一种无压痕液压钳的制作方法

本发明涉及一种无压痕液压钳，适用于石油工程的技术领域。

背景技术：

液压动力钳为开口型动力钳，是油田修井作业时用于上、卸抽油杆、油管、套管、隔热管、钻杆及类似管柱螺纹的机械化设备。现有的动力钳主要由主钳和背钳组成，背钳夹紧管柱接箍，主钳夹紧管柱旋转完成接管和卸管的工作。现有动力钳的钳口内侧的牙座上配装的牙块都有较硬的硬度和锋利的牙尖，使得在接箍时能够将牙块切入管柱从而卡紧防止油管坠井。每次操作以后，都会在管柱的外表面咬出一定深度的压痕。多次使用以后，管柱的表面会出现损伤。由于油井中大量的二氧化碳和硫化氢的腐蚀，使得损伤的管柱表面被加速腐蚀，从而使其加速失效，大大增加了油气田作业的成本、工作量和作业风险。更有甚者，近年来随着非金属管柱在油田上使用的增多，使得无压痕动力钳的需求越来越紧迫。

中国专利申请CN102061895A公开了一种无损伤油管动力钳背钳钳头，由背钳上盖、背钳主体、背钳颚板架、坡板、滚轮、滚轮轴、卡瓦片、卡瓦座、卡瓦压片和复位弹簧等组成，解决了油田管柱作业中对管柱的损坏，卡紧可靠，结构简单。其中，卡瓦片装在卡瓦座的插槽中，卡瓦片与所卡紧的管柱外径包容，为非金属高分子耐磨材料，或为金属片与非金属高分子耐磨材料的组合，或为耐磨合金材料。通过采用耐磨材料制成的卡瓦片，并加大与管柱的接触面积，起到卡紧管柱且不损伤管柱的作用，其经济效益可观。中国专利申请CN102061896A公开了一种无损伤油管动力钳钳头卡紧机构，其中公开了类似的结构。

现有技术中需要一种无压痕液压钳，使得此种卡瓦片在用于夹紧油管时，能够保持其完整性。

技术实现要素：

本发明提供了一种无压痕液压钳，其能够使得液压钳在抱紧管柱的过程中不会在管柱的表面造成任何损伤，能够极大地提高油管的使用寿命和作业安全性。

本发明的无压痕液压钳包括背钳组件和主钳组件，背钳组件和主钳组件的中部均设有卡瓦座，无压痕卡瓦间隔地周向固定在卡瓦座上；

所述无压痕液压钳还包括输入组件，所述输入组件连接到主钳组件上；

所述背钳组件包括背钳壳体和设置在所述背钳壳体内部的夹紧组件，所述背钳壳体的外表面呈缺口圆环型，上颚板和下颚板分别设置在背钳壳体的上表面和下表面并通过销轴相互连接；

所述主钳组件包括主钳壳体、介轮组件、环形齿轮、上夹板和下托板，环形齿轮被夹持在上夹板和下托板之间，形成壳内组件，所述壳内组件位于主钳壳体内部，所述上夹板和所述下托板之间通过销轴连接，所述壳内组件和所述输入组件之间通过所述介轮组件传动连接。

优选地，所述背钳壳体的竖向横截面为H型，上表面分布有上凹槽，下表面分布有下凹槽；

所述上凹槽内设置有多个第一辊柱、所述下凹槽内设置有多个第二辊柱，第一辊柱和第二辊柱能够分别在上凹槽和下凹槽内滚动并被上凹槽和下凹槽之间的腹板隔开；所述第一辊柱的上端伸出所述上颚板的上表面，所述第二辊柱的下端伸出所述下颚板并与之固定。

优选地，主钳组件和背钳组件通过第一连接轴、第二连接轴和第三连接轴相互连接；

所述第一连接轴和第二连接轴分别通过连接托架和螺栓连接到背钳组件的背钳壳体上，第一连接轴和第二连接轴分别穿过从主钳壳体上伸出的连接凸耳与主钳壳体连接；

所述第三连接轴通过背钳尾把组件连接到背钳壳体上，第三连接轴穿过从主钳壳体上伸出的连接凸耳与主钳壳体连接。

优选地，所述背钳尾把组件包括背钳托架和穿过背钳托架的横向轴套，表面带有螺纹的横轴穿过横向轴套，横向轴套的两端设有法兰并连接有动力输入轴，用于向背钳组件提供动力；竖向旋转轴与所述横轴正交啮合并竖向穿过设置在背钳托架上的通孔，围绕所述竖向旋转轴旋转设有第一齿盘，所述上颚板的周向边缘的一部分设有能够与所述第一齿盘啮合的齿纹。

优选地，所述夹紧组件包括等角度间隔设置的三个卡瓦座和设置在卡瓦座之间的两个弧面板；每个弧面板上设置多个销轴，所述销轴的两端分别伸出所述上颚板和所述下颚板并通过螺母固定在其上；

所述卡瓦座包括座轴和座架，座架可活动地连接到座轴上并呈弧面型，所述卡瓦固定在座架上；

所述背钳壳体的内侧间隔设置有三个容纳部，以容纳座轴，相邻的容纳部之间为圆弧面，所述圆弧面与所述弧面板的形状相匹配。

优选地，所述环形齿轮的外表面呈缺口圆环型，其竖向横截面为平放的“王”字型，上表面分布有两排上凹槽，下表面分布有两排下凹槽；

所述上凹槽内设置有多个第三辊柱、所述下凹槽内设置有多个第四辊柱，第三辊柱和第四辊柱能够分别在所述上凹槽和所述下凹槽内滚动并被两者之间的腹板隔开。

优选地，所述壳内组件还包括等角度间隔设置的三个卡瓦座和设置在卡瓦座之间的两个弧面板；每个弧面板上设置多个销轴，销轴的两端分别伸出上夹板和下托板并通过螺母固定在其上；

所述卡瓦座包括座轴和座架，所述座架可活动地连接到所述座轴上并呈弧面型，所述卡瓦固定在座架上；环形齿轮的内侧间隔设置有三个容纳部，相邻的容纳部之间为圆弧面，该圆弧面与弧面板的形状相匹配。

优选地，与所述卡瓦座的座轴接触的下托板上设置的容纳部为长条形，所述容纳部开设在下托板的上表面一定深度范围内，所述座轴可沿容纳部径向移动，从而张开和收紧座架，使得设置在座架上的卡瓦能够夹紧和放松管柱。

优选地，本发明的无压痕卡瓦的制备方法包括以下步骤：

(1)塑炼

将丁腈橡胶在开炼机上分段塑炼，同时加入增塑剂来加快塑炼，增塑剂是丁腈橡胶质量的15-17％；在开炼机两个旋转辊筒间，凭借前后辊相对速度不同所产生的剪切力使橡胶大分子断裂,塑炼温度控制在30±1℃，前后辊的速度比控制在1:1.32，辊距为1mm；

(2)混炼

将开炼机的水温控制在70-80℃，将塑炼好的胶料放在开炼机上进行混炼，并依次加入所述增塑剂、防老剂和硫化剂，反复薄通，出片待用；

混炼期间，加入的胶料、增塑剂、防老剂和硫化剂的质量比为1:0.08-0.12:0.06-0.08:0.05-0.06；

(3)涂胶

将金属网格清理干净，按照尺寸裁定成型，将胶黏剂均匀涂抹在其表面待用；

(4)下料

将混炼后的胶料停放2天以后，按照产品的形状和尺寸下料；

(5)硫化

将涂好胶黏剂的金属网格和裁剪好的胶料分层放入模具中，锁紧模具进行硫化；

硫化过程中模具的压紧力为25-27MPa，温度保持在175-180℃，压紧时间为5-6小时；硫化完成以后打开模具，取出产品；

(6)修剪

产品取出以后，及时修剪成型。

优选地，增塑剂由二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、去离子水、双氧水、三氯甲烷按照质量比为1:0.2-0.3:0.1-0.15:0.1-0.12:0.05-0.07混合制成，其制备方法为将二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油和双氧水放在密闭容器中加热至70-75℃并密封2小时使其充分混合，然后加入去离子水搅拌并使其温度保持在50-52℃，静置1小时后放入三氯甲烷，混合均匀。

采用本发明的无压痕液压钳，使得作业时不会在管柱的表面造成任何损伤，能够极大地提高油管的使用寿命和作业安全性。

附图说明

图1是根据本发明的无压痕液压钳的立体示意图。

图2是根据本发明的无压痕液压钳的分解图。

图3是背钳组件分解后的示意图。

图4是背钳尾把组件的内部结构示意图。

图5是背钳组件的仰视图。

图6是背钳壳体的俯视图。

图7是主钳组件的俯视图。

图8是主钳组件的分解图。

图9是介轮组件和环形齿轮的示意图。

图10是壳内组件的俯视图。

图11是本发明的卡瓦的一种实施方式的立体图。

图12是本发明的卡瓦的一种实施方式的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1和2所示，本发明的无压痕液压钳包括背钳组件1和主钳组件2，背钳组件1和主钳组件2的中部均设有卡瓦座，无压痕卡瓦3间隔地周向固定在卡瓦座上。作业时，背钳组件1抱紧管柱接箍，主钳组件2抱紧待接管柱并旋转，从而将上下管柱旋接。卡瓦的尺寸可以根据管柱的实际尺寸进行选择，其围绕卡瓦座设置的个数为至少两个，例如可以是2个、3个或4个。

如图11和12所示，其中显示了一种实施方式的卡瓦的结构示意图。如图所示，卡瓦呈弧面片状，其外侧设有摩擦突起部，以增大与卡瓦座之间的抱紧摩擦力。优选地，卡瓦外侧的摩擦突起部可以设置为齿状，以与卡瓦座上的齿相互啮合。

如图2所示，根据本发明的无压痕液压钳还包括输入组件30，输入组件30连接到主钳组件2上，向主钳组件2提供动力输入。主钳组件2和背钳组件1通过第一连接轴100、第二连接轴200和第三连接轴300相互连接。第一连接轴100和第二连接轴200分别通过连接托架和螺栓连接到背钳组件1的背钳壳体10上，第一连接轴100和第二连接轴200分别穿过从主钳壳体20上伸出的连接凸耳与主钳壳体20连接。第三连接轴300通过背钳尾把组件14连接到背钳壳体10上，第三连接轴300穿过从主钳壳体20上伸出的连接凸耳与主钳壳体20连接。

如图3和4所示，背钳尾把组件14包括背钳托架141和穿过背钳托架141的横向轴套142，表面带有螺纹的横轴147穿过横向轴套142，横向轴套142的两端设有法兰143。横向轴套142的两端连接有动力输入轴(未示出)，用于向背钳组件提供动力。第一齿盘144围绕竖向旋转轴145旋转，竖向旋转轴145与横轴147正交啮合并竖向穿过设置在背钳托架141上的通孔146。当通过动力输入轴向横轴147传递动力时，横轴147的旋转带动竖向旋转轴145转动，继而带动第一齿盘144旋转。

如图3-6所示，背钳壳体10的外表面呈缺口圆环型，其竖向横截面为H型，上表面分布有上凹槽101，下表面分布有下凹槽102。上颚板12和下颚板11分别设置在背钳壳体10的上表面和下表面，两者之间通过销轴156相互连接。上颚板12的周向边缘的一部分设有能够与第一齿盘144啮合的齿纹，从而在第一齿盘144旋转时能够带动上颚板12旋转。上凹槽101内设置有多个第一辊柱121、下凹槽102内设置有多个第二辊柱111，第一辊柱121和第二辊柱111能够分别在上凹槽101和下凹槽102内滚动并被上凹槽101和下凹槽102之间的腹板隔开。第一辊柱121的上端伸出上颚板12的上表面，第二辊柱111的下端伸出下颚板11并与之固定。

如图5和6所示，其中显示了背钳壳体10及设置在其内部的夹紧组件的示意图。如图5所示，夹紧组件包括等角度间隔设置的三个卡瓦座152和设置在卡瓦座152之间的两个弧面板153。每个弧面板153上设置多个销轴156，销轴156的两端分别伸出上颚板12和下颚板11并通过螺母固定在其上。卡瓦座152包括座轴151和座架，座架可活动地连接到座轴151上并呈弧面型，卡瓦3固定在座架上。三片卡瓦呈圆弧形布置，以夹紧其中的管柱。需要说明的是，附图仅为示例性地说明，本领域技术人员理解卡瓦的个数可以根据实际需要灵活设置。背钳壳体10的内侧间隔设置有三个容纳部154，以容纳尺寸较大的座轴151，相邻的容纳部154之间为圆弧面155，该圆弧面155与弧面板153的形状相匹配。

当外部动力驱动横轴147旋转时，横轴147的旋转带动竖向旋转轴145转动，继而带动第一齿盘144旋转。第一齿盘144带动与其啮合的上颚板架旋转，并带动下颚板架旋转。由此，放松状态下位于容纳部154中的座轴151滑向圆弧面155，从而使得卡瓦3能够抱紧置于其中的管柱。

如图7-8所示，其中显示了根据本发明的主钳组件2的俯视图和分解图。主钳组件2通过输入组件30提供动力，其中输入组件30的下端与传动齿轮31连接，传动齿轮31与第一中转齿轮311啮合，第一中转齿轮311与第二中转齿轮312啮合。优选地，可以在传动齿轮31的两侧分别对称设置有第一中转齿轮311和第二中转齿轮312。传动齿轮31、第一中转齿轮311和第二中转齿轮312一起组成介轮组件23。介轮组件23中的第二中转齿轮312与环形齿轮24啮合。其中，环形齿轮24、传动齿轮31、第一中转齿轮311和第二中转齿轮312的侧壁周围均设置有齿。

如图8所示，其中显示了根据本发明的主钳组件的分解图。如图所示，主钳组件2包括主钳壳体20、介轮组件23、环形齿轮24、上夹板25、下托板28，其中环形齿轮24被夹持在上夹板25和下托板28之间，形成壳内组件22。壳内组件22位于主钳壳体20内部。优选地，主钳组件2还包括刹车鼓26和刹车带27。

与背钳组件类似，如图9-10所示，环形齿轮24的外表面呈缺口圆环型，其竖向横截面为平放的“王”字型，上表面分布有两排上凹槽201，下表面分布有两排下凹槽202。上夹板25和下托板28分别设置在主钳壳体20的上表面和下表面，两者之间通过销轴256相互连接。上凹槽201内设置有多个第三辊柱、下凹槽202内设置有多个第四辊柱，第三辊柱和第四辊柱能够分别在上凹槽201和下凹槽202内滚动并被两者之间的腹板隔开。

如图10所示，其中显示了主钳壳体20内的壳内组件22的俯视图。如图所示，壳内组件还包括等角度间隔设置的三个卡瓦座252和设置在卡瓦座252之间的两个弧面板253。每个弧面板253上设置多个销轴256，销轴256的两端分别伸出上夹板25和下托板28并通过螺母固定在其上。卡瓦座252包括座轴251和座架，座架可活动地连接到座轴251上并呈弧面型，卡瓦3固定在座架上。三片卡瓦呈圆弧形布置，以夹紧其中的管柱。环形齿轮24的内侧间隔设置有三个容纳部254，相邻的容纳部254之间为圆弧面，该圆弧面与弧面板253的形状相匹配。与卡瓦座252的座轴251接触的下托板28上部分设置的容纳部254为长条形，容纳部254不穿透下托板28的整个厚度，仅开设在下托板28的上表面一定深度范围内。座轴251可沿容纳部254径向移动，从而张开和收紧座架，使得设置在座架上的卡瓦3能够夹紧和放松管柱。

当通过输入组件30向主钳组件输入动力时，环形齿轮24周向旋转，从而带动座轴251在容纳部254内径向移动，当座轴251在容纳部254内向中心移动时，推动卡瓦抱紧管柱并继续旋转，使得上管柱与下管柱旋接。

根据本发明的卡瓦的制备方法包括以下步骤：

(1)塑炼

塑炼是橡胶加工的一个工序,指采用机械或化学的方法,降低生胶分子量和粘度以提高其可塑性，并获适当的流动性，以满足混炼和成型进一步加工的需要。塑炼过程是使橡胶大分子链断裂，分子链由长变短而使分子量分布均匀化的过程。在塑炼过程中导致大分子链断裂的因素主要有两个：一是机械破坏作用；二是热氧化降解作用。低温塑炼时，主要是由于机械破坏作用，大分子在强烈的机械力作用下发生断链；高温塑炼时，热氧化降解作用占主导地位。

将丁腈橡胶在开炼机上分段塑炼，同时加入增塑剂来加快塑炼，增塑剂的使用量为丁腈橡胶的15-17％(质量比)。在开炼机两个旋转辊筒间，凭借前后辊相对速度不同所产生的剪切力使橡胶大分子断裂,从而达到增塑的目的。塑炼温度控制在30±1℃，前后辊的速度比控制在1:1.32，辊距为1mm。

根据本发明的增塑剂的一种优选实施方式如下：

增塑剂由二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、去离子水、双氧水、三氯甲烷按照质量比为1:0.2-0.3:0.1-0.15:0.1-0.12:0.05-0.07混合制成，其制备方法为将二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油和双氧水放在密闭容器中加热至70-75℃并密封2小时使其充分混合，然后加入去离子水搅拌并使其温度保持在50-52℃，静置1小时后放入三氯甲烷，混合均匀。

更优选地，增塑剂可以由二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、去离子水、双氧水、三氯甲烷按照质量比为1:0.24:0.12:0.12:0.05混合制成。

(2)混炼

混炼是用炼胶机将生胶或塑炼生胶与配合剂炼成混炼胶的工艺，是橡胶加工最重要的生产工艺。其通过机械作用使生胶或塑料胶与各种配合剂均匀混合。

将开炼机的水温控制在70-80℃，将塑炼好的胶料放在开炼机上进行混炼，并依次加入增塑剂、防老剂和硫化剂，反复薄通(即，使橡胶很薄地通过开炼机的两个辊筒)，最后出片待用。其中，加入的胶料、增塑剂(成分同上)、防老剂和硫化剂的质量比为(假设胶料的质量份数为1)1:0.08-0.12:0.06-0.08:0.05-0.06。

根据本发明的防老剂的一种优选实施方式如下：

防老剂由4,4'-二(α-甲基苄基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氢化喹啉、炭黑、三氧化二铝和二氧化硅按照质量比为1:0.6-0.8:0.2-0.3:0.12-0.14:0.1-0.15混合均匀制成。

更优选地，防老剂由4,4'-二(α-甲基苄基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氢化喹啉、炭黑、三氧化二铝和二氧化硅按照质量比为1:0.62:0.28:0.12:0.15混合均匀制成。

根据本发明的硫化剂的一种优选实施方式如下：

硫化剂由硫磺粉、酚醛树脂、氧化锌、二硫化二吗啉和二硫化二苯并噻唑按照质量比为1：0.3-0.5：0.1-0.14：0.5-0.7：0.12-0.16混合均匀制成。优选地，硫化剂由硫磺粉、酚醛树脂、氧化锌、二硫化二吗啉和二硫化二苯并噻唑按照质量比为1：0.38：0.12：0.7：0.15混合均匀制成。

(3)涂胶

将金属网格清理干净，按照尺寸裁定成型，将胶黏剂均匀涂抹在其表面待用。胶黏剂要选择适用于粘结丁腈橡胶的胶黏剂。

胶黏剂的一种优选实施方式如下：

胶黏剂由以下重量份数的组分构成：

环氧树脂20-30份，

聚丁烯醇12-14份，

改性聚氨酯10-12份，

甲基丙烯酸甲酯15-18份，

淀粉7-11份，

滑石粉6-9份，

碳纤维10-15份。

其制备过程为：将环氧树脂加热到120-130℃，保温静置2小时以激活其活性，然后加入改性聚氨酯和甲基丙烯酸甲脂，搅拌均匀并加热到150-156℃，然后加入聚丁烯醇使其充分反应并混合均匀，冷却至室温后，加入淀粉、滑石粉和碳纤维。

(4)下料

将混炼后的胶料停放2天以后，按照产品的形状和尺寸下料。

(5)硫化

将涂好胶黏剂的金属网格和裁剪好的胶料分层放入模具中，锁紧模具进行硫化。硫化过程中模具的压紧力为25-27MPa，温度保持在175-180℃，压紧时间为5-6小时。硫化完成以后打开模具，取出产品。

(6)修剪，检验

产品取出以后，及时修剪成型。

采用本发明的制备方法制得的卡瓦用于液压钳中，能够使得液压钳在抱紧管柱的过程中不会在管柱的表面造成任何损伤，能够极大地提高油管的使用寿命和作业安全性。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。