垂直浮动定位及锁紧的液压背钳的制作方法

本发明涉及石油天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种垂直浮动定位及锁紧的液压背钳。

背景技术：

在石油天然气钻探设备中，顶驱系统是重要的设备。其中，背钳是顶驱系统中上卸钻杆、拆卸内防喷器和更换水龙头转换接头时不可或缺的一部分。但是，目前背钳在进行拆卸内防喷器和更换水龙头转换接头时，沿背钳导轨的定位和锁紧还需要其他设备和人工辅助完成，定位点有限且操作费时，常见的是在背钳导轨上设有定位孔，通过人工将背钳上下移动到定位孔后用销轴定位，其自动化程度和工作效率都很低。在顶驱钻井作业时，背钳装置直接影响顶驱整体的作业效率和可靠性，其主要作用是完成钻井和起下钻过程中的上、卸扣钻具的夹持。目前国内外顶驱背钳结构较复杂，夹紧前钻杆或套管对中需要增设辅助对中扶正装置，而且在上、卸自动和手动内防喷器系统与水龙头转换接头时存在背钳体的固定操作繁琐、行程不足等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种垂直浮动定位及锁紧的液压背钳。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种垂直浮动定位及锁紧的液压背钳，其包括背钳体、垂直浮动油缸、连接于背钳体的垂直浮动导向总成和穿设于垂直浮动导向总成的背钳导轨，垂直浮动油缸的一端连接于背钳导轨，另一端同时连接于垂直浮动导向总成和背钳体；背钳体包括壳体，壳体上设有通孔，通孔贯穿壳体的上端面和下端面，壳体内设有两个钳牙总成，两钳牙总成以通孔的中心对称分布；背钳导轨和垂直浮动导向总成之间设有定位与锁紧系统；定位与锁紧系统包括用于锁紧背钳导轨的曲柄滑块机构和用于驱动曲柄滑块机构的手柄；该曲柄滑块机构包括齿块前推柄、齿块后推柄、齿块和设于垂直浮动导向总成上的齿块滑槽，齿块前推柄和齿块后推柄之间、齿块和齿块后推柄之间均为轴连接；齿块滑设于齿块滑槽内；手柄固设于齿块前推柄；背钳导轨上固设有齿条，齿块的齿牙与齿条的齿牙相对设置。

较佳地，垂直浮动导向总成上还设有支架，手柄通过销轴连接于支架上。

较佳地，垂直浮动导向总成上设有用于锁住手柄的锁扣。

较佳地，齿块滑槽焊接于垂直浮动导向总成，或者齿块滑槽一体成型于垂直浮动导向总成；支架焊接于垂直浮动导向总成，或者支架一体成型于垂直浮动导向总成；齿条通过螺栓固定于背钳导轨，或者齿条通过焊接固定于背钳导轨。

较佳地，钳牙总成包括驱动油缸、钳牙座以及钳牙，钳牙座固设于驱动油缸的伸出端，钳牙固设于钳牙座。

较佳地，钳牙座包括用于放置钳牙的中段部以及设于中部段两端的边缘部，中段部为弧形，边缘部为斜向分布。

较佳地，钳牙总成包括三个钳牙，三个钳牙呈弧形分布。

较佳地，壳体的下端面设有导鞋，导鞋为漏斗状，导鞋与通孔贯通。

较佳地，垂直浮动导向总成的顶部设有第一凸台，背钳体的顶部设有第二凸台，垂直浮动油缸的下端部设有耳座，耳座同时固接于第一凸台和第二凸台。

较佳地，背钳导轨的底部设有保护板。

本发明的积极进步效果在于：本发明能够实现自动将钻杆或套管扶正夹紧，减少扶正装置，结构简单；定位与锁紧系统跟随顶驱背钳体和垂直浮动导向总成沿背钳导轨同步移动，利用曲柄滑块机构的原理将齿条齿块、啮合，能够快速地实现定位与锁紧的要求，提高工作效率；且采用曲柄滑块机构的极限死点方式以及为锁紧手柄增设外部锁扣，达到双重安全保障的目的。

附图说明

图1为发明较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的左视示意图。

图3为本发明较佳实施例的右视示意图。

图4为本发明较佳实施例的背钳体在钳牙未完全闭合时的俯视示意图。

图5为本发明较佳实施例的背钳体在钳牙完全闭合时的俯视示意图。

图6为本发明较佳实施例的定位与锁紧系统的结构示意图。

图7为本发明较佳实施例的定位与锁紧系统的锁扣位置示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，一种垂直浮动定位及锁紧的液压背钳，其包括背钳体1、垂直浮动油缸7、连接于背钳体的垂直浮动导向总成3和穿设于垂直浮动导向总成的背钳导轨2，垂直浮动油缸7的一端连接于背钳导轨2，另一端同时连接于垂直浮动导向总成3和背钳体1。垂直浮动导向总成3和背钳体1通过螺栓4固接。

垂直浮动导向总成3的顶部设有第一凸台15，背钳体1的顶部设有第二凸台16，垂直浮动油缸7的下端部设有耳座9，耳座9同时固接于第一凸台15和第二凸台16。耳座与第一凸台之间通过螺栓10连接；耳座与第二凸台之间均通过螺栓12连接。

垂直浮动油缸为二级伸缩油缸。垂直浮动油缸7与背钳导轨2之间通过销轴8连接；垂直浮动油缸7与耳座9之间均通过销轴6连接。在垂直浮动油缸7进、出油时可带动背钳体1和浮动导向总成3沿背钳导轨2上下移动，通过定位锁紧系统14实现自升式浮动液压背钳在行程内任一位置的固定和锁死。

背钳体1包括壳体100，壳体上设有通孔101，通孔101贯穿壳体的上端面和下端面，壳体100内设有两个钳牙总成，分别为钳牙总成200和钳牙总成300，钳牙总成200和钳牙总成300以通孔101的中心对称分布。

钳牙总成200包括驱动油缸201、钳牙座202以及三个钳牙203，钳牙座202固设于驱动油缸201的伸出端，钳牙203固设于钳牙座。

钳牙座202包括用于放置钳牙的中段部204以及设于中部段204两端的边缘部205，中段部为弧形，边缘部为斜向分布；三个钳牙203呈弧形分布。

钳牙总成300包括驱动油缸301、钳牙座302以及三个钳牙303，钳牙座302固设于驱动油缸301的伸出端，钳牙303固设于钳牙座。

钳牙座302包括用于放置钳牙的中段部304以及设于中部段304两端的边缘部305，中段部为弧形，边缘部为斜向分布；三个钳牙303呈弧形分布。

壳体100的下端面设有导鞋19，导鞋19为漏斗状，导鞋19与通孔101贯通。

背钳体1中采用双油缸对夹的夹紧形式，当钻杆或套管经由导鞋19进入背钳体1中，通过直径为ф260mm的导鞋19将钻杆或套管定位在ф260mm的通孔内，驱动油缸201伸出端和驱动油缸301伸出端分别推动钳牙座202、三个钳牙203和钳牙座302、三个钳牙303向井眼中心轴线移动，完成自动对中和夹紧动作。

钳牙座202和钳牙座302经过结构优化分别配有三片钳牙，同时钳牙座的两边优化为过渡斜角，且每钳牙座两斜角间距离为260mm，与导鞋19直径相等，在向井眼中心线移动过程中可将偏向于过渡斜角一侧的钻杆或套管经由过渡斜角对中于井眼中心轴线。

设置三个钳牙，且三个钳牙呈弧形分布，可以在驱动油缸201的伸出端与驱动油缸301的伸出端到达极限位置时有效地夹持小直径钻杆。

背钳导轨2和垂直浮动导向总成3之间设有定位与锁紧系统14。定位与锁紧系统14包括用于锁紧背钳导轨的曲柄滑块机构400和用于驱动曲柄滑块机构400的手柄143。

该曲柄滑块机构400包括齿块前推柄145、齿块后推柄146、齿块149和设于垂直浮动导向总成3上的齿块滑槽148，齿块前推柄145和齿块后推柄146之间、齿块149和齿块后推柄146之间均为轴连接；齿块149滑设于齿块滑槽148内；手柄143固设于齿块前推柄145；背钳导轨2上固设有齿条142，齿条142通过螺栓固定于背钳导轨2，或者齿条142通过焊接固定于背钳导轨2。齿块149的齿牙与齿条142的齿牙相对设置；垂直浮动导向总成3上还设有支架144，手柄143通过销轴147连接于支架144上。

当手柄143绕着销轴147朝远离垂直浮动导向总成方向移动时，齿块149朝离开齿条142的方向滑动；当手柄143绕着销轴147朝靠近垂直浮动导向总成的方向移动时，齿块149朝靠近齿条142的方向滑动。当手柄143的端部抵接于垂直浮动导向总成3时，齿块149与齿条142相啮合。

当背钳导轨需要垂直浮动时，手柄向外扳动，齿块与齿条分开，背钳导轨可自由垂直移动；当背钳导轨垂直移动到指定位置时，将手柄推向内侧到达曲柄滑块极限位置即可完成锁紧。

垂直浮动导向总成3上设有用于锁住手柄的锁扣1410。曲柄滑块机构的极限死点位置即为本定位锁紧系统的工作位置，即齿块与齿条啮合时的位置。扳动手柄至曲柄滑块死点位置时，手柄正好与垂直浮动导向总成侧壁接触，再将锁扣闭合，提供二次安全保护。

齿块滑槽148焊接于垂直浮动导向总成3，或者齿块滑槽148一体成型于垂直浮动导向总成3。支架144焊接于垂直浮动导向总成3，或者支架144一体成型于垂直浮动导向总成3。这样，分别为齿块提供滑道、为手柄和齿块前推柄的摆动提供支点。

背钳导轨2的底部设有保护板18，保护板通过螺栓17固定于背钳导轨2。将定位与锁紧系统的手柄向外拉，打开定位与锁紧系统，使背钳导轨2从垂直浮动导向总成3内穿出。将定位与锁紧系统的手柄推向内侧，使背钳体1定位并锁紧，再用螺栓17将保护板18固定于背钳导轨2底部，防止定位与锁紧系统14失效造成背钳体1脱落。

本发明与以往顶驱背钳相比，减少钻杆扶正装置，使背钳结构简化，且垂直浮动行程范围更大，满足上、下内防喷器和水龙头转换接头的更换需求，而且能够在上、卸自动和手动内防喷器与水龙头转换接头时实现任一位置的快速定位和锁死，提高了工作效率。

与背钳以往使用的定位锁紧方式相比，本发明的定位与锁紧系统利用曲柄滑块机构的原理将齿条与齿块啮合，结构简单，制造成本低，操作简单便捷，能够快速的实现定位与锁紧的要求。

本发明采用曲柄滑块机构的极限死点方式(即自锁方式)和为锁紧手柄增设外部锁扣，使用更安全，达到双重保障的目的。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。