專利名稱:增壓式動力大鉗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
石油或地質(zhì)鉆井工程中的鉆具上、卸扣動力工具。尤其適合于對鉆桿、鉆鋌、方鉆桿的上、卸扣操作。
在石油鉆井工程中，鉆具的上、卸扣工具通常是使用B型吊鉗。操作B型吊鉗是一種危險性較大的重體力勞動。五十年代后國內(nèi)外均研制了不同類型的動力大鉗來代替B型吊鉗的一些操作，這些動力大鉗按其卡緊機(jī)構(gòu)可分為三大類型。第一類坡板滾子式動力大鉗;第二類杠桿壓緊式動力大鉗;第三類液缸直接卡緊式動力大鉗。美國VARCO公司生產(chǎn)的TW-60型動力大鉗和美國專利4060014號均屬于這一類型。前兩類與本發(fā)明采用的卡緊機(jī)構(gòu)的類型無關(guān)。與本發(fā)明有關(guān)的二種動力大鉗不足之處在于以下幾個方面1.在鉗體的鉗口處均裝有手工操作的活門機(jī)構(gòu)或類似的裝置。
2.當(dāng)鉆具規(guī)格變化時，需要進(jìn)行更換零部件的操作。
3.對鉆具接頭尺寸的偏磨限制較大。
4.結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積較大，重量較重。
5.操作閥件較多，工作效率較低。
6.需用一動力絞車或移送支架作為動力大鉗的移送裝置。
本發(fā)明針對已有技術(shù)的不足之處、對構(gòu)成動力大鉗的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的卡緊裝置、扭矩液缸裝置、控制系統(tǒng)，以及動力大鉗的移送裝置等方面進(jìn)行了重大的改革。目的在于為鉆井工程的上、卸扣操作提供一種重量較輕，結(jié)構(gòu)較簡單，操作簡便，時效明顯高于現(xiàn)有技術(shù)的實用性工具。
本發(fā)明選擇的途徑是大鉗以液壓為動力，用同步工作的成對卡緊液缸帶動鉗牙座直接卡緊鉆具接頭，以解決較大范圍的尺寸適應(yīng)性(例如3″～8″)，使其在鉆具規(guī)格變化時無需人工更換零部件的操作;應(yīng)用局部油路增壓技術(shù)，以解決在動力大鉗上使用高壓技術(shù)(例如1000巴以上)，使動力大鉗輕型化;運(yùn)用工作機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)相結(jié)合的辦法，解決部件動作程序控制，使操作簡單化和提高效率;配備以壓縮空氣為動力的拖動式隨鉗機(jī)械手，使動力大鉗在使用時的移送變得輕便、敏捷。
本發(fā)明增壓式動力大鉗(以下簡稱為動力大鉗)其主要機(jī)構(gòu)見附圖1和附圖2，部件包括一個開口式上鉗體(1)和一個開口式下鉗體(2)，每一個鉗體又包括用以卡緊鉆具接頭的一對同步工作的卡緊液缸(3)和增壓液缸(8)構(gòu)成的增壓卡緊機(jī)構(gòu)。增壓機(jī)構(gòu)的液路上裝有手動液壓鎖(35)。上、下鉗的結(jié)構(gòu)完全一致。上、下鉗體(1)(2)之間有一套可以使上、下鉗體(1)(2)相互旋轉(zhuǎn)的滾輪滑道懸掛裝置(4)。在上、下鉗體(1)(2)的鉗尾有一套可以調(diào)轉(zhuǎn)工作方向的，提供上、卸扣動力的扭矩液缸(5)及其懸掛裝置(6)。在動力大鉗上面是一個以壓縮空氣為動力的拖動式機(jī)械手(7)。動力大鉗的移送由鉆工操作。動力大鉗的上、卸扣操作由司鉆進(jìn)行。當(dāng)司鉆發(fā)出上、卸扣訊號以后進(jìn)一步的大鉗動作是自動按順序完成的

圖1為增壓式動力大鉗的主視和俯視示意圖，雙點劃線表示的是機(jī)械手被拉出的示意圖;
圖2為動力大鉗部件裝配關(guān)系示意圖;
圖3為動力大鉗增壓卡緊機(jī)構(gòu)剖面示意圖;
圖4為卡緊液缸同步機(jī)構(gòu)示意圖;
圖5為動力大鉗扭矩液缸裝置剖視示意圖;
圖6為扭矩液缸懸掛裝置結(jié)構(gòu)及安裝示意圖;
圖7為扭矩液缸裝置調(diào)轉(zhuǎn)方向180度示意圖;
圖8為上、下鉗體在扭矩液缸作用下，相對轉(zhuǎn)動示意圖;
圖9為滾輪滑道懸掛裝置與上、下鉗體裝配關(guān)系示意圖;
圖10為動力大鉗液路圖;
圖11為考克撥盤空行程槽結(jié)構(gòu)示意圖;
圖12為動力大鉗拖動式機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖;
圖13為手動液壓鎖的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下對構(gòu)成本發(fā)明的技術(shù)特征的部件、裝置結(jié)合以上附圖作詳細(xì)描述
1.增壓卡緊機(jī)構(gòu)(見附圖3)(1)以成對安裝在開口式鉗體(1)(2)上同步工作的卡緊液缸(3)和對卡緊液缸油路進(jìn)行增壓的增壓液缸(8)共同構(gòu)成的增壓卡緊機(jī)構(gòu)。(由于上、下鉗的增壓卡緊機(jī)構(gòu)完全一致，因此，現(xiàn)只對其中一個加以描述)這種卡緊裝置具有兩個顯著的特點其一是可卡緊在規(guī)定范圍內(nèi)(例如3″～8″)的任何尺寸的鉆具接頭，而無須更換任何零件。省去了現(xiàn)場使用中經(jīng)常遇到的卡緊變徑接頭更換卡緊機(jī)構(gòu)零件的麻煩，并節(jié)省了時間。其二是局部油路增壓技術(shù)的運(yùn)用，在卡緊液缸(3)這個局部使用了高壓(例如1000巴以上)，以達(dá)到所需要的卡緊力，這對動力大鉗整體輕型化起著重要的作用。
已有技術(shù)中卡緊液缸使用的液壓與扭矩液缸的液壓相同。因此為承受扭矩液缸產(chǎn)生的扭矩(例如10000N·m)，卡緊液缸則需要巨大的卡緊力，這就要求卡緊液缸直徑尺寸很大，從而大大增加了卡緊液缸及鉗體的體積和重量。本發(fā)明所述的增壓液缸(8)是在卡緊液缸(3)在液泵輸出的壓力液流的作用下預(yù)先卡住鉆具接頭，然后再對卡緊液缸液路增壓，充分卡緊鉆具接頭。圖3表明了增壓卡緊機(jī)構(gòu)中增壓液缸(8)采用了柱塞付型的增壓結(jié)構(gòu)，增壓液缸(8)開始增壓前液流在系統(tǒng)壓力作用下經(jīng)進(jìn)液口(86)和液口(84)(85)注入卡緊液缸工作腔(31)(32)內(nèi)，使卡緊液缸(3)伸出，實現(xiàn)預(yù)先卡住鉆具接頭，進(jìn)而由于主控閥(37)的切換(切換原理在液路系統(tǒng)部分另作詳細(xì)描述)，由液口(87)注入系統(tǒng)壓力液流，增壓柱塞(88)開始工作，增壓柱塞(88)首先封閉進(jìn)液口(86)，對卡緊液缸(31)(32)腔進(jìn)行增壓。然后由于增壓柱塞(88)的行程又封閉液口(85)。隔離二個卡緊液缸液腔(31)(32)之間的聯(lián)通。從而避免在上、卸扣過程中對卡緊液缸(3)產(chǎn)生的軸向分力所引起的兩個卡緊液缸之間的竄動。增壓柱塞(88)繼續(xù)向前運(yùn)動，達(dá)到增壓力量平衡，例如達(dá)到雙點劃線位置時增壓結(jié)束。增壓液缸(8)的安裝位置可在鉗體(1)(2)的側(cè)板上，或其它合適的位置。
(2)卡緊液缸的同步機(jī)構(gòu)，(見附圖4)一個鉗體上的二個卡緊液缸(3)會由于各種阻力的大小差別，在伸出或縮回時失去同步性。本發(fā)明的同步機(jī)構(gòu)是采用相互制約式的鋼絲繩、滑輪同步裝置。圖四表明了卡緊液缸(3)同步工作原理關(guān)系，它是由一對安裝在上、下鉗體(1)(2)下端面的同步滑輪(93)(94)和固定在鉗牙座(33)上的固定塊(91)(92)以及兩根同步鋼絲繩(95)(96)所組成的。在卡緊液缸(3)完全縮回時，安裝固好同步鋼絲繩(95)(96)。具體裝法是將同步鋼絲繩(95)的一端，固定在右端鉗牙座固定塊(92)上，并順時針方向繞過右面的同步滑輪(93)至左端鉗牙座固定塊(91)上，并加以適當(dāng)?shù)膹埦o力。將另一根同步鋼絲繩(96)的一端固定在左端鉗牙座固定塊(91)上，反時針方向繞過左面滑輪(94)至右端鉗牙座固定塊(92)上，并以同樣適當(dāng)?shù)膹埦o力固定住。這樣，不論哪一邊的卡緊液缸(3)先伸出，必將通過同步鋼絲繩(95)(96)將另一邊的卡緊液缸(3)拉出。反之，縮回時，也必將另一邊卡緊液缸(3)拖回。以達(dá)到強(qiáng)行同步的目的。
同步機(jī)構(gòu)中有主動和被動的差別，因此實際存在著鋼絲繩彈性等因素引起的少量同步誤差。但只要鋼絲繩的固定機(jī)構(gòu)等具有足夠強(qiáng)度本同步機(jī)構(gòu)的誤差可以限制在5毫米以內(nèi)，將不會影響動力大鉗的性能。
(3)手動液壓鎖的結(jié)構(gòu)(見附圖13)上、下鉗卡緊液缸(3)的油路上分別裝有手動液壓鎖(35)。這種液壓鎖可以預(yù)先操作使其投入或解除，這樣上、下鉗可以實現(xiàn)有選擇的單獨操作。附圖十三表明了手動液壓鎖主要由閥體(351);閥芯(352);頂桿(353);解除手柄(354);彈簧(355)和操作手柄(68)組成。閥芯(352)有平衡液孔(357)，用以把(356)腔的液壓引入(358)腔，平衡掉一部份液壓鎖鎖閉時作用在閥心(352)上的壓緊力，使手動解除操作時較省力。附圖十三是液壓鎖投入狀態(tài)，圖中虛線位置為液壓鎖預(yù)先置在解除位置的狀態(tài)。
(4)鉗牙座的自位調(diào)整機(jī)構(gòu)(見附圖3)在圖3中可以看出，本發(fā)明在卡緊液缸(3)與鉗牙座(33)之間安置一橡膠墊(34)，不僅起到了使鉗體受力均勻和保護(hù)鉗牙的作用，而且解決了卡緊偏磨了的不規(guī)則接頭時鉗牙座(33)能自動作適應(yīng)性調(diào)整的問題?？朔藗鹘y(tǒng)設(shè)計中一般依靠鉗體的變形或弧形擺動鉗牙座的方式造成的對鉆具接頭咬合不均勻的缺陷。
2.組合式扭矩液缸裝置(見附圖5)本發(fā)明利用鉆井工程中使用的鉆具接頭均為錐形絲扣聯(lián)接，和依靠端面臺階密封的特點即鉆具接頭端面卸開力矩為最大，而卸開一個角度以后力矩急劇下降的特點，提供一種輕巧的組合式扭矩液缸裝置。圖5表明了扭矩液缸裝置由扭矩液缸(5)和助力液缸(10)組成及其油路連通的關(guān)系。
液流由液口(51)進(jìn)入扭矩液缸(5)工作腔(52)，同時經(jīng)助力液缸(10)的活塞桿(102)的通道(103)進(jìn)入助力液缸(10)的工作腔(105)。因此，助力液缸(10)受液流壓力作用的有效面積為活塞(101)面積減去活塞桿(102)的面積。它與液流壓力的乘積即為助力液缸(10)所提供的推力。助力液缸(10)的活塞桿(102)頂在扭矩液缸(5)的活塞(53)上。所以，在助力液缸(10)的有效行程內(nèi)，扭矩液缸(5)輸出的力將是助力液缸(10)和扭矩液缸(5)所產(chǎn)生的力的疊加。另外由于助力液缸(10)的復(fù)位腔(104)和扭矩液缸(5)的復(fù)位腔(54)經(jīng)管道(55)聯(lián)通，因此，助力液缸(10)的工作和復(fù)位都是自動進(jìn)行的，無須任何閥件或其它專門操作。本動力大鉗上、卸扣轉(zhuǎn)角為45度，其中卸扣時助力液缸(10)的工作轉(zhuǎn)角約為15度左右。扭矩液缸(5)提供正常上、卸扣扭矩而助力液缸(10)只在卸扣時，才輸出一定的扭矩以滿足大扭矩卸扣的需要。
3.改變扭矩液缸工作方向的調(diào)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(見附圖6)為簡便地完成上、卸扣程序的變換和便于操作工人掌握，本動力大鉗給出了改變扭矩液缸(5)工作方向的調(diào)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。圖6表明了一種安裝在動大鉗尾部的可以調(diào)轉(zhuǎn)方向的扭矩液缸(5)懸掛裝置(6)。當(dāng)扭矩液缸完全縮回時，穿裝在上鉗體(1)鉗尾(11)軸孔內(nèi)的懸掛裝置(6)的立軸(62)與穿裝在下鉗體(2)鉗尾(21)軸孔內(nèi)的立柱(20)以及套裝在立柱(20)的軸頸上的扭矩液缸(5)的活塞桿球形軸承(57)處于一條垂直軸線上。因此扭矩液缸(5)可以自由的旋轉(zhuǎn)180度。(見附圖7)。扭矩液缸(5)如圖6所示。在缸筒外則對稱裝有一對掛耳軸(56)，將掛耳法蘭(61)套裝在掛耳軸(56)上，再固定于懸掛裝置(6)上，使扭矩液缸(5)能以掛耳軸(56)軸心為中心。作一定擺動，在垂直面上，有一個活動自由度。懸掛裝置(6)的立軸(62)是可靈活轉(zhuǎn)動地垂直安裝在上鉗體(1)的鉗尾(11)軸孔中，用卡鍵(64)、卡鍵罩(63)和軸用彈性擋圈(65)固定?；钊麠U(58)的球形軸承(57)則是套裝在立柱(20)上端的軸頸上，用卡鍵(203)卡鍵罩(202)和軸用彈性擋圈(204)固定。而立柱(20)下端是穿裝在下鉗體(2)鉗尾(21)軸孔內(nèi)，用彈性擋圈(201)固定。由于上述結(jié)構(gòu)的同軸線條件，扭矩液缸(5)在復(fù)位狀態(tài)時，便能靈活的水平旋扭180度，從而可以隨意調(diào)轉(zhuǎn)扭矩液缸(5)的工作方向。通過扭矩液缸懸掛裝置(6)上的立軸(62)和扭矩液缸(5)上的掛耳軸(56)，使上鉗體(1)與扭矩液缸(5)聯(lián)接在一起。而下鉗體(2)通過立柱(20)與扭矩液缸活塞桿(58)固定在一起，因此當(dāng)扭矩液缸活塞桿(58)伸出時，將使上、下鉗體(1)(2)以鉆具為中心，作相對轉(zhuǎn)動(如圖8所示)，從而達(dá)到上卸扣的目的，扭矩液缸(5)如圖7所示為卸扣狀態(tài)。若按箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)至雙點劃線的位置，則為上扣狀態(tài)。工作原理同上所述，但上、下鉗體將以卸扣時相反的方向轉(zhuǎn)動。
4.上、下鉗體之間的滾輪滑道懸掛裝置(見附圖9和附圖2)為了使上、下鉗(1)(2)的鉗口經(jīng)常保持同心，而在上或卸已經(jīng)偏磨了的鉆具接頭時又能自動地調(diào)整鉗口位置，并在上、下鉗口(1)(2)之間起聯(lián)接作用的滾輪滑道懸掛裝置(4)，其結(jié)構(gòu)要點，是滿足上或卸扣時，上、下鉗體(1)(2)均以鉗口中心(OO′)(見附圖2)為軸心相互旋轉(zhuǎn)的要求。用于聯(lián)接上、下鉗體(1)(2)的滾輪滑道懸掛裝置(4)其半圓形滑道(42)的圓心與下鉗鉗口中心(O′)同心(參見附圖9)。半圓形滑道用螺栓(48)緊固在下鉗體(2)上。具有定心作用的三個滾輪(41)用滾輪支架(44)組合在一起，可在半圓形滑道(42)上以繞下鉗鉗口中心(O′)滾動，而三個滾輪的軸(45)上各套有一個緩沖膠環(huán)(43)安裝在上鉗體的腹板(110)下的三個定位穴(12)中，三個滾輪軸(45)穿過上鉗體(1)的三個孔(13)再在滾輪軸(45)上套上墊圈(49)彈簧(46)用背帽(47)擰緊。進(jìn)一步要說明的一點是上鉗體(1)上的三個孔(13)和上鉗體(1)的腹板(110)下的三個定位穴(12)同心。三個孔(13)的直徑大于穿過它的滾輪軸(45)的直徑而小于三個定位穴(12)的直徑。上鉗體(1)的腹板(110)下的三個定位穴(12)的位置的確定，要點是能滿足上鉗鉗口中心(O)，安裝后與下鉗鉗口中心(O′)同心，而且上鉗體(1)的鉗尾(11)的軸孔中心與下鉗體(2)的鉗尾(21)的立柱孔中心對準(zhǔn)。因此在動力大鉗鉗口無鉆具而空載活動時，上、下鉗體(1)(2)可以借助滾輪滑道懸掛裝置(4)使上、下鉗體(1)(2)以同一假定鉆具為軸心作相對轉(zhuǎn)動。當(dāng)鉗口內(nèi)有鉆具正常上，卸扣時，上、下鉗體(1)(2)能繞鉆具軸心轉(zhuǎn)動。理想狀態(tài)下滾輪滑道懸掛裝置(4)此時應(yīng)不受力。在上、卸偏磨了的鉆具時，靠三個緩沖膠環(huán)(43)的壓縮變形來補(bǔ)償動力大鉗卡住偏磨接頭引起的上、下鉗鉗口的不同心的問題。
5.動力大鉗的控制及液路系統(tǒng)。(見附圖10)本發(fā)明針對已有技術(shù)中的動力大鉗使用多個閥件對液動機(jī)構(gòu)逐個控制效率低的問題，提供了一種易于操作的動力大鉗控制系統(tǒng)。
附圖10為動力大鉗液路系統(tǒng)圖，它表明了本動力大鉗的液路關(guān)系?，F(xiàn)以卸扣為例進(jìn)一步說明動力大鉗的液路流通和動作關(guān)系。(以動力大鉗復(fù)位位置為基準(zhǔn)狀態(tài)起描述)(一)液泵(P)輸出的壓力液流注入主控閥(37)，而主控閥(37)為Y型三位四通閥，閥心處在中間位置時即對通到動力大鉗上的二根耐壓膠管(A)(B)同時供壓力液流。此時各部件的狀態(tài)是(1)延時閥(36)呈封閉狀?！惭訒r閥(36)的特性為(A)(B)雙管或(B)管單管供壓力液流時。延時閥停在封閉位置〕從附圖十可以看出(A)(B)雙管供壓力液流時，延時閥(36)輸出管(a)無輸出，因此扭矩液缸(5)的工作腔(51)不進(jìn)壓力液流，而扭矩液缸(5)的復(fù)位缸腔(54)與(B)管相通。故扭矩液缸(5)繼續(xù)停在復(fù)位狀態(tài)。
(2)增壓液缸(3)的(106)腔，(109)腔和復(fù)位腔(108)均被供壓力液流充滿各腔。并且各腔壓力相同，理論上滿足了增壓液缸(8)在原復(fù)位狀態(tài)增壓柱塞(88)保持靜止不動。另外由于增壓活塞(882)的行程顯示桿(881)占去了增壓活塞(882)一些工作有效面積。因此，此時增壓液缸(8)復(fù)位力大于工作腔(109)對增壓柱塞的推力。也就可靠地保持了增壓柱塞停在復(fù)位位置不動。也保持了壓力液管(A)對卡緊液缸(3)工作腔(31)(32)的通道。
(3)卡緊液缸(3)在雙管(A)(B)供壓力液流狀態(tài)下，工作腔(31)(32)和復(fù)位腔(107)(111)壓力相同。但由于復(fù)位腔(107)(111)的有效面積小于工作腔(31)(32)的面積的原因，工作腔(31)(32)的液壓作用于活塞(34)上的力大于復(fù)位腔(107)(111)作用于活塞(34)上的力，使卡緊液缸(3)伸出，此時油路為工作腔(31)(32)進(jìn)油，復(fù)位腔(107)(111)排油?？ňo液缸(3)推動鉗牙座(33)實行預(yù)卡緊動作。
(二)卡緊液缸預(yù)卡緊后發(fā)出的壓力訊號(未表示)使主控閥(37)自動切換到Ⅰ位，即(A)管仍然供壓力液流，而(B)管和與大氣相通時各部件將產(chǎn)生如下變化(1)增壓液缸(8)在(B)管接通油箱(38)時復(fù)位腔(108)失去壓力。而(A)管壓力液流經(jīng)手動液壓鎖(35)繼續(xù)進(jìn)入工作腔(109)，增壓柱塞失去平衡。增壓柱塞(88)向前運(yùn)動，使增壓腔(106)和卡緊液缸(3)的工作腔(31)(32)增壓。從圖10中可以看出，增壓過程柱塞(88)首先封閉(A)管至增壓腔(106)進(jìn)油口(86)進(jìn)而再封閉通往右端卡緊液缸(3)的工作腔(32)的液口(85)直至增壓力平衡。增壓所需的時間，就是鉗牙座的鉗牙吃入接頭咬出牙痕和鉗體在巨大卡緊力的作用下，鉗體彈性變形，鉗口張大引起的卡緊液缸(3)需要補(bǔ)充液量的時間。實驗表明增壓卡緊僅需要0.1～0.2秒鐘，故延時閥(36)的開啟時間的調(diào)整應(yīng)和增壓卡緊需要的時間相匹配。
(2)扭矩液缸(5)卸扣時的最大扭矩輸出和上扣時的扭矩限制首先要闡明的一點是最大卸扣扭矩和上扣扭矩限制，主要是通過考克(67)和梭閥(69)的作用完成的?？伎?67)受扭矩液缸(5)的工作方向調(diào)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制。(參看附圖11)。考克(67)裝在扭矩液缸懸掛裝置(6)的頂部。立軸(62)有一撥桿(621)，可以在扭矩液缸旋轉(zhuǎn)時通過考克(67)的撥盤(672)撥轉(zhuǎn)閥心(671)。(參看附圖1)卸扣時考克(67)的閥心(671)呈Ⅰ位，即關(guān)的狀態(tài)，(d)管和梭閥(69)不通。則從液路系統(tǒng)圖，附圖十可知，延時閥(36)開啟后壓力液流經(jīng)下端管線(a)注入扭矩液缸(5)的工作腔(51)內(nèi)，同時通過助力液缸(10)活塞桿的液口(f)注入助力液缸(10)的工作腔(105)而扭矩液缸(5)的復(fù)位腔(54)和助力液缸的復(fù)位腔(104)經(jīng)管線(B)和油箱(38)通。因此這時扭矩液缸(5)輸出力將是扭矩液缸(5)的活塞(53)的面積加上助力液缸(10)的活塞的有效面積之和與液流壓力的乘積，即可輸出最大的扭矩，例如可使動力大鉗產(chǎn)生卸扣扭矩10000N.m以上的扭矩。
在扭矩液缸裝置順時針?biāo)叫D(zhuǎn)180度，到上扣程序的過程中(參看附圖11)液缸懸掛裝置(6)的立軸(62)的撥桿(621)撥轉(zhuǎn)兩通考克(67)的閥心(671)90度〔閥心(671)和撥盤(672)相連，撥盤(672)上有90度空行程槽(673)，使扭矩液缸(5)不論是從卸扣位置調(diào)轉(zhuǎn)到上扣位置，還是從上扣位置調(diào)到卸扣位置?？伎?67)的閥心(671)總是只轉(zhuǎn)90度〕。使考克(67)處于Ⅱ位置，即通位(參看附圖10)這時(A)管壓力液流首先從(d)管經(jīng)考克(67)再頂開棱閥(69)經(jīng)(S)管注入扭矩液缸和助力液缸復(fù)位腔(54)(104)作為背壓。當(dāng)延時閥(36)開啟后(A)管壓力液流的另一股經(jīng)延時閥(36)下端的管線(a)注入扭矩液缸(5)的工作腔(51)和助力液缸(10)的工作腔(105)。因此我們可以看到助力液缸(10)由于工作腔(105)和復(fù)位腔(104)內(nèi)都具有壓力相等的壓力液體，作用面積也相同。兩邊平衡，所以此時助力液缸(10)不起作用。而扭矩液缸(5)也因復(fù)位腔(54)和工作腔(51)同時充有壓力相等的壓力液體。而受液壓作用可以輸出推力的有效面積只是活塞桿的面積，它小于扭矩液缸的活塞面積。例如，活塞桿的面積為活塞面積的百分之六十至七十。因此上扣的扭矩就較小。例如最大產(chǎn)生4000～5000N.m左右的扭矩，這就可以使上扣扭矩滿足常用規(guī)格鉆具上扣扭矩所要求的標(biāo)準(zhǔn)，因而有一個安全的限度，以保護(hù)鉆具接頭不被操作失誤而過扭矩所損壞。這些工作過程都是自動完成的，沒有任何專門操作的閥件。所以它簡單、方便、實用。需要進(jìn)一步說明的一點是當(dāng)特殊情況(例如卸反扣接頭)上扣方向需要動力大鉗提供的扭矩超過上述限制的扭矩時，本發(fā)明可以方便地利用考克(67)的撥盤(672)上的90度的空行程槽(673)的特點，在操作動力大鉗上扣(亦即卸反扣鉆具)前，人為地把考克(67)的閥心(671)繼續(xù)向前轉(zhuǎn)90度。使考克(67)重新關(guān)閉，也就是說取消了扭矩限制，以滿足特殊情況下，上扣方向的大扭矩要求。
(三)復(fù)位由司鉆操作，發(fā)一復(fù)位訊號，使主控閥(37)，閥心于Ⅱ位。(A)管和油箱(38)接通，而(B)管供壓力液流，從附圖10可以看到各部件所發(fā)生的變化，(1)延時閥(36)關(guān)閉。
(2)扭矩液缸(5)和助力液缸(10)復(fù)位。
(3)增壓液缸(8)因工作腔(109)液路被手動液壓鎖(35)鎖住而不能復(fù)位。
(4)卡緊液缸(3)因增壓液缸(8)的液路被鎖住因而也不能復(fù)位。增壓液缸(8)的復(fù)位需要靠推動手動液壓鎖(35)的手柄(68)(68)使液壓鎖解除〔即手動液壓鎖(35)內(nèi)的單向伐頂開〕此時增壓液缸(8)的回油路開通，增壓液缸(8)的柱塞(88)即復(fù)位。隨著增壓液缸(8)柱塞(88)復(fù)位，(A)管線至卡緊液缸(3)的工作腔(31)(32)的液路暢通、也就是回油箱(38)的液路暢通，而卡緊液缸(3)則在復(fù)位腔(107)壓力液流的作用下復(fù)位。手動液壓鎖(35)可以分別或全部預(yù)先置解除位置，即能選擇性地控制上鉗(1)或者下鉗(2)。手動液壓鎖(35)如果全部預(yù)先置解除位置，則操作動力大鉗復(fù)位時動力大鉗執(zhí)行機(jī)構(gòu)全部同時復(fù)位。這種可選擇控制，能滿足鉆井工藝對動力大鉗性能的不同需要。例如重復(fù)多次上扣或重復(fù)多次卸扣;配合轉(zhuǎn)盤卸扣或一次上，卸扣動作即復(fù)位，讓動力大鉗離開，都十分方便。
6.拖動式機(jī)械手(見附圖12)本拖動式機(jī)械手(7)(以下簡稱機(jī)械手)以壓縮空氣為動力，由機(jī)械手體(兼引導(dǎo)軌)(71);夾爪氣缸(72);氣開關(guān)(73);拖動氣缸(74)及拖動氣缸支座(75)組成。圖12表明了拖動式機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和裝配位置。機(jī)械手(7)的拖動氣缸(74)在上鉗體(1)上的安裝，是由氣缸支座(75)套在上鉗體(1)上的立柱(15)上和靠二側(cè)的支掌(77)跨住屬于滾輪滑道裝置的二個彈簧(46)而定位的。這種定位由于跨住二個彈簧而具有一定的撓性，拖動氣缸(74)的具體安裝則是把氣缸筒穿在氣缸支座(75)的導(dǎo)管(16)中，用背帽(17)緊固住。氣缸支座(75)的兩側(cè)裝有4個導(dǎo)向滾輪(79)。機(jī)械手體(71)的引導(dǎo)軌(76)套在氣缸支座兩側(cè)的4個導(dǎo)向滾輪(79)上。因此機(jī)械手體(兼引導(dǎo)軌)(71)可以輕快地在4個導(dǎo)向滾輪(79)上滑動。拖動氣缸(74)的活塞桿(78)是只受拉力的空心拉桿，它又兼作氣的通道用?；钊麠U(78)的進(jìn)氣端(18連接在機(jī)械手體(71)上，并且活塞桿(78)的進(jìn)氣端(18)的氣路和機(jī)械手夾爪氣缸(72)工作腔(28)相聯(lián)通。夾爪(19)和夾瓜氣缸(72)的活塞桿(191)是連為一體的。夾爪(19)連活塞桿(191)又是靠活塞桿(191)內(nèi)的滑鍵(192)防止自由轉(zhuǎn)動的，使夾爪始終保持水平狀態(tài)。安裝后的機(jī)械手(7)其開口方向和上、下鉗口方向一致，并且機(jī)械手夾爪(19)中心點(O″)在上、下鉗的鉗口中心(O)(O′)的延長線上，故工人只要輕便地把機(jī)械手體拉出，(亦即把拖動氣缸(74)的活塞桿(78)拉出了)(參見附圖1)靠上鉆具，(參見附圖12)操作氣開關(guān)(73)在工作位置上，則壓縮空氣源從(300)入口經(jīng)管道(301)和(26)至夾爪氣缸(72)的(28)腔使其活塞桿(191)伸出，卡爪(19)卡住鉆具，同時壓縮空氣經(jīng)活塞桿(78)的氣通道(27)入拖動氣缸(74)的(29)腔。在壓縮空氣的作用下，氣活塞(25)帶動活塞桿(78)回縮，亦即機(jī)械手體(兼引導(dǎo)軌)(71)回縮。由于機(jī)械手(7)是安裝在上鉗體(1)上的(見附圖1)只要機(jī)械手(7)的夾爪(19)夾住鉆具，這樣自由懸吊狀態(tài)下的動力大鉗就定向地被拖靠到鉆具上，并且能自定中心。使用這一裝置能使動力大鉗就位準(zhǔn)確，操作輕快。
綜合上述各項
發(fā)明內(nèi)容
的優(yōu)點，表現(xiàn)在除本動力大鉗在對上、卸不同規(guī)格的鉆具接頭時，免除了更換任何零部件和開關(guān)-活門等麻煩，操作簡便，提高了效率以外，明顯的是緊扣扭矩能自動限制而能有效地避免可能出現(xiàn)的操作上疏忽而過扭矩上扣損壞鉆具的事故。由于結(jié)構(gòu)簡單和能程序自動完成上扣或卸扣過程，上、卸扣時間比TW-60型動力大鉗節(jié)省百分之五十以上。本動力大鉗的重量僅為TW-60型動力大鉗的百分之六十五，有利于降低制造成本。
具體操作過程說明(一)準(zhǔn)備工作本動力大鉗的安裝基本和傳統(tǒng)的B型吊鉗相同。是用鋼絲繩自由懸吊在井架上，一般垂于距井口中心一米至一米半為宜。具體使用還須進(jìn)一步作以下準(zhǔn)備如果執(zhí)行卸扣任務(wù)則扭矩液缸(5)(從鉗尾看)應(yīng)轉(zhuǎn)至右側(cè)。如果是上扣任務(wù)則扭矩液缸(5)應(yīng)轉(zhuǎn)在左側(cè)。正常上或卸扣均是一次上、卸扣動作即完成。故上、下鉗液壓鎖(35)都不必使用，全部預(yù)先置于解除位置，使液壓鎖不起作用。接好液路和氣路。
(二)動力大鉗的卸扣操作1.動力大鉗的移送就位本動力大鉗的移送是利用拖動動力大鉗就位的拖動式機(jī)械手(7)。其操作是首先拉出拖動式機(jī)械手體(兼引導(dǎo)軌)(71)使機(jī)械手夾爪口靠到井口待上或卸的鉆具上(此時動力大鉗仍在原位，但動力大鉗鉗口已對準(zhǔn)了井口鉆具)，然后開動機(jī)械手上的氣開關(guān)(73)至工作位置、機(jī)械手夾住井口鉆具、同時拖動氣缸(74)也已進(jìn)氣。機(jī)械手體(兼引導(dǎo)軌)(71)回縮。由于夾住的井口鉆具是不動的，而動力大鉗是自由懸吊著的。從而動力大鉗被準(zhǔn)確地拖靠到鉆具上。動力大鉗用機(jī)械手移送就位約2至3秒鐘。
2.操作動力大鉗(以下由司鉆操作)①預(yù)卡緊動力大鉗被拖動機(jī)械手(7)拖靠到井口鉆具上以后，司鉆操作一個開關(guān)(氣的或電的)(圖中未表示)作為訊號使液壓源P向主控伐(37)供壓力液流(以下是自動順序完成的)。初始主控伐心在中間位置，則二根輸至動力大鉗的液壓管線同時供壓力液流，形成一種再生液路。卡緊液缸(3)對鉆具接頭迅速預(yù)卡緊約用1至1.5秒鐘，〔見動力大鉗預(yù)卡緊鉆具接頭后鉆工應(yīng)將機(jī)械手(7)上的開關(guān)(73)撥到復(fù)位位置使夾爪松開〕②增壓卡緊由預(yù)卡緊壓力訊號(未表示)使主控伐(37)切換到單管供液的工作位置(從圖10看是主控伐(Ⅰ)位)即A管供壓力液流B管回油箱(38)，增壓液缸(8)的柱塞(88)向前運(yùn)動，對卡緊液缸(3)進(jìn)行增壓，從而進(jìn)一步卡緊鉆具，并隔離了一對卡緊液缸之間的通道。
③延時卸扣當(dāng)預(yù)卡緊的壓力訊號(圖中未表示)使主控伐切換到單管供油工作位置Ⅰ位時，延時伐同時開始開啟過程，經(jīng)過延時0.1～0.2秒鐘后，延時伐開啟，扭矩液缸裝置(5)執(zhí)行卸扣動作。助力液缸(10)自動投入工作。
3.操作動力大鉗復(fù)位司鉆給出的復(fù)位訊號使主控伐(37)切換到復(fù)位位置Ⅱ位(參看圖10)。則延時伐關(guān)閉，扭矩液缸裝置(5)和卡緊液缸(3)同時復(fù)位。則大鉗依靠重力的作用，自動擺離井口鉆具。一次卸扣動作完成。復(fù)位用2～3秒鐘。一次動力大鉗卸扣總計7～10秒鐘。
(三)動力大鉗上扣操作正常上扣均為動力大鉗一次動作即完成，故上、下鉗的手動液壓鎖(35)同樣置于解除位置。
當(dāng)動力大鉗卸扣程序需要改變?yōu)樯峡鄢绦驎r，則把扭矩液缸裝置(5)順時針轉(zhuǎn)180度。如圖七所示，扭矩液缸裝置(5)于雙點劃線位置。此時動力大鉗的上、下鉗相互旋轉(zhuǎn)的方向正好與卸扣時相反，其他操作完全和卸扣操作相同。
(四)用動力大鉗完成大扭矩卸扣由鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤配合退扣時的操作上鉗手動液壓鎖(35)預(yù)先置投入位置。動力大鉗鉗尾裝上尾鏈(圖中未表示)，以便承受鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤退扣時的反扭矩。下鉗液壓鎖(35)仍然置于解除位置。其后操作過程完全同卸扣操作所述，只是卸開扣以后動力大鉗復(fù)位時，上鉗卡緊液缸(3)被手動液壓鎖(35)鎖住而不復(fù)位。此時，操作鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤正轉(zhuǎn)，由于動力大鉗的上鉗尚咬住上部鉆具接頭，動力大鉗下鉗被尾鏈所拖住，轉(zhuǎn)盤退扣后，由鉆工推動一下上鉗手動液壓鎖(35)的手柄(68)，使上鉗卡緊液缸(3)復(fù)位，則動力大鉗自然擺離進(jìn)口鉆具。
(五)重復(fù)多次卸扣或重復(fù)多次上扣操作遇有粘扣等情況，需要重復(fù)多次卸扣或重復(fù)多次上扣時(亦即上或卸45度角不夠時)，將下鉗液壓鎖(35)投入，上鉗液壓鎖(35)仍置于解除位置。這樣由于動力大鉗卸扣或上扣以后，下鉗卡緊液缸(3)鎖住，復(fù)位操作時，動力大鉗鉗口松不開，動力大鉗復(fù)位操作時，動力大鉗不再擺離井口鉆具。即可方便地重復(fù)多次卸扣或重復(fù)多次上扣的操作，卸扣或上扣完成后操作動力大鉗復(fù)位，并推動下鉗手動液壓鎖(35)的手柄(68)，使下鉗卡緊液缸(3)復(fù)位，動力大鉗擺離井口鉆具。
權(quán)利要求
1.一種用于石油或地質(zhì)鉆井工程的增壓式動力大鉗(以下簡稱為動力大鉗)是由上鉗體，下鉗體；卡緊機(jī)構(gòu)；扭矩液缸；液路操作控制系統(tǒng)和移送裝置組成。本發(fā)明的特征是上鉗體(1)、下鉗體(2)用一滾輪滑道懸掛裝置(4)進(jìn)行聯(lián)接，所述的卡緊機(jī)構(gòu)為同步工作的卡緊液缸(3)與增壓液缸(8)共同組成的無活門式增壓卡緊機(jī)構(gòu)，所述的扭矩液缸為扭矩液缸(5)和裝在其尾部的助力液缸(10)共同組成的組合式扭矩液缸裝置。對扭矩液缸裝置進(jìn)行安裝和固定的是一套可以調(diào)轉(zhuǎn)扭矩液缸工作方向的液缸懸掛裝置(6)。所述的液路操作控制系統(tǒng)在上扣程序中有上扣扭矩限制液路系統(tǒng)。所述的移送裝置為拖動動力大鉗就位的隨鉗拖動式機(jī)械手(7)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的動力大鉗，其特征在于所述的卡緊機(jī)構(gòu)的油路上分別裝有用以選擇性控制的手動液壓鎖(35)。
3.按照權(quán)利要求
1所述的動力大鉗，其特征在于所述的卡緊液缸(3)與鉗牙座(33)之間有一個起適應(yīng)性調(diào)整作用的橡膠墊(34)。
4.按照權(quán)利要求
1所述的動力大鉗，其特征在于上、下鉗體(1)(2)的聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)，滾輪滑道懸掛裝置(4)上有三個緩沖橡膠環(huán)(43)，三個滾輪(41)、三個彈簧(46)和滾輪滑道(42)。
5.按照權(quán)利要求
1所述的動力大鉗其特征在于所述的組合式扭矩液缸裝置，實現(xiàn)其安裝的是一個可以使扭矩液缸(5)水平旋轉(zhuǎn)180度的液缸懸掛裝置(6)。
6.按照權(quán)利要求
1所述的動力大鉗，其特征在于所述的上扣扭矩限制液路系統(tǒng)是扭矩液缸(5)在從卸扣位置水平旋轉(zhuǎn)180度至上扣位置的過程中，撥動兩通考克(67)的閥心(671)旋轉(zhuǎn)90度，使考克(67)變?yōu)橥?，并借助梭閥(69)把壓力液流首先引入扭矩液缸(5)的復(fù)位腔(54)作為背壓，從而對上扣扭矩實現(xiàn)限制的液路系統(tǒng)。
7.按照權(quán)利要求
1所述的動力大鉗，其特征在于所述的拖動動力大鉗就位的隨鉗拖動式機(jī)械手，是由可以伸縮活動的機(jī)械手體(兼引導(dǎo)軌)(71);夾爪氣缸(72);夾爪(19);氣開關(guān)(73);拖動氣缸(74)及拖動氣缸支座(75)組成的。拖動氣缸(74)是通過氣缸支座(75)固定在上鉗體(1)上的。拖動氣缸(74)的活塞桿(78)是僅受拉力的空心拉桿并兼作氣的通道。
8.按照權(quán)利要求
6所述的限制上扣扭矩系統(tǒng)中的考克(67)其撥盤(672)上有一個90度的空行程槽(673)。
專利摘要
本發(fā)明是石油、地質(zhì)鉆井工程中為了取代B型鉗對鉆具進(jìn)行上、卸扣而設(shè)計的一種增壓式動力大鉗。在卡緊和扭力機(jī)構(gòu)中分別采用增壓液缸和助力液缸的方式。在控制系統(tǒng)中有上扣扭矩自動限制系統(tǒng)。用拖動式機(jī)械手移送動力大鉗。
文檔編號E21B19/16GK85103021SQ85103021
公開日1986年7月30日 申請日期1985年4月17日
發(fā)明者陳月輝, 高昆 申請人:天津大港石油管理局科技處導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan