專利名稱：一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種石油鉆井設備，特別涉及石油鉆機在移運、排放鉆 桿設備中的夾持裝置。 背條技術
當前，陸地石油鉆機的移運、排放鉆桿作業基本依靠人力手工作業完成。 因此，該項作業強度大、環境差、風險高、效率低，是減少起下鉆時間，提 高作業效率的主要障礙。國內至今尚未出現實用的鉆桿移運、排放機械必須 具備的鉆桿夾持裝置。目前國外已有成套的鉆桿運輸、排放系統，與其配套 的夾持裝置或機械手因功能不同種類、型號較多，規格各異，但因其結構復 雜、體積龐大、價格昂貴，大多僅能與海洋鉆機配套，尚不宜配套國內陸地 鉆機。
發期內容
本實用新型鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗解決的技術問題是設計一種適 合與當前國內各型陸地鉆機的鉆桿排放、移運設備配套，結構簡單、安裝方 便、維護容易、成本低廉的輕型石油鉆桿夾持裝置。
為實現上述目的，本實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、活動卡瓦及復位、除污潤滑機構等組成；
死鉗與在其外側圓弧焊接的n型支架組成卡鉗本體，在其內側圓弧各自相距
90°處的燕尾槽內安裝有一對活動卡瓦；活鉗梳狀杠桿中部的回轉支承孔通 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；在活鉗上與死 鉗相對應部位的燕尾槽內也安裝有活動卡瓦，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，進而使活鉗繞回轉軸孔的支點產生閉合和開放的動作。
4采用四連桿鉸鏈杠桿式夾持機構設計。該機構由死鉗、 一對活鉗、一 對梳狀連桿、梳狀推桿、梳狀推桿導向桿和相應軸銷等組成；該四連桿 鉸鏈杠桿式夾持機構的特點是結構簡單、能產生較大的夾緊力，可夾持 較大重量的鉆桿，活鉗可在死點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)設計。活動卡瓦 被安裝在燕尾槽內，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，補償鉆桿 管徑可能出現的下偏差；二是增加活動卡瓦與鉆桿之間夾緊力，提高卡 鉗的卡持力；三是當斜面夾角小于7-5°時，活動卡瓦能在燕尾檜內產生 自鎖。
將活動卡瓦與鉆桿之間的夾持面設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，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。
活動卡瓦的設計使夾鉗既能卡持額定載荷內不同管徑的立根，當除去 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。
除污潤滑機構的設計使活動卡瓦和燕尾槽能通過油管輸入高壓空氣 或清水進行吹除除污，亦能補充潤滑脂；
配重機構的設計可使卡鉗在非夾持狀態時，其中心線與水平面保持基 本垂直。
本實用新型與現有技術相比的有益效果可以是
(1) 在起下鉆作業中能夾持(或卡持)垂直狀態的一根立根，并能在允
許載荷內將其提起；
(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裝置應能可靠夾(卡)持；
(4) 當裝置處于鉆桿夾(卡)持狀態時， 一旦出現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件的污染并潤滑，以保證機構 功能正常；
(6) 在非夾持狀態時，裝置的中心線能與水平面保持基本垂直。
圖1是本實用新型的總體結構原理主視圖。 圖2是本實用新型的總體結構原理俯視圖。 圖3是本實用新型的卡鉗放開狀態示意圖。
圖4一1和圖4一2是本實用新型的活動卡瓦與復位、除污潤滑裝置局部 放大示意圖。
標號說明
1.氣缸16.梳狀推桿導向桿與導向孔
2.氣缸安裝板17.活鉗回轉軸孔與銷軸
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.活動卡瓦復位彈簧
9.配重固定螺栓24.復位彈簧導桿
10.配重調節螺母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
具體實施方式
以下結合附圖1、 2、 3、 4，對本實用新型結構、原理和功能作進一步描述。
一種鉸鏈杠桿式雙自鎖鉆桿卡鉗實例的總體結構見附圖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)及復位、除污潤滑機構等組成。死鉗(7)與在其 外側圓弧焊接有n型安裝支架(3)組成機構本體，在其圓弧內側各自相距 90°處的燕尾槽內安裝有一對活動卡瓦(19);位于活鉗梳狀杠桿(5)中部 的回轉支承孔通過銷軸(17)與死鉗(7)上的耳板(6)軸孔相鉸接，成為 杠桿支點；在活鉗(8)上與死鉗(7)相對應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)，進而使活鉗(8)繞回轉支點(17)產生閉合和開放的動 作；活動卡瓦(19)分別安裝在死鉗(7)和活鉗(8)的燕尾槽內，在復位 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)下后側裝有可調整的配重鉛塊(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。
鉸鏈杠桿式夾持機構的開閉動作和自鎖原理見附圖2，下面作一說明 該機構由死鉗(7)、 一對活鉗(8)、 一對梳狀連桿(4)、梳狀推桿(14)、 梳狀推桿導向桿(16)和相應銷軸(15)、 (17)等組成的一種四連桿形式的 機構，其結構形式如前文所述。當梳狀推桿(14)被外力推動或拉動時，通 過銷軸傳遞給梳狀連桿(4)，進而推動杠桿式的一對活鉗(8)繞支點銷軸(17) 轉動，完成閉合或開放動作。當梳狀推桿(14)向前推，與一對梳狀連桿(4) 構成一直線時(如附圖2所示狀態)機構處于死點位置，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 構呈現自鎖狀態，只能依靠恢復梳狀推桿(14)的外力，活鉗(8)才能被打開。
活動卡瓦及復位、除污潤滑機構的結構和工作原理見附圖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)復位彈 簧(23)、復位彈簧導桿(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，在其上下兩端各固定有l條 帶有圓弧面的彈性條狀摩擦塊(27)，在其底部安裝有2根復位彈簧導向桿 (24);在死鉗(7)和活鉗(8)底端安裝有經螺栓(25)固定的彈簧儲盒(30)， 安放活動卡瓦復位彈簧(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，轉而與活動卡瓦(19) 鋸齒狀圓弧面將鉆桿共同夾住。當卡鉗提起時，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)不隨卡鉗本體運動， 而產生相對滑動。當卡鉗繼續提升，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，補償鉆桿管徑可能出現的下偏差；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)內處于自鎖狀態。活動卡瓦的 設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，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 作用是當活鉗(8)已閉合到位，而鉆桿管徑出現較大下偏差，導致活動卡瓦 (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)能通過油管補充潤滑脂得到潤滑，避免活動卡瓦卡滯；當燕 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行除污。
權利要求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)及復位、除污潤滑機構等組成；死鉗(7)與在其外側圓弧焊接的∏型支架(3)組成卡鉗本體，在其內側圓弧各自相距90°處的燕尾槽內安裝有一對活動卡瓦(19-1、2)；活鉗梳狀杠桿(5)中部的回轉支承孔通過銷軸(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；在活鉗(8-1、2)上與死鉗(7)相對應部位的燕尾槽(29)內也安裝有活動卡瓦(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)，進而使活鉗(8-1、2)繞回轉軸孔(17)的支點產生閉合和開放的動作。
2、 根據權利要求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位、除污潤滑機構由活動卡瓦(19)、燕尾 槽蓋板(18)、蓋板固定螺栓(20)、活動卡瓦復位彈簧(23)、復 位彈簧導桿(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，在活動卡瓦復 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、 根據權利要求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)及復位、除污潤滑機構等組成。死鉗(7)與在其外側圓弧焊接有∏型安裝支架(3)組成機構本體，在其內側圓弧各自相距90°處的燕尾槽內安裝有一對活動卡瓦；位于活鉗梳狀杠桿(5)中部的回轉支承孔通過銷軸(17)與死鉗(7)上的梳狀耳板(6)軸孔相鉸接，成為杠桿支點。本實用新型具有結構合理，使用可靠、安裝簡單，方便與鉆桿排放、移運設備提升臂相結合，組成具有夾持功能的機械手。
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 優先權日2008年6月12日
發明者周聲強, 鳴 姜, 張新紅, 曹言悌 申請人:上海三高石油設備有限公司