卡瓦装置及钻机的制作方法

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种卡瓦装置及钻机。

背景技术：

卡瓦装置是钻机的钻井作业过程中的核心部件，对井内钻具起夹持和承载作用，是钻井作业能否安全进行的关键。

如图1所示，现有技术中的卡瓦装置2'包括卡瓦座21'和多个卡瓦单元22'。其中，卡瓦单元22'包括卡瓦体221'和卡瓦牙222'。由于现有技术中的卡瓦装置2'的夹持通径的调节范围较小，因此当夹持不同钻具时，要更换卡瓦体221'，甚至要更换整个卡瓦装置2'，降低了工作效率。因此现有技术中的卡瓦装置2'存在夹持通径的调节范围较小的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种卡瓦装置及钻机，旨在增大卡瓦装置的夹持通径的调节范围。

本发明的第一方面提供一种卡瓦装置，包括卡瓦座和卡瓦总成，卡瓦座具有腔体，卡瓦总成包括设于腔体内的多个卡瓦单元，卡瓦总成具有滑动面，卡瓦座具有设置于腔体的侧壁上的配合面，配合面与滑动面滑动配合以使多个卡瓦单元能够相互靠近或远离以实现卡瓦总成的夹持通径的调节，其中，

配合面包括至少两个配合部，滑动面可选择地与至少两个配合部中的一个滑动配合，其中，至少两个配合部中的每个配合部与滑动面滑动配合时能使卡瓦总成的夹持通径的调节范围至少部分不同于其它配合部与滑动面配合时的夹持通径的调节范围；或者，

滑动面包括至少两个滑动部，配合面可选择地与至少两个滑动部中的一个滑动配合，其中，至少两个滑动部中的每个滑动部与配合面滑动配合时能使卡瓦总成的夹持通径的调节范围至少部分不同于其它滑动部与配合面配合时的夹持通径的调节范围。

进一步地，滑动面包括第一滑动部，至少两个配合部包括第一配合部和设置于第一配合部的径向外侧的第二配合部，第一配合部和第二配合部分别能与第一滑动部滑动配合。

进一步地，滑动面还包括位于第一滑动部的径向内侧的第二滑动部，当第一滑动部与第二配合部滑动配合时，第二滑动部与第一配合部滑动配合。

进一步地，滑动面包括设置在各卡瓦单元径向外侧的第一曲面，腔体的侧壁包括锥面和在锥面上设置的多个顺着卡瓦装置的中心轴线延伸的多个条形槽，第一配合部位于各条形槽之间的锥面上，第二配合部位于各条形槽的底面上，第一曲面可选择地与锥面和底面滑动配合。

进一步地，滑动面还包括设置在各卡瓦单元径向外侧的第二曲面，各第二曲面位于第一曲面的周向两侧且位于第一曲面的径向内侧，在第一曲面与底面滑动配合时，第二曲面与锥面滑动配合。

进一步地，卡瓦装置还包括挡块，卡瓦座的位于条形槽的径向外侧的上端面设有挡块槽，挡块与挡块槽配合以将卡瓦单元推出条形槽。

进一步地，各条形槽均匀间隔设置。

进一步地，配合面包括第一配合部，至少两个滑动部包括第一滑动部和设置于第一滑动部的径向外侧的第二滑动部，第一滑动部与第二滑动部分别能与第一配合部滑动配合。

进一步地，腔体的侧壁包括锥面和在锥面上设置的多个顺着卡瓦装置的中心轴线延伸的多个条形槽，第一配合部包括位于各条形槽之间的锥面，第一滑动部包括设置于各卡瓦单元的径向外侧的第一曲面，第二滑动部包括设置于各卡瓦单元的径向外侧且位于所在卡瓦单 元的第一曲面的周向两侧以及位于第一曲面的径向内侧的第二曲面，锥面可选择地与第一曲面和第二曲面滑动配合。

进一步地，卡瓦装置还包括底座，卡瓦总成和卡瓦座均设于底座上，卡瓦座相对于底座可转动地设置以使得配合面可选择地与至少两个滑动部的一个滑动部滑动配合或者使得滑动面可选择地与至少两个配合部中的一个配合部滑动配合。

进一步地，卡瓦座包括圆盘结构，圆盘结构的下部设有环形凸台，底座的上部设有环形凹槽，环形凸台与环形凹槽形成旋转运动副。

进一步地，卡瓦装置还包括设于卡瓦座与底座之间的转动驱动装置，转动驱动装置能够带动卡瓦座相对于底座转动。

进一步地，卡瓦装置还包括提升驱动装置，提升驱动装置能够带动卡瓦总成上升或下降以实现各卡瓦单元的相互靠近或远离。

本发明的第二方面提供一种钻机，包括本发明的第一方面提供的卡瓦装置。

基于本发明提供的卡瓦装置，包括卡瓦座和卡瓦总成，卡瓦座具有腔体，卡瓦总成包括设于腔体内的多个卡瓦单元，卡瓦总成具有滑动面，卡瓦座具有设置于腔体的侧壁上的配合面，配合面与滑动面滑动配合以使多个卡瓦单元能够相互靠近或远离以实现卡瓦总成的夹持通径的调节，其中，配合面包括至少两个配合部，滑动面可选择地与至少两个配合部中的一个滑动配合，其中，至少两个配合部中的每个配合部与滑动面滑动配合时能使卡瓦总成的夹持通径的调节范围至少部分不同于其它配合部与滑动面配合时的夹持通径的调节范围；或者，滑动面包括至少两个滑动部，配合面可选择地与至少两个滑动部中的一个滑动配合，其中，至少两个滑动部中的每个滑动部与配合面滑动配合时能使卡瓦总成的夹持通径的调节范围至少部分不同于其它滑动部与配合面配合时的夹持通径的调节范围。滑动面与配合面之间可选择地配合使得卡瓦装置可以根据需要夹持的钻具的直径大小来选择卡瓦总成的夹持通径的调节范围。与现有技术相比，增大了卡瓦装置的卡瓦总成的夹持通径的调节范围。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术的卡瓦装置的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的卡瓦装置的安装示意图；

图3为图2中的卡瓦装置的半剖视的结构示意图；

图4为图2中的卡瓦装置的结构示意图；

图5为图2中的卡瓦装置的支撑板的结构示意图；

图6为图2中的卡瓦装置去除支撑板后的小通径夹持状态的结构示意图；

图7为图6中的卡瓦装置的剖视的结构示意图；

图8为图2中的卡瓦装置去除支撑板后的大通径夹持状态的结构示意图；

图9为图8中的卡瓦装置的剖视结构示意图；

图10为图2中的卡瓦座的结构示意图；

图11为图2中的卡瓦座的剖视结构示意图；

图12为图2中的卡瓦单元的剖视结构示意图；

图13为图12中的卡瓦体的剖视结构示意图；

图14为图12中的卡瓦体的俯视结构示意图；

图15为图2中的卡瓦装置的挡块的结构示意图；

图16为图2中的卡瓦装置的底座的结构示意图；

图17为图16中的底座的俯视结构示意图；

图18为图16中的底座的环形安装板的结构示意图；

图19为图2中连杆的剖视结构示意图。

各附图标记分别代表：

2'-卡瓦装置；21'-卡瓦座；22'-卡瓦单元；221'-卡瓦体；222'-卡瓦牙；1-工作台；2-卡瓦装置；21-卡瓦座；211-腔体；211A-锥面；211B-底面；211C-挡块槽；212-圆盘结构；212A-环形凸台；213-铰耳；22-卡瓦单元；221-卡瓦体；221A-第一曲面；221B-第二曲面；221D-铰耳；222-卡瓦牙；223-盖板；23-挡块；24-底座；241-环形安装板；241A-环形凹槽；242-环形托板；243-支撑立板；244-托盘；245-折弯板；246-铰耳；25-转动驱动装置；26-提升驱动装置；27-连杆；28-螺母；29-支撑板；291-铰耳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的 是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在以下的描述中，“径向内侧”和“径向外侧”均是指相对于卡瓦装置的中心轴线而言的径向内侧和径向外侧。

本发明各实施例的卡瓦装置包括卡瓦座和卡瓦总成。其中，卡瓦座具有腔体，卡瓦总成包括设于腔体内的多个卡瓦单元。卡瓦总成具有滑动面，卡瓦座具有设置于腔体的侧壁上的配合面。配合面与滑动面滑动配合以使多个卡瓦单元能够相互靠近或远离以实现卡瓦总成的夹持通径的调节。

配合面包括至少两个配合部，滑动面可选择地与至少两个配合部中的一个滑动配合，其中，至少两个配合部中的每个配合部与滑动面滑动配合时能使卡瓦总成的夹持通径的调节范围至少部分不同于其它配合部与滑动面配合时的夹持通径的调节范围。

或者，滑动面包括至少两个滑动部，配合面可选择地与至少两个滑动部中的一个滑动配合，其中，至少两个滑动部中的每个滑动部与配合面滑动配合时能使卡瓦总成的夹持通径的调节范围至少部分不同于其它滑动部与配合面配合时的夹持通径的调节范围。

滑动面与配合面之间可选择地配合使得卡瓦装置可以根据需要夹持的钻具的直径大小来选择卡瓦总成的夹持通径的调节范围。与现有技术相比，增大了卡瓦装置的卡瓦总成的夹持通径的调节范围。

第一实施例

下面将根据图2至图19对本发明第一实施例的卡瓦装置2的结构进行详细说明。

如图2所示，本实施例的卡瓦装置2安装在工作台1上。

如图3和图4所示，卡瓦装置2包括卡瓦座21和卡瓦总成。其中，卡瓦座21具有腔体211，卡瓦总成包括设于腔体211内的多个卡瓦单元22。

本实施例中优选地，滑动面包括第一滑动部。至少两个配合部包括第一配合部和设置于第一配合部的径向外侧的第二配合部。第一配合部和第二配合部分别能与第一滑动部滑动配合。

具体地，如图10和图11所示，卡瓦座21的腔体211的侧壁包括锥面211A和在锥面上设置的多个顺着卡瓦装置2的中心轴线延伸的多个条形槽。第一配合部设于各条形槽之间的锥面211A上。第二配合部位于条形槽的底面211B上。

优选地，各条形槽均匀间隔设置。

如图12和图13所示，卡瓦单元22包括卡瓦体221和卡瓦牙222，卡瓦体221的径向内侧设有槽型结构，用于安装卡瓦牙222。卡瓦单元22还包括用于固定卡瓦牙222的盖板223。如图14所示，在本实施例中，卡瓦体221的水平截面为扇形。

如图13所示，第一滑动部为设在卡瓦体221的径向外侧的第一曲面221A。

在本实施例中，锥面211A和底面211B分别能与第一曲面221A滑动配合。下面根据图6至图9来详细说明卡瓦座21的锥面211A和底面211B与卡瓦单元22的第一曲面221A之间的配合关系。

如图6和图7所示，锥面211A与第一曲面221A滑动配合时，卡瓦总成具有相对较小的夹持通径的调节范围。

如图8和图9所示，底面211B与第一曲面221A滑动配合时，卡瓦总成具有相对较大的夹持通径的调节范围。

综上可知，第一实施例的卡瓦装置2的滑动面通过与设置的不同的配合部之间的滑动配合来使得卡瓦总成具有不同的夹持通径的调节范围，从而增大了卡瓦总成的夹持通径的调节范围。

另外，与现有技术相比，本发明实施例的卡瓦装置2不需要更换卡瓦单元22的卡瓦体221就能实现夹持通径的更大的调节范围，降 低了劳动强度，提高了工作效率。

本实施例中进一步优选地，滑动面还包括位于第一滑动部的径向内侧的第二滑动部，当第一滑动部与第二配合部滑动配合时，第二滑动部与第一配合部滑动配合。

具体地，在本实施例中，如图7和图13所示，第二滑动部为设置在卡瓦体221的径向外侧的第二曲面221B，第二曲面221B位于第一曲面221A的周向两侧且位于第一曲面的径向内侧。

在本实施例中，条形槽的深度等于第一曲面221A到第二曲面221B的径向距离，因此当第一曲面221A与底面211B滑动配合时，第二曲面221B与锥面211A也滑动配合。

在第一曲面221A与底面211B滑动配合的同时，第二曲面221B与锥面211A也滑动配合，使得各个卡瓦单元22在相互靠近或远离的运动更稳定，从而提高了卡瓦装置2的稳定性。

优选地，在本实施例中，卡瓦装置2还包括挡块23。相应地，如图10所示，卡瓦座21的位于条形槽的径向外侧的上端面设有挡块槽211C，用于放置挡块23。挡块23与挡块槽211C配合以将卡瓦单元22推出条形槽。

优选地，如图15所示，挡块23的截面形状为扇形。

如图3所示，卡瓦装置2还包括底座24。卡瓦座21和卡瓦总成均设于底座24上。卡瓦座21相对于底座24转动设置以使得卡瓦总成与卡瓦座21相对转动从而使配合面可选择地与至少两个滑动部的一个滑动部滑动配合或者使得滑动面可选择地与至少两个配合部中的一个配合部滑动配合。

具体地，在本实施例中，如图16和图17所示，底座24包括环形安装板241。且如图18所示，环形安装板241上设有环形凹槽241A。

相应地，如图11所示，卡瓦座21包括圆盘结构212，圆盘结构212的下部设有环形凸台212A。环形凸台212A与环形凹槽241A配合形成旋转运动副。

为了降低工作强度并提高卡瓦装置的自动化程度，如图3所示， 卡瓦座21与底座24之间设有转动驱动装置25，该转动驱动装置25能够带动卡瓦座21相对于底座24转动。

在本实施例中，转动驱动装置25为旋转伸缩缸。如图7和图17所示，旋转伸缩缸的缸筒端铰接于底座24的铰耳246上，旋转伸缩缸的活塞端铰接于卡瓦座21的铰耳213上。

如图7所示，当旋转伸缩缸的活塞完全缩回时，卡瓦单元22的第一曲面221A与卡瓦座21上的锥面211A滑动配合，此时能够实现夹持通径的相对较小的调节范围。

如图9所示，当旋转伸缩缸的活塞伸出时，带动卡瓦座21旋转一定的角度，卡瓦单元22进入到条形槽内，第一曲面221A与底面211B滑动配合，第二曲面221B与锥面211A也滑动配合。此时能够实现夹持通径的相对较大的调节范围。

优选地，卡瓦装置2还包括提升驱动装置26，提升驱动装置26带动多个卡瓦单元22上升或下降以实现各卡瓦单元22的相互靠近或远离。

具体在本实施例中，提升驱动装置26为提升伸缩缸。

为了固定安装提升压缩缸的活塞杆端，如图4所示，卡瓦装置2还包括支撑板29。支撑板29为如图5所示的叶片形平板结构，其上均匀设有3个通孔，用于通过螺母28固定安装提升伸缩缸的活塞杆端。

而提升伸缩缸的缸筒端与底座24固定连接。

如图16和图17所示，底座24还包括环形托板242、支撑立板243、托盘244和折弯板245。其中，支撑立板243、托盘244和折弯板245数量都为三个，均相对于底座24的中心轴线均匀设置。支撑立板243焊接于环形安装板241与环形托板242之间。托盘244焊接于环形托板242上。折弯板245焊接于支撑立板243的内侧。提升伸缩缸的缸筒端通过折弯板245和托盘244固定于底座24的环形托板242上。

为了使得提升伸缩缸能够将动力传递给卡瓦单元22进而带动卡 瓦单元22上升或下降，卡瓦装置2还包括设于支撑板29与卡瓦单元22之间的连杆27，连杆27的结构如图19所示。如图3所示，支撑板29通过连杆27与卡瓦单元22连接。提升伸缩缸的伸缩带动支撑板29的上下运动，支撑板29通过连杆27将动力传递给卡瓦单元22，实现多个卡瓦单元22之间的相互靠近或远离。

具体在本实施例中，支撑板29、连杆27与卡瓦单元22之间的连接关系如下：

支撑板29上设有铰耳291，支撑板29通过铰耳291与连杆27连接。如图13所示，连杆27通过设于卡瓦体221上的铰耳221D与卡瓦单元22连接。

本实施例中的卡瓦装置2的装配方法如下：

将三个提升伸缩缸分别装入到底座24的托盘244上，用折弯板245和螺栓将其固定；将卡瓦座21装入底座24中，使得卡瓦座21的环形凸台212A与底座24的环形凹槽241A相互配合；将卡瓦体221、卡瓦牙222和盖板223装配成卡瓦单元22，将六个卡瓦单元22均匀放入到卡瓦座21的腔体211内；装入支撑板29，使得支撑板29上的通孔与提升伸缩缸的活塞杆端贴合，然后拧紧螺母28；用连杆27及螺栓来连接支撑板29和卡瓦单元22；将旋转伸缩缸的缸筒端与底座24上的铰耳246铰接，活塞杆端与卡瓦座21上的铰耳213铰接。

第二实施例

在第二实施例中，滑动面包括第一滑动部，至少两个配合部包括第一配合部和设置于第一配合部的径向外侧的第二配合部，第一配合部和第二配合部分别能与第一滑动部滑动配合。

与第一实施例类似的，卡瓦座的腔体的侧壁包括锥面和在锥面上设置的多个顺着卡瓦装置的中心轴线延伸的多个条形槽。第一配合部设于各条形槽之间的锥面上。第二配合部位于条形槽的底面上。第一滑动部设于卡瓦体221的径向外侧的第一曲面上。

与第一实施例不同的是，卡瓦座的腔体上的条形槽的深度可以根据卡瓦装置对夹持通径的调节范围的实际的需求来设置，并且卡瓦体 的径向外侧只设置有第一曲面。

第一曲面可选择地与锥面或底面滑动配合。

第一曲面与锥面配合时，卡瓦总成具有相对较小的夹持通径的调节范围。当卡瓦单元进入到条形槽时，第一曲面就与底面配合，卡瓦总成具有相对较大的夹持通径的调节范围。

第二实施例的其他未说明的卡瓦装置的结构、功能、效果等可参照第一实施例。

第三实施例

在第三实施例中，配合面包括第一配合部，至少两个滑动部包括第一滑动部和设置于第一滑动部的径向外侧的第二滑动部，第一滑动部与第二滑动部分别能与第一配合部滑动配合。

第三实施例中，卡瓦座的腔体的侧壁包括锥面和在锥面上设置的多个顺着卡瓦装置的中心轴线延伸的多个条形槽。第一配合部设于各条形槽之间的锥面上。

第一滑动部为设在卡瓦体的径向外侧的第一曲面，第二滑动部为设置在卡瓦体的径向外侧的第二曲面，第二曲面位于第一曲面的周向两侧且位于第一曲面的径向内侧。

与第一实施例不同的是，条形槽的深度大于第一曲面到第二曲面的径向距离。

锥面可选择地与第一曲面或第二曲面滑动配合。

锥面与第一曲面滑动配合时，卡瓦总成具有相对较小的夹持通径的调节范围。当卡瓦单元进入到条形槽内时，锥面就与第二曲面配合，卡瓦总成具有相对较大的夹持通径的调节范围。

第三实施例的其他未说明的卡瓦装置的结构、功能、效果等可参照第一实施例。

以上各实施例中的卡瓦单元的卡瓦牙可以更换，进而实现卡瓦装置的夹持通径的更大范围的调节。

在其他附图未示出的实施例中，卡瓦座上还可以设置有多于两个的配合部，比如与卡瓦装置的中心轴线距离不同的三个配合部，具体 可在卡瓦座的腔体的侧壁上设置两组不同深度的条形槽，卡瓦单元的滑动部可选择地与三个配合部中的一组进行滑动配合以增大卡瓦总成的夹持通径的调节范围。

综上可知，本发明各实施例的卡瓦装置的滑动面与配合面之间可选择地配合使得卡瓦装置可以根据需要夹持的钻具的直径大小来选择卡瓦总成的夹持通径的调节范围。与现有技术相比，增大了卡瓦装置的卡瓦总成的夹持通径的调节范围。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。