一种具有刚柔转换特性的铁钻工冲扣钳下钳导轨的制作方法

本发明属于机械设备技术领域，涉及一种具有刚柔转换特性的铁钻工冲扣钳下钳导轨。

背景技术：

铁钻工是进行钻杆、钻铤接头上卸扣工作的现代化工具，代替了传统的液气大钳、b型钳。铁钻工的冲扣钳分为上钳和下钳，下钳夹紧下部的一根钻杆，上钳夹紧上方另一根钻杆并绕着下部钻杆中心旋转，实现上扣和卸扣的功能。

目前，铁钻工的冲扣钳上钳在完成上卸扣后，需要绕着上钳和下钳之间的导轨中心回到原始位置，导轨为两个同心且具有配合弧面金属环，分别焊接到上钳和下钳上。但是当冲扣钳上卸扣时，由于钻杆位置有一定的偏差，钻杆中心不能与导轨中心完全同心，因此，在上卸扣的时候，上钳的旋转副有两个，一个是上下钳导轨的中心，一个是钻杆的中心，结果导致旋转运动的过定位，在现场工作中往往表现在结构强度较弱的部位中产生破坏，有的是铁钻工导轨被磨损，有的是导轨焊缝撕裂，还有的是钳牙崩坏等等，降低了铁钻工的可靠性及使用寿命。

目前国内外有以下几种解决方法：一是通过夹紧钳的对中机构找钻杆中心，使得每次夹紧钻杆，钻杆中心与导轨中心同心，但是这种设计方法使得夹紧钳机构复杂，重量较重；而且在产品加工及装配过程中，不可能达到完全对中，偏心始终存在，旋转副也始终有两个，偏心导致的机械损坏也始终存在，只是损坏轻重的问题。二是通过增加导轨配合面间隙来去除在上卸扣时对旋转运动的约束，这种方法同样在夹紧的时候有可能将间隙吃掉从而失去作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有刚柔转换特性的铁钻工冲扣钳下钳导轨，解决了现有技术中存在的结构过定位问题，以及消除了机械运动产生的挤压、磨损问题，增加了铁钻工的可靠性及使用寿命的。

本发明所采用的技术方案是，一种具有刚柔转换特性的铁钻工冲扣钳下钳导轨，该下钳导轨从上到下为半环形结构，包括上端导环和下端导环，上端导环通过柔性橡胶与下端导环连接为半环形的一体，即上端导环通过柔性橡胶与下端导环硫化在一起，上述的三个部件一起构成下钳导轨主体；

在下钳导轨主体的左右两边，上端导环、柔性橡胶与下端导环共同沿竖直方向钻有一个过孔，总共两个过孔，每个过孔中设置有一套活塞杆硬连接机构；

每套活塞杆硬连接机构的结构是，在过孔中至上而下分别装配有上部活塞、活塞杆及下部活塞，上端导环的上端口沿固定有上部活塞的上活塞腔，该上活塞腔对外连接有上端油口，下端导环的下端口沿固定有下部活塞的下活塞腔，下活塞腔对外连接有下端油口。

本发明的具有刚柔转换特性铁钻工冲扣钳导轨，其特征还在于：

所述的过孔及活塞杆硬连接机构至少对应设置2套。

所述的上活塞腔用于对上部活塞的最上位置进行限位，下活塞腔用于对下部活塞的最下位置进行限位。

所述的上部活塞沿直径截面为t型形状，t型凸肩外圆与过孔内壁接触面设置有一个密封圈，上部活塞的细轴向下与活塞杆顶接。

所述的下部活塞外圆与过孔内壁接触面设置有另一个密封圈，下部活塞向上与活塞杆顶接。

本发明的有益效果是，在铁钻工上扣和卸扣的工作过程中，通过独特的刚柔特性下钳导轨结构设计，将现有的铁钻工下钳的钢性导轨分为上下两端，中间部位采用橡胶块连接，这样导轨的上下部分为柔性导轨；同时上下端导轨的纵向有液力作用的活塞连接，需要导轨为钢性时，活塞杆将上下端导轨固结为一体，需要导轨柔性时，活塞杆松开上下端导轨。这样在上卸扣时采用柔性导轨模式，放开导轨约束，上钳围绕钻杆中心旋转，不存在过定位；上钳复位时，采用钢性导轨模式，此时上钳松开钻杆，放开钻杆中心约束，上钳导轨沿着下钳导轨中心复位，也不充在欠约束问题。可以看出，下钳的导轨采用刚柔特性可变换导轨设计，消除了目前由于在上卸扣时存在的过定位现象，增加了铁钻工冲扣钳的可靠性及使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图(俯视图)；

图2是图1中的a-a截面示意图(活塞杆处于中立位置)；

图3是本发明处于柔性导轨模式的截面示意图(活塞杆处于最下位置)；

图4是本发明处于刚性导轨模式的截面示意图(活塞杆处于最上位置)。

图中，1.上端油口，2.上端导环，3.柔性橡胶，4.下端导环，5.下端油口，6.上部活塞，7.活塞杆，8.下部活塞，9.下钳导轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2，本发明的结构是，该下钳导轨9从上到下为半环形结构，包括上端导环2和下端导环4，上端导环2通过柔性橡胶3与下端导环4连接为半环形的一体，即上端导环2通过柔性橡胶3与下端导环4硫化在一起，上述的三个部件一起构成下钳导轨9主体；

在下钳导轨9主体的左右两边，(在垂直于上端导环2和下端导环4平面的方向上，)上端导环2、柔性橡胶3与下端导环4共同沿竖直方向钻有一个过孔(图1实施例总共两个过孔)，每个过孔中设置有一套活塞杆硬连接机构；

每套活塞杆硬连接机构的结构是，在过孔中至上而下分别装配有上部活塞6、活塞杆7及下部活塞8，上端导环2的上端口沿固定有上部活塞6的上活塞腔，该上活塞腔对外连接有上端油口1，下端导环4的下端口沿固定有下部活塞8的下活塞腔，下活塞腔对外连接有下端油口5，上述的部件一起称为下钳导轨9的活塞杆硬连接机构(图1实施例总共两套活塞杆硬连接机构)。

上活塞腔用于对上部活塞6的最上位置进行限位，下活塞腔用于对下部活塞8的最下位置进行限位。

上端导环2和下端导环4之间还可以选用其他柔性材料连接在一起。

过孔及活塞杆硬连接机构至少对应设置2套。

上部活塞6沿直径截面为t型形状，t型凸肩外圆与过孔内壁接触面设置有一个密封圈，上部活塞6的细轴向下与活塞杆7顶接。

下部活塞8外圆与过孔内壁接触面同样设置有另一个密封圈，下部活塞8向上与活塞杆7顶接。

本发明的工作原理是，

将下钳导轨9中的下端导环4连接到冲扣钳下钳面板上并与冲扣钳上钳的导轨同心，上钳导轨内侧与该下钳导轨9的上端导环2外侧配合转动，

1)如图3所示，当紧扣或松扣时，给上端油口1充液，液压力推动上部活塞6、活塞杆7及下部活塞8一起向下移动，活塞杆7完全退出上端导环2的内孔进入下端导环4的内孔中；这时，由于活塞杆7完全进入下端导环4中，且上部活塞6和活塞杆7之间只是接触，上部活塞6和活塞杆7并不能将上端导环2和下端导环4在水平方向刚性定位，因此，上端导环2和下端导环4之间完全依靠柔性橡胶3连接，二者可以在水平方向相对柔性移动，这样整个下钳导轨9实质上变成为柔性导轨，相当于去除了导轨中心这个旋转副，上钳只是围绕钻杆中心旋转，消除了冲扣钳上卸扣时的过定位。

2)如图4所示，当上扣或松扣完成后，需要松开钻杆对上钳复位，此时，向下端油口5充液，液压力推动下部活塞8、活塞杆7及上部活塞6一起向上移动，活塞杆7上部进入上端导环2的内孔中，同时活塞杆7下部还在下端导环4的内孔中；这样，上端导环2和下端导环4不仅靠柔性橡胶3连接，左右两个过孔中的活塞杆7也起到刚性连接销的作用，将上端导环2和下端导环4水平方向的移动完全限制；这时，由于上钳复位时上钳松开钻杆，失去了绕钻杆转动的转动副，上钳仅仅以绕下钳的刚性导轨为转动副旋转，实现上钳的复位；这样只有一个转动约束，也不存在欠定位。

本发明的铁钻工冲扣钳下钳导轨具有刚柔转换特性，主要在铁钻工上钳上卸扣及复位两种工作状态过程中，通过改变导轨的特性，实现增加或者消除导轨产生的旋转副，保证在上述两种工作状态中，冲扣钳不存在过定位或欠定位；本发明能够消除目前由于刚性导轨产生的旋转过定位，从而消除了钳牙崩裂、导轨划伤等设备损伤，大大提高了设备的使用寿命。