[发明专利]一种石油修井用自动化井口作业钳

摘要

一种石油修井用自动化井口作业钳。主要解决现有石油修井领域中，上卸管柱操作由人工操作的开口型液压钳和倒换吊卡来完成，导致作业效率低、工人劳动强度大、安全性差、造成的环境污染严重等问题。其特征在于：此种作业钳将闭口型动力钳及动力卡瓦集成于一体，由主钳、背钳、卡瓦及竖直导轨组成，卡瓦两侧伸出支座用于安装两根竖直导轨，主钳和背钳可沿导轨上下移动，主钳和背钳之间的封闭空间可以用于管柱残液的收集。具有可以实现上卸管子螺纹的自动化与环保作业的特点；并且在钳口正反向卡紧大范围内不须更换零件，大大提高了作业效率。并且其卡紧性能好，工作可靠，社会及经济效益十分显著。

主权项

1、一种石油修井用自动化井口作业钳，由主钳(1)、背钳(2)、内嵌齿条(56)的一组竖直导轨(3)以及卡瓦(4)组成，其特征在于：所述主钳(1)外部为壳体结构，此壳体由主钳上盖板(6)、主钳侧壁板(5)以及主钳底板(8)联接后组成，其中主钳上盖板(6)与主钳底板(8)中心开有钳口，两侧对称开有主钳导轨槽(7)，主钳(1)内部包含主钳驱动机构、主钳卡紧机构、主钳制动机构以及主钳转向机构，其中，所述主钳驱动机构由主钳液压马达(9)、主钳液压马达支座(10)、主钳花键轴(17)、主钳驱动齿轮(18)、主钳惰轮轴(19)及主钳惰轮(20)组成，其中，主钳液压马达支座(10)上开有两个通孔，分别固定主钳花键轴(17)和主钳惰轮轴(19)，主钳驱动齿轮(18)与主钳惰轮(20)分别固定于主钳花键轴(17)和主钳惰轮轴(19)的中部，两者的外齿相啮合，主钳液压马达(9)固定于主钳液压马达支座(10)的上表面，主钳液压马达(9)的输出端采用内花键孔与主钳花键轴(17)配合；主钳液压马达支座(10)固定于主钳底板(8)上；所述主钳卡紧机构由一个具有内、外齿的主钳大齿轮(13)以及主钳大齿轮盖(15)、主钳行星齿轮(23)、主钳花键套(24)、主钳芯轴(11)、主钳行星爪(16)、主钳行星上联接板(21)和主钳行星下联接板(22)构成，其中，主钳花键套(24)的内孔为光孔，此孔与主钳芯轴(11)的外表面相配合，主钳行星齿轮(23)与主钳行星爪(16)串接于所述主钳花键套(24)的外部花键上，形成单个主钳行星爪组件；主钳芯轴(11)的两端分别与主钳行星上联接板(21)和主钳行星下联接板(22)配合构成单个主钳行星架，以支持并包容相应主钳行星爪组件；所述主钳大齿轮(13)及主钳大齿轮盖(15)构成主钳大齿轮主体，主钳行星架被包容于其中，两者均沿主钳上盖板(6)与主钳底板(8)中心所开有的钳口中心对中布置，若干主钳行星爪组件按照钳口中心圆周均匀分布，主钳行星齿轮(23)与主钳大齿轮(13)的内齿啮合，主钳行星架中的主钳行星上联接板(21)和主钳行星下联接板(22)分别与主钳大齿轮盖(15)的下端面和主钳大齿轮(13)的内部阶梯面进行动配合；上述主钳大齿轮主体与主钳(1)的壳体为动配合，配合面为主钳行星下联接板(22)的端面环槽和主钳底板(8)位于钳口位置的凸台；所述主钳驱动机构分布在主钳大齿轮主体两侧，驱动机构中的主钳惰轮(20)与所述卡紧机构中的主钳大齿轮(13)的外齿啮合；所述主钳制动机构主要由制动刹带(28)、制动油缸(26)组成，其中，此主钳制动机构位于主钳大齿轮主体侧面且不与主钳驱动机构发生干涉的位置，制动刹带(28)环绕主钳行星下联接板(22)的圆周伸出端，此刹带的一端通过定位块(30)固定在主钳底板(8)上，另一端通过制动联轴节(27)与制动油缸(26)的活塞杆头部相联接；所述主钳转向机构由开于主钳大齿轮盖(15)端面上的弧形阶梯孔道(38)、主钳转向挡块(12)以及主钳芯轴(11)的头部构成，其中，主钳转向挡块(12)采用开口式结构，其上端面由弧形阶梯孔道(38)限位，其下端面则与主钳行星上联接板(21)的上端配合，主钳芯轴(11)的头部伸出弧形阶梯孔道(38)，卡于主钳转向挡块(12)的开口内；所述背钳(2)外部亦为壳体结构，此壳体由背钳上盖板(31)、背钳侧壁板(32)以及背钳底板(37)联接后组成，其中背钳上盖板(31)与背钳底板(37)的中心均开有钳口，两侧对称开有背钳导轨槽(33)，背钳(2)内部包含背钳驱动机构、背钳卡紧机构、背钳起升机构以及背钳转向机构，其中，所述背钳驱动机构由背钳液压马达(39)、背钳液压马达支座(40)、背钳驱动齿轮(42)、背钳惰轮轴(43)以及背钳惰轮(44)组成，其中，背钳液压马达支座(40)固定在背钳底板(37)上，背钳液压马达(39)则固定于背钳液压马达支座(40)的上表面，背钳液压马达支座(40)上开有两个通孔，分别安装背钳液压马达输出轴(41)和背钳惰轮轴(43)，在背钳液压马达输出轴(41)的端部配合固定背钳驱动齿轮(42)，在背钳惰轮轴(43)的中部配合固定背钳惰轮(44)，背钳驱动齿轮(42)与背钳惰轮(44)的外齿相啮合；所述背钳卡紧机构由一个具有内、外齿的背钳大齿轮(45)、背钳行星齿轮(48)、背钳花键套(47)、背钳芯轴(46)以及背钳行星爪(49)组成，其中，背钳花键套(47)的内孔为光孔，配合于背钳芯轴(46)的外表面，背钳行星齿轮(48)与背钳行星爪(49)串接于背钳花键套(47)的外部花键上，形成一个背钳行星爪组件，背钳芯轴(46)的两端分别与背钳上盖板(31)和背钳底板(37)联接，以支持相应背钳行星爪组件，背钳行星齿轮(48)与背钳大齿轮(45)的内齿啮合，位于背钳大齿轮(45)的内齿腔内有若干行星爪组件按照钳口中心圆周均匀分布；所述背钳大齿轮(45)与背钳的壳体为动配合，配合面为背钳大齿轮(45)下端面环槽与背钳底板(37)上位于钳口位置的凸台；所述背钳驱动机构分布在背钳大齿轮(45)的两侧，驱动机构中的背钳惰轮(44)与所述背钳卡紧机构中的背钳大齿轮(45)的外齿相啮合；所述背钳起升机构由起升液压马达(50)、起升液压马达支座(51)、起升机构联轴器(52)、蜗杆(53)、蜗轮(54)、背钳导轨槽(33)、起升轴(55)、起升齿轮(57)组成，其中，起升液压马达支座(51)固定在背钳底板(37)上，起升液压马达(50)固定于起升液压马达支座(51)的端部；蜗杆(53)安装在起升液压马达支座(51)的尾部，其与起升液压马达(50)的输出轴通过起升机构联轴器(52)联接；起升齿轮(57)位于背钳导轨槽凸出端(58)内，与蜗杆(53)相配合的蜗轮(54)位于背钳导轨槽凸出端(58)外，两者分别固定配合在起升轴(55)的两端；上述背钳起升机构有2组，沿钳口中心对称布置；所述背钳转向机构由背钳转向挡块(60)、背钳转轴(59)以及开于背钳底板(37)上的凸台阶梯孔(61)构成；其中，背钳转向挡块(60)为开口形式，位于凸台阶梯孔(61)内，其下端面与背钳底板(37)的上端面配合，其上端面则由背钳大齿轮(45)的下端面限位；背钳转轴(59)安装在背钳大齿轮(45)内、外齿之间的孔内，其上端面与背钳大齿轮(45)的上端对齐，其下端面则由背钳底板(37)位于钳口位置的凸台进行限位；所述卡瓦(4)包括下列组件，一个底端带有联接法兰(62)、两侧带有导轨支座(66)的卡瓦座(63)；置于卡瓦座(63)内，由牙板(78)、垫块(77)、压板(73)以及侧壁上带有阶梯缺口的楔形座(76)组成的卡瓦体(75)，垫块(73)通过燕尾槽与楔形座(76)相联接，牙板(78)通过螺钉与垫块(77)固定，每两组卡瓦体之间通过提杆(72)相互铰接；一个由定心套(80)、越位槽(81)组成的定心装置，越位槽(81)位于卡瓦座(63)的内壁上，定心套(80)通过越位槽(81)后转动一定角度，其伸出端置于卡瓦座(63)底端的环形槽中，实现定位；一个由限位块(74)、卡瓦座(63)的限位槽组成的防扭转机构，限位块(74)安装在卡瓦座(63)上端面的限位槽中，卡紧管柱时，限位块(74)的两个侧面分别与楔形座(76)侧壁上的阶梯缺口接触，以保证卡瓦体在卡紧管柱时不发生旋转；由卡瓦动力油缸(64)、连杆四组件(67，68，69，70)组成的驱动机构，此驱动机构固定于卡瓦座(63)上，通过提杆(72)与卡瓦体(75)连接，以驱动卡瓦体(75)沿卡瓦座(63)的内壁上下运动；所述的一组竖直导轨(3)，其底端对称固定于导轨支座(66)上，其上部则依次穿过背钳导轨槽(33)与主钳导轨槽(7)，且此竖直导轨(3)中内嵌的齿条(56)与置于背钳导轨槽凸出端(58)中的起升齿轮(57)相啮合；连接后，所述主钳(1)的钳口、背钳(2)的钳口以及卡瓦(4)的卡口，均在同一中心轴线上；联接后，主钳、背钳、卡瓦以及竖直导轨组成为一个整体作业钳。