《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》是傅永森於2001年2月3日申請的專利，該專利的申請號為011013427，公布號為CN1368592，公布日為2002年9月11日，發明人是傅永森。
《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》涉及上卸管子螺紋的開口型動力鉗的鉗頭卡緊機構，主要由開口齒輪或開口背鉗主體、開口行星架及三組行星爪組件組合而成，支持行星爪組件的行星架兩連線板置於開口齒輪或開口背鉗主體之外，承受工作中的強大外撐力。該發明將開口型動力鉗及閉口型動力鉗的主要優點集中於一體，實現動力鉗的主鉗背鉗正反向卡緊大範圍內任意管徑不須更換零件，且卡緊性能好，工作效率高，社會及經濟效益顯著。
2007年，《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構
- 公布號：CN1368592
- 公布日：2002年9月11日
- 申請號：011013427
- 申請日：2001年2月3日
- 申請人：傅永森
- 地址：天津市大港油田鑽采院退休辦
- 發明人：傅永森
- 分類號：E21B19/16
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2001年2月前，行星爪式鉗頭卡緊機構的突出優點，是卡緊大範圍內任意管徑不更換零件，且卡緊性能好。但該機構僅在閉口型（即鉗頭不開口）動力鉗上使用。該機構用在閉口型動力鉗上時，是在鉗頭齒輪內，設定若干組行星爪圍繞芯軸轉動，芯軸由包容在鉗頭齒輪內的不開口的上下行星連線板支持，芯軸連同不開口的上下行星連線板構成行星架，行星爪上的輪齒與鉗頭齒輪內的內齒相嚙合，當鉗頭齒輪轉動時，行星架在鉗頭制動機構的制動力作用下暫時不動，鉗頭齒輪帶動行星爪轉動，使行星爪上的外曲牙板接觸管子，然後鉗頭齒輪、行星架、行星爪組件隨同管子一同旋轉，實現上卸管子螺紋。在由上扣或卸扣換向時，還必須將鉗頭蓋揭開，再將各行星爪翻轉180°才能進行。
行星爪式鉗頭卡緊機構卡緊性能好，是由於裝在行星爪上的外曲牙板的牙尖輪廓曲線相對於行星爪芯軸中心的縱橫坐標值，可由專門的計算方法求得，使其輪廓曲線上任意一點接觸管子時，管子接觸點所受外力對管子表面產生的切向分力與徑向分力的比值可為一理想常數，從而表現為整個牙板的牙尖輪廓曲線，在連續卡緊大範圍內任意管徑時，既保持卡緊可靠不打滑，又不卡緊過度而夾扁管子。
閉口型動力鉗的主要缺點是工作時必須始終套在管柱上，這無疑對上卸管子現場的其他作業有所妨礙，特別是油井有井噴預兆時，動力鉗不能及時撤離管柱，將造成井噴的嚴重後果。因此，只有具備完善的井口防噴設施的條件下，閉口型動力鉗才適用。而2001年2月前，中國國內還不具備這種條件，因此，閉口型動力鉗的使用範圍受到很大程度限制，如專利號為93213627·3、名稱為“一種動力鉗行星爪雙向夾緊機構”的2001年2月前已有技術，也僅僅用於室內修復管子的擰扣機上，而未能在動力鉗上廣泛套用。另外，閉口型動力鉗每次上扣或卸扣操作，都必須將整個動力鉗提升至背鉗對準接箍，待上扣或卸扣完畢，又必須將整個動力鉗下降至接箍以下，並留足吊卡空間，這無疑會影響工作效率。
2001年2月前已有技術中的開口型動力鉗，其突出優點是鉗頭開口，靈活性好，每次上扣或卸扣完畢立即撤離管柱，不妨礙井口其他作業，所以得到中國國內外用戶廣泛採用。但開口型動力鉗鉗頭採用的是非行星爪式卡緊機構，其主要缺點是，卡不同管徑須更換如牙板、牙座、顎板、顎板滾子之類的零件。更換零件給動力鉗的製造、使用、維修、零件保管都帶來許多不便，卡不同管徑的卡緊性能也不竟相同，即是專利號為98117762·X、名稱為“液壓動力鉗組合內曲面滾子爬坡卡緊機構”的技術，也僅限於卡緊四種特定油管管徑不更換零件，而四種特定油管有八種特定接箍尺寸，該機構用在背鉗上，也還必須更換一次零件。
發明內容
專利目的
《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》的目的就是要將2001年2月前已有閉口型動力鉗的上述主要優點及開口型動力鉗的上述主要優點集中於一體，推出一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構，實現主鉗背鉗在正反向卡緊大範圍內任意管徑時不須更換零件，且卡緊性能好，工作效率高，每次上卸扣完畢，又能及時撤離管柱，不妨礙井口其他作業。
技術方案
《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》由蝶形行星爪A或B、行星齒輪、花鍵軸套、芯軸、外曲牙板A或B、牙板擋塊、擋銷、旋鈕軸A或B、旋鈕、開口齒輪或背鉗主體、行星上連線板A或B、行星下連線板A或B、扇形板A或B等主要零件組成，由行星齒輪緊貼蝶形行星爪A或B端面、由花鍵軸套串接緊固、蝶形行星爪兩翼外側分別裝外曲牙板A或B、兩翼之間各裝牙板擋塊構成行星爪組件A或B，開口齒輪上部和下部帶有完全相同的兩處內齒，背鉗主體上部和下部帶有完全相同的兩處內齒，行星上連線板A及行星下連線板A或行星上連線板B及行星下連線板B由三隻芯軸通過螺釘連線構成行星架A或B，開口齒輪、行星架A及三組行星爪組件A構成主鉗鉗頭卡緊機構；背鉗主體、行星架B及三組行星爪組件B構成背鉗鉗頭卡緊機構，行星爪組件上的行星齒輪與開口齒輪或背鉗主體上的內齒相嚙合，開口齒輪或背鉗主體、行星架A或B均開有缺口，行星架A或B的上下連線板處在開口齒輪或背鉗主體外部，行星架A或B的三隻芯軸中的一隻處在行星架A或B的開口後部，另兩隻處在開口兩側，三組行星爪組件A或B裝在行星架A或B的三隻芯軸上，開口後部的芯軸中心至鉗頭中心連線，與開口兩側芯軸中心至鉗頭中心連線的夾角α或β大於90°，擋銷裝在扇形板A或B上，扇形板A或B裝在開口齒輪α/2方位或背鉗主體β/2方位，旋鈕軸A或B裝在行星上連線板A或B上，構成鉗頭轉向控制機構，行星上連線板A上部有上扶正槽，行星下連線板A下部有下扶正槽，行星架A的上下連線板有基準內圓柱面與開口齒輪的基準外圓柱面構成動配合，行星架B的上下連線板有基準內圓柱面與背鉗主體的基準外圓柱面構成動配合，行星上連線板B外緣通過螺釘連線固定一個齒輪塊，與背鉗傳動機構的齒輪相嚙合。
上述技術方案中的局部結構，也可採用其他形式，如行星爪組件只帶一隻行星齒輪，與開口齒輪上的一處內齒相嚙合，開口齒輪上固定若干個支撐塊，支撐塊之間的空隙為行星爪轉動空間所須，支撐塊的公共外圓柱面與行星上連線板上的內圓柱面構成動配合，在α/2方位的支撐塊為彎板，用於固定擋銷，與行星上連線板上的旋鈕軸構成鉗頭轉向控制機構。若干支撐塊也可與開口齒輪做成一體。
在上述技術方案中，行星上連線板B外緣也可以直接做成齒輪或局部齒輪，這樣可簡化結構，但抗彎強度有所削弱。
上述技術方案中，第一要點是，開口齒輪或背鉗主體、行星架A或B開有缺口，管子能進出，使得2001年2月前已有技術的閉口型動力鉗具備了開口型動力鉗靈活易撤的主要優點；第二要點是，行星架A或B上，開口後部的芯軸中心至鉗頭中心連線，與開口兩側芯軸中心至鉗頭中心連線的夾角α或β大於90°，保持了行星爪對任意管徑構成三點穩定卡緊，又讓出了空間，使行星架A或B得以實施開口；第三要點是，行星架A的上下連線板含有上下扶正槽，使行星架A取得軸向及徑向定位，使鉗頭卡緊機構在動力鉗殼體中得到可靠支持；第四要點是，行星架A或B的上下連線板置於開口齒輪或背鉗主體之外，這樣就能有效地加強抗彎強度，使其足以承受卡緊管子產生的強大外撐力。
改善效果
《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》的實施，可將2001年2月前已有開口型動力鉗及閉口型動力鉗的主要優點集中於一體，實現開口型動力鉗的主鉗和背鉗正反向卡緊大範圍內任意管徑不更換任何零件，且對任意管徑的卡緊性能均處於優良狀態，工作效率高。卡緊不同管徑不更換零件，這將給動力鉗的製造、使用和維修帶來極大方便，社會效益及經濟效益顯著。
附圖說明
圖1為《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》主鉗鉗頭卡緊機構示意主視圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為該發明背鉗鉗頭卡緊機構示意主視圖；
圖4為圖3的俯視圖；
圖5為圖2的A-A剖視圖；
圖6為圖4的B-B剖視圖；
圖7為行星爪組件只含一隻行星齒輪的結構示意圖；
圖8為行星爪組件只含一隻行星齒輪時的擋銷安裝示意圖；
圖9為主鉗工作原理圖；
圖10為背鉗工作原理圖。
權利要求
1、《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》含主鉗鉗頭卡緊機構和背鉗鉗頭卡緊機構，主鉗鉗頭卡緊機構由蝶形行星爪A⑹、行星齒輪（2）、花鍵軸套（3）、芯軸（4）、外曲牙板A（12）、牙板擋塊（13）、擋銷（25）、旋鈕軸A（14）、旋鈕（15）、開口齒輪（8）、行星上連線板A（l）、行星下連線板A（ll）、扇形板A（27）主要零件組成，蝶形行星爪A⑹兩翼外側分別裝外曲牙板A（12）、兩翼之間裝牙板擋塊（13）、兩端面緊貼行星齒輪（2）並由花鍵軸套⑶將其串接緊固構成行星爪組件A，行星上連線板A⑴及行星下連線板A（ll）由三隻芯軸（4）通過螺釘連線構成行星架A，行星爪組件A裝在芯軸（4）上，各行星齒輪（2）與開口齒輪（8）的內齒相嚙合；背鉗鉗頭卡緊機構由蝶形行星爪B（17）、行星齒輪（2）、花鍵軸套（3）、芯軸（4）、外曲牙板B（23）、牙板擋塊（13）、擋銷（25）、旋鈕軸B（24）、旋鈕（15）、背鉗主體（20）、行星上連線板B（16）、行星下連線板B（22）、扇形板B（29）主要件組成，蝶形行星爪B（17）兩翼外側分別裝外曲牙板B（23）＞兩翼之間裝牙板擋塊（13）、兩端面緊貼行星齒輪（2）並由花鍵軸套（3）將其串接緊固構成行星爪組件B，行星上連線板B（16）及行星下連線板B（22）由三隻芯軸（4）通過螺釘聯接構成行星架B，行星爪組件B裝在芯軸（4）上，各行星齒輪⑵與背鉗主體（20）的內齒相嚙合，其特徵在於：在主鉗鉗頭卡緊機構中，開口齒輪（8）及行星架A均為開口件，行星上連線板A⑴處在開口齒輪（8）外部之上，並帶有上扶正槽（5），帶有基準內圓柱面（7）與開口齒輪（8）的基準外圓柱面構成動配合；行星下連線板A（ll）處在開口齒輪（8）外部之下，並帶有下扶正槽（10），帶有基準內圓柱面（9）與開口齒輪（8）的基準外圓柱面構成動配合，在背鉗鉗頭卡緊機構中，背鉗主體（20）及行星架B均為開口件，行星上連線板B（16）處在背鉗主體（20）外部之上，並帶有基準內圓柱面（18）與背鉗主體（20）的基準外圓柱面構成動配合；行星下連線板B（22）處在背鉗主體（20）外部之下，並帶有基準內圓柱面（21）與背鉗主體（20）的基準外圓柱面構成動配合，主鉗和背鉗的開口後部芯軸中心至鉗頭中心連線ox，與開口兩側芯軸中心至鉗頭中心連線om、on的夾角a和0大於90°。
2、如權利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構，其特徵在於：主鉗鉗頭卡緊機構中的擋銷（25）裝在扇形板A（27）上，扇形板A（27）裝在開口齒輪（8）的a/2方位上；背鉗鉗頭卡緊機構中的擋銷（25）裝在扇形板B（29）上，扇形板B（29）裝在背鉗主體（20）的0/2方位上。
3、如權利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構，其特徵在於：主鉗鉗頭卡緊機構中的旋鈕軸A（14）裝在行星上連線板A（l）上；背鉗鉗頭卡緊機構中的旋鈕軸B（24）裝在行星上連線板B（16）上。
4、如權利要求1所述的一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構，其特徵在於：背鉗鉗頭卡緊機構中的行星上連線板B（16）開口後部裝有一個齒輪塊（19）與背鉗傳動齒輪相嚙合，或行星上連線板B（16）開口後部外緣直接做成齒輪與背鉗傳動齒輪相嚙合。
實施方式
如圖1、圖2、所示，主鉗鉗頭卡緊機構由開口齒輪8、行星上連線板A1、行星下連線板A11、芯軸4、行星齒輪2、蝶形行星爪A6、花鍵軸套3、外曲牙板A12、牙板擋塊13、旋鈕15及旋鈕軸A14等主要零件組成。行星上連線板A1處在開口齒輪外部之上，行星下連線板A11處在開口齒輪外部之下，並由三隻芯軸4通過螺釘連線構成開口行星架A。三隻芯軸中的一隻處在行星架A開口後部，另兩隻處在開口兩側，開口後部的芯軸中心至鉗頭中心連線ox，與開口兩側芯軸中心至鉗頭中心連線om、on的夾角α大於90°。由兩隻行星齒輪2緊貼蝶形行星爪A6端面、由花鍵軸套3串接緊固、蝶形行星爪兩翼外側分別裝外曲牙板A12、兩翼之間裝牙板擋塊13構成行星爪組件A，三組行星爪組件A裝在各芯軸4上。其兩個行星齒輪與開口齒輪上的兩處內齒相嚙合。行星上連線板A上部有上扶正槽5，行星下連線板A下部有下扶正槽10，殼體上的扶正滾子處在其中，使行星架A軸向及徑向定位。行星上連線板A有基準內圓柱面7與開口齒輪上部的基準外圓柱面構成動配合；行星下連線板A有基準內圓柱面9與開口齒輪下部的基準外圓柱面構成動配合。在不受行星爪及內齒干涉區域的α/2方位，在行星上連線板A上裝有旋鈕15及旋鈕軸A14。
如圖3、圖4所示，背鉗鉗頭卡緊機構由背鉗主體20、行星上連線板B16、行星下連線板B22、芯軸4、行星齒輪2、蝶形行星爪B17、花鍵軸套3、外曲牙板B23、牙板擋塊13、旋鈕15、旋鈕軸B24及齒輪塊19等主要零件組成。行星上連線板B16處在背鉗主體外部之上，行星下連線板B22處在背鉗主體外部之下，並由三隻芯軸4通過螺釘連線構成開口行星架B。三隻芯軸中的一隻處在行星架B開口後部，另兩隻處在開口兩側，開口後部的芯軸中心至鉗頭中心連線ox，與開口兩側芯軸中心至鉗頭中心連線om、on的夾角β大於90°。由兩隻行星齒輪2緊貼蝶形行星爪B17端面、由花鍵軸套3串接緊固、蝶形行星爪兩翼外側分別裝外曲牙板B23、兩翼之間裝牙板擋塊13構成行星爪組件B，三組行星爪組件B裝在各芯軸4上。行星爪組件B上的兩隻行星齒輪2，分別與背鉗主體上的兩處內齒相嚙合。行星上連線板B有基準內圓柱面18與背鉗主體上部的基準外圓柱面構成動配合；行星下連線板B有基準內圓柱面21與背鉗主體下部的基準外圓柱面構成動配合。在不受行星爪及內齒干涉區域的β/2方位，在行星上連線板B上裝旋鈕15及旋鈕軸B24。行星上連線板B16外緣，通過螺釘連線緊固一個齒輪塊19與背鉗傳動機構的齒輪相嚙合。
如圖5所示，旋鈕軸A14裝在行星上連線板A1上，擋銷25裝在扇形板A27上，扇形板裝在開口齒輪8上，旋鈕軸上端裝旋鈕15，旋鈕軸下端大頭有缺口26，構成主鉗鉗頭轉向控制機構。轉動缺口方位，可以限制擋銷25在不同區域內轉動，行星上連線板A1下端面有滿足擋銷25轉動的軌跡槽。
如圖6所示，旋鈕軸B24裝在行星上連線板B16上，擋銷25裝在扇形板B29上，扇形板裝在背鉗主體20上，旋鈕軸上端裝旋鈕15，旋鈕軸下端大頭有缺口28，構成背鉗鉗頭轉向控制機構。轉動缺口方位，可以限制擋銷25在不同區域內轉動，行星上連線板B16下端面有滿足擋銷25轉動的軌跡槽。
如圖7、圖8所示，行星爪組件可以只帶一個行星齒輪30，與開口齒輪32的內齒相嚙合，開口齒輪通過螺釘連線，固定有若干個支撐塊31，支撐塊之間的空隙為行星爪6的轉動空間所須，若干個支撐塊也可以與開口齒輪做成一體。行星下連線板33上，設有內外圓柱面與開口齒輪32的外內圓柱面構成動配合，若干個支撐塊形成的公共外圓柱面與行星上連線板1的內圓柱面構成動配合，在α/2方位的支撐塊34為彎板，用來固定擋銷25。採用這樣的結構，可減小開口齒輪的徑向尺寸，使整個鉗頭卡緊機構更緊湊，但花鍵軸套3及芯軸4在卡緊管子過程中由於受力不對稱，會產生附加力矩，使卡緊效果欠佳。
如圖9所示，將旋鈕15尖端（參見圖2）搬向逆時針方向作卸扣操作時，開口齒輪8由傳動輪系帶動作逆時針方向轉動，此時，行星架A35在鉗頭制動機構的制動力作用下暫時不動，開口齒輪8的內齒帶動行星爪組件A37逆時針方向轉動，使外曲牙板接觸管子36，然後，開口齒輪8、行星架A35及行星爪組件A37連同管子36一同逆時針轉動，實現卸扣操作。卸扣完畢，仍藉助於鉗頭制動機構制動力的作用，行星架A35暫時不動，開口齒輪8順時針轉動，其內齒帶動行星爪組件A37也做順時針轉動，行星爪離開管柱，開口齒輪上的擋銷25（參見圖5）轉至與旋鈕軸A14同軸後，為旋鈕軸A14所擋，行星架A35與其一同轉動，這時，開口齒輪8與行星架A35已對齊缺口，再轉至與殼體缺口對齊，動力鉗即可撤離管柱，完成一次卸扣操作。
如圖10所示，將旋鈕15尖端（參見圖4）搬向逆時針方向作卸扣操作時，由背鉗上的動力，經傳動齒輪或其他機構帶動行星架B38逆時針轉動，從而帶動行星爪組件B40順時針轉動，行星爪接觸管柱接箍39，阻止接箍轉動，保證主鉗完成卸扣操作。卸扣完畢，行星架B38在原有動力驅動下順時針轉動，行星爪離開接箍，旋鈕軸B24（參見圖6）轉至與背鉗主體20上的擋銷25同軸後，行星架B為擋銷25所擋，行星架B38的開口與背鉗主體20開口對齊，以便動力鉗撤離管柱。
當動力鉗改為上扣時，將主鉗旋鈕及背鉗旋鈕15轉過180°，尖端指向順時針方向，主鉗和背鉗再按旋鈕尖端指向，重複上述過程，即可完成上扣操作。
榮譽表彰
2007年，《一種行星爪式開口型動力鉗鉗頭卡緊機構》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
