專利名稱：一種鉆桿卡夾、鉗阻尼緩沖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種石油鉆井設(shè)備，特別涉及石油鉆機在移運、排放鉆 桿設(shè)備中的卡夾、鉗阻尼、緩沖機構(gòu)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，陸地石油鉆機在移運、排放鉆桿作業(yè)基本依靠人力手工作業(yè)完成。 國內(nèi)至今尚未出現(xiàn)在輕型鉆桿移運、排放機械必須具備的鉆桿夾持裝置阻尼 緩沖機構(gòu)。國外已有成套的鉆桿移運、排放系統(tǒng)，大多配套于海洋鉆機，所 設(shè)計的夾持裝置或機械手主要按重型鉆具考慮，對一般鉆具而言動力儲備和 構(gòu)件強度設(shè)計都有較大余量，而在設(shè)備的阻尼、緩沖保護方面則顯得不足。 對于國內(nèi)陸地鉆機的鉆桿移運、排放主要在鉆機起下鉆作業(yè)中對處于垂直狀 態(tài)的立根進行操作，因此功能需求比較簡單，在滿足結(jié)構(gòu)強度的前提下設(shè)備 設(shè)計成緊湊、輕巧，靈便，適合安裝于二層臺或井架上的輕型設(shè)備。在對設(shè) 備進行輕量化設(shè)計的同時，設(shè)備運行的安全、平穩(wěn)性也應(yīng)具有更高的性能， 滿足更高的要求，卡夾、鉗阻尼、緩沖機構(gòu)的設(shè)計正是基于此目的和背景。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型一種鉆桿卡夾、鉗阻尼緩沖裝置，所要解決的技術(shù)問題是克 服現(xiàn)有技術(shù)中夾持裝置或機械手主要按重型鉆具考慮，對一般鉆具而言動力 儲備和構(gòu)件強度設(shè)計都有較大余量，而在設(shè)備的阻尼、緩沖保護方面則顯得 不足。本實用新型設(shè)計一種適合與當(dāng)前國內(nèi)陸地鉆機輕型鉆桿移運、排放設(shè) 備配套的結(jié)構(gòu)緊湊、組裝方便、維護容易、成本低廉的石油鉆桿卡夾持阻尼、 緩沖機構(gòu)，使卡夾、鉗與排放臂之間通常的剛性連接變?yōu)槿嵝赃B接，降低設(shè) 備在操作過程中可能出現(xiàn)的過載、受阻、誤操等狀況所引發(fā)的風(fēng)險，提高鉆 具提起、移動過程的平穩(wěn)性，降低卡夾、鉗夾取對中的要求，使夾取操作更 為容易，縮短操作時間。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的解決方案是 一種鉆桿卡夾、鉗阻尼緩沖裝置，其特征是所述裝置由懸掛式萬向連接架
3和緩沖機構(gòu)組成；懸掛式萬向連接架由俯仰軸、俯仰軸懸掛支架、十字正交 軸連接柱、橫傾軸、橫傾軸懸掛支架組成，俯仰軸懸掛支架通過俯仰軸與十 字正交軸連接柱的上軸孔鉸接；橫傾軸懸掛支架通過橫傾軸與十字正交軸連 接柱的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架通過螺栓固定在輕型鉆桿移運、排放設(shè)
備排放臂上；橫傾軸懸掛支架通過緊固螺栓固定在卡夾、鉗n形安裝支架上
部；卡夾、鉗通過懸掛式萬向連接架能繞俯仰軸和橫傾軸進行回轉(zhuǎn)，形成排 放臂與卡夾、鉗之間的柔性、兩維鉸接結(jié)構(gòu)；所述緩沖機構(gòu)分別由俯仰緩沖 機構(gòu)和橫傾緩沖機構(gòu)組成，俯仰緩沖機構(gòu)由卡夾、鉗支架下連接螺栓、下耳 板座、彈簧氣液雙向緩沖器、搖桿、搖桿軸和副臂與雙向緩沖器連接軸組成，
下耳板座經(jīng)卡夾、鉗支架下連接螺栓固定于卡夾、鉗n形安裝支架下部，并
與彈簧氣液雙向緩沖器活塞桿端頭鉸接；彈簧氣液雙向緩沖器的另一端耳板 則鉸接于副臂與雙向緩沖器連接軸的中間部位；
(1) 所述橫傾緩沖機構(gòu)由橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架、橫傾緩沖彈簧座與 調(diào)節(jié)螺旋、橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿和橫傾彈簧組成；橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架 經(jīng)螺栓固定于十字正交軸連接柱，其上安裝有橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿，旋轉(zhuǎn) 橫傾緩沖彈簧座與調(diào)節(jié)螺旋對橫傾彈簧的初始工作負荷進行調(diào)整。將卡夾、
鉗n形安裝支架上部與輕型鉆桿移運、排放設(shè)備排放臂之間的連接設(shè)計成具
有柔性的兩維鉸接結(jié)構(gòu)，使卡夾、鉗夾持鉆桿后，相對于排放臂能繞兩個水 平正交的鉸鏈軸回轉(zhuǎn)；
(2) 在卡夾、鉗n形安裝支架下部經(jīng)下耳板座鉸接了一個雙向緩沖
器，使卡夾、鉗在外力作用下能分別沿縱向(活塞桿)和橫向(副臂與雙向 緩沖器連接軸)產(chǎn)生線位移；
(3) 在橫傾懸掛支架與十字正交連接柱之間安裝了兩個橫傾緩沖彈 簧，形成繞橫傾軸的阻尼、緩沖結(jié)構(gòu)；在卡夾、鉗n形安裝支架下部鉸接的 雙向緩沖器，形成繞俯仰軸的阻尼與緩沖結(jié)構(gòu)；
本實用新型主要解決-(1)消除和緩沖在排放臂與卡夾、鉗兩水平軸上出現(xiàn)的超過額定的扭矩負 荷和過載沖擊。
當(dāng)輕型鉆桿移運、排放設(shè)備與卡夾、鉗設(shè)計成剛性連接時，長達27.5
4米立根底部水平方向上稍有外力或鉆桿處于傾斜狀態(tài)，即會在位于立根上端 的夾鉗與排放臂形成一個很大的扭矩，極易造成構(gòu)件損壞，帶來安全風(fēng)險。 因此要求排放臂、夾鉗在繞水平方向兩軸除能承受鉆桿重心相對于吊點偏心 造成的扭矩負荷外，還必須考慮在鉆桿上可能出現(xiàn)的外力和鉆桿姿態(tài)所形成 的扭矩，相應(yīng)構(gòu)件強度設(shè)計要比正常偏大許多。這對要求在井架上部或二層 臺安裝的輕型鉆桿移運、排放設(shè)備的自身重量不能過重是個很大的矛盾。
(2) 為使卡夾、鉗夾住鉆桿后具有足夠提起鉆桿的夾持力，卡夾、鉗應(yīng) 在夾持鉆桿過程中自動消除卡夾、鉗中心線與鉆桿中心存在的偏差。
在卡夾、鉗夾持鉆桿的操作中很難做到將卡夾、鉗中心與位于井口或鉆 桿盒中的鉆桿中心完全對準(zhǔn)一致，存在的偏差將直接影響卡夾、鉗夾住鉆桿 后卡瓦與鉆桿干表面的吻合程度，亦即影響到?jīng)Q定能否可靠提升的夾持力。
(3) 減小鉆桿在移動、回轉(zhuǎn)過程中因鉆桿慣性引起的啟動沖擊、搖擺、 增加移運的平穩(wěn)性，縮短鉆桿移運、夾取操作時間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下技術(shù)效果
本實用新型使卡夾、鉗與排放臂之間通常的剛性連接變?yōu)槿嵝赃B接，降 低設(shè)備在操作過程中可能出現(xiàn)的過載、受阻、誤操等狀況所引發(fā)的風(fēng)險，提 高鉆具提起、移動過程的平穩(wěn)性，降低卡夾、鉗夾取對中的要求，使夾取操 作更為容易，縮短操作時間。


附圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)
附圖2是本實用新型的總體結(jié)構(gòu) 附圖中的標(biāo)號說明
1. 鉆桿
2. 俯仰軸
3. 俯仰軸懸掛支架
4. 十字正交軸連接柱
5. 橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架
6. 橫傾緩沖彈簧座與調(diào)節(jié)螺旋
原理主視圖。 原理側(cè)視圖。
12. 卡夾、鉗支架下連接螺栓
13. 下耳板座
14. 彈簧氣液雙向緩沖器
15. 排放臂
16. 排放臂與緩沖器緊固螺栓
17. 搖桿軸7.橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿
緩沖器與卡夾、鉗緊固螺栓
8.橫傾軸
卡夾、鉗n形安裝支架
9.橫傾緩沖彈簧
10.橫傾軸懸掛支架
排放臂副臂
ll.卡夾、鉗
22.副臂與雙向緩沖器連接軸
具體實施方式
以下結(jié)合附圖1和附圖2對本實用新型結(jié)構(gòu)、原理和功能作進一步描述。 一種鉆桿卡夾、鉗阻尼緩沖裝置，其結(jié)構(gòu)特征是所述裝置由懸掛式萬 向連接架和緩沖機構(gòu)組成;懸掛式萬向連接架由俯仰軸2、俯仰軸懸掛支架3、 十字正交軸連接柱4、橫傾軸8、橫傾軸懸掛支架10組成，俯仰軸懸掛支架 3通過俯仰軸2與十字正交軸連接柱4的上軸孔鉸接；橫傾軸懸掛支架3通 過橫傾軸8與十字正交軸連接柱4的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架3通過螺 栓16固定在輕型鉆桿移運、排放設(shè)備排放臂15上；橫傾軸懸掛支架10通過 緊固螺栓18固定在卡夾、鉗n形安裝支架19上部；卡夾、鉗11通過懸掛式 萬向連接架能繞俯仰軸2和橫傾軸8進行回轉(zhuǎn)，形成排放臂15與卡夾、鉗 ll之間的柔性、兩維鉸接結(jié)構(gòu)。
其中的緩沖機構(gòu)分別由俯仰緩沖機構(gòu)和橫傾緩沖機構(gòu)組成，俯仰緩沖機 構(gòu)由卡夾、鉗支架下連接螺栓12、下耳板座13、彈簧氣液雙向緩沖器14、 搖桿20、搖桿軸17和副臂與雙向緩沖器連接軸22組成，下耳板座13經(jīng)卡 夾、鉗支架下連接螺栓12固定于卡夾、鉗n形安裝支架19下部，并與彈簧 氣液雙向緩沖器14活塞桿端頭鉸接；彈簧氣液雙向緩沖器14的另一端耳板 則鉸接于副臂與雙向緩沖器連接軸22的中間部位。
橫傾緩沖機構(gòu)由橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架5、橫傾緩沖彈簧座與調(diào)節(jié)螺旋 6、橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿7、橫傾彈簧9組成；橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架5經(jīng) 螺栓固定于十字正交軸連接柱4，其上安裝有橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿7，旋轉(zhuǎn) 橫傾緩沖彈簧座與調(diào)節(jié)螺旋6對橫傾彈簧9的初始工作負荷進行調(diào)整。
本實用新型由懸掛式萬向連接架和緩沖機構(gòu)組成；懸掛式萬向連接架實 現(xiàn)卡夾、鉗11與排放臂15之間的柔性兩維鉸接結(jié)構(gòu)；緩沖機構(gòu)則實現(xiàn)對橫 傾軸8和俯仰軸2的阻尼、緩沖功能。懸掛式萬向連接架由俯仰軸2、俯仰軸懸掛支架3、十字正交軸連接柱4、 橫傾軸8、橫傾軸懸掛支架10組成。俯仰軸懸掛支架3通過俯仰軸2與十字 正交軸連接柱4的上軸孔鉸接；橫傾軸懸掛支架3通過橫傾軸8與十字正交 軸連接柱4的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架3通過螺栓16固定在輕型鉆桿移 運、排放設(shè)備排放臂15上;橫傾軸懸掛支架10通過緊固螺栓18固定在卡夾、 鉗n形安裝支架19上部；卡夾、鉗11通過懸掛式萬向連接架能繞俯仰軸2 和橫傾軸8進行回轉(zhuǎn)，形成排放臂15與卡夾、鉗ll之間的柔性、兩維鉸接 結(jié)構(gòu)。
柔性、兩維鉸接結(jié)構(gòu)使卡夾、鉗11夾持鉆桿1后，能繞相互正交的俯仰 軸2和橫傾軸8回轉(zhuǎn)，亦即允許鉆桿1通過本實用新型在縱向和橫向擺動。 當(dāng)鉆桿l被提起后，在重力作用下鉆桿重心能自動與中心線重合，避免產(chǎn)生 因重心偏離而產(chǎn)生作用在卡夾、鉗11和排放臂15上的附加扭矩；即使鉆桿 未被提起離開鉆臺面，無論鉆桿處于何種姿態(tài)，在卡夾、鉗ll端的鉸鏈支承 2和8上都不會出現(xiàn)扭矩。本實用新型的兩維鉸接結(jié)構(gòu)連接，消除了由于鉆 桿上可能出現(xiàn)的外力和鉆桿姿態(tài)不垂直在卡鉗11和排放臂15上所形成的扭 矩。
緩沖機構(gòu)由分別由俯仰緩沖機構(gòu)和橫傾緩沖機構(gòu)組成。俯仰緩沖機構(gòu)由 卡夾、鉗支架下連接螺栓12、下耳板座13、彈簧氣液雙向緩沖器14、搖桿 20、搖桿軸17、和副臂與雙向緩沖器連接軸22組成。下耳板座13經(jīng)卡夾、 鉗支架下連接螺栓12固定于卡夾、鉗n形安裝支架19下部，并于彈簧氣液 雙向緩沖器14活塞桿端頭鉸接；彈簧氣液雙向緩沖器14的另一端耳板則鉸 接于副臂與雙向緩沖器連接軸22的中間部位。當(dāng)卡夾、鉗ll縱向受到?jīng)_擊 載荷后，在副臂21和連接軸22的支撐下彈簧氣液雙向緩沖器14活塞桿瞬間 發(fā)生位移，吸收儲能減緩沖擊。搖桿20與排放臂15、卡夾、鉗ll、本實用 新型的懸掛式萬向連接架組成平行連桿機構(gòu)，以維持卡夾、鉗11的垂直。
橫傾緩沖機構(gòu)由橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架5、橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺旋6、橫 傾緩沖彈簧座7、橫傾彈簧9組成；橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架5經(jīng)螺栓固定于 十字正交軸連接柱4，其上安裝有橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿7，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)嫘 旋6可對橫傾彈簧9的初始工作負荷進行調(diào)整，使橫傾軸懸掛支架10相對于十字正交軸連接柱4居中。當(dāng)卡夾、鉗ll在橫向受到?jīng)_擊載荷后，橫傾軸懸 掛支架10隨同卡夾、鉗11 一起繞橫傾軸8回轉(zhuǎn)，處于橫傾軸懸掛支架10 和橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架5間一側(cè)距離減小，該側(cè)橫傾緩沖彈簧9在被壓縮 過程中吸收儲能，對橫傾軸懸掛支架10進行阻尼、緩沖；當(dāng)外部沖擊負荷減 小或消失時，緩沖彈簧9釋放所儲存的能量，促使橫傾軸懸掛支架10恢復(fù)原 狀。
同樣，上述緩沖機構(gòu)同時也能對卡夾、鉗11夾住一根垂直狀態(tài)的立根平 移或回轉(zhuǎn)啟動、停止時所產(chǎn)生的慣性力矩進行緩沖，減小立根在移運中的搖 擺，使移運更加平穩(wěn)。
如上所述，由于卡夾、鉗11與排放臂15間采取本實用新型的懸掛式萬 向連接架，使它們之間形成兩維正交鉸接，具有了兩個回轉(zhuǎn)自由度；而在卡 夾、鉗n形安裝支架19下部經(jīng)下耳板座13鉸接的雙向緩沖器14，使卡夾、 鉗11在外力作用下能分別沿縱向活塞桿和橫向副臂與雙向緩沖器連接軸產(chǎn) 生線位移。這樣使卡夾、鉗11在夾住鉆桿1后，依靠夾緊力對卡夾、鉗11 兩個軸的四個自由度進行微調(diào)，消除卡夾、鉗11對中后可能存在的角偏差和 位置偏差，使卡夾、鉗11與鉆桿1的中心能取得一致，方便了卡夾、鉗11 在井口或鉆桿盒夾取鉆桿的對中操作，能有效縮短鉆桿的排放、移運操作時 間。
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權(quán)利要求1. 一種鉆桿卡夾、鉗阻尼緩沖裝置，其特征是所述裝置由懸掛式萬向連接架和緩沖機構(gòu)組成；懸掛式萬向連接架由俯仰軸(2)、俯仰軸懸掛支架(3)、十字正交軸連接柱(4)、橫傾軸(8)、橫傾軸懸掛支架(10)組成，俯仰軸懸掛支架(3)通過俯仰軸(2)與十字正交軸連接柱(4)的上軸孔鉸接；橫傾軸懸掛支架(3)通過橫傾軸(8)與十字正交軸連接柱(4)的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架(3)通過螺栓(16)固定在輕型鉆桿移運、排放設(shè)備排放臂(15)上；橫傾軸懸掛支架(10)通過緊固螺栓(18)固定在卡夾鉗∏形安裝支架(19)上部；卡夾鉗(11)通過懸掛式萬向連接架能繞俯仰軸(2)和橫傾軸(8)進行回轉(zhuǎn)，形成排放臂(15)與卡夾鉗(11)之間的柔性、兩維鉸接結(jié)構(gòu)；所述緩沖機構(gòu)分別由俯仰緩沖機構(gòu)和橫傾緩沖機構(gòu)組成，俯仰緩沖機構(gòu)由卡夾鉗支架下連接螺栓(12)、下耳板座(13)、彈簧(氣液)雙向緩沖器(14)、搖桿(20)、搖桿軸(17)和副臂與雙向緩沖器連接軸(22)組成，下耳板座(13)經(jīng)卡夾鉗支架下連接螺栓(12)固定于卡夾鉗∏形安裝支架(19)下部，并與彈簧(氣液)雙向緩沖器(14)活塞桿端頭鉸接；彈簧(氣液)雙向緩沖器(14)的另一端耳板則鉸接于副臂與雙向緩沖器連接軸(22)的中間部位；所述橫傾緩沖機構(gòu)由橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架(5)、橫傾緩沖彈簧座與調(diào)節(jié)螺旋(6)、橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿(7)、橫傾彈簧(9)組成；橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架(5)經(jīng)螺栓固定于十字正交軸連接柱(4)，其上安裝有橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿(7)，旋轉(zhuǎn)橫傾緩沖彈簧座與調(diào)節(jié)螺旋(6)對橫傾彈簧(9)的初始工作負荷進行調(diào)整。
專利摘要本實用新型涉及一種鉆桿卡夾、鉗阻尼緩沖裝置，其由懸掛式萬向連接架和緩沖機構(gòu)組成；懸掛式萬向連接架由俯仰軸、俯仰軸懸掛支架、十字正交軸連接柱、橫傾軸、橫傾軸懸掛支架組成，俯仰軸懸掛支架通過俯仰軸與十字正交軸連接柱的上軸孔鉸接，橫傾軸懸掛支架通過橫傾軸與十字正交軸連接柱的下軸孔鉸接；俯仰軸懸掛支架通過螺栓固定在輕型鉆桿移運、排放設(shè)備排放臂上，緩沖機構(gòu)分別由俯仰緩沖機構(gòu)和橫傾緩沖機構(gòu)組成；橫傾緩沖機構(gòu)由橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)支架、橫傾緩沖彈簧座與調(diào)節(jié)螺旋、橫傾緩沖彈簧調(diào)節(jié)螺桿和橫傾彈簧組成。本實用新型方便了卡(夾)鉗在井口或鉆桿盒夾取鉆桿時的對中操作，能有效縮短鉆桿的排放、移運操作時間。
文檔編號E21B19/00GK201284630SQ200820059620
公開日2009年8月5日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者周聲強, 鳴 姜, 張新紅, 曹言悌 申請人:上海三高石油設(shè)備有限公司