[实用新型]重力平衡六维自由浮动旋扣动力头

说明书

本实用新型涉及一种将圆锥管螺纹的管子在水平状态下与接头联接、卸开的动力头，特别适用于石油套管、油管、钻杆以及圆锥管螺纹与接头联接密封的各种管件。

石油套管、油管、钻杆的联接与卸开所需扭矩甚大。目前采用液压动力钳作为上、卸螺纹的工具，但液压动力钳只能在管子竖直状态下进行旋扣，当管子在水平状态下就无法进行联接，否则会造成联接螺纹损伤。因为液压动力钳自重很大，无法在水平状态下六维自由浮动。

本实用新型的目的是提供一种能在水平状态下具有六维自由浮动，并且能够完全消除自身重力，用于联接圆锥管螺纹的重力平衡六维自由浮动旋扣动力头。

本实用新型包括旋扣器，动力头壳体，旋扣器重力平衡装置，旋扣器浮动支承及力矩平衡装置。其特点是：在旋扣器壳体内分别装有输入齿轮轴，旋扣齿轮套筒；齿轮轴上装有输入齿轮，其左端装有液压马达；旋扣齿轮套筒上装有齿轮，在旋扣器壳体的前、后两侧焊有支承方轴。动力头壳体为一无盖的箱体，其左、右壳体上分别开孔装有定心滑动锥、夹紧卡盘，在前、后壳体上分别开有支承方孔。旋扣器重力平衡装置，包括平衡支座，在其右面装有平衡支座移动油缸，在其左面装有平衡支座位移传感器，平衡支座上连接平衡杠杆；平衡杠杆的左面装有平衡重，其右面装有滚轮。旋扣器浮动支承及力矩平衡装置，包括两端的支承方轴、柱塞；在两端支承方轴的四个外表面上每端分别均布4个相同的盲孔，并分别在8个盲孔中装有液压油，还装有相同的柱塞；在支承方轴的两个端面每端分别均开4个相同的圆孔，并使两端面的圆孔分别与支承方轴四个外表面上的盲孔底侧部相通。旋扣齿轮套筒，包括套筒、主轴、弹簧。套筒的形状为通孔桶状，其左端面部位180°方向装有两个滑键，通过滑键与主轴连接；主轴为一台阶轴，其左端车有螺纹，并在180°方向开有两个键槽，其右端装有液压三爪卡盘；在套筒与主轴之间的环形空间装有弹簧。

本实用新型能在水平状态下连接、卸开圆锥管螺纹的石油套管、油管、钻杆等管件，且不损伤螺纹，操作简单，使用方便。

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视示意图；

图3为图2的B-B向剖视示意图；

图4为图2的C-C向剖视示意图；

图5为图2的支承方轴29D向示意图；

图6为图2的支承方轴37E向示意图。

在图1、2、3中：旋扣器壳体9内分别装有输入齿轮轴7，旋扣齿轮套筒8；齿轮轴7上装有齿轮30，其左端装有液压马达6；旋扣齿轮套筒8的外径紧配齿轮32，齿轮32与齿轮30相啮合。旋扣齿轮套筒8是由套筒31，主轴11，弹簧25等组成，套筒31的形状为通孔桶状，其左端面部位180°方向装有两个滑键35、36；主轴11为一台阶轴，其左端车有螺纹，并在180°方向开有两个键槽，其键槽通到台阶处，作用是便于弹簧25压缩，主轴11的右端装有液压三爪卡盘12；在套筒31与主轴11之间的环形空间内装有弹簧25；在主轴11的左端螺纹处带有螺帽38，作用挡住套筒31，并调节弹簧25预紧力。在套筒3 1的左端外径上紧配锥套34，在其右端外径上装有夹紧卡盘10。动力头壳体2为一无盖的箱体，其左、右壳体上分别开孔装有定心滑动锥23、夹紧卡盘10。在前、后壳体上分别开有支承方孔33、27，其支承方孔33、27中分别装有支承方轴37、29。在支承方轴37、29的四个面上每端均布4个盲孔45、46、47、48及盲孔41、42、43、44，并分别在8个盲孔中装有液压油及相同的柱塞28，在支承方轴37、29的两个端面每端均开4个相同的圆孔55、56、57、58及圆孔51、52、53、54，使两端圆孔55、56、57、58及圆孔51、52、53、54分别与盲孔45、46、47、48及盲孔41、42、43、44的底侧部相通，与盲孔相通的圆孔，用管子相连，即孔51-55，孔52-56，孔53-57，孔54-58，完全密封，从而形成四对封闭的液压柱塞，浮动支承着旋扣器1，可使旋扣器1的旋转中心在预先设计确定的数值范围内，沿着支承轴37、29中心上下、左右、前后移动或绕轴转动，从而形成了六维自由浮动系统。旋扣器重力平衡装置3，包括平衡支座18，在其右面装有平衡支座移动油缸17，在其左面装有平衡支座位移传感器19，平衡支座18上连接平衡杠杆20，平衡杠杆20的左面装有平衡重24，其右面装有滚轮15，旋扣器1外壳通过滚轮15支承于平衡支座18上。

本实用新型的工作过程是这样的：将接头13夹于液压三爪卡盘12上，此时启动夹紧油缸21，使定心滑动锥23与锥套34吻合，并使夹紧卡盘10将旋扣齿轮套筒8夹紧定心，从而使旋扣器1定心。然后启动动力头移动油缸16，使旋扣器1随着动力头壳体2沿导轨5移向管子14，将管子14引入接头13的内孔中，当管子14被接头13的内螺纹挡住时，此时旋扣器1随着动力头壳体2沿导轨5继续位移，这时弹簧25开始被压缩，当弹簧25的压缩量大于旋合螺纹长度时，动力头移动油缸16停止工作，这时夹紧油缸21将定心滑动锥23及夹紧卡盘10松开，同时启动液压马达6，使齿轮30与齿轮32啮合，而带动主轴11旋转，在弹簧25轴向恢复力的作用下，接头13与管子14的螺纹旋合。由于旋扣器1浮动支承于动力头壳体2上，具有六维自由度，因此在旋扣过程中能不断自位调节，使被旋合的接头13与管子14完全同轴，不损伤螺纹。主轴11在弹簧25的恢复力及螺纹旋合力的作用下，会向管子14方向越伸越长，至使旋扣器1的重心向管子14方向偏移，此时主轴位移传感器26立即测出主轴11的位移信号，驱动平衡支座位移油缸17动作，使平衡支座18上支承旋扣器外壳9的滚轮15向右移动，而平衡支座位移传感器19也即时测出平衡支座18的位移信号。当主轴位移传感器26与平衡支座位移传感器19测出的信号为设定值时，平衡支座移动油缸17停止动作，由于传感器是随时连续工作的，所以保证了旋扣器1始终处于平衡状态，仅存质量而无重量，因此旋扣时不会损伤缧纹。当螺纹旋合终了，需按预定扭矩拧紧时，旋扣器浮动支承及力矩平衡装置4中，又会产生一个反扭矩与旋扣器1的拧紧扭矩平衡，从而保证了螺纹的拧紧及密封。浮动支承即是：如果误差导至旋扣器1的中心高于动力头壳体2的支承方孔中心时，方轴29、37的中心就高于支承方孔27、33的中心，此时盲孔42、45中的柱塞28压缩液压油，而使盲孔41、46中的柱塞28向外伸出，所以旋扣器1始终浮动在动力头壳体2之中。力矩平衡装置即：当旋扣器1拧紧螺纹时，方轴29、37的中心线会有一个绕主轴转动的趋势，压迫封闭液压柱塞28所在盲孔41中的液压油，而盲孔41与盲孔45油路相通，同时得到油压，在盲孔45中的柱塞28也得到支承方孔33的反作用力，两个反作用力大小相等，方向相向，对旋扣器1中心而言是一个纯力偶，并且与旋扣器1拧紧扭矩相平衡。当达到预先确定的拧紧扭矩时，液压马达6停止转动，液压三爪卡盘12松开接头13，动力头移动油缸16启动，使动力头壳体2及旋扣器1沿导轨5离开管子14，完成全套动作。