CN2854057Y - 便携式多功能动力钳 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石油钻机或修井机起下钻作业用便携式多功能动力钳，用于钻杆、套管、油管和抽油杆等的螺纹旋接或旋卸，俗称铁钻工。包括工作机构、使工作机构到达工作位置的定位机构。工作机构包括主钳夹紧机构、旋扣机构、背钳夹紧机构、上、卸扣机构、支架，主钳夹紧机构具有分别通过滚轮和钳牙对钻具接头实施夹紧的两套夹紧结构，与背钳夹紧机构、旋扣机构、上、卸扣机构配合可实现旋扣和上、卸扣操作一次完成，集旋扣钳和上卸扣钳于一体；定位机构使工作机构以立柱为中心在平面方位、高度、半径距离上进行调整，从而可将工作机构准确定位到工作位置。本实用新型更换钳牙可满足不同直径的钻具的夹紧，应用范围大并且体积小、重量轻。

Description

便携式多功能动力钳

技术领域

本实用新型涉及一种石油钻井或修井作业用井口工具，特别涉及一种起下钻作业用便携式多功能动力钳，俗称铁钻工。

背景技术

石油钻机、修井机的起下钻作业主要包括吊放钻杆、钻铤、套管、油管和抽油杆等重物上下钻台及下入井下，根据不同作业内容要进行钻杆、套管、油管、抽油杆等钻具或管件接头的螺纹旋扣和上、卸扣操作，从而进行钻具或管件接头间螺纹旋进或旋出。动力钳就是对钻具接头进行旋扣和上、卸扣操作的井口工具。已知技术中，石油钻机或修井机起下作业用动力钳分为钻杆钳、套管钳、油管钳和抽油杆钳等，动力钳互换性差、结构复杂、体积大、重量重，使用时通过钢丝绳悬挂在井架天车区域，通过人工将其推到井眼中心线即井口作业位置，当动力钳重量超过2000kg时，移动困难，一般需要3人，旋扣和上、卸扣操作是利用钻机绞车上机械猫头旋转产生动力和钻井工人的体力劳动相结合完成，由于旋扣时需扭矩小，上、卸扣又称紧扣、松扣时需扭矩大，因此分别配备有旋扣钳和上卸扣钳，操作时工人劳动强度大、工效低、不安全。特别是由于设备重，加上工作的重复性，工人容易受伤尤其是手部受伤风险性较大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能一次完成旋扣和上、卸扣作业的石油钻机或修井机起下钻作业用便携式多功能动力钳，集旋扣钳和上卸扣钳于一体，适用于钻杆、套管、油管和抽油杆等钻具或管件的旋接，并且体积小、重量轻、准确、方便到达作业位置。

本实用新型便携式多功能动力钳，包括工作机构、使工作机构到达工作位置的定位机构。

所述工作机构包括主钳夹紧机构、旋扣机构、背钳夹紧机构、上、卸扣机构、支架。

所述主钳夹紧机构、旋扣机构构成主钳，主钳夹紧机构的结构是：左主钳体、右主钳体的中间部位通过铰链连接，左主钳体、右主钳体的钳头钳口部位分别安装两对滚轮，左主钳体、右主钳体的钳尾处分别与一液压缸的缸体和活塞铰接，左主钳体、右主钳体上还分别安装有相互位置对称且同步工作的一液压缸，该两个液压缸的活塞分别连接一个相同结构的推杆机构，两个推杆机构的杠杆分别与左主钳体、右主钳体铰接，两个杠杆的两端分别通过长孔与两个液压缸的活塞和两个推杆的一端铰接，两个推杆的另一端分别安装钳牙并分别位于左主钳体、右主钳体的钳口处；所述旋扣机构由所述两对滚轮及安装在左主钳体、右主钳体上分别驱动两对滚轮旋转的传动装置构成。

所述背钳夹紧机构构成背钳，其结构是：左背钳体、右背钳体中间部位通过铰链连接，左背钳体、右背钳体的钳头钳口部位分别安装有钳牙，左背钳体、右背钳体钳尾处分别与一液压缸的缸体和活塞铰接。

所述上、卸扣机构由分别安装在左主钳体和左背钳体及右主钳体和右背钳体之间的位置对称且同步工作的左扭矩液压缸、右扭矩液压缸构成，左扭矩液压缸的缸体支架安装在左背钳体上，左扭矩液压缸的活塞与左主钳体铰接，右扭矩液压缸的缸体支架安装在右主钳体上，右扭矩液压缸的活塞与右背钳体铰接。

所述主钳和背钳安装在支架上，主钳和背钳上下位置对应。

所述定位机构包括支座、立柱、起升液压缸、支撑架、倾斜伸缩液压缸、伸缩臂、轴承，支座与钻机钻台固定连接，立柱通过轴承支撑在支座上，起升液压缸活塞端固定在立柱上，缸体可沿立柱的轨道上下滑动，支撑架与起升液压缸的缸体连接，倾斜伸缩液压缸的缸体铰接在支撑架上，活塞与伸缩臂铰接，伸缩臂的一端与所述工作机构的支架顶部铰接，另一端与支撑架铰接。

上述旋扣机构的分别驱动两对滚轮旋转的传动装置由分别安装在左主钳体、右主钳体上的一对同步工作的液压马达、分别安装在该对液压马达的轴、中间轴、滚轮轴上的齿轮依次啮合传动构成。

上述主钳在所述工作机构的支架上的安装是通过左主钳体、右主钳体中间部位的连接铰链和位于该铰链左右两侧且与该铰链不在同一直线上的两个销轴安装在支架上水平设置的一连接板上，该连接板上与该两个销轴的连接孔是以左主钳体、右主钳体中间部位连接铰链为中心的圆弧形长孔；上述背钳在所述工作机构的支架上的安装是通过左背钳体、右背钳体中间部位的连接铰链和位于该铰链左右两侧且与该铰链不在同一直线上的两个销轴安装在支架上水平设置的另一连接板上，该连接板上与该两个销轴的连接孔是以左背钳体、右背钳体中间部位连接铰链为中心的圆弧形长孔。

上述伸缩臂是U字形状，倾斜伸缩液压缸的活塞与伸缩臂的铰接点和伸缩臂与支撑架的铰接点靠近。

有益效果：本实用新型主钳上分别有由滚轮和钳牙对钻具或管件接头夹紧的两套夹紧结构，与背钳夹紧机构、旋扣机构、上、卸扣机构配合实现了对钻具接头旋扣和上、卸扣操作一次完成，集旋扣钳和上卸扣钳于一体。定位机构使安装于支架上的主钳和背钳构成的工作机构以立柱为中心在平面方位、高度、半径距离上进行调整，从而可将工作机构准确定位到工作位置。更换钳牙可满足对不同直径的钻具或管件夹紧，适用于钻杆、套管、油管和抽油杆等钻具或管件的旋接。使钻具或管件连接更安全、快捷和可靠，可大大提高钻井作业效率，降低钻井成本和事故率，并且体积小、重量轻。

附图说明

图1(a)是主钳夹紧机构、上、卸扣机构结构示意图

图1(b)是图1(a)中沿A-A截面剖视图，是主钳钳体与支架连接板圆弧形长孔连接结构示意图

图2(a)是背钳夹紧机构、上、卸扣机构结构示意图

图2(b)是图2(a)中沿B-B截面剖视图，是背钳钳体与支架连接板圆弧形长孔连接结构示意图

图3(a)是旋扣机构结构示意图

图3(b)是图3(a)中沿C-C截面剖视图

图4是工作机构安装位置和定位机构结构示意图

具体实施方式

石油钻机或修井机井口工具便携式多功能动力钳的工作机构如图1(a)、图1(b)、图2(a)、图2(b)、图3(a)、图3(b)、图4所示，包括主钳夹紧机构和旋扣机构、背钳夹紧机构、上、卸扣机构、支架39。

如图1(a)、图3(a)、图3(b)所示，主钳夹紧机构和旋扣机构构成主钳。

如图2(a)所示，背钳夹紧机构构成背钳。

如图4、图1(a)、图1(b)、图2(a)、图2(b)所示，支架39用于安装主钳和背钳，主钳和背钳上下位置对应。

主钳夹紧机构如图1(a)所示，左主钳体1、右主钳体2的中间部位通过铰链3连接，左主钳体1、右主钳体2钳头钳口部位分别安装一对滚轮4、5，左主钳体1的钳尾与液压缸7的缸体铰接，液压缸7的活塞与右主钳体2的钳尾铰接，左主钳体1、右主钳体2上分别安装有成对作用的液压缸8、12，液压缸8、12的活塞分别与结构相同的一推杆机构连接，两个推杆机构的两个连杆9、13分别与左主钳体1、右主钳体2铰接，连杆9的两端分别与液压缸8的活塞、推杆10的一端通过长孔铰接，推杆10的另一端安装钳牙11并位于左主钳体1钳口处，同样，连杆13的两端分别与液压缸12的活塞、推杆14的一端通过长孔铰接，推杆14的另一端安装钳牙15并位于右主钳体2钳口处，两对滚轮4、5、推杆10、14端部的钳牙11、15可分别构成对钻具或管件接头的夹持。旋扣前夹紧时，液压缸7油缸进油，缸体与活塞分别左右移动，带动左主钳体1、右主钳体2绕它们之间的铰接点转动，使夹头处的滚轮4、5将钻具或管件接头6沿径向夹紧。上、卸扣夹紧时，液压缸7保持滚轮4、5夹紧静止不动，液压缸8、12同时进油工作，带动推杆机构带动钳牙11、15将钻具或管件接头6沿径向夹紧。上、卸扣时由于扭矩大，主钳夹紧机构采用钳牙夹紧和滚轮夹紧的双重复合夹紧结构。

旋扣机构如图3(a)、图3(b)所示，左主钳体1、右主钳体2上分别安装有同步工作的液压马达27(右主钳体2上的液压马达未示意出)，液压马达27的轴端安装有齿轮28，中间轴上安装有齿轮29，滚轮4轴端安装有齿轮30，上述齿轮依次啮合由液压马达27驱动构成传动装置驱动滚轮4旋转，滚轮5的驱动装置与滚轮4的驱动装置相同。滚轮4、5与被滚轮4、5夹持的钻具或管件接头6通过摩擦力传递动力，实现钻具或管件接头6的旋扣，由于旋扣时需扭矩较小，因此采用滚轮夹紧并摩擦传递动力的结构。驱动滚轮4、5旋转的传动装置也可采用电机、气动马达驱动的齿轮传动、带传动、链传动等其它机械传动方式。

背钳夹紧机构如图2(a)所示，左背钳体19、右背钳体20中间部位通过铰链21连接，左背钳体19、右背钳体20的钳头钳口部位分别安装有钳牙22、23，左背钳体19的钳尾与液压缸24的缸体铰接，液压缸24的活塞与右背钳体20的钳尾铰接。夹紧时，液压缸24油缸进油，缸体与活塞分别左右移动，带动左背钳体19、右背钳体20绕它们之间的铰接点转动，使钳口处的钳牙22、23将钻具或管件接头25沿径向夹紧。

控制系统控制主钳夹紧机构液压缸7与背钳夹紧机构的液压缸24同步工作，实现主钳与背钳同步夹紧，只需更换钳牙便可满足不同规格钻具或管件接头的夹紧，适用于钻杆、套管、油管、抽油杆等钻具或管件的旋接。

上、卸扣机构如图1(a)、图2(a)所示，成对的左扭矩液压缸16、右扭矩液压缸17分别安装在左主钳体1和左背钳体19及右主钳体2和右背钳体20之间，左扭矩液压缸16的缸体支架26安装在左背钳体19上，左扭矩液压缸16的活塞与左主钳体1铰接，右扭矩液压缸17的缸体支架18安装在右主钳体2上，右扭矩液压缸17的活塞与右背钳体20铰接。工作时，控制左、右扭矩液压缸16、17同时进油，左扭矩液压缸16缸体不动，活塞带动左主钳体1转动，右扭矩液压缸17的活塞不动，缸体带动右主钳体2转动，使左主钳体1、右主钳体2带动钳头和钻具接头6转动一个32°～34°角度，完成上扣(又称紧扣)动作。卸扣(又称松扣)与上扣动作反方向操作。

如图4、图1(a)、图1(b)、图2(a)、图2(b)所示，主钳夹紧机构和旋扣机构构成的主钳和背钳夹紧机构构成的背钳安装在支架39上，主钳和背钳上下位置对应。

如图1(a)、图1(b)所示，主钳通过铰链3、销轴40、销轴40′安装在支架39的水平设置的连接板390上，连接板390上与销轴40、销轴40′的连接孔是以铰链3为中心的圆弧形长孔。主钳夹紧和上、卸扣操作时，左主钳体1、右主钳体2分别带动销轴40、销轴40′在其圆弧形长孔中移动。

如图2(a)、图2(b)所示，背钳通过铰链21、销轴41、销轴41′安装在支架39的水平设置的连接板391上，连接板391上与销轴41、销轴41′的连接孔是以铰链21为中心的圆弧形长孔。背钳夹紧操作时，左背钳体19、右背钳体20分别带动销轴41、销轴41′在其圆弧形长孔中移动。

主钳和背钳在工作机构支架上的安装不限于上述结构，可以是在支架39上以主钳和背钳左、右钳体铰接点为铰接点的前提下，使主钳和背钳由支架支撑的同时实现夹紧、上卸扣时能绕铰接点转动的任意结构形式。如可采用主钳和背钳分别由支架上水平设置的两个连接板支撑，主钳钳体和背钳钳体与各自连接板之间在上述销轴所在部位安装一个碗状弹簧，碗状弹簧的下端与连接板固定，上端连接具有圆弧形长孔的导槽，导槽支撑在主钳钳体和背钳钳体下平面，主钳钳体和背钳钳体下平面上分别有与碗状弹簧上端导槽的圆弧形长孔移动配合的圆柱形导块，这种结构还可实现连接板对主钳和背钳的弹性支撑。

如图4所示，定位机构包括支座31、立柱32、起升液压缸33、支撑架34、倾斜伸缩液压缸35、U字型伸缩臂36、轴承38，支座31与钻机钻台37固定连接，立柱32通过轴承38支撑在支座31上，起升液压缸33的活塞固定在立柱32上，缸体可沿立柱32的轨道上下滑动，支撑架34与起升液压缸33的缸体固定连接，倾斜伸缩液压缸35缸体铰接在支撑架34上，活塞与U字型伸缩臂36铰接，U字型伸缩臂36的一端与工作机构的支架39顶部铰接，另一端与支撑架34铰接。上述倾斜伸缩液压缸35、U字型伸缩臂36、支撑架34之间的铰接构成一个连杆机构，随着倾斜伸缩液压缸35活塞的伸出长度可调整悬挂在U字型伸缩臂36上的工作机构与立柱32的水平距离。设置倾斜伸缩液压缸35的活塞与U字型伸缩臂36的铰接点和U字型伸缩臂36与支撑架34的铰接点靠近，可通过倾斜伸缩液压缸35活塞的小位移实现工作机构相对立柱的大位移。工作时，根据井口或小鼠洞的位置，人工推动立柱32相对钻机钻台37转动一定角度，使工作机构对准确井口或鼠洞方位，对准后将立柱32的转动锁死，通过调整倾斜伸缩液压缸35活塞伸出长度调整工作机构到立柱32旋转中心的半径距离，通过调整起升液压缸33缸体的高度调整工作机构的高度，从而将工作机构准确定位到井口或小鼠洞的上方的工作位置。

Claims (4)

1、一种便携式多功能动力钳，包括工作机构、使工作机构到达工作位置的定位机构，其特征在于：

所述工作机构包括主钳夹紧机构、旋扣机构、背钳夹紧机构、上、卸扣机构、支架(39)；

所述主钳夹紧机构、旋扣机构构成主钳；主钳夹紧机构的结构是：左主钳体(1)、右主钳体(2)的中间部位通过铰链(3)连接，左主钳体(1)、右主钳体(2)的钳头钳口部位分别安装两对滚轮(4)、(5)，左主钳体(1)、右主钳体(2)的钳尾处分别与液压缸(7)的缸体和活塞铰接，左主钳体(1)、右主钳体(2)上还分别安装有位置对称且同步工作的液压缸(8)、(12)，液压缸(8)、(12)的活塞分别连接一个相同结构的推杆机构，两个推杆机构的杠杆(9)、(13)分别与左主钳体(1)、右主钳体(2)铰接，杠杆(9)、(13)的两端分别通过长孔与液压缸(8)、(12)的活塞和推杆(10)、(14)的一端铰接，推杆(10)、(14)的另一端分别安装钳牙(11)、(15)并分别位于左主钳体(1)、右主钳体(2)的钳口处；所述旋扣机构由所述两对滚轮(4)、(5)及安装在左主钳体(1)、右主钳体(2)上分别驱动两对滚轮(4)、(5)旋转的传动装置构成；

所述背钳夹紧机构构成背钳，其结构是：左背钳体(19)、右背钳体(20)中间部位通过铰链(21)连接，左背钳体(19)、右背钳体(20)的钳头钳口部位分别安装钳牙(22)、(23)，左背钳体(19)、右背钳体(20)的钳尾处分别与液压缸(24)的缸体和活塞铰接；

所述上、卸扣机构由分别安装在左主钳体(1)和左背钳体(19)及右主钳体(2)和右背钳体(20)之间的位置对称且同步工作的左扭矩液压缸(16)、右扭矩液压缸(17)构成，左扭矩液压缸(16)的缸体支架(26)安装在左背钳体(19)上，左扭矩液压缸(16)的活塞与左主钳体(1)铰接，右扭矩液压缸(17)的缸体支架(18)安装在右主钳体(2)上，右扭矩液压缸(17)的活塞与右背钳体(20)铰接；

所述主钳和背钳安装在支架(39)上，主钳和背钳上下位置对应；

所述定位机构包括支座(31)、立柱(32)、起升液压缸(33)、支撑架(34)、倾斜伸缩液压缸(35)、伸缩臂(36)、轴承(38)，支座(31)与钻机钻台(37)固定连接，立柱(32)通过轴承(38)支撑在支座(31)上，起升液压缸(33)的活塞固定在立柱(32)上，缸体沿立柱(32)的轨道上下滑动，支撑架(34)与起升液压缸(33)的缸体固定连接，倾斜伸缩液压缸(35)的缸体铰接在支撑架(34)上，活塞与伸缩臂(36)铰接，伸缩臂(36)的一端与所述工作机构的支架(39)顶部铰接，另一端与支撑架(34)铰接。

2、如权利要求1所述的便携式多功能动力钳，其特征在于：所述旋扣机构的分别驱动两对滚轮(4)、(5)旋转的传动装置由分别安装在左主钳体(1)、右主钳体(2)上的一对同步工作的液压马达(27)、分别安装在液压马达(27)轴、中间轴、滚轮轴上的齿轮(28)、(29)、(30)依次啮合传动构成。

3、如权利要求1所述的便携式多功能动力钳，其特征在于：所述主钳在所述工作机构的支架(39)上的安装是通过铰链(3)和位于铰链(3)左右两侧且与铰链(3)不在同一直线上的销轴(40)、销轴(40′)安装在支架(39)上水平设置的连接板(390)上，连接板(390)与销轴(40)、销轴(40′)的连接孔是以铰链(3)为中心的圆弧形长孔；所述背钳在所述工作机构的支架(39)上的安装是通过铰链(21)和位于铰链(21)左右两侧且与铰链(21)不在同一直线上的销轴(41)、销轴(41′)安装在支架(39)上水平设置的连接板(391)上，连接板(391)与销轴(41)、销轴(41′)的连接孔是以铰链(21)为中心的圆弧形长孔。

4、如权利要求1所述的便携式多功能动力钳，其特征在于：所述伸缩臂(36)是U字形状，倾斜伸缩液压缸(35)的活塞与伸缩臂(36)的铰接点和伸缩臂(36)与支撑架(34)的铰接点靠近。

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