專利名稱：一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種石油鉆井設(shè)備，特別涉及石油鉆機(jī)在移運(yùn)、排放鉆 桿設(shè)備中的夾持裝置。 背條技術(shù)
當(dāng)前，陸地石油鉆機(jī)的移運(yùn)、排放鉆桿作業(yè)基本依靠人力手工作業(yè)完成。 因此，該項(xiàng)作業(yè)強(qiáng)度大、環(huán)境差、風(fēng)險高、效率低，是減少起下鉆時間，提 高作業(yè)效率的主要障礙。國內(nèi)至今尚未出現(xiàn)實(shí)用的鉆桿移運(yùn)、排放機(jī)械必須 具備的鉆桿夾持裝置。目前國外已有成套的鉆桿運(yùn)輸、排放系統(tǒng)，與其配套 的夾持裝置或機(jī)械手因功能不同種類、型號較多，規(guī)格各異，但因其結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、體積龐大、價格昂貴，大多僅能與海洋鉆機(jī)配套，尚不宜配套國內(nèi)陸地 鉆機(jī)。
發(fā)期內(nèi)容
本實(shí)用新型鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗解決的技術(shù)問題是設(shè)計一種適 合與當(dāng)前國內(nèi)各型陸地鉆機(jī)的鉆桿排放、移運(yùn)設(shè)備配套，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方 便、維護(hù)容易、成本低廉的輕型石油鉆桿夾持裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是
一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗，所述裝置由氣缸、安裝支架、死鉗、 活鉗、梳狀連桿、梳狀推桿、配重、活動卡瓦及復(fù)位、除污潤滑機(jī)構(gòu)等組成；
死鉗與在其外側(cè)圓弧焊接的n型支架組成卡鉗本體，在其內(nèi)側(cè)圓弧各自相距
90°處的燕尾槽內(nèi)安裝有一對活動卡瓦；活鉗梳狀杠桿中部的回轉(zhuǎn)支承孔通 過銷軸與死鉗上的梳狀耳板上的軸孔相鉸接，形成杠桿支點(diǎn)；在活鉗上與死 鉗相對應(yīng)部位的燕尾槽內(nèi)也安裝有活動卡瓦，在活鉗的另一端軸孔則通過梳 狀連桿銷軸與梳狀連桿鉸接；梳狀連桿的另一端軸孔通過軸銷分別與梳狀推 桿兩端的軸孔鉸接；位于梳狀推桿中心的耳板通過軸銷與在安裝支架上的氣 缸活塞桿端頭相鉸接，在氣缸活塞桿的伸出、收縮作用下，梳狀推桿推拉梳 狀連桿，進(jìn)而使活鉗繞回轉(zhuǎn)軸孔的支點(diǎn)產(chǎn)生閉合和開放的動作。
4采用四連桿鉸鏈杠桿式夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計。該機(jī)構(gòu)由死鉗、 一對活鉗、一 對梳狀連桿、梳狀推桿、梳狀推桿導(dǎo)向桿和相應(yīng)軸銷等組成；該四連桿 鉸鏈杠桿式夾持機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、能產(chǎn)生較大的夾緊力，可夾持 較大重量的鉆桿，活鉗可在死點(diǎn)位置上自鎖不被打開，夾持可靠安全；
采用活動卡瓦與燕尾槽的配合面為楔形(或錐形)設(shè)計?；顒涌ㄍ?被安裝在燕尾槽內(nèi)，它們間的配合面與卡鉗中心線存在一楔(錐)形夾 角，它能起三個作用， 一是壓縮活動卡瓦與鉆桿之間的間隙，補(bǔ)償鉆桿 管徑可能出現(xiàn)的下偏差；二是增加活動卡瓦與鉆桿之間夾緊力，提高卡 鉗的卡持力；三是當(dāng)斜面夾角小于7-5°時，活動卡瓦能在燕尾檜內(nèi)產(chǎn)生 自鎖。
將活動卡瓦與鉆桿之間的夾持面設(shè)計成帶鋸齒的半徑略大于鉆桿名 義尺寸的圓弧面，以加大活動卡瓦與鉆桿之間的摩擦系數(shù)，能以較小的夾 緊力獲得較大的卡持力；
在活動卡瓦的上下兩端各安裝有1條彈性摩擦材料制成的帶有圓弧 面的條狀塊，圓弧面比卡瓦本體的鋸齒狀圓弧面稍突出；其作用是在鉆桿 管徑出現(xiàn)較大下偏差時，由摩擦塊先夾住鉆桿提供初始摩擦力。
活動卡瓦的設(shè)計使夾鉗既能卡持額定載荷內(nèi)不同管徑的立根，當(dāng)除去 活動卡瓦后可依靠活鉗直接夾(圈)住鉆具而不承受鉆具重量。
除污潤滑機(jī)構(gòu)的設(shè)計使活動卡瓦和燕尾槽能通過油管輸入高壓空氣 或清水進(jìn)行吹除除污，亦能補(bǔ)充潤滑脂；
配重機(jī)構(gòu)的設(shè)計可使卡鉗在非夾持狀態(tài)時，其中心線與水平面保持基 本垂直。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果可以是
(1) 在起下鉆作業(yè)中能夾持(或卡持)垂直狀態(tài)的一根立根，并能在允
許載荷內(nèi)將其提起；
(2) 對于超過一立根重量的鉆具(如鉆鋌)仍需夾(圈)住，裝置能在 鉆具上活動，不需承重；
(3) 在鉆桿管徑制造公差范圍內(nèi)裝置應(yīng)能可靠夾(卡)持；
(4) 當(dāng)裝置處于鉆桿夾(卡)持狀態(tài)時， 一旦出現(xiàn)動力中斷后仍能可靠
5維持夾(卡)持功能；
(5) 裝置能自行清除鉆井液對裝置活動機(jī)件的污染并潤滑，以保證機(jī)構(gòu) 功能正常；
(6) 在非夾持狀態(tài)時，裝置的中心線能與水平面保持基本垂直。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)原理主視圖。 圖2是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)原理俯視圖。 圖3是本實(shí)用新型的卡鉗放開狀態(tài)示意圖。
圖4一1和圖4一2是本實(shí)用新型的活動卡瓦與復(fù)位、除污潤滑裝置局部 放大示意圖。
標(biāo)號說明
1.氣缸16.梳狀推桿導(dǎo)向桿與導(dǎo)向孔
2.氣缸安裝板17.活鉗回轉(zhuǎn)軸孔與銷軸
3.卡鉗安裝支架18.燕尾槽蓋板
4.梳狀連桿19.活動卡瓦
5.活鉗梳狀杠桿20.蓋板固定螺栓
6.死鉗梳狀耳板21.油管直角接頭
7.死鉗22.油管三通接頭
8.活鉗23.活動卡瓦復(fù)位彈簧
9.配重固定螺栓24.復(fù)位彈簧導(dǎo)桿
10.配重調(diào)節(jié)螺母25.彈簧儲盒固定螺栓
ll.配重鉛塊26.除污潤滑油管
12.支架下安裝孔27.條狀摩擦塊
13.氣缸活塞桿連接端頭28.摩擦塊固定螺栓
14.梳狀推桿29.燕尾槽
15.梳狀連桿銷軸30.彈簧儲盒
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1、 2、 3、 4，對本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)、原理和功能作進(jìn)一步描述。
一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗實(shí)例的總體結(jié)構(gòu)見附圖1、附圖2。其由 氣缸(1)、安裝支架(3)、及死鉗(7)、活鉗(8)、梳狀連桿(4)、梳狀推 桿(14)、活動卡瓦(19)及復(fù)位、除污潤滑機(jī)構(gòu)等組成。死鉗(7)與在其 外側(cè)圓弧焊接有n型安裝支架(3)組成機(jī)構(gòu)本體，在其圓弧內(nèi)側(cè)各自相距 90°處的燕尾槽內(nèi)安裝有一對活動卡瓦(19);位于活鉗梳狀杠桿(5)中部 的回轉(zhuǎn)支承孔通過銷軸(17)與死鉗(7)上的耳板(6)軸孔相鉸接，成為 杠桿支點(diǎn)；在活鉗(8)上與死鉗(7)相對應(yīng)部位也安裝有活動卡瓦(19)， 在活鉗(8)的另一端軸孔則通過銷軸(15)與梳狀連桿(4)鉸接；梳狀連 桿(4)的另一端軸孔則通過銷軸分別與梳狀推桿(14)兩端的軸孔鉸接；梳 狀推桿(14)的中心耳板通過軸銷與在安裝支架(3)上的氣缸(1)活塞桿 端頭(13)相鉸接。在氣缸(1)活塞桿的伸出、收縮作用下，梳狀推桿(14) 推拉梳狀連桿(4)，進(jìn)而使活鉗(8)繞回轉(zhuǎn)支點(diǎn)(17)產(chǎn)生閉合和開放的動 作；活動卡瓦(19)分別安裝在死鉗(7)和活鉗(8)的燕尾槽內(nèi)，在復(fù)位 彈簧(23)的支承下，不卡持鉆桿時活動卡瓦(19)處于燕尾槽上端；在與 死鉗(7)和活鉗(8)燕尾槽中心線相對應(yīng)的背面開有三個與燕尾槽相通的 螺孔，各安裝有四套對燕尾槽除污潤滑的油管(30)和接頭(25);在安裝支 架(3)下后側(cè)裝有可調(diào)整的配重鉛塊(11),以使卡鉗不在夾持鉆桿時仍能 保持自身中心線基本與地面垂直。
鉸鏈杠桿式夾持機(jī)構(gòu)的開閉動作和自鎖原理見附圖2，下面作一說明 該機(jī)構(gòu)由死鉗(7)、 一對活鉗(8)、 一對梳狀連桿(4)、梳狀推桿(14)、 梳狀推桿導(dǎo)向桿(16)和相應(yīng)銷軸(15)、 (17)等組成的一種四連桿形式的 機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式如前文所述。當(dāng)梳狀推桿(14)被外力推動或拉動時，通 過銷軸傳遞給梳狀連桿(4)，進(jìn)而推動杠桿式的一對活鉗(8)繞支點(diǎn)銷軸(17) 轉(zhuǎn)動，完成閉合或開放動作。當(dāng)梳狀推桿(14)向前推，與一對梳狀連桿(4) 構(gòu)成一直線時(如附圖2所示狀態(tài))機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，此時梳狀推桿(14) 上的外力撤銷后，被閉合的一對活鉗(8)仍能夾住鉆桿而不被打開，此時機(jī) 構(gòu)呈現(xiàn)自鎖狀態(tài)，只能依靠恢復(fù)梳狀推桿(14)的外力，活鉗(8)才能被打開。
活動卡瓦及復(fù)位、除污潤滑機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理見附圖3，其主要由 活動卡瓦(19)、條狀摩擦塊(27)、燕尾槽(29)、燕尾槽蓋板(18)復(fù)位彈 簧(23)、復(fù)位彈簧導(dǎo)桿(24)、彈簧儲盒(30)、除污潤滑油管(26)及接頭 等組成。
活動卡瓦(19)被安裝在燕尾槽(29)內(nèi)，在其上下兩端各固定有l(wèi)條 帶有圓弧面的彈性條狀摩擦塊(27)，在其底部安裝有2根復(fù)位彈簧導(dǎo)向桿 (24);在死鉗(7)和活鉗(8)底端安裝有經(jīng)螺栓(25)固定的彈簧儲盒(30)， 安放活動卡瓦復(fù)位彈簧(23)，在頂端安裝有燕尾槽蓋板(18),防止活動卡 瓦(19)彈出。當(dāng)死鉗(7)閉合時，鉆桿首先被在活動卡瓦(19)兩端的圓 弧面比活動卡瓦本體鋸齒狀圓弧面稍高的條狀摩擦塊(27)夾住，在死鉗(7) 和活鉗(8)的夾緊力作用下條狀摩擦塊(27)被壓縮，轉(zhuǎn)而與活動卡瓦(19) 鋸齒狀圓弧面將鉆桿共同夾住。當(dāng)卡鉗提起時，初始由于活動卡瓦(19)與 燕尾槽(29)、鉆桿間存在間隙，且活動卡瓦與鉆桿間的摩擦力遠(yuǎn)大于與燕尾 槽間的摩擦力，因此在鉆桿重量作用下活動卡瓦(19)不隨卡鉗本體運(yùn)動， 而產(chǎn)生相對滑動。當(dāng)卡鉗繼續(xù)提升，直至因卡瓦與燕尾槽壁間的間隙逐漸減 小或消失，而摩擦力等于大于卡瓦與鉆桿間的摩擦力時活動卡瓦(19)不再 滑動，鉆桿的載荷通過活動卡瓦傳遞給燕尾槽壁，進(jìn)而傳遞給卡鉗本體，此 時，鉆桿才跟隨卡鉗一起被提起。
請參閱圖4一1和圖4一2。活動卡瓦(19)與燕尾槽(29)間的配合面 與卡鉗中心線存在一 10:1-20:1斜度的楔(錐)形夾角，當(dāng)鉆桿被提起時鉆 桿載荷通過活動卡瓦(19)在燕尾槽(29)斜面上分解為兩個垂直于斜面和 平行于斜面的分力；垂直分力在此起三個作用， 一是壓縮活動卡瓦(19)與 鉆桿之間的間隙，補(bǔ)償鉆桿管徑可能出現(xiàn)的下偏差；二是增加活動卡瓦(19) 與鉆桿之間夾緊力提高卡鉗的卡持力；三是當(dāng)斜面夾角小于7-5°時，活動 卡瓦(19)在鉆桿重力作用下在燕尾槽(29)內(nèi)處于自鎖狀態(tài)?；顒涌ㄍ叩?設(shè)計使卡鉗的卡持力主要取決于鉆桿的自重在燕尾槽(29)楔形斜面上產(chǎn)生 的分力，而不隨鉆桿的管徑變化而變化，保證了夾(卡)持的可靠性。
活動卡瓦(19)與鉆桿之間的夾持面設(shè)計成帶水平條狀鋸齒的半徑略大于鉆桿名義尺寸的圓弧面；在夾緊力不變的條件下條狀鋸齒可明顯提高活動 卡瓦(19)對鉆桿表面的壓強(qiáng)，加大在鋸齒周圍鉆桿表面彈性變形，活動卡 瓦與鉆桿表面之間的摩擦系數(shù)可得以很大提高，能以較小的夾緊力獲得較大 的鉆桿卡持力；
條狀摩擦塊(27)的圓弧面比活動卡瓦(19)的鋸齒狀圓弧面稍高，其 作用是當(dāng)活鉗(8)已閉合到位，而鉆桿管徑出現(xiàn)較大下偏差，導(dǎo)致活動卡瓦 (19)本體未能夾住鉆桿，而條狀摩擦塊(27)此時仍能夾住鉆桿，在卡鉗 提起時提供初始摩擦力，使活動卡瓦(19)仍能相對卡鉗本體向下滑動，同 時在楔狀燕尾槽(29)的作用下，活動卡瓦(19)圓弧面與鉆桿表面之間間 隙逐漸縮小，直至活動卡瓦(19)也能夾住鉆桿。
除污潤滑裝置主要由潤滑油管(26)、油管直角接頭(21)、油管三通接 頭(22)等組成。在與燕尾槽中心線相對應(yīng)的死鉗(7)和活鉗(8)背面開 有三個與燕尾槽相通的螺孔，各安裝有兩個油管三通接頭(22)和一個油管 直角接頭(21)、相互間由除污潤滑油管(30)連通。該裝置使活動卡瓦(19) 和燕尾槽(29)能通過油管補(bǔ)充潤滑脂得到潤滑，避免活動卡瓦卡滯；當(dāng)燕 尾槽(29)遭鉆井液污染時，可通過油管管路輸入高壓空氣或清水進(jìn)行除污。
權(quán)利要求1、一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗，其特征是所述裝置由氣缸(1)、安裝支架(3)、死鉗(7)、活鉗(8)、梳狀連桿(4)、梳狀推桿((14)、配重(11)、活動卡瓦(19)及復(fù)位、除污潤滑機(jī)構(gòu)等組成；死鉗(7)與在其外側(cè)圓弧焊接的∏型支架(3)組成卡鉗本體，在其內(nèi)側(cè)圓弧各自相距90°處的燕尾槽內(nèi)安裝有一對活動卡瓦(19-1、2)；活鉗梳狀杠桿(5)中部的回轉(zhuǎn)支承孔通過銷軸(17)與死鉗(7)上的梳狀耳板(6)上的軸孔相鉸接，形成杠桿支點(diǎn)；在活鉗(8-1、2)上與死鉗(7)相對應(yīng)部位的燕尾槽(29)內(nèi)也安裝有活動卡瓦(19-3、4)，在活鉗(8-1、2)的另一端軸孔則通過梳狀連桿銷軸(15)與梳狀連桿(4-1、2)鉸接；梳狀連桿(4-1、2)的另一端軸孔通過軸銷分別與梳狀推桿(14)兩端的軸孔鉸接；位于梳狀推桿(14)中心的耳板通過軸銷與在安裝支架(3)上的氣缸(1)活塞桿端頭(13)相鉸接，在氣缸(1)活塞桿的伸出、收縮作用下，梳狀推桿(14)推拉梳狀連桿(4-1、2)，進(jìn)而使活鉗(8-1、2)繞回轉(zhuǎn)軸孔(17)的支點(diǎn)產(chǎn)生閉合和開放的動作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗，其特征 是所述活動卡瓦及復(fù)位、除污潤滑機(jī)構(gòu)由活動卡瓦(19)、燕尾 槽蓋板(18)、蓋板固定螺栓(20)、活動卡瓦復(fù)位彈簧(23)、復(fù) 位彈簧導(dǎo)桿(24)、彈簧儲盒(30)、彈簧儲盒固定螺栓(25)、條 狀摩擦塊(27)、摩擦塊固定螺栓(28)、除污潤滑油管(26)、油 管接頭(21、 22)等組成；活動卡瓦(19-1、 2、 3、 4)分別安裝 在死鉗(7)和活鉗(8-1、 2)的燕尾槽(29)內(nèi)，在活動卡瓦復(fù) 位彈簧(23)的支承下，不承載時活動卡瓦(19)處于燕尾槽(29) 上端；在與死鉗(7)和活鉗(8)燕尾槽中心線相對應(yīng)的背面等距 開有三個與燕尾槽(29)相通的螺孔，各安裝有四套能對燕尾槽除 污潤滑的除污潤滑油管(30)和油管直角接頭(21)、油管三通接 頭(22)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗，其特征 是所述的活動卡瓦(19)的夾持面為一帶有鋸齒形水平溝槽的圓弧面，其圓弧半徑與所要夾持的鉆桿半徑相吻合；在其上下兩端各 安裝有1條彈性摩擦材料制成的帶有圓弧面的條狀塊(27)。
專利摘要一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗，其由氣缸(1)、安裝支架(3)、死鉗(7)、活鉗(8)、梳狀連桿(4)、梳狀推桿(14)、配重(11)、活動卡瓦(19)及復(fù)位、除污潤滑機(jī)構(gòu)等組成。死鉗(7)與在其外側(cè)圓弧焊接有∏型安裝支架(3)組成機(jī)構(gòu)本體，在其內(nèi)側(cè)圓弧各自相距90°處的燕尾槽內(nèi)安裝有一對活動卡瓦；位于活鉗梳狀杠桿(5)中部的回轉(zhuǎn)支承孔通過銷軸(17)與死鉗(7)上的梳狀耳板(6)軸孔相鉸接，成為杠桿支點(diǎn)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)合理，使用可靠、安裝簡單，方便與鉆桿排放、移運(yùn)設(shè)備提升臂相結(jié)合，組成具有夾持功能的機(jī)械手。
文檔編號E21B19/00GK201284631SQ20082005962
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(qiáng), 鳴 姜, 張新紅, 曹言悌 申請人:上海三高石油設(shè)備有限公司