机械毕业设计338ZQ-100型钻杆动力钳背钳设计

1 绪论在人类的机械创新的不断进步，使机械代替了人。

以前在油田修井时或者下油管时，管与管连接时是用管钳来上扣和卸扣，现在使用这种液压钳，就给人类带来很多方便，使工作效率和安全系数提高，也减少了很多井口的工作人员，因此这是油田经常使用的卸管工具。

针对修井作业中人力上卸抽油杆螺纹效率低,劳动强度大,又不能保证不同规格抽油杆所要求的上扣扭矩等问题。

ZQ-100型液压抽油杆钳。

这种抽油杆钳由主钳、手动换向阀、液压马达、背钳、弹簧吊筒和调节弹簧等组成。

在设计中省掉了钻速换挡机构,同时通过改变制动板上压簧螺栓的结构,解决了制动板减薄时腭板滚子爬坡力量不足这一技术难题，介绍了这种抽油杆钳的工作原理!主要技术参数和室内试验情况，结果表明采用ZQ-100型液压抽油杆钳可大大减少抽油杆脱扣次数,提高修井质量和修井速度。

1.1液压动力钳概述1.1.1 液压动力钳的发展状况近年来，随着我国国民经济的持续快速发展，我国的石油消费量逐年增加。

2002年达到2．457亿吨，排名已超过日本，成为继美国之后的第二大石油消费国。

相比之下，我国石油机械制造生产增长比较缓慢，供需矛盾日益突出。

而现在人类的机械创新的不断进步，使机械代替了人。

以前在油田修井时或者下油管时，管与管连接时是用管钳来上扣和卸扣，现在使用这种液压钳，就给人类带来很多方便，使工作效率和安全系数提高，也减少了很多井口的工作人员，因此这是油田经常使用的卸管工具。

目前，国外杆动力钳的种类很多，而且产品性能及质量都相对稳定，特别是他们产品的体积与输出扭矩不会成比例变化，即使动力钳输出扭矩相当大时，其产品的体积也不会增加多少，因而适用于现场需要。

而国内产品还处在研发和改进阶段，产品性能及质量都有待进一步提高，国内产品的体积和重量都随输出扭矩的增大而增大，从而导致无法适用于某些大型管。

近ZQ-100型钻杆动力钳背钳设计10年来，中国国内生产动力钳有所增长，但相比国外我国动力钳结构复杂不方便使用与维护，使用期短等缺点，所以我国正大力发展动力钳设计改造，达到世界水平。

针对修井作业中人力上卸抽油杆螺纹效率低,劳动强度大,又不能保证不同规格抽油杆所要求的上扣扭矩等问题, ZQ-100型液压抽油杆钳,这种抽油杆钳由主钳、手动换向阀、液压马达、背钳、弹簧吊筒和调节弹簧等组成,在设计中省掉了钻速换挡机构,同时通过改变制动板上压簧螺栓的结构,解决了制动板减薄时颚板滚子爬坡力量不足这一技术难题，介绍了这种抽油杆钳的工作原理，主要技术参数和室内试验情况，结果表明ZQ-100型液压抽油杆钳可大大减少抽油杆脱扣次数,提高修井质量和修井速度。

（如图1-1）图1-1 液压动力钳Figure 1-1 Hydraulic pressure power pliers1.1.2 液压动力钳的应用油田修井作业时,要把油管从油井中一根根取出,然后再一根根下到油井中。

油管上卸丝扣用的是一种专用钳。

多年来,这种被修井架修井钳是靠人工用手操作,不但劳动强度大,而且不够安全,易发生工伤事故,工作效率较低使得修井作业时间较长,影响原油产量。

为解决上述存在的问题,我们根据油田修井作业现场操作实际情况,本着减轻劳动强度和有利安全生产的宗旨,研制了油田修井液压钳操作装置,经过实践应用,有较好的操作功能和保障操作者安全的特点,并能提高修井工作效率。

1.2液压动力钳的结构及工作原理1.2.1 液压动力钳的结构及特点液压动力钳是由背钳、主钳、操作手柄、弹簧吊筒、液压马达、手动换向阀、调节弹簧组成（图1-2）悬吊主钳时，背钳浮动于主钳之下，主钳通过前导杆总成及后导杆总成联为一体，主钳可单独使用，也可以主背钳组合使用。

主钳由颚板、颚板架、开口大齿轮和惰轮等组成,在工作过程中起传动和上卸扣作用。

手动换向阀由阀体和操作手柄组成,其作用是操纵钳子复位和上卸扣。

液压马达是一种内啮合摆线齿轮式的小型低速大扭矩马达,经两级齿轮减速将动力传给主钳。

背钳钳头中装有方补心,通过更换方补心,可上卸不同规格的抽油杆螺纹,满足利用同一底钳卡紧不同规格抽油杆扳方的要求。

背钳与主钳配合完成上卸扣动作，弹簧吊筒是将钳子吊起来的装置,其内装有压缩弹簧,以满足上卸扣时钳子上下浮动的要求。

调节弹簧设在底钳下面,可使背钳随上下接头扳方的距离变化而上下移动。

图1-2 液压动力钳结构简图ZQ-100型钻杆动力钳背钳设计Figure 1-2 Hydraulic pressure power pliers diagram of mechanism1)背钳;2)主钳;3)操作手柄;4)弹簧吊筒;5)液压马达;6)手动换向阀;7)调节弹簧1.2.2 液压动力钳的工作原理液压动力钳采用低速大扭矩液压马达驱动,手动换向阀控制主钳钻向和速度,动力由现场使用的油管动力钳的动力源提供,其工作原理与液压油管钳相似与油管螺纹相比,抽油杆螺纹数较少上卸扣所需的时间也就短,因此设计时省掉了钻速换挡机构。

另外对主钳中开口大齿轮的爬坡弧度与制动板的制动力进行了理论计算和试验,同时还改变了制动板上压簧螺栓的结构,以便在制动板被磨损减薄时,可不断调整压簧螺栓,使颚板滚子有足够的爬坡力量,从而有效地解决了制动板减速时颚板滚子爬坡力量不足这一技术难题。

液压动力钳工作原理简图。

工作时,一定压力的液压油经手动换向阀进入液压马达,驱动液压马达钻动,液压马达主轴上装有主动齿轮,经两级齿轮减速,将动力传给开口大齿轮，开口大齿轮内侧有由不同弧面组成的工作曲面,当开口大齿轮开始钻动时,其中的颚板架在制动板的制动作用下,先不钻动,使开口大齿轮与颚板架之间有相对运动过程。

此时,处在开口大齿轮中位的颚板开始在工作曲面内爬坡, 颚板架中的颚板不断向抽油杆中心移动,直至抱住上面抽油杆板方,并与开口大齿轮一起带动抽油杆钻动,执行上卸扣动作，在主钳工作的同时,下面抽油杆扳方则由装在底钳中的方补心卡住,完成上卸扣动作。

背钳只卡住抽油杆扳方,并不钻动，上卸扣完毕后,操作手动换向阀,使开口大齿轮反钻, 颚板在片簧的作用下,松开抽油杆扳方,同时随颚板架退回到大齿轮中位, 颚板架缺口与钳头缺口对齐复位，整个上扣或卸扣动作至此即可完成。

图1-3 液压动力钳工作原理简图Figure 1-3 Hydraulic pressure power pliers principle of work diagram1)液压站;2)主动齿轮;3)惰轮;4)开口大齿轮;5)液压马达;6)手动换向阀1.3 液压动力钳技术参数及特点1.3.1 ZQ-100型液压动力钳的技术参数ZQ-100型液压抽油杆钳主钳适用于Φ15.9、Φ19.1、Φ21.2、Φ22.2和Φ25.4mm 的抽油杆上卸扣，其主要技术参数为:额定扭矩100N*m,最大扭矩1200N*m,额定钻速60r/min,最高钻速77r/min液压系统额定压力10MPa,液压系统最大压力1215MPa,额定钻速的供油量60L/min,移运质量120kg,外形尺寸(长×宽×高)475mm×320mm×610mm。

ZQ-100型液压抽油杆钳背钳适用于Φ15.9、Φ19.1、Φ21.2、Φ22.2和Φ25.4mm 的抽油杆上卸扣，其主要技术参数为:额定扭矩100N*m,开口尺寸120mm，移运质量40kg，外形尺寸(长×宽×高)475mm×320mm×610mm。

1.3.2 液压动力钳的技术特点1.主钳、背钳钳头采用颚板凸轮夹紧机构，不需要更换颚板及牙板，既能夹紧各种不同规格的管柱，并在夹紧任意管径时能保持良好的夹紧性能。

2.背钳浮动于主钳之下，通过高压输油胶管与主钳联接。

主钳、背钳均由同ZQ-100型钻杆动力钳背钳设计一只手动换向阀控制钻向，操作灵活、可靠。

主钳也可单独使用。

主钳与背钳之间距离可随意调节，以免损伤油管。

3.钳头制动机构在钳头上部，结构简单、调整维修方便、制动安全、可靠耐用。

4.配备扭矩控制仪，扭矩控制仪具有换向及扭矩控制双重功能。

换向功能用于控制主、背钳运钻。

扭矩控制用于调整系统压力，从而调整控制钳头输出扭矩，并使动力钳附有过载保护功能。

5.可配备液压升降系统，既液压弹簧悬吊器。

适用于配合井口卡盘起下管柱作业或液压动力钳与井口高度。

操作手动升降即可调整液压动力钳高度，使背钳准确夹紧油管接箍。

6.液压动力钳可更换特种牙板，夹持不同规格的抽油杆，以达到上、卸抽油杆和接箍目的。

7.液压控制系统采用集成块组合方式，省去了阀体之间的管路联接，不仅可减少液压流体阻力，且造型美观、方便操作。

按不同的使用要求，有以下组合方式：1）过度联接板+手动换向阀2）过度联接板+扭矩控制仪（组合式）3）过度联接板+扭矩控制仪（组合式）+手动升降阀4）过度联接板+手动换向阀+手动升降阀1.4 液压动力钳的的操作说明1.4.1 液压动力钳的的安装1.悬吊：将悬吊器与主钳悬吊杆相联，把动力钳悬吊于修井机井架上，悬吊点离地面15米以上，再自由悬吊状态下，动力钳钳头中心离井口约0.5米，悬吊高度以背钳恰好卡着管柱接箍为宜。

2.调平：调整主钳悬吊杆上的调节螺钉，使动力钳保持水平，如不保持水平，会使卡持失效。

3.结尾绳：尾绳一端结在井架上，另一端结在动力钳的尾座上，尾绳拉力应能承受2.5吨负荷。

当动力钳处于上扣状态时，尾绳应与动力钳保持垂直，从而保证通常站在操纵手柄一侧的操作者安全。

4.接通液压源：联接来自液压源的高压胶管，进油胶管手动换向阀的上部油管，回油胶管接手动换向阀的下部油口，切勿接错位置。

1.4.2 液压动力钳的操作以下简单介绍几种液压动力钳的操作：1.更换颚板本动力钳的主钳及背钳的颚板均为自由式安装，颚板可从钳头中心空间装入或取出，在主钳颚板架上，设有限位螺钉使颚板限位，使其在搬运过程中不掉出来。

需要取出颚板时，将主钳颚板架钻动一定角度，用内六角扳手调整限位螺钉，便可取出颚板。

安装颚板亦同。

2.换挡操作操纵手动换向阀手柄，并下压拨叉轴挂挡为高速挡，操纵手动换向阀手柄，并下压拨叉轴挂挡为低速挡，换挡操作必须在较慢的钻速下进行，以防损坏齿轮。

3.更换板牙用螺丝刀顶进颚板上的钳牙挡销即可取出板牙，主钳钳牙通用。

背钳钳牙有平式和加厚式两种，以适应平式及加厚式油管接箍的使用。

1.4.3 液压动力钳的维护与润滑1.每班工作前，必须检查各紧固螺钉是否松动。

2.每次搬运后，用煤油或柴油清洗主钳及背钳钳头并向机体各黄油嘴注黄油。

3.清洗钳头后，给颚板、颚板架、开口齿轮打黄油。

4.如因制动力不足，颚板不伸出，需调紧制动压力。

5.每次用过后，检查钳体，如有积水或油泥赃物，必须及时清除。

6.不得用蒸汽清洗钳子，以防各轴承失油，进水而造成零件损坏。