本發(fā)明涉及一種帶有扭矩控制儀的液壓鉗，適用于石油工程的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

液壓動力鉗為開口型動力鉗，是油田修井作業(yè)時用于上、卸抽油桿、油管、套管、隔熱管、鉆桿及類似管柱螺紋的機械化設(shè)備?，F(xiàn)有的動力鉗主要由主鉗和背鉗組成，背鉗夾緊管柱接箍，主鉗夾緊管柱旋轉(zhuǎn)完成接管和卸管的工作。現(xiàn)有動力鉗的鉗口內(nèi)側(cè)的牙座上配裝的牙塊都有較硬的硬度和鋒利的牙尖，使得在接箍時能夠?qū)⒀缐K切入管柱從而卡緊防止油管墜井。每次操作以后，都會在管柱的外表面咬出一定深度的壓痕。多次使用以后，管柱的表面會出現(xiàn)損傷。由于油井中大量的二氧化碳和硫化氫的腐蝕，使得損傷的管柱表面被加速腐蝕，從而使其加速失效，大大增加了油氣田作業(yè)的成本、工作量和作業(yè)風(fēng)險。更有甚者，近年來隨著非金屬管柱在油田上使用的增多，使得無壓痕動力鉗的需求越來越緊迫。

中國專利申請CN102061895A公開了一種無損傷油管動力鉗背鉗鉗頭，由背鉗上蓋、背鉗主體、背鉗顎板架、坡板、滾輪、滾輪軸、卡瓦片、卡瓦座、卡瓦壓片和復(fù)位彈簧等組成，解決了油田管柱作業(yè)中對管柱的損壞，卡緊可靠，結(jié)構(gòu)簡單。其中，卡瓦片裝在卡瓦座的插槽中，卡瓦片與所卡緊的管柱外徑包容，為非金屬高分子耐磨材料，或為金屬片與非金屬高分子耐磨材料的組合，或為耐磨合金材料。通過采用耐磨材料制成的卡瓦片，并加大與管柱的接觸面積，起到卡緊管柱且不損傷管柱的作用，其經(jīng)濟效益可觀。中國專利申請CN102061896A公開了一種無損傷油管動力鉗鉗頭卡緊機構(gòu)，其中公開了類似的結(jié)構(gòu)。

另外，在管柱旋接過程中主要通過卡瓦施于管柱上的扭矩將管柱旋緊。如果扭矩過大，則會損傷上下管的旋接位置；如果扭矩較小，則不足以將上下管柱旋緊?，F(xiàn)有技術(shù)中均沒有出現(xiàn)在液壓鉗中進行扭矩監(jiān)測的技術(shù)。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要一種液壓鉗，使其盡可能對管柱造成的損傷最小，同時能夠?qū)崟r監(jiān)測液壓鉗施于管柱上的扭矩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種帶有扭矩控制儀的液壓鉗，其能夠使得液壓鉗在抱緊管柱的過程中對管柱的表面造成的損傷較小，同時又能夠?qū)崟r監(jiān)測液壓鉗施于管柱上的扭矩，能夠極大地提高油管的使用壽命和作業(yè)安全性。

本發(fā)明的帶有扭矩控制儀的液壓鉗包括背鉗組件、主鉗組件和扭矩控制裝置，背鉗組件和主鉗組件的中部均設(shè)有卡瓦座，卡瓦間隔地周向固定在卡瓦座上；扭矩控制裝置用于控制施加到管柱上的扭矩；

所述液壓鉗還包括輸入組件，所述輸入組件連接到主鉗組件上；

所述背鉗組件包括背鉗殼體和設(shè)置在所述背鉗殼體內(nèi)部的夾緊組件，所述背鉗殼體的外表面呈缺口圓環(huán)型，上顎板和下顎板分別設(shè)置在背鉗殼體的上表面和下表面并通過銷軸相互連接；

所述主鉗組件包括主鉗殼體、介輪組件、環(huán)形齒輪、上夾板和下托板，環(huán)形齒輪被夾持在上夾板和下托板之間，形成殼內(nèi)組件，所述殼內(nèi)組件位于主鉗殼體內(nèi)部，所述上夾板和所述下托板之間通過銷軸連接，所述殼內(nèi)組件和所述輸入組件之間通過所述介輪組件傳動連接。

優(yōu)選地，所述背鉗殼體的豎向橫截面為H型，上表面分布有上凹槽，下表面分布有下凹槽；

所述上凹槽內(nèi)設(shè)置有多個第一輥柱、所述下凹槽內(nèi)設(shè)置有多個第二輥柱，第一輥柱和第二輥柱能夠分別在上凹槽和下凹槽內(nèi)滾動并被上凹槽和下凹槽之間的腹板隔開；所述第一輥柱的上端伸出所述上顎板的上表面，所述第二輥柱的下端伸出所述下顎板并與之固定。

優(yōu)選地，主鉗組件和背鉗組件通過第一連接軸、第二連接軸和第三連接軸相互連接；

所述第一連接軸和第二連接軸分別通過連接托架和螺栓連接到背鉗組件的背鉗殼體上，第一連接軸和第二連接軸分別穿過從主鉗殼體上伸出的連接凸耳與主鉗殼體連接；

所述第三連接軸通過背鉗尾把組件連接到背鉗殼體上，第三連接軸穿過從主鉗殼體上伸出的連接凸耳與主鉗殼體連接。

優(yōu)選地，所述背鉗尾把組件包括背鉗托架和穿過背鉗托架的橫向軸套，表面帶有螺紋的橫軸穿過橫向軸套，橫向軸套的兩端設(shè)有法蘭并連接有動力輸入軸，用于向背鉗組件提供動力；豎向旋轉(zhuǎn)軸與所述橫軸正交嚙合并豎向穿過設(shè)置在背鉗托架上的通孔，圍繞所述豎向旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)設(shè)有第一齒盤，所述上顎板的周向邊緣的一部分設(shè)有能夠與所述第一齒盤嚙合的齒紋。

優(yōu)選地，所述夾緊組件包括等角度間隔設(shè)置的三個卡瓦座和設(shè)置在卡瓦座之間的兩個弧面板；每個弧面板上設(shè)置多個銷軸，所述銷軸的兩端分別伸出所述上顎板和所述下顎板并通過螺母固定在其上；

所述卡瓦座包括座軸和座架，座架可活動地連接到座軸上并呈弧面型，所述卡瓦固定在座架上；

所述背鉗殼體的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置有三個容納部，以容納座軸，相鄰的容納部之間為圓弧面，所述圓弧面與所述弧面板的形狀相匹配。

優(yōu)選地，所述環(huán)形齒輪的外表面呈缺口圓環(huán)型，其豎向橫截面為平放的“王”字型，上表面分布有兩排上凹槽，下表面分布有兩排下凹槽；

所述上凹槽內(nèi)設(shè)置有多個第三輥柱、所述下凹槽內(nèi)設(shè)置有多個第四輥柱，第三輥柱和第四輥柱能夠分別在所述上凹槽和所述下凹槽內(nèi)滾動并被兩者之間的腹板隔開。

優(yōu)選地，所述殼內(nèi)組件還包括等角度間隔設(shè)置的三個卡瓦座和設(shè)置在卡瓦座之間的兩個弧面板；每個弧面板上設(shè)置多個銷軸，銷軸的兩端分別伸出上夾板和下托板并通過螺母固定在其上；

所述卡瓦座包括座軸和座架，所述座架可活動地連接到所述座軸上并呈弧面型，所述卡瓦固定在座架上；環(huán)形齒輪的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置有三個容納部，相鄰的容納部之間為圓弧面，該圓弧面與弧面板的形狀相匹配。

優(yōu)選地，與所述卡瓦座的座軸接觸的下托板上設(shè)置的容納部為長條形，所述容納部開設(shè)在下托板的上表面一定深度范圍內(nèi)，所述座軸可沿容納部徑向移動，從而張開和收緊座架，使得設(shè)置在座架上的卡瓦能夠夾緊和放松管柱。

優(yōu)選地，扭矩控制裝置可以通過設(shè)置在所述卡瓦上的扭矩傳感器來監(jiān)測施加到管柱上的扭矩；扭矩控制裝置還可以設(shè)有上扭矩閾值和下扭矩閾值來控制所施加扭矩的上限和下限。

采用本發(fā)明的帶有扭矩控制儀的液壓鉗，作業(yè)時在管柱的表面造成的損傷較小，同時還能夠?qū)崟r監(jiān)測施于管柱表面的扭矩，能夠極大地提高油管的使用壽命和作業(yè)安全性。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的帶有扭矩控制儀的液壓鉗的立體示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的液壓鉗的分解圖。

圖3是背鉗組件分解后的示意圖。

圖4是背鉗尾把組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是背鉗組件的仰視圖。

圖6是背鉗殼體的俯視圖。

圖7是主鉗組件的俯視圖。

圖8是主鉗組件的分解圖。

圖9是介輪組件和環(huán)形齒輪的示意圖。

圖10是殼內(nèi)組件的俯視圖。

圖11是本發(fā)明的卡瓦的一種實施方式的立體圖。

圖12是本發(fā)明的卡瓦的一種實施方式的俯視圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

如圖1和2所示，本發(fā)明的帶有扭矩控制儀的液壓鉗包括背鉗組件1、主鉗組件2和扭矩控制裝置7，背鉗組件1和主鉗組件2的中部均設(shè)有卡瓦座，卡瓦3間隔地周向固定在卡瓦座上。作業(yè)時，背鉗組件1抱緊管柱接箍，主鉗組件2抱緊待接管柱并旋轉(zhuǎn)，從而將上下管柱旋接。旋接過程中，通過扭矩控制裝置來控制和監(jiān)測施加到管柱上的扭矩?？ㄍ叩某叽缈梢愿鶕?jù)管柱的實際尺寸進行選擇，其圍繞卡瓦座設(shè)置的個數(shù)為至少兩個，例如可以是2個、3個或4個。

具體地，扭矩控制裝置7可以通過設(shè)置在卡瓦上的扭矩傳感器來監(jiān)測施加到管柱上的扭矩，并通過設(shè)置上扭矩閾值和下扭矩閾值來控制所施加扭矩的上限和下限。同時，扭矩的數(shù)值還可以實時顯示在顯示屏上。

如圖11和12所示，其中顯示了一種實施方式的卡瓦的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，卡瓦呈弧面片狀，其內(nèi)側(cè)設(shè)有摩擦突起部，以增大與管柱之間的抱緊摩擦力。優(yōu)選地，卡瓦內(nèi)側(cè)的摩擦突起部可以設(shè)置為齒狀。

如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的帶有扭矩控制儀的液壓鉗還包括輸入組件30，輸入組件30連接到主鉗組件2上，向主鉗組件2提供動力輸入。主鉗組件2和背鉗組件1通過第一連接軸100、第二連接軸200和第三連接軸300相互連接。第一連接軸100和第二連接軸200分別通過連接托架和螺栓連接到背鉗組件1的背鉗殼體10上，第一連接軸100和第二連接軸200分別穿過從主鉗殼體20上伸出的連接凸耳與主鉗殼體20連接。第三連接軸300通過背鉗尾把組件14連接到背鉗殼體10上，第三連接軸300穿過從主鉗殼體20上伸出的連接凸耳與主鉗殼體20連接。

如圖3和4所示，背鉗尾把組件14包括背鉗托架141和穿過背鉗托架141的橫向軸套142，表面帶有螺紋的橫軸147穿過橫向軸套142，橫向軸套142的兩端設(shè)有法蘭143。橫向軸套142的兩端連接有動力輸入軸(未示出)，用于向背鉗組件提供動力。第一齒盤144圍繞豎向旋轉(zhuǎn)軸145旋轉(zhuǎn)，豎向旋轉(zhuǎn)軸145與橫軸147正交嚙合并豎向穿過設(shè)置在背鉗托架141上的通孔146。當(dāng)通過動力輸入軸向橫軸147傳遞動力時，橫軸147的旋轉(zhuǎn)帶動豎向旋轉(zhuǎn)軸145轉(zhuǎn)動，繼而帶動第一齒盤144旋轉(zhuǎn)。

如圖3-6所示，背鉗殼體10的外表面呈缺口圓環(huán)型，其豎向橫截面為H型，上表面分布有上凹槽101，下表面分布有下凹槽102。上顎板12和下顎板11分別設(shè)置在背鉗殼體10的上表面和下表面，兩者之間通過銷軸156相互連接。上顎板12的周向邊緣的一部分設(shè)有能夠與第一齒盤144嚙合的齒紋，從而在第一齒盤144旋轉(zhuǎn)時能夠帶動上顎板12旋轉(zhuǎn)。上凹槽101內(nèi)設(shè)置有多個第一輥柱121、下凹槽102內(nèi)設(shè)置有多個第二輥柱111，第一輥柱121和第二輥柱111能夠分別在上凹槽101和下凹槽102內(nèi)滾動并被上凹槽101和下凹槽102之間的腹板隔開。第一輥柱121的上端伸出上顎板12的上表面，第二輥柱111的下端伸出下顎板11并與之固定。

如圖5和6所示，其中顯示了背鉗殼體10及設(shè)置在其內(nèi)部的夾緊組件的示意圖。如圖5所示，夾緊組件包括等角度間隔設(shè)置的三個卡瓦座152和設(shè)置在卡瓦座152之間的兩個弧面板153。每個弧面板153上設(shè)置多個銷軸156，銷軸156的兩端分別伸出上顎板12和下顎板11并通過螺母固定在其上?？ㄍ咦?52包括座軸151和座架，座架可活動地連接到座軸151上并呈弧面型，卡瓦3固定在座架上。三片卡瓦呈圓弧形布置，以夾緊其中的管柱。需要說明的是，附圖僅為示例性地說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解卡瓦的個數(shù)可以根據(jù)實際需要靈活設(shè)置。背鉗殼體10的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置有三個容納部154，以容納尺寸較大的座軸151，相鄰的容納部154之間為圓弧面155，該圓弧面155與弧面板153的形狀相匹配。

當(dāng)外部動力驅(qū)動橫軸147旋轉(zhuǎn)時，橫軸147的旋轉(zhuǎn)帶動豎向旋轉(zhuǎn)軸145轉(zhuǎn)動，繼而帶動第一齒盤144旋轉(zhuǎn)。第一齒盤144帶動與其嚙合的上顎板架旋轉(zhuǎn)，并帶動下顎板架旋轉(zhuǎn)。由此，放松狀態(tài)下位于容納部154中的座軸151滑向圓弧面155，從而使得卡瓦3能夠抱緊置于其中的管柱。

如圖7-8所示，其中顯示了根據(jù)本發(fā)明的主鉗組件2的俯視圖和分解圖。主鉗組件2通過輸入組件30提供動力，其中輸入組件30的下端與傳動齒輪31連接，傳動齒輪31與第一中轉(zhuǎn)齒輪311嚙合，第一中轉(zhuǎn)齒輪311與第二中轉(zhuǎn)齒輪312嚙合。優(yōu)選地，可以在傳動齒輪31的兩側(cè)分別對稱設(shè)置有第一中轉(zhuǎn)齒輪311和第二中轉(zhuǎn)齒輪312。傳動齒輪31、第一中轉(zhuǎn)齒輪311和第二中轉(zhuǎn)齒輪312一起組成介輪組件23。介輪組件23中的第二中轉(zhuǎn)齒輪312與環(huán)形齒輪24嚙合。其中，環(huán)形齒輪24、傳動齒輪31、第一中轉(zhuǎn)齒輪311和第二中轉(zhuǎn)齒輪312的側(cè)壁周圍均設(shè)置有齒。

如圖8所示，其中顯示了根據(jù)本發(fā)明的主鉗組件的分解圖。如圖所示，主鉗組件2包括主鉗殼體20、介輪組件23、環(huán)形齒輪24、上夾板25、下托板28，其中環(huán)形齒輪24被夾持在上夾板25和下托板28之間，形成殼內(nèi)組件22。殼內(nèi)組件22位于主鉗殼體20內(nèi)部。優(yōu)選地，主鉗組件2還包括剎車鼓26和剎車帶27。

與背鉗組件類似，如圖9-10所示，環(huán)形齒輪24的外表面呈缺口圓環(huán)型，其豎向橫截面為平放的“王”字型，上表面分布有兩排上凹槽201，下表面分布有兩排下凹槽202。上夾板25和下托板28分別設(shè)置在主鉗殼體20的上表面和下表面，兩者之間通過銷軸256相互連接。上凹槽201內(nèi)設(shè)置有多個第三輥柱、下凹槽202內(nèi)設(shè)置有多個第四輥柱，第三輥柱和第四輥柱能夠分別在上凹槽201和下凹槽202內(nèi)滾動并被兩者之間的腹板隔開。

如圖10所示，其中顯示了主鉗殼體20內(nèi)的殼內(nèi)組件22的俯視圖。如圖所示，殼內(nèi)組件還包括等角度間隔設(shè)置的三個卡瓦座252和設(shè)置在卡瓦座252之間的兩個弧面板253。每個弧面板253上設(shè)置多個銷軸256，銷軸256的兩端分別伸出上夾板25和下托板28并通過螺母固定在其上。卡瓦座252包括座軸251和座架，座架可活動地連接到座軸251上并呈弧面型，卡瓦3固定在座架上。三片卡瓦呈圓弧形布置，以夾緊其中的管柱。環(huán)形齒輪24的內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置有三個容納部254，相鄰的容納部254之間為圓弧面，該圓弧面與弧面板253的形狀相匹配。與卡瓦座252的座軸251接觸的下托板28上部分設(shè)置的容納部254為長條形，容納部254不穿透下托板28的整個厚度，僅開設(shè)在下托板28的上表面一定深度范圍內(nèi)。座軸251可沿容納部254徑向移動，從而張開和收緊座架，使得設(shè)置在座架上的卡瓦3能夠夾緊和放松管柱。

當(dāng)通過輸入組件30向主鉗組件輸入動力時，環(huán)形齒輪24周向旋轉(zhuǎn)，從而帶動座軸251在容納部254內(nèi)徑向移動，當(dāng)座軸251在容納部254內(nèi)向中心移動時，推動卡瓦抱緊管柱并繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使得上管柱與下管柱旋接。

優(yōu)選地，本發(fā)明的卡瓦可以是采用合金鋼制成的微壓痕卡瓦，該合金鋼由以下重量份的組分組成：C 0.17-0.19％、Si 2.1-2.5％、Cr 1.4-1.7％、Mn 2.2-2.8％、W 1.3-1.5％、Ti 0.06-0.08％、Mo 0.08-0.1％、Sb 0.03-0.06％、S 0.022-0.025％、P 0.012-0.014％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，本發(fā)明的合金鋼由以下重量份的組分制成：C 0.17％、Si 2.2％、Cr 1.6％、Mn 2.5％、W 1.5％、Ti 0.08％、Mo 0.1％、Sb 0.06％、S 0.024％、P 0.013％、其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明的用于制造卡瓦的合金鋼的處理工藝如下：

(1)將沖壓好的工件表面進行清洗、拋光和脫脂處理。

(2)將預(yù)處理好的工件加熱到940-945℃進行正火處理3小時，然后通入空氣在12分鐘內(nèi)冷卻至615-620℃，并使之保持該溫度1.5小時后空冷。

(3)在230℃下對滲碳爐進行干燥處理2小時。

(4)在滲碳爐的底部放入滲碳劑，將工件放入滲碳爐中，工件的上部也放入滲碳劑，將滲碳爐中溫度升至660-662℃保溫5小時，進行初滲。滲碳設(shè)備必須有良好的爐溫均勻性、密封性和氣氛均勻性，否則同爐工件會由于爐溫或氣氛的不均勻而導(dǎo)致畸變量的不均勻。

優(yōu)選地，滲碳劑由二氧化硅、炭黑、碳酸氫鈣、碳酸氫鈉、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照質(zhì)量比為1：0.3-0.34：0.12-0.15：0.1-0.13：0.2-0.23：0.06-0.08混合均勻制成。更優(yōu)選地，滲碳劑由二氧化硅、炭黑、碳酸氫鈣、碳酸氫鈉、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照質(zhì)量比為1：0.33：0.15：0.12：0.21：0.06混合均勻制成。上述滲碳劑是針對本發(fā)明卡瓦的合金鋼成分專門配置，采用本發(fā)明的滲碳劑，能夠極大地提高滲碳效率。

(5)繼續(xù)升溫至810-815℃，保持2小時，同時持續(xù)滴入異丙醇；異丙醇的滴入量為10-12毫升/分鐘，碳勢為0.8％Cp。通入的異丙醇在高溫下分解，產(chǎn)生活性碳原子，并被加熱狀態(tài)的工件表面吸收，而后向合金鋼內(nèi)部擴散。通常，加熱溫度愈高，滲碳速度就愈快，且擴散層的厚度也愈深。

碳勢與水勢、電勢一樣，勢差決定了物質(zhì)流動的趨勢。碳勢差決定了碳擴散的方向。當(dāng)自由擴散時，碳總是從碳勢高的地方向碳勢低的地方擴散。熱處理中的碳勢是指爐內(nèi)含碳氣氛在一定溫度下與鋼鐵工件表面的奧氏體之間達到動態(tài)平衡時，鋼的表面達到的含碳量。一般采用低碳鋼薄片測量。將厚度小于0.1mm的低碳鋼箔片置于某一溫度的滲碳介質(zhì)中，進行穿透滲碳，測定箔片的含碳量，即為該滲碳介質(zhì)在該溫度下的碳勢。

(6)繼續(xù)升溫至925-930℃，保持60小時，同時持續(xù)滴入異丙醇。在此期間，前48小時為強滲階段，異丙醇的滴入量為20-22毫升/分鐘，碳勢為1.2％Cp；后12小時為擴散階段，異丙醇的滴入量為8-10毫升/分鐘，碳勢為0.8％Cp。

(7)隨爐降溫至840℃，通入冷風(fēng)，溫度迅速降至590-592℃，保溫3小時，然后再次升溫至810-815℃，保溫2小時，同時持續(xù)滴入異丙醇；異丙醇的滴入量為10-12毫升/分鐘，碳勢為1.0％Cp。

(8)將工件取出放入油中淬火，待溫度降至130-135℃時，低溫回火至190-200℃，空冷。淬火過程中釋放了零部件在整個加工工藝過程的一系列操作中積累起來的崎變潛能；淬火后的低溫回火，還可使部分殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而使馬氏體充分轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，從而保證組織及尺寸穩(wěn)定性。

(9)工件表面進行發(fā)黑處理，發(fā)黑處理的原理是使金屬表面產(chǎn)生一層氧化膜，以隔絕空氣，達到防銹目的。

采用上述工藝處理后，卡瓦的硬度可達56-62HRC，而且耐磨性能得到了極大地提高。

采用本發(fā)明的制備方法制得的卡瓦用于液壓鉗中，能夠使得液壓鉗在抱緊管柱的過程中不會在管柱的表面造成損傷，能夠極大地提高油管的使用壽命和作業(yè)安全性。

雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。