CN212201951U - 一种顶驱背钳 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及石油、天然气钻井设备技术领域，提供一种顶驱背钳，包括钳体和与钳体滑动配合的活塞，活塞包括连接在一起的大径段和小径段，大径段的第一端与钳体形成液压腔，大径段的第二端与小径段的外周以及钳体形成弹簧复位腔，弹簧复位腔内周向均匀分布有多个复位弹簧，复位弹簧的两端分别与钳体和大径段的第二端固定连接；钳体内安装有导向块，小径段的端部连接有钳牙支座，导向块上构造有上下限位部和导向槽，上下限位部用于限制导向块的上下移动，钳牙支座的侧端面活动卡设于导向槽。本实用新型实施例提供的顶驱背钳通过在钳体内安装复位弹簧和导向块，降低了泄露风险，减少了密封圈的使用，提高了背钳工作的可靠性和稳定性。

Description

一种顶驱背钳

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻井设备技术领域，尤其涉及一种顶驱背钳。

背景技术

背钳是作为顶驱驱动装置必不可少的部件，用于在顶驱钻井作业时完成接拆钻杆的工作，背钳会直接影响顶驱整体的可靠性，因此需要对背钳的性能提出一定的要求。

现有背钳均为液压驱动，如图1所示为现有技术中的顶驱背钳的结构示意图。该背钳结构具有两套液压缸结构，通过液压回路中的电磁阀切换油路方向来驱动活塞1在钳体2中滑动，从而推动钳牙支座3伸出或缩回，从而使连接在钳牙支座上的钳牙31对钻杆的抱紧和释放。因此，顶驱上部的液压系统需要给背钳配置两条液压油路，分别用于为活塞1的伸出和缩回提供动力。多油路设计需要更多设置回转体密封油道，增加了液压系统的泄露风险。

再有，由于背钳体积、外形尺寸受限，背钳需要做到尽可能小巧。这就导致活塞1和钳体2设计需要较短的结构。由于活塞1两侧均为高压油腔，需要在活塞1和钳体2上设置较为可靠的密封组件，而密封组件需要较长的尺寸空间，由此导致，需要在活塞1和钳体2上挖深沟槽4以供活塞1足够的行程空间。然而挖深沟槽4将会导致相关的关键位置加工较为困难，难以进行磨削等高精度加工工序，无法获得较高表面质量，而在活塞运动过程中，密封圈会与该表面发生相对滑动，这将影响密封圈的使用寿命和密封效果。

另外，活塞1在较大的液压力驱动下推动钳牙支座3往复运动，使钳牙支座3产生较大的摆动力矩，使油缸工作不稳定，容易导致密封圈脱出，从而导致油缸泄露。

因此，基于以上现有技术中的顶驱背钳结构所存在的缺陷，亟须提供一种可靠性高、工作稳定的背钳结构。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种顶驱背钳，用以解决现有背钳结构易发生油缸泄露、可靠性低和工作不稳定的问题。

本实用新型实施例提供一种顶驱背钳，包括钳体和与所述钳体滑动配合的活塞，所述活塞包括连接在一起的大径段和小径段，所述大径段的第一端与所述钳体形成液压腔，所述大径段的第二端与所述小径段的外周以及所述钳体形成弹簧复位腔，所述弹簧复位腔内周向均匀分布有多个复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别与所述钳体和所述大径段的第二端固定连接；

所述钳体内安装有导向块，所述小径段的端部连接有钳牙支座，所述导向块上构造有上下限位部和导向槽，所述上下限位部用于限制所述导向块的上下移动，所述钳牙支座的侧端面活动卡设于所述导向槽。

其中，所述钳体包括通过销轴活动连接的左钳体和右钳体，所述左钳体上构造有两个第一销轴安装凸耳，所述右钳体上对应的构造有两个与所述第一销轴安装凸耳配合的第二销轴安装凸耳，所述左钳体和所述右钳体内分别安装有两个导向块，所述左钳体内的所述导向块的上下限位部为开口槽，所述第一销轴安装凸耳卡设于所述开口槽，所述右钳体内的所述导向块的上下限位部为凸块，所述凸块卡设于所述第二销轴安装凸耳。

其中，所述导向块构造有左右限位臂，在所述左钳体和所述右钳体抱合状态下，所述左钳体内的所述导向块与所述右钳体内的所述导向块通过所述左右限位臂相抵接，以限制所述导向块的左右移动。

其中，所述导向块上还设置有顶丝孔，所述顶丝孔为沿所述导向槽的长度方向延伸的通孔。

其中，所述钳体与所述活塞的大径段之间设置有密封圈和第一导向带。

其中，所述密封圈与所述活塞之间还设置有O型圈。

其中，所述钳体与所述活塞的小径段之间设置有防尘圈和第二导向带。

其中，所述左钳体和所述右钳体均包括端盖和钳体本体，所述钳体本体和所述端盖可拆卸连接。

其中，所述端盖与所述钳体本体配合的外周面设置有静密封结构。

其中，所述导向块的材质为合金调制钢。

本实用新型实施例提供的顶驱背钳，通过在活塞与钳体之间设置复位弹簧，利用复位弹簧的弹性恢复力使活塞缩回，相比于传统的双液压缸式背钳结构，减少了一套为活塞的缩回提供动力的液压腔，从而减少了一条液压油路，降低了液压系统的泄露风险，还使钳体与活塞的小径段之间不需要用密封圈进行密封，减少了为安装密封圈而预留的钳体长度，也不存在活塞上的未能进行精加工的深槽对密封圈的使用寿命和密封效果造成影响，提高钳体工作的可靠性；还通过在钳体和钳牙支座之间设置导向块，利用导向块约束活塞所推动的钳牙支座往复运动，控制活塞消除摆动力矩，从而抵消活塞所受的侧向力，保障油缸工作的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中顶驱背钳的结构示意图；

图2为本实用新型实施例顶驱背钳的俯视图；

图3为本实用新型实施例顶驱背钳的A-A剖面图；

图4为本实用新型实施例顶驱背钳的B-B剖面图；

图5为本实用新型实施例顶驱背钳的复位弹簧分布示意图；

图6为本实用新型实施例顶驱背钳打开状态的结构示意图。

图中：1、活塞；2、钳体；21、左钳体；22、右钳体；23、端盖；3、钳牙支座；31、钳牙；4、深沟槽；51、液压腔；52、弹簧复位腔；522、复位弹簧；6、导向块；61、上下限位部；62、导向槽；63、左右限位臂；64、顶丝孔；7、销轴；81、密封圈；82、第一导向带；83、防尘圈；84、第二导向带；85、静密封结构；211、第一销轴安装凸耳；221、第二销轴安装凸耳。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”“前”“后”的方向均以附图所示方向为准。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在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图2所示为本实用新型实施例顶驱背钳的俯视图，如图3所示为本实用新型实施例顶驱背钳的A-A剖面图，如图4所示为本实用新型实施例顶驱背钳的B-B剖面图。该顶驱背钳包括钳体2和与钳体2滑动配合的活塞1，活塞1包括连接在一起的大径段和小径段，大径段的第一端与钳体2形成液压腔51，大径段的第二端与小径段的外周以及钳体2形成弹簧复位腔52。其中，大径段的第一端为活塞1承受液压的一端，大径段的第二端与小径段的第一端连接，小径段的第二端为活塞1的伸出端。大径端的第二端面与小径段的外周面形成阶梯面，该阶梯面与钳体2形成弹簧复位腔52。弹簧复位腔52内周向均匀分布有多个复位弹簧522。复位弹簧522的两端分别与钳体2和活塞1的大径段的第二端固定连接。

如图5所示为本实用新型实施例顶驱背钳的复位弹簧分布示意图，本实用新型实施例的复位弹簧522为12个，当然可以实际情况增减复位弹簧522的个数。

其中，如图4所示，钳体2包括左钳体21和右钳体22，左钳体21和右钳体22内分别有与之配合的活塞1，使左钳体21和右钳体22内分别形成一个液压腔51和一个弹簧复位腔52。且左钳体21和右钳体22内的液压腔51同步动作推动活塞1伸出，左钳体21和右钳体22内的弹簧复位腔52内的复位弹簧522同步动作推动活塞1缩回。

活塞1的小径段的端部连接有钳牙支座3，钳体2内安装有导向块6。如图6所示为本实用新型实施例顶驱背钳打开状态的结构示意图，导向块6上构造有上下限位部61和导向槽62，上下限位部61用于限制导向块6的上下移动，钳牙支座3的侧端面活动卡设于导向槽62。本实用新型实施例中，导向块6采用具有良好机械强度和耐磨性能的金属材料制成，如合金调制钢。在顶驱背钳执行抱闸工作时，液压油进入液压腔51，推动活塞1伸出，从而推动钳牙支座3上的钳牙31向钻杆抱闸，同时复位弹簧522被压缩；当执行松开工作时，解除背钳油口压力，释放液压腔51内的压力，在复位弹簧522的弹性恢复力下，推动活塞1缩回，液压腔51内的液压油退回系统回油管道或回油箱。

钳牙支座3可以与活塞1为一体成型结构，也可以通过螺栓固定在活塞1小径段的端部。钳牙支座3的端部为弧形结构，弧形结构上对称安装有钳牙31，液压缸驱动活塞1伸出执行抱闸动作时通过钳牙31咬紧钻杆。钳牙支座3的上下前后面为平面，其中前后面与钳体2之间安装有导向块6，导向块6与钳体2接触的那一面构造有导向槽62，活塞1推动钳牙支座3在导向槽62内滑动，避免活塞1运动中出现摆动而造成的油缸偏载。

本实用新型实施例提供的顶驱背钳，通过在活塞1与钳体2之间设置复位弹簧522，利用复位弹簧522的弹性恢复力使活塞1缩回，相比于传统的双液压缸式背钳结构，减少了一套为活塞1的缩回提供动力的液压腔51，从而减少了一条液压油路，降低了液压系统的泄露风险，还使钳体2与活塞1的小径段之间不需要用密封圈81进行密封，减少了为安装密封圈81而预留的钳体2长度，也不存在活塞1上的未能进行精加工的深槽对密封圈81的使用寿命和密封效果造成影响，提高钳体2工作的可靠性；本实用新型实施例还通过在钳体2和钳牙支座3之间设置导向块6，利用导向块6约束活塞1所推动的钳牙支座3往复运动，控制活塞1消除摆动力矩，从而抵消活塞1所受的侧向力，保障油缸工作的稳定性。

如图6所示，本实用新型实施例中，左钳体21和右钳体22通过销轴7活动连接，左钳体21上构造有两个第一销轴安装凸耳211，右钳体22上构造有两个与第一销轴安装凸耳211配合的第二销轴安装凸耳221，两个第一销轴安装凸耳211和两个第二销轴安装凸耳221对应配合后通过销轴7连接。其中，第一销轴安装凸耳211为与左钳体21一体成型的带有销孔的圆柱结构，第二销轴安装凸耳221为与右钳体22一体成型的同轴且间隔开的两个带有销孔的圆柱结构。左钳体21和右钳体22连接状态下，第一销轴安装凸耳211位于第二销轴安装凸耳221的两个圆柱结构之间，并通过销轴7与第二销轴安装凸耳221连接。

左钳体21和右钳体22内分别安装有两个导向块6，左钳体21内的两个导向块6的上下限位部61为开口槽，第一销轴安装凸耳211卡设于该开口槽，右钳体22内的两个导向块6的上下限位部61为凸块，该凸块卡设于第二销轴安装凸耳221的两个圆柱结构之间。

本实用新型实施例提供的顶驱背钳，通过在导向块6上设置上下限位部61，防止导向块6发生上下移动，以防止活塞1发生上下方向的摆动。

本实用新型实施例中，如图6所示，导向块6还构造有左右限位臂63，在左钳体21和右钳体22抱合状态下，左钳体21内的导向块6与右钳体22内的导向块6通过左右限位臂63相抵接，导向块6远离左右限位臂63的一端则与钳体2相抵，以限制导向块6的左右移动。

需要说明的是，对导向块6的限位也可以通过在导向块6上构造一凸起结构，钳体2的内壁则构造有与该凸起配合的凹槽，导向块6和钳体2通过凸起和凹槽配合安装之后实现对导向块6的上下左右方向的限位。

本实用新型实施例中，导向块6上还设置有顶丝孔64。顶丝孔64为沿导向槽62长度方向上延伸的通孔，用以防止背钳工作一段时间后导向块6卡在钳牙支座3和钳体2之间难以拆卸，通过顶丝操作将导向块6沿顶丝孔64轴线方向推出。

本实用新型实施例中，如图4所示，钳体2与活塞1的大径段之间设置有密封圈81和第一导向带82。密封圈81采用NBR丁腈橡胶密封圈，第一导向带82起到导向的作用，可防止钳体2与活塞1接触面的磨损。其中，密封圈81与活塞1之间还设置有O型圈，以提高钳体2与活塞1的大径段之间的动态压力密封工作寿命。

由于本实用新型实施例采用复位弹簧522提供活塞1的缩回动力，活塞1的小径段外周和大径段的第二端以及钳体2形成的腔体内不存在液压油，因此，钳体2与活塞1的小径段之间不需要设置密封圈81对液压油进行密封。本实用新型实施例中，如图4所示，在钳体2与活塞1的小径段之间设置防尘圈83，防尘圈83靠近活塞1小径段的端部，以避免灰尘进入弹簧复位腔52。钳体2与活塞1的小径段之间还设置有第二导向带84，用于导向和防止钳体2与活塞1小径段接触面的磨损。

本实用新型实施例中，左钳体21和右钳体22均包括端盖23和钳体本体，钳体本体和端盖23可拆卸连接如螺栓连接，以便于背钳的拆卸和维修。其中，如图4所示，端盖23与钳体本体配合的外周面设置有静密封结构85，如O型圈。当然，端盖23与钳体本体也可以为一体成型结构。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种顶驱背钳，包括钳体和与所述钳体滑动配合的活塞，其特征在于，所述活塞包括连接在一起的大径段和小径段，所述大径段的第一端与所述钳体形成液压腔，所述大径段的第二端与所述小径段的外周以及所述钳体形成弹簧复位腔，所述弹簧复位腔内周向均匀分布有多个复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别与所述钳体和所述大径段的第二端固定连接；

所述钳体内安装有导向块，所述小径段的端部连接有钳牙支座，所述导向块上构造有上下限位部和导向槽，所述上下限位部用于限制所述导向块的上下移动，所述钳牙支座的侧端面活动卡设于所述导向槽。

2.根据权利要求1所述的顶驱背钳，其特征在于，所述钳体包括通过销轴活动连接的左钳体和右钳体，所述左钳体上构造有两个第一销轴安装凸耳，所述右钳体上对应的构造有两个与所述第一销轴安装凸耳配合的第二销轴安装凸耳，所述左钳体和所述右钳体内分别安装有两个导向块，所述左钳体内的所述导向块的上下限位部为开口槽，所述第一销轴安装凸耳卡设于所述开口槽，所述右钳体内的所述导向块的上下限位部为凸块，所述凸块卡设于所述第二销轴安装凸耳。

3.根据权利要求2所述的顶驱背钳，其特征在于，所述导向块构造有左右限位臂，在所述左钳体和所述右钳体抱合状态下，所述左钳体内的所述导向块与所述右钳体内的所述导向块通过所述左右限位臂相抵接，以限制所述导向块的左右移动。

4.根据权利要求3所述的顶驱背钳，其特征在于，所述导向块上还设置有顶丝孔，所述顶丝孔为沿所述导向槽的长度方向延伸的通孔。

5.根据权利要求1所述的顶驱背钳，其特征在于，所述钳体与所述活塞的大径段之间设置有密封圈和第一导向带。

6.根据权利要求5所述的顶驱背钳，其特征在于，所述密封圈与所述活塞之间还设置有O型圈。

7.根据权利要求1所述的顶驱背钳，其特征在于，所述钳体与所述活塞的小径段之间设置有防尘圈和第二导向带。

8.根据权利要求2所述的顶驱背钳，其特征在于，所述左钳体和所述右钳体均包括端盖和钳体本体，所述钳体本体和所述端盖可拆卸连接。

9.根据权利要求8所述的顶驱背钳，其特征在于，所述端盖与所述钳体本体配合的外周面设置有静密封结构。

10.根据权利要求1-9任一项所述的顶驱背钳，其特征在于，所述导向块的材质为合金调制钢。

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