本發(fā)明涉及石油天然氣鉆探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗。

背景技術(shù)：

在石油天然氣鉆探設(shè)備中，頂驅(qū)系統(tǒng)是重要的設(shè)備。其中，背鉗是頂驅(qū)系統(tǒng)中上卸鉆桿、拆卸內(nèi)防噴器和更換水龍頭轉(zhuǎn)換接頭時不可或缺的一部分。但是，目前背鉗在進行拆卸內(nèi)防噴器和更換水龍頭轉(zhuǎn)換接頭時，沿背鉗導(dǎo)軌的定位和鎖緊還需要其他設(shè)備和人工輔助完成，定位點有限且操作費時，常見的是在背鉗導(dǎo)軌上設(shè)有定位孔，通過人工將背鉗上下移動到定位孔后用銷軸定位，其自動化程度和工作效率都很低。在頂驅(qū)鉆井作業(yè)時，背鉗裝置直接影響頂驅(qū)整體的作業(yè)效率和可靠性，其主要作用是完成鉆井和起下鉆過程中的上、卸扣鉆具的夾持。目前國內(nèi)外頂驅(qū)背鉗結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，夾緊前鉆桿或套管對中需要增設(shè)輔助對中扶正裝置，而且在上、卸自動和手動內(nèi)防噴器系統(tǒng)與水龍頭轉(zhuǎn)換接頭時存在背鉗體的固定操作繁瑣、行程不足等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

一種垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗，其包括背鉗體、垂直浮動油缸、連接于背鉗體的垂直浮動導(dǎo)向總成和穿設(shè)于垂直浮動導(dǎo)向總成的背鉗導(dǎo)軌，垂直浮動油缸的一端連接于背鉗導(dǎo)軌，另一端同時連接于垂直浮動導(dǎo)向總成和背鉗體；背鉗體包括殼體，殼體上設(shè)有通孔，通孔貫穿殼體的上端面和下端面，殼體內(nèi)設(shè)有兩個鉗牙總成，兩鉗牙總成以通孔的中心對稱分布；背鉗導(dǎo)軌和垂直浮動導(dǎo)向總成之間設(shè)有定位與鎖緊系統(tǒng)；定位與鎖緊系統(tǒng)包括用于鎖緊背鉗導(dǎo)軌的曲柄滑塊機構(gòu)和用于驅(qū)動曲柄滑塊機構(gòu)的手柄；該曲柄滑塊機構(gòu)包括齒塊前推柄、齒塊后推柄、齒塊和設(shè)于垂直浮動導(dǎo)向總成上的齒塊滑槽，齒塊前推柄和齒塊后推柄之間、齒塊和齒塊后推柄之間均為軸連接；齒塊滑設(shè)于齒塊滑槽內(nèi)；手柄固設(shè)于齒塊前推柄；背鉗導(dǎo)軌上固設(shè)有齒條，齒塊的齒牙與齒條的齒牙相對設(shè)置。

較佳地，垂直浮動導(dǎo)向總成上還設(shè)有支架，手柄通過銷軸連接于支架上。

較佳地，垂直浮動導(dǎo)向總成上設(shè)有用于鎖住手柄的鎖扣。

較佳地，齒塊滑槽焊接于垂直浮動導(dǎo)向總成，或者齒塊滑槽一體成型于垂直浮動導(dǎo)向總成；支架焊接于垂直浮動導(dǎo)向總成，或者支架一體成型于垂直浮動導(dǎo)向總成；齒條通過螺栓固定于背鉗導(dǎo)軌，或者齒條通過焊接固定于背鉗導(dǎo)軌。

較佳地，鉗牙總成包括驅(qū)動油缸、鉗牙座以及鉗牙，鉗牙座固設(shè)于驅(qū)動油缸的伸出端，鉗牙固設(shè)于鉗牙座。

較佳地，鉗牙座包括用于放置鉗牙的中段部以及設(shè)于中部段兩端的邊緣部，中段部為弧形，邊緣部為斜向分布。

較佳地，鉗牙總成包括三個鉗牙，三個鉗牙呈弧形分布。

較佳地，殼體的下端面設(shè)有導(dǎo)鞋，導(dǎo)鞋為漏斗狀，導(dǎo)鞋與通孔貫通。

較佳地，垂直浮動導(dǎo)向總成的頂部設(shè)有第一凸臺，背鉗體的頂部設(shè)有第二凸臺，垂直浮動油缸的下端部設(shè)有耳座，耳座同時固接于第一凸臺和第二凸臺。

較佳地，背鉗導(dǎo)軌的底部設(shè)有保護板。

本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)自動將鉆桿或套管扶正夾緊，減少扶正裝置，結(jié)構(gòu)簡單；定位與鎖緊系統(tǒng)跟隨頂驅(qū)背鉗體和垂直浮動導(dǎo)向總成沿背鉗導(dǎo)軌同步移動，利用曲柄滑塊機構(gòu)的原理將齒條齒塊、嚙合，能夠快速地實現(xiàn)定位與鎖緊的要求，提高工作效率；且采用曲柄滑塊機構(gòu)的極限死點方式以及為鎖緊手柄增設(shè)外部鎖扣，達到雙重安全保障的目的。

附圖說明

圖1為發(fā)明較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明較佳實施例的左視示意圖。

圖3為本發(fā)明較佳實施例的右視示意圖。

圖4為本發(fā)明較佳實施例的背鉗體在鉗牙未完全閉合時的俯視示意圖。

圖5為本發(fā)明較佳實施例的背鉗體在鉗牙完全閉合時的俯視示意圖。

圖6為本發(fā)明較佳實施例的定位與鎖緊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明較佳實施例的定位與鎖緊系統(tǒng)的鎖扣位置示意圖。

具體實施方式

下面舉個較佳實施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本發(fā)明。

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，一種垂直浮動定位及鎖緊的液壓背鉗，其包括背鉗體1、垂直浮動油缸7、連接于背鉗體的垂直浮動導(dǎo)向總成3和穿設(shè)于垂直浮動導(dǎo)向總成的背鉗導(dǎo)軌2，垂直浮動油缸7的一端連接于背鉗導(dǎo)軌2，另一端同時連接于垂直浮動導(dǎo)向總成3和背鉗體1。垂直浮動導(dǎo)向總成3和背鉗體1通過螺栓4固接。

垂直浮動導(dǎo)向總成3的頂部設(shè)有第一凸臺15，背鉗體1的頂部設(shè)有第二凸臺16，垂直浮動油缸7的下端部設(shè)有耳座9，耳座9同時固接于第一凸臺15和第二凸臺16。耳座與第一凸臺之間通過螺栓10連接；耳座與第二凸臺之間均通過螺栓12連接。

垂直浮動油缸為二級伸縮油缸。垂直浮動油缸7與背鉗導(dǎo)軌2之間通過銷軸8連接；垂直浮動油缸7與耳座9之間均通過銷軸6連接。在垂直浮動油缸7進、出油時可帶動背鉗體1和浮動導(dǎo)向總成3沿背鉗導(dǎo)軌2上下移動，通過定位鎖緊系統(tǒng)14實現(xiàn)自升式浮動液壓背鉗在行程內(nèi)任一位置的固定和鎖死。

背鉗體1包括殼體100，殼體上設(shè)有通孔101，通孔101貫穿殼體的上端面和下端面，殼體100內(nèi)設(shè)有兩個鉗牙總成，分別為鉗牙總成200和鉗牙總成300，鉗牙總成200和鉗牙總成300以通孔101的中心對稱分布。

鉗牙總成200包括驅(qū)動油缸201、鉗牙座202以及三個鉗牙203，鉗牙座202固設(shè)于驅(qū)動油缸201的伸出端，鉗牙203固設(shè)于鉗牙座。

鉗牙座202包括用于放置鉗牙的中段部204以及設(shè)于中部段204兩端的邊緣部205，中段部為弧形，邊緣部為斜向分布；三個鉗牙203呈弧形分布。

鉗牙總成300包括驅(qū)動油缸301、鉗牙座302以及三個鉗牙303，鉗牙座302固設(shè)于驅(qū)動油缸301的伸出端，鉗牙303固設(shè)于鉗牙座。

鉗牙座302包括用于放置鉗牙的中段部304以及設(shè)于中部段304兩端的邊緣部305，中段部為弧形，邊緣部為斜向分布；三個鉗牙303呈弧形分布。

殼體100的下端面設(shè)有導(dǎo)鞋19，導(dǎo)鞋19為漏斗狀，導(dǎo)鞋19與通孔101貫通。

背鉗體1中采用雙油缸對夾的夾緊形式，當(dāng)鉆桿或套管經(jīng)由導(dǎo)鞋19進入背鉗體1中，通過直徑為ф260mm的導(dǎo)鞋19將鉆桿或套管定位在ф260mm的通孔內(nèi)，驅(qū)動油缸201伸出端和驅(qū)動油缸301伸出端分別推動鉗牙座202、三個鉗牙203和鉗牙座302、三個鉗牙303向井眼中心軸線移動，完成自動對中和夾緊動作。

鉗牙座202和鉗牙座302經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化分別配有三片鉗牙，同時鉗牙座的兩邊優(yōu)化為過渡斜角，且每鉗牙座兩斜角間距離為260mm，與導(dǎo)鞋19直徑相等，在向井眼中心線移動過程中可將偏向于過渡斜角一側(cè)的鉆桿或套管經(jīng)由過渡斜角對中于井眼中心軸線。

設(shè)置三個鉗牙，且三個鉗牙呈弧形分布，可以在驅(qū)動油缸201的伸出端與驅(qū)動油缸301的伸出端到達極限位置時有效地夾持小直徑鉆桿。

背鉗導(dǎo)軌2和垂直浮動導(dǎo)向總成3之間設(shè)有定位與鎖緊系統(tǒng)14。定位與鎖緊系統(tǒng)14包括用于鎖緊背鉗導(dǎo)軌的曲柄滑塊機構(gòu)400和用于驅(qū)動曲柄滑塊機構(gòu)400的手柄143。

該曲柄滑塊機構(gòu)400包括齒塊前推柄145、齒塊后推柄146、齒塊149和設(shè)于垂直浮動導(dǎo)向總成3上的齒塊滑槽148，齒塊前推柄145和齒塊后推柄146之間、齒塊149和齒塊后推柄146之間均為軸連接；齒塊149滑設(shè)于齒塊滑槽148內(nèi)；手柄143固設(shè)于齒塊前推柄145；背鉗導(dǎo)軌2上固設(shè)有齒條142，齒條142通過螺栓固定于背鉗導(dǎo)軌2，或者齒條142通過焊接固定于背鉗導(dǎo)軌2。齒塊149的齒牙與齒條142的齒牙相對設(shè)置；垂直浮動導(dǎo)向總成3上還設(shè)有支架144，手柄143通過銷軸147連接于支架144上。

當(dāng)手柄143繞著銷軸147朝遠離垂直浮動導(dǎo)向總成方向移動時，齒塊149朝離開齒條142的方向滑動；當(dāng)手柄143繞著銷軸147朝靠近垂直浮動導(dǎo)向總成的方向移動時，齒塊149朝靠近齒條142的方向滑動。當(dāng)手柄143的端部抵接于垂直浮動導(dǎo)向總成3時，齒塊149與齒條142相嚙合。

當(dāng)背鉗導(dǎo)軌需要垂直浮動時，手柄向外扳動，齒塊與齒條分開，背鉗導(dǎo)軌可自由垂直移動；當(dāng)背鉗導(dǎo)軌垂直移動到指定位置時，將手柄推向內(nèi)側(cè)到達曲柄滑塊極限位置即可完成鎖緊。

垂直浮動導(dǎo)向總成3上設(shè)有用于鎖住手柄的鎖扣1410。曲柄滑塊機構(gòu)的極限死點位置即為本定位鎖緊系統(tǒng)的工作位置，即齒塊與齒條嚙合時的位置。扳動手柄至曲柄滑塊死點位置時，手柄正好與垂直浮動導(dǎo)向總成側(cè)壁接觸，再將鎖扣閉合，提供二次安全保護。

齒塊滑槽148焊接于垂直浮動導(dǎo)向總成3，或者齒塊滑槽148一體成型于垂直浮動導(dǎo)向總成3。支架144焊接于垂直浮動導(dǎo)向總成3，或者支架144一體成型于垂直浮動導(dǎo)向總成3。這樣，分別為齒塊提供滑道、為手柄和齒塊前推柄的擺動提供支點。

背鉗導(dǎo)軌2的底部設(shè)有保護板18，保護板通過螺栓17固定于背鉗導(dǎo)軌2。將定位與鎖緊系統(tǒng)的手柄向外拉，打開定位與鎖緊系統(tǒng)，使背鉗導(dǎo)軌2從垂直浮動導(dǎo)向總成3內(nèi)穿出。將定位與鎖緊系統(tǒng)的手柄推向內(nèi)側(cè)，使背鉗體1定位并鎖緊，再用螺栓17將保護板18固定于背鉗導(dǎo)軌2底部，防止定位與鎖緊系統(tǒng)14失效造成背鉗體1脫落。

本發(fā)明與以往頂驅(qū)背鉗相比，減少鉆桿扶正裝置，使背鉗結(jié)構(gòu)簡化，且垂直浮動行程范圍更大，滿足上、下內(nèi)防噴器和水龍頭轉(zhuǎn)換接頭的更換需求，而且能夠在上、卸自動和手動內(nèi)防噴器與水龍頭轉(zhuǎn)換接頭時實現(xiàn)任一位置的快速定位和鎖死，提高了工作效率。

與背鉗以往使用的定位鎖緊方式相比，本發(fā)明的定位與鎖緊系統(tǒng)利用曲柄滑塊機構(gòu)的原理將齒條與齒塊嚙合，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，操作簡單便捷，能夠快速的實現(xiàn)定位與鎖緊的要求。

本發(fā)明采用曲柄滑塊機構(gòu)的極限死點方式(即自鎖方式)和為鎖緊手柄增設(shè)外部鎖扣，使用更安全，達到雙重保障的目的。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。