一种自定心夹持式背钳

技术领域

本发明涉及石油钻修井技术领域，具体地来说，涉及一种自定心夹持式背钳。

背景技术

油田井口的油管、套管、钻杆等钻具的上、卸扣中，要用到动力钳，动力钳一般分为主钳和背钳，背钳夹紧下部钻具不转动，主钳夹紧上部钻具旋转实现上扣或卸扣作业，作业时上下部钻具须保证一定的同心度。目前常见的三颚板夹紧结构的动力钳背钳，其结构如下：中间的颚板总成（一般包括牙板等）固定在背钳壳体上，两侧的颚板总成通过对应的夹紧臂由液压缸直接驱动做杠杆运动，以三点形式夹紧钻具；这种背钳的结构存在明显的局限性，即中间位置固定的颚板总成即已确定其夹持钻具圆心的位置，夹持不同规格的钻具时必须更换配套的颚板总成才能确保钻具圆心位置不变，相应的更换操作极为繁琐，使得工作效率严重受到影响。

而现有技术中相关针对背钳的研究，如专利申请CN115961899A新式液动背钳等，其均可通过使两个前颚板总成和后颚板总成同步进行夹持运动，在不用更换颚板总成的情况下，一定程度上适用于不同尺寸规格管径的钻具，提升工作效率，但是，现有技术存在着作业安全性和可靠性一般的问题，且对于工作效率的提升仍然有限，例如，现有技术中多采取弹簧式复位结构，但扭簧易损且安装在内部不易更换，同时，现有技术中多为单缸作业，推力有限，以致夹紧效果受到影响，工作效率也进一步受到影响。

为此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自定心夹持式背钳，以解决上述背景技术提出的现有技术的作业安全性和可靠性一般，且对于工作效率的提升仍然有限，例如，现有技术中多采取弹簧式复位结构，但扭簧易损且安装在内部不易更换，同时，现有技术中多为单缸作业，推力有限，以致夹紧效果受到影响，工作效率也进一步受到影响的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种自定心夹持式背钳，包括底架组件、后颚板总成、两前颚板总成、分别用于带动后颚板总成和两前颚板总成向背钳钳口中心靠拢的推拉组件和两夹紧臂组件、以及用于驱动推拉组件的双缸结构的液缸组件，所述前颚板总成和后颚板总成的牙板均呈V字形分布，所述底架组件包括呈矩形结构的底架，所述钳口呈V字形且形成于底架的前端端部中间位置，所述夹紧臂组件和推拉组件可通过液缸组件共同形成滚子爬坡式夹紧结构，所述夹紧臂组件和推拉组件还可通过液压缸组件共同形成滚子爬坡式复位结构。

进一步的，所述推拉组件包括推拉杆、左右对称设置的两个夹紧坡板和左右对称设置的两个复位坡板，所述推拉杆呈十字形且包括沿底架的长度方向设置的粗杆部，所述粗杆部的前端端部固定有一颚板座，所述后颚板总成燕尾式连接于颚板座的前端端部且后颚板总成的开口朝向钳口设置，所述粗杆部的左右两侧还分别向外垂直延伸形成有两个细杆部，所述底架的上表面中间位置沿其长度方向固定有供推拉杆的粗杆部于上方滑移的滚轮式滑道，所述滚轮式滑道的左右两侧对称设有两个用于对推拉杆的粗杆部进行滑移时限位的限位块组件，所述限位块组件均固定于底架的上表面且均包括限位块Ⅰ、以及限位块Ⅰ远离钳口一端的端部的限位块Ⅱ，所述底架的上表面后端还左右对称固定有两个支撑座，所述液缸组件包括左右对称设置的两个液缸，所述液缸的活塞杆端部一一对应垂直固定于细杆部的后端端部，所述液缸的缸体部一一对应垂直固定于支撑座上，所述粗杆部位于细杆部前端的部分与每个细杆部之间均固定有一呈类直角三角形结构的夹紧坡板和一呈类弓字形结构的复位坡板且复位坡板位于同侧的夹紧坡板的外围，所述夹紧坡板均贴合固定于粗杆部与对应的细杆部的夹角处，所述复位坡板的两端均分别固定于粗杆部的端部和对应的细杆部的端部。

进一步的，所述夹紧臂组件左右对称设置且均包括呈钝角弧形结构的开口朝向钳口设置的夹紧臂，所述夹紧臂的中间位置均穿设有一转轴并通过转轴铰接于底架的上表面前端，所述夹紧臂的前端均穿设有一插销并通过插销与对应的前颚板总成转动连接，所述前颚板总成均连接于对应的夹紧臂的内侧且开口均朝向钳口设置，所述夹紧臂的后端均穿设有间隔设置的滚子轴Ⅰ和滚子轴Ⅱ并分别通过滚子轴Ⅰ和滚子轴Ⅱ连接有滚子Ⅰ和滚子Ⅱ，所述夹紧坡板正对同侧复位坡板的一面均形成有与同侧的滚子Ⅰ滚动配合的夹紧曲面，所述复位坡板背离同侧夹紧坡板的一面均形成有与同侧的滚子Ⅱ滚动配合的复位曲面，所述夹紧曲面的曲线均与同侧任一位置的滚子Ⅰ相切。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在设有后颚板总成、两前颚板总成、分别用于带动后颚板总成和两前颚板总成向背钳钳口中心靠拢的推拉组件和两夹紧臂组件、以及用于驱动推拉组件的液压组件的基础上，通过夹紧臂组件和推拉组件可通过液缸组件共同形成滚子爬坡式夹紧结构和滚子爬坡式复位结构的配合设置，在实现后颚板总成和两前颚板总成联动作业下的自定心夹持管柱，以便在不更换颚板总成的情况下，保证与主钳夹持钻具的同心度配合，避免为确保上下钻具同心而导致的主钳、背钳之间的相对运动的同时，充分保证了夹紧结构和复位结构之间的协同性，并解决了传统的弹簧式复位结构所使用的扭簧存在的易损、更换困难的问题，从而大大减少了更换频率，提高了工作效率，并极大地提升了作业安全性和可靠性；与此同时，本发明中的液缸组件为双缸组件，这极大地提升液缸组件对于推拉组件的推力，并连带提升了对于夹紧臂组件的作用力，最终在进一步提升工作效率的基础上，大幅度地提高了后颚板总成和两前颚板总成夹紧作业的牢靠性，提高了夹紧效果。

2、本发明中的夹紧臂组件均包括夹紧臂、滚子Ⅰ和滚子Ⅱ，本发明中的推拉组件包括推拉杆、夹紧坡板和复位坡板，本发明中的液缸组件包括左右对称设置的两个液缸，在上述各部件协同作用的基础上，本发明通过夹紧坡板正对同侧复位坡板的一面均形成有与同侧的滚子Ⅰ滚动配合的夹紧曲面，复位坡板背离同侧夹紧坡板的一面均形成有与同侧的滚子Ⅱ滚动配合的复位曲面的配合设置，使得两个液压缸同步伸出时，推拉杆向前运动，滚子Ⅰ沿夹紧坡板的夹紧曲面作爬坡运动，两前颚板总成和后颚板总成同步运动从而自动定心，夹紧管柱，两个液压缸同步缩回时，滚子Ⅱ沿复位坡板的复位曲面作爬坡运动，两组夹紧臂组件以转轴为支点作杠杆运动，松开管柱，这进一步提升了作业安全性和可靠性。

3、本发明中的底架组件包括底架，本发明中通过底架的上表面中间位置的滚轮式滑道的设置，有效减小了推拉杆前后运动时的摩擦力，通过滚轮式滑道两侧的限位块组件的配合设置，实现了对于推拉杆前后运动时的限位导向，本发明通过上述设置充分保证了推拉杆作业时的平稳性，从而进一步保证了作业安全性和可靠性，并进一步提升了作业效率。

4、本发明中的夹紧曲面的曲线均与同侧任一位置的滚子Ⅰ相切的设置，有效地保证了夹持不同规格管径的钻具时其圆心位置不变，从而在主钳夹持不同规格管径的钻具时圆形位置不变的情形下，进一步保证了与主钳夹持钻具的同心度配合，进一步保证了作业安全性和可靠性。

5、本发明中的前颚板总成和后颚板总成的牙板均呈V字形分布，这进一步提升了前颚板总成和后颚板总成对于不同规格管径的钻具的适配性，从而在进一步保证作业安全性和可靠性的同时，进一步提升了夹紧效果。

附图说明

图1为本发明夹紧状态下的工作原理示意图；

图2为本发明底架组件的结构示意图；

图3为本发明推拉组件的结构示意图；

图4为本发明夹紧臂组件的结构示意图；

图5为本发明内部结构的侧视示意图；

图6为本发明内部结构的仰视示意图；

图7为本发明的横向剖面结构示意图；

图8为本发明的纵向剖面结构示意图；

图9为本发明前颚板总成的结构示意图；

图10为本发明后颚板总成的结构示意图；

图中：1、底架，2、钳口，3、前颚板总成，4、后颚板总成，41、燕尾块，5、推拉杆，51、粗杆部，52、细杆部，6、颚板座，61、燕尾槽，7、夹紧臂，8、转轴，9、插销，10、滚子轴Ⅰ，11、滚子轴Ⅱ，12、滚子Ⅰ，13、滚子Ⅱ，14、夹紧坡板，141、夹紧曲面，142、板体Ⅰ，143、板体Ⅱ，15、复位坡板，151、复位曲面，16、滚轮式滑道，17、限位块Ⅰ，18、限位块Ⅱ，19、支撑座，20、液缸，21、牙板，22、钻具。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1～图10，其示出一种自定心夹持式背钳，包括前端端部中间位置形成有V字形的钳口2的矩形的底架1（现有背钳壳体除底架外还具备的盖板等基础结构在此未作具体描述，但不应因此限制其功能实现）、推拉杆5、后颚板总成4（颚板总成等常规设备的功能和结构均为本领域所公知，连接设定也为公知常识，所以在此不多做说明，在附图中也未详细示出）、以及分别左右对称设置的两个前颚板总成3、两个夹紧坡板14、两个复位坡板15、两个液缸20、两个夹紧臂7（现有背钳上具备的控制机构等基础结构在此未作具体描述，在附图中也未示出，但不应因此限制其功能实现），夹紧臂7均呈钝角弧形结构，前颚板总成3、后颚板总成4和夹紧臂7的开口均朝向钳口2设置且前颚板总成3和后颚板总成4的牙板21均呈V字形分布。

进一步的，推拉杆5呈十字形且包括沿底架的长度方向设置的粗杆部51、以及由粗杆部51左右两侧分别向外垂直延伸形成的两个细杆部52，底架1的上表面后端还左右对称固定有两个支撑座19，液缸20的缸体部一一对应垂直固定于支撑座19上，液缸20的活塞杆端部一一对应垂直固定于细杆部52的后端端部，粗杆部51位于细杆部52前端的部分与每个细杆部52之间均固定有一呈类直角三角形结构的夹紧坡板14（此处，夹紧坡板14可由一呈L形结构的板体Ⅰ142和一呈类直角三角形结构的板体Ⅱ143一体式设置而成）和一呈类弓字形结构的复位坡板15且复位坡板15位于同侧的夹紧坡板14的外围，夹紧坡板14均贴合固定于粗杆部51与对应的细杆部52的夹角处且夹紧坡板14正对同侧复位坡板15的一面均形成有夹紧曲面141，复位坡板15的两端均分别固定于粗杆部51的端部和对应的细杆部52的端部且复位坡板15背离同侧夹紧坡板14的一面均形成有复位曲面151，夹紧臂7的中间位置均穿设有一转轴8且夹紧臂7均通过转轴8铰接于底架1的上表面前端，夹紧臂7的后端均穿设有滚子轴Ⅰ10和滚子轴Ⅱ11且同一夹紧臂7上的滚子轴Ⅰ10和滚子轴Ⅱ11间隔设置，滚子轴Ⅰ10上一一对应连接有滚子Ⅰ12而滚子轴Ⅱ11上一一对应连接有滚子Ⅱ13，滚子Ⅰ12一一对应与夹紧曲面141滚动配合且夹紧曲面141的曲线均与同侧任一位置的滚子Ⅰ12相切（此处，夹紧曲面141的曲线为取不同的点作出来的拟合曲线，其中，不同的点是指，夹持不同规格管径的钻具时，滚子Ⅰ12所在的点），滚子Ⅱ13一一对应与复位曲面151滚动配合，夹紧臂7的前端均穿设有一插销9且夹紧臂7一一对应通过插销9转动连接于前颚板总成3，前颚板总成3一一对应连接于夹紧臂7的内侧，粗杆部51的前端端部固定有一颚板座6而后颚板总成4燕尾式连接于颚板座6的前端端部（具体地，颚板座6的前端端部形成有一燕尾槽61，后颚板总成4的后端端部形成有一燕尾块41，燕尾块41嵌设于燕尾槽61内）。

进一步的，底架1的上表面中间位置固定有一与粗杆部51滑移配合的滚轮式滑道16且滚轮式滑道16沿底架1的长度方向设置，滚轮式滑道16的左右两侧对称设有两个限位块组件且每个限位块组件与滚轮式滑道16之间均形成有一与粗杆部51相适配的限位槽，限位块组件均包括呈一字型依次设置的限位块Ⅰ17和限位块Ⅱ18且限位块Ⅱ18设于同侧限位块Ⅰ17远离钳口2一端的端部。

本发明的工作原理及工作流程如下：

夹紧：两个液缸20同步伸出，推拉杆5的粗杆部51下部在两个限位块组件所形成的限位槽内向前运动，连带带动滚子Ⅰ12沿夹紧坡板14的夹紧曲面141作爬坡运动，滚子Ⅰ12的爬坡运动带动两个夹紧臂7以转轴8为支点作杠杆夹紧运动，最终使得两个前颚板总成3和后颚板总成4同步运动从而自动定心，夹紧钻具22；

复位：两个液缸20同步缩回，推拉杆5的粗杆部51下部在两个限位块组件所形成的限位槽内向后运动，连带带动滚子Ⅱ13沿复位坡板15的复位曲面151作爬坡运动，滚子Ⅱ13的爬坡运动带动两个夹紧臂7以转轴8为支点作杠杆运动，最终使得两个前颚板总成3和后颚板总成4同步运动从而松开钻具22。

整个过程中，两个前颚板总成3和后颚板总成4夹持不同规格管径的钻具22时，其圆心位置不变。