1钳口的轴线转动。一种方式，无论钳体2设置在专门的安装槽还是直接安装在壳体1表面，钳体2均固定在壳体1上，即钳体2与壳体1之间不存在相对转动。

钳体2的底端设有一体成型的扭矩臂21，扭矩臂21为勺型结构，其勺端与钳体2一体成型，其勺端开设有开放式的钳口，其柄端向右设置。

在壳体1的右部设有扭矩缸3，扭矩缸3安装在壳体1底面的右端，钳体2柄端与扭矩缸3通过第三销轴8铰接，钳体2可通过扭矩缸3的出力相对壳体1转动。

在钳体2中心开设有钳槽，钳槽内安装有钳头4，钳头4上开设有开放式的钳口，钳头4与钳体2同轴设置，钳头4可沿轴线转动，钳体2与钳头4是啮合的。

钳头4的底端设有一体成型的夹紧臂41，夹紧臂41为勺型结构，其勺端与钳头4一体成型，其勺端也开设有开放式的钳口，其柄端向前设置。

在壳体1上还设有夹紧机构5，夹紧机构5分别与壳体1、钳头4以及钳体2铰接，钳头4可以通过夹紧机构5的处理相对钳体2转动。具体为夹紧机构5包括定位缸51、爬坡缸52以及连杆53。定位缸51和爬坡缸52均为可伸缩的缸体。定位缸51设置在壳体1底面的后端，定位缸51的左端与壳体1之间通过第二转轴6铰接。爬坡缸52设置在壳体1底面的前端，爬坡缸52的左端与夹紧臂41的柄端通过第一销轴7铰接。扭矩臂21的柄端上开设有联动槽，联动槽内穿设有第一转轴22，连杆53的中心处与扭矩臂21的柄端通过第一转轴22铰接。连杆53沿前后方式设置，连杆53的后端与定位缸51的右端通过第四销轴55铰接，连杆53的前端与爬坡缸52的右端通过第二销轴54铰接。

钳头4的钳口、钳体2的钳口、壳体1的钳口、夹紧臂41的钳口、扭矩臂21的钳口均为相同标准的尺寸，即正位后，所有相关部件的钳口在竖直方向上完全重合，没有任何凸出的部分，所有相关部件均以钳口的轴线为准进行转动或同轴设置。一种方式，所有钳口的大小可以不相同，但还是要满足不同钳口之间可以对正，即对正后，所有钳口的轴线重合，且不同钳口的内侧面之间基本平行对齐。

本申请的背钳可以按照普通动力钳的结构进行连接，与主钳配合使用，因此壳体1整体可以理解为还带有主钳相关的部件。

工作原理：背钳需配合主钳使用。使用前，确保背钳处于初始状态，即通过定位缸和爬坡缸将壳体、钳体以及钳头的钳口对齐。

如图2所示，背钳上扣时，下钻具进入到钳口中心，爬坡缸52的活塞杆缩回，带动夹紧臂41及钳头4大角度、小扭矩地沿顺时针方向爬坡夹紧下钻具后，背钳初步夹紧下钻具。

位于井口处的钻具未被卡瓦卡住时，主钳夹紧上钻具，带动上钻具顺时针旋转，当扭矩上升到一定程度，主钳通过上钻具带动与之连接的下钻具一起旋转，但由于下钻具被初步夹紧，实际两者不会形成同步转动，即动作主要分为两个阶段，第一阶段上钻具先动，下钻具不动，此时上钻具的扭矩未达到可以带动下钻具转动的要求，下钻具在这个过程中是静止的，上下钻具之间存在相对转动，这也是上扣可以实现的原理所在；第二阶段上钻具转动，下钻具也转动，此时上钻具的扭矩上升到可以带动下钻具转动的要求，两者同时进行顺时针转动。在第二阶段的转动过程中，定位缸51是保持伸缩状态不变的，钳头4在下钻具的带动下进一步在钳体2上爬坡夹紧，即钳头4相对钳体2产生转动，爬坡缸52随之动作，一般是缩回动作，来保证爬坡夹紧的动作不被影响。钳头4夹紧到一定程度后，背钳整体完全夹紧下钻具，随后钳头4与下钻具保持相对静止，背钳内部相关的力实现平衡。在动态平衡的情况下，主钳的输出扭矩先作用在下钻具，下钻具作用到钳头4，钳头4再作用给钳体2，形成传递关系。因此通过传递关系最终作用在背钳的扭矩，实际与钳体2此时所受的扭矩相同，而钳体2所承受的扭矩通过第三销轴8输出到扭矩缸3内。此时测量扭矩缸3的受力，可以直观、轻松地得出主钳的输出扭矩大小，从而精确地测得钻具上扣扭矩。

当位于井口处的钻具被卡瓦卡住时，扭矩缸3主动出力，通第三销轴8推动钳体2沿钳口的轴心线小角度、大扭矩地逆时针回转。由于钳体2与钳头4的爬坡结构，使得钳体2带动钳头4主动夹紧下钻具，进一步实现夹紧，达到动态平衡，最终使整个背钳与主钳的输出扭矩达到平衡。此时扭矩缸3的输出扭矩与主钳作用在下钻具的扭矩平衡。测量扭矩缸3的出力，这样就可以得出主钳的输出扭矩，从而精确地测得此时的上扣扭矩。

如图3所示，卸扣时，定位缸51活塞杆伸出，带动连杆53绕第一转轴22摆动一定角度，初步夹紧下钻具，使得背钳切换到卸扣状态。主钳逆时针旋转进行卸扣，其他细节与上扣时的操作类似，不再赘述。

综上，上卸扣过程中，钳体2、壳体1以及钳头4的钳口发生了错位，实现夹紧，根据螺纹正反旋的情况，上卸扣的动作可以对调，但原理是相同的。

上卸扣作业结束后，爬坡缸52、定位缸51动作，钳头4与钳体2的钳口对正；扭矩缸3复位，钳体2与壳体1的钳口对正，钳体2、壳体1以及钳头4的钳口对齐，背钳复位到初始状态，可将动力大钳从钻具上移开。

需要说明的是，本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种爬坡式夹紧的动力大钳背钳，包括壳体(1)，壳体(1)的头端开设有开放式的钳口，其特征在于：还包括

钳体(2)，设于壳体(1)的钳口中心；

扭矩缸(3)，设于壳体(1)的尾端，与钳体(2)铰接；

钳头(4)，与钳体(2)同轴设置，与钳体(2)啮合；

夹紧机构(5)，设于壳体(1)上，分别与壳体(1)、钳体(2)、钳头(4)铰接；

钳头(4)通过夹紧机构(5)可相对钳体(2)转动；

钳体(2)通过扭矩缸(3)可相对壳体(1)转动。

2.根据权利要求1所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：钳体(2)和钳头(4)均开设有开放式的钳口；

钳体(2)和钳头(4)均沿壳体(1)钳口的轴心线同轴设置。

3.根据权利要求2所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：壳体(1)的钳口处设有安装槽，钳体(2)设于安装槽内。

4.根据权利要求2所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：钳体(2)设于壳体(1)钳口处的外端面。

5.根据权利要求3或4所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：钳体(2)可固定在壳体(1)上。

6.根据权利要求2所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：壳体(1)、钳体(2)以及钳头(4)的钳口可对正。

7.根据权利要求6所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：夹紧机构(5)包括

定位缸(51)，设于壳体(1)的一端，定位缸(51)的一端与壳体(1)铰接；

爬坡缸(52)，设于壳体(1)的另一端，爬坡缸(52)的一端与钳头(4)铰接；

连杆(53)，连杆(53)的中心处与钳体(2)铰接，连杆(53)的两端分别与定位缸(51)、爬坡缸(52)铰接。

8.根据权利要求7所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：钳体(2)上设有一体成型的扭矩臂(21)，

扭矩臂(21)为勺型结构，其勺端与钳体(2)同轴设置，其勺端设有开放式的钳口，其柄端与扭矩缸(3)铰接；

扭矩臂(21)的钳口与钳体(2)的钳口大小相同。

9.根据权利要求8所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：扭矩臂(21)的柄端上开设有联动槽；

联动槽内设有第一转轴(22)；

扭矩臂(21)与连杆(53)通过第一转轴(22)铰接。

10.根据权利要求7所述的爬坡式夹紧的动力大钳背钳，其特征在于：钳头(4)上设有一体成型的夹紧臂(41)，

夹紧臂(41)的截面为勺型机构，其勺端与钳头(4)同轴设置，其勺端设有开放式的钳口，其柄端与爬坡缸(52)铰接；

夹紧臂(41)的钳口与钳头(4)的钳口大小相同。

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