老虎鉗設備的制作方法

專利名稱：老虎鉗設備的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及水平地下鉆機。更具體地說，本發明涉及一種與帶螺紋的鉆管一起使用的老虎鉗設備。
背景技術：
現有各種供水平鉆機使用的老虎鉗設備，包括具有兩個相對虎鉗牙半部的虎鉗牙。這些虎鉗牙設置成夾在鉆管上以使該鉆管與另一根鉆管螺紋嚙合或松脫。這些虎鉗牙通過提供嚙合或夾緊力的液壓傳動裝置或液壓缸夾在鉆管上。
在傳統的虎鉗牙設計中，在鉆管和虎鉗牙之間沒有相對運動的情況下施加在所夾著的鉆管上的最大扭矩直接與有液壓缸所施加的力成正比。作用在鉆管上的扭矩在兩根鉆管之間的螺紋連接處提供扭矩支持能力。鉆管越大則需要越大的扭矩來實現足夠的扭矩支持能力。與傳統虎鉗牙結構配合使用的鉆管其外徑通常限制在1.5-3.5英寸的范圍內。
使用更大的鉆管和鉆孔工具的鉆機可以應用在工業中。例如，一些鉆管其外徑可以達到大約8英寸。所以需要這樣一種設計，它能提供更大的嚙合力以在較大直徑鉆管之間螺紋連接處實現足夠的扭矩保持能力。
裝有用在垂直鉆機上的閂門裝置的傳統設計已經用來在更大直徑的鉆管上提供足夠的嚙合力。但是這些設計特定用于垂直鉆井機，其中在閂門老虎鉗裝置附近具有足夠的空間。在地面與地面支架之間空間有限的水平鉆機上需要使用一種適應大直徑鉆管的老虎鉗設備。

發明內容
本發明披露了一種用在水平鉆機上的老虎鉗設備。在一個實施方案中，該老虎鉗設備包括至少一個具有剪形部件的老虎鉗機構。在另一個實施方案中，老虎鉗設備可以包括兩個老虎鉗機構，每個都具有剪形部件。
在該老虎鉗機構的優選實施方案中，剪形部件是聯接裝置的組成部件，該聯接裝置在四個位置接觸被夾緊的元件。
本發明的另一個方面涉及一種可定位的老虎鉗設備。在優選的實施方案中，該老虎鉗設備能夠沿著機架組件的導軌縱向移動。在具有兩個老虎鉗機構的實施方案中，第二老虎鉗機構可以另外沿著導軌相對于第一老虎鉗機構縱向平移。


圖1為根據本發明的原理用在水平定向鉆機上的機架組件的前透視圖；圖2為圖1的機架組件的側視圖；圖3為示出裝配在圖1機架組件上的老虎鉗設備的前透視圖，表示以間隔關系設置的老虎鉗組件；圖3A為圖3中所示安裝托架的前透視圖；圖4為沿著圖3直線4-4剖開的老虎鉗設備的剖視圖；圖5為圖3中所示老虎鉗設備的前透視圖，表示成閉合關系設置的老虎鉗組件；圖6為沿著圖5直線6-6剖開的老虎鉗設備的剖視圖；圖7為安裝在圖1所示導軌上的老虎鉗設備的前視圖；圖8為圖3老虎鉗設備的旋轉老虎鉗組件的前透視圖；圖8A為圖8所示的旋轉老虎鉗構架的側透視圖；圖9為圖8的旋轉老虎鉗組件的端視圖；圖10為圖8的旋轉老虎鉗組件的頂視圖；圖11為沿著圖10直線11-11剖開的旋轉老虎鉗組件的剖視圖，表示處于非旋轉位置；圖11A為沿著圖10直線11-11剖開的旋轉老虎鉗組件的剖視圖，表示處于旋轉位置；圖12為圖3老虎鉗設備的固定老虎鉗組件的前透視圖；
圖13為圖12的固定老虎鉗組件的端視圖；圖14為圖12的固定老虎鉗組件和縱向定位器組件的頂視圖；圖15為沿著圖14直線15-15剖開的縱向定位器組件的剖視圖；圖16為圖3老虎鉗設備的老虎鉗機構的前透視圖；圖17為圖16的老虎鉗機構的頂視圖；圖18為圖16的老虎鉗機構的端視圖；圖19A為沿著圖17直線19-19剖開的老虎鉗機構的剖視圖，表示處于打開位置的老虎鉗機構；圖19B為沿著圖17直線19-19剖開的老虎鉗機構的剖視圖，表示處于關閉位置的老虎鉗機構；圖20為用在圖8旋轉老虎鉗組件的裝配中旋轉定位器的等距視圖；圖21為圖20的旋轉定位器的端視圖；圖22為用在圖8旋轉老虎鉗組件的裝配中弓形突起托架的等距視圖；圖23為圖20的旋轉定位器的底部透視圖；圖24為根據本發明原理的老虎鉗機構可選實施方案的剖視圖。
具體實施例方式
現在參照各個附圖對本發明的各個示例性方面進行說明，在這些附圖中相同的元件具有相同的標號。I.老虎鉗設備在水平鉆孔中的總體操作本發明針對一種用在水平鉆機上的老虎鉗設備。水平鉆機通常包括旋轉驅動機構、縱向驅動機構、老虎鉗設備、地面支撐裝置以及鉆管儲運設備。鉆孔過程涉及將幾段帶螺紋的鉆管擰在一起，從而形成從鉆機延伸穿過鉆孔并且終止在鉆頭組件處的鉆桿組。鉆桿組將旋轉力矩和縱向止推力從驅動機構傳送到鉆頭組件。
開始鉆孔時，鉆頭組件位于水平鉆機地面支架附近并連接鉆桿組。鉆桿組原包括第一鉆管，該鉆管連接在旋轉驅動機構和縱向驅動機構上。旋轉驅動機構和縱向驅動機構通常位于與鉆孔位置相對的端部處。因此鉆孔的第一步在于將鉆頭組件安裝在第一鉆管上。
鉆頭組件其直徑通常大于鉆管。常規的設計要求通過手動扳緊來將鉆頭組件連接在第一鉆管上。最好把鉆頭組件插入老虎鉗設備中來將鉆頭組件連接在第一鉆管上，以幫助進行鉆孔的準備。根據本發明原理的老虎鉗設備在張開尺度或適合配置中具有這樣的通用性，從而使得鉆頭組件能夠插入并夾到老虎鉗設備中，下面將詳細描述。
一旦將鉆頭組件連接在第一鉆管上，則鉆桿組(鉆頭組件和第一鉆管)旋轉并且被推進地面。在鉆桿組前進時，從儲運設備中取出第二鉆管并且將它設置成與鉆桿組對準。通常儲運設備包括存放箱，其中所存放的鉆管縱軸與鉆桿組平行。一旦定位，將第二鉆管擰到鉆桿組上。重復該過程以延伸鉆孔長度。
鉆桿組受到高扭矩負載。在定向控制的用途中，鉆桿組還受到相當大的彎曲負載。鉆管之間螺紋接頭的正確配合對于鉆桿組的性能是至關重要的。為了正確地“裝配”螺紋接頭，必須將相當大的扭矩負載施加在鉆管的外徑上。
當鉆孔達到所要求的長度時，通常要改變鉆頭組件；或者由于各種原因，從鉆孔中取出鉆桿組。在后面的情況中，例如，固定的各段鉆管順序從鉆孔中拉出，松開再送回存放箱中。鉆桿組的拆卸涉及螺紋聯接或接頭的“脫開”。使螺紋聯接脫開所需要的脫開扭矩通常類似或大于最初裝配螺紋接頭所需要的扭矩。
傳統設計的老虎鉗結構包括下夾具、上夾具和傳動裝置。傳動裝置是鉆機的一部分，它通常沿著軌道縱向推進，并且具有外螺紋端即公螺紋端。在裝配操作中，傳動裝置使鉆桿組沿縱軸前進直到傳動裝置到達軌道的端部。在那個位置處，下夾具將鉆桿組固定在靜止位置。傳動裝置反轉使與鉆桿組的箱形端(或者內螺紋區域)松開同時沿著軌道縱向回動。手動或用桿式裝卸機來將新的鉆管設置在裝載區內。傳動裝置改變轉動方向，并且開始重新沿著軌道朝著新鉆管縱向前進。傳動裝置的公螺紋端嚙合新鉆管的箱形端(即內螺紋端)。在傳動裝置繼續縱向前進時，新的鉆管的公螺紋端嚙合被夾緊的鉆桿組的箱形端并且重復所述過程。
由于在水平鉆孔中使用的工具品種繁多，所以需要使該老虎鉗設備與工具的各種形狀和尺寸相適應變得更加重要。例如，一些用途是將與最終鉆孔直徑相同的相對較短的管段插進一部分鉆孔中以使土壤穩定。該管段通常稱為滑動襯套。因為滑動襯套的直徑大于鉆桿組的直徑，所以該滑動襯套通常難以或不可能裝配在傳統設計的老虎鉗設備中。
關于水平鉆孔的另一種想法涉及鉆機和老虎鉗設備相對于地面的整體布置。將鉆機這樣設置要使老虎鉗設備盡可能靠近鉆孔的入口處這對于提供最大的鉆桿組支撐是重要的。因此，老虎鉗的開口直徑和整體外殼必須最佳適應具有大直徑的滑動襯套的安裝，確定的尺寸還必須考慮到能提供鉆桿組支撐的位置。根據本發明原理的老虎鉗設備具有這樣一種特征，其中該設計將整體設備組件的橫斷面尺寸縮到最低程度，而使開口直徑達到最大，下面將詳細描述。
一般來說，如本發明所述的水平鉆機包括具有地面嚙合裝置、軌道、發動機和液壓傳動裝置的主底盤組件；操作臺；及主機架。水平鉆機的主底盤組件通常包括具有某些類型的桿裝載和搬運裝置或管存放箱的機架組件。這些裝置從基本的傳送機構例如各種類型的起重機或吊具到特別設計用于操縱特種鉆桿的高度專業化的機械裝置。
參照圖1和2，示出機架組件10(表示沒有管存放箱)。機架組件10安裝在水平鉆機的底盤組件(未示出)上。該機架組件10包括老虎鉗設備100。該老虎鉗設備100根據所披露的原理可以應用在使用夾緊裝置的各種機械上。
圖2為機架組件10的側視圖，并且示出操縱鉆桿、筒或管36的部件。該機架組件10包括前對中組件20、老虎鉗設備100及與轉動齒輪箱40連接的主軸30。轉動齒輪箱40裝到裝有噴氣發動機60的發動機架50上。噴氣發動機60旋轉驅動與齒條70嚙合的小齒輪62。合成的齒條和小齒輪驅動裝置65沿著機架組件10的導軌90前后推動發動機架50。該發動機架50在其中縱向推動主軸30和鉆桿組80，與此同時旋轉齒輪箱40使鉆桿組80轉動。在可選方案中，齒條和小齒輪驅動裝置65可以用汽缸和鏈條機構或直缸機構來代替，以給鉆桿組80提供縱向力。
該老虎鉗設備100還包括轉動老虎鉗組件200、固定老虎鉗組件300、縱向定位器400以及轉動老虎鉗傳動裝置500。這些部件的作用是操縱鉆孔過程，例如，啟動和延伸鉆桿組，它稱為進行導孔過程，而縮回鉆桿組，則稱為拉回。II.老虎鉗設備的操作啟動和延伸鉆桿組通常，當鉆孔操作開始時，鉆桿組最初只由一根鉆管和鉆頭組件構成。鉆頭組件通常包括各種部件，例如鉆頭和裝有無線電發射裝置的探測器殼體，該無線電發射裝置在鉆孔過程中定位并控制鉆頭組件。
再次參照圖1，鉆頭組件(未示出)可以由前對中組件20和固定老虎鉗組件300支撐，即它可以正好設置在前對中組件20以外。前對中組件20包括鉆管對中支架22，它可以垂直調節以使鉆桿組80的中心線84與主軸30的軸線32對準(如圖2中所示)。
單根鉆管(未示出)從鉆管存放位置移入鉆管裝載區44。在鉆管裝載區44中，鉆管被設置在由主軸30縱向軸線所限定的軸向方位。裝載區44大體上位于旋轉老虎鉗組件200的后平面202和主軸30的第一端部33之間。裝載區44在發動機架50已經沿著機架導軌90向回移動致使轉動齒輪箱40和主軸30完全縮回時有效地打開。在該裝載位置，后老虎鉗平面202和主軸30的第一端部33之間的距離大于鉆管(未示出)的長度。
在發動機架50處于裝載位置的情況下，第一鉆管設置在鉆管裝載區44中，并且由鉆管傳送機構(未示出)夾持著。轉動齒輪箱40使主軸30轉動，而主軸30則由發動機架50縱向推進。當主軸30向前推進時，主軸30的外螺紋端或公螺紋端34嚙合鉆管(未示出)的內螺紋。
如果固定老虎鉗組件300支撐著鉆頭組件，則鉆管和主軸30縱向推進直到上述第一鉆管的螺紋前端擰進鉆頭組件為止。轉動齒輪箱40繼續使第一鉆管轉動以將該第一鉆管擰到鉆頭組件上。固定老虎鉗組件300將鉆頭組件夾持不動。同時轉動齒輪箱40控制外加扭矩大小，使鉆頭組件與第一鉆管之間的螺紋接頭正確裝配起來。同時在第一鉆管與主軸30之間施加相同大小的扭矩。
如果鉆頭組件在前對中組件20前面出來的話，則第一鉆管向前推進，直到前面部分延伸進入固定老虎鉗組件300為止。固定老虎鉗組件300夾緊第一鉆管，防止第一鉆管轉動，從而將正確的扭矩施加到第一鉆管與主軸30之間的接頭上。只要接頭扭轉正確，固定老虎鉗組件300便松開第一鉆管，并且第一鉆管被推動穿過前對中組件20，在那里可以安裝鉆頭組件。在這種情況下，鉆頭組件通常使用某些類型的手動扳手扭轉。
在將鉆頭組件裝到第一鉆管之后(現稱為鉆桿組)，通過使該鉆桿組縱向向前推進直到主軸與鉆管之間的接頭位于固定老虎鉗300與轉動老虎鉗組件200之間的中間位置302附近來進行導孔過程。固定老虎鉗組件300牢牢地夾住鉆桿組，而主軸30則反向轉動，同時沿著機架導軌90向后推進，從而可將另一根鉆管設置在鉆管裝載區44。重復進行推動旋轉主軸向前，并在鉆管接頭之間施加適當扭矩的過程，從而有效地延伸鉆桿組。鉆桿組延伸直到地下的鉆道到達所要求的距離。因此老虎鉗設備100的固定老虎鉗組件300在進行導孔過程中的主要作用是使鉆桿組保持在固定位置，同時設置新的鉆管并擰進鉆桿組。III.老虎鉗設備的操作縮回鉆桿組拉回過程就是通過導孔將鉆桿組拉回。發動機架50縱向回動，將鉆桿組拉回直到最后增加的鉆管與鉆桿組剩下部分之間的第一接頭位于中間位置302為止。在該位置，固定老虎鉗組件300夾緊鉆桿組。轉動老虎鉗組件200在打開的未夾緊狀態順時針轉動，在第一位置夾緊最后增加的鉆管，再逆時針轉動，脫開最后增加的鉆管與鉆桿組之間的接頭。然后打開轉動老虎鉗組件200，松開最后增加的鉆管。轉動齒輪箱40反向轉動，而發動機架則向后移動，使最后增加的鉆管與鉆桿組分開。一旦最后增加的鉆管與鉆桿組分開，轉動老虎鉗組件200便將最后增加的鉆管夾緊在第二位置。主軸30反向轉動，脫開主軸30與最后增加的鉆管之間的第二接頭。一旦接頭脫開和最后增加的鉆管與主軸30分開，轉動老虎鉗組件200便打開，再將鉆管卸下。為了繼續該過程，主軸30向前移動，使與仍被固定老虎鉗組件300夾持的鉆桿組配合。用適當的扭矩將該主軸擰到鉆桿組上。固定老虎鉗組件300打開，再將鉆桿組往后拉，重復脫開過程。
因此，老虎鉗設備100在拉回過程中的作用是脫開鉆桿組與最后增加的鉆管之間的第一接頭，在鉆管與主軸之間的第二接頭脫開時夾持鉆管，并在重裝主軸重復脫開過程期間夾持鉆桿組。IV.老虎鉗設備的結構說明在圖3-7中示出老虎鉗設備100。該老虎鉗設備100的一個特征是允許老虎鉗組件200、300彼此之間正確定位。具體地說，固定老虎鉗組件300包括固定老虎鉗機構305和固定老虎鉗框架310。轉動老虎鉗組件200包括轉動老虎鉗機構205和轉動老虎鉗框架210。如圖3和3A中所示，安裝托架102位于四處一對支撐固定老虎鉗組件300，而另一對則支撐轉動老虎鉗組件200。
每個安裝托架102包括側板110。側板110則包括上部件116和下部件118。上部件的上表面112設計成固定聯接在固定老虎鉗框架210或310上。下部件118聯接底板120。底板120設計成這樣，當上部件116的上表面112聯接到老虎鉗框架210或310并將底板120栓接到下部件118上時，整個組件200或300便夾在或固定到機架導軌90上。輥子114支撐在側板110內，保持機架導軌90與側板110之間的間隙(參見圖7)。
做成平板形式的支撐板在老虎鉗框架210、310與機架導軌90之間用作支撐件(圖7)。在機架導軌90與底板120之間還設有支撐板122。支撐板122可以用軸承材料例如超高分子量塑料制成。這種安裝布置有助于老虎鉗組件200和300的運動，使彼此之間沿著機架導軌90相互移動。
老虎鉗組件200和300之間的相對運動是通過一對分離缸104(圖4)來進行。相對運動的方向與導軌90平行。分離缸104聯接在老虎鉗框架210和310上。通過比較圖4和6可以看出，分離缸104控制著老虎鉗組件200和300彼此之間的位置。老虎鉗組件可以如圖6中所示那樣幾乎接觸，或者如圖4中所示那樣基本上分開。這種特征使得分開距離可以有選擇地控制，達到各種尺寸鉆管的鉆桿組柱接頭的能見距離。
在圖8、9和10中更詳細地示出轉動老虎鉗組件200。轉動老虎鉗組件200的轉動老虎鉗框架210包括兩塊端板216隔開的側板212和214。兩個側板212和214均有弓形特征或狹縫218，限定轉動老虎鉗機構205的安裝位置。
現參照圖9和11，轉動老虎鉗框架210的側板212和214包括耳部512和514。耳部512和514為支撐轉動傳動齒輪516的轉動傳動軸518提供支撐(圖11)。耳部512和514還為轉動驅動電機520和轉動傳動齒輪箱522提供安裝面(圖10)。轉動驅動電機520和轉動傳動齒輪箱522的作用是在脫開操作期間使轉動老虎鉗機構205轉動。
在圖12、13、14和15中更詳細地示出固定老虎鉗組件300的固定老虎鉗框架312。固定老虎鉗框架310同樣由被端板316分開的側板312和314限定。側板312和314還包括有狹縫318，這些狹縫限定了固定老虎鉗機構305的安裝位置。
轉動老虎鉗機構205和固定老虎鉗機構305是相同的。如圖16和18所示，老虎鉗機構205、305包括陽剪刀連接件130和陰剪刀連接件132，它們在主要的樞軸聯接144處與主樞銷160裝配在一起。主樞軸聯接144由陽剪刀連接件130中的通孔和貫穿陰剪刀連接件132側面的兩個共軸孔限定。主樞銷160穿過這些孔并由開口環162固定。可以使用各種固定部件來使銷固定不動。
剪刀連接件130和132還包括用于提升缸140的聯接點。陰提升缸聯接點164位于陰剪刀連接件132上，而陽提升缸聯接點166位于陽剪刀連接件130上。陰提升缸聯接點164由在陰剪刀連接件132側面上的兩個共軸孔限定。提升缸140的末端是具有通孔的板(未示出)。銷168(圖19A最佳示出)穿過陰剪刀連接件132的側面，再穿過在缸板上的孔，把汽缸140固定在陰剪刀連接件132上。提升缸140的對置桿端174終止在陰軛架176上。陰軛架在提升缸聯接點166處裝配在陽剪刀連接件130的陽剪刀部分131上。銷170穿過軛架176和剪刀部分131，從而將提升缸140的對置桿端174固定在陽剪刀連接件130上。
陰陽剪刀連接件130、132限定配置容納鉆管的開口或凹穴600。根據本發明的原理，老虎鉗205和305的凹穴600適合容納各種尺寸的鉆管或鉆頭組件。例如這通過聯接裝置實現，即正確設置老虎鉗機構使與特定尺寸的鉆管相一致。
老虎鉗機構的位置由剪刀連接件130和132的位置限定。所有其它組件與剪刀連接件130和132的位置配合工作并與其相一致。通過提升缸140與定位銷或凸輪142的協同操作使剪刀連接件130和132定位。具體地說，通過提升缸140的傳動調節凹穴600的尺寸。老虎鉗機構205和305有四個定位凸輪142。一對定位凸輪142位于陽剪刀連接件130的對置側面上，而另一對定位凸輪則位于陰剪刀連接件132的對置側面上。
固定老虎鉗機構305的定位凸輪142與固定老虎鉗框架310的定位狹縫318(圖12)配合操作。這些定位凸輪142直接嚙合在側板312和314(圖12)上的定位狹縫318。
轉動老虎鉗機構205的定位凸輪142嚙合轉動定位器190的定位機構狹縫192，如圖20和21所示。轉動定位器190包括一個局部外齒輪524，其轉動中心大致與由轉動老虎鉗機構205的剪刀連接件所限定的凹穴600中心重合。轉動定位器190在轉動定位器190的兩側191和193還包括有弓形狹縫194。這些弓形狹縫194與弓形突起托架196的弓形突起部198嚙合，如圖22所示。在圖8和9中最佳示出，弓形突起托架196可操作設置的與轉動老虎鉗框架210的狹縫218一起起作用。該弓形突起托架196裝進狹縫218中，并限定弓形突起部198與轉動老虎鉗框架210之間的空間關系，從而使轉動老虎鉗機構205能夠進行有限的旋轉運動。轉動老虎鉗機構205在該機構的每一側包括有兩個弓形突起托架196。在轉動操作中，弓形突起部198限定了轉動定位器190的位置，而轉動定位器190則限定了定位凸輪142的位置，從而使老虎鉗機構205定向。在夾緊操作中，老虎鉗機構205的位置由剪刀連接件130和132限定。
圖17、18、19a和19b中示出老虎鉗機構205和305的夾緊動作。圖17示出橫斷面線19-19，沿該線觀看圖19a和19b。圖18和19a表示打開狀態的老虎鉗機構。老虎鉗機構205和305包括用樞軸桿150可轉動聯接在剪刀連接件130和132傳動端178上的夾緊缸138。在打開狀態，夾緊缸138縮回，而提升缸140伸出。老虎鉗機構的開度達到最大值，以插入鉆管或鉆頭組件。
圖19b表示在關閉或夾緊狀態具有最小開度的老虎鉗機構。在夾緊狀態，夾緊缸138伸出而提升缸140縮回。
老虎鉗機構205和305還包括兩個聯接的固定結構或鉗頭134，它們可轉動聯接在鉗頭樞軸聯接146處，以轉動、夾緊或移動剪刀連接件130和132的端部179。鉗頭樞軸聯接146由剪刀連接件130和132上的通孔、鉗頭134上的對應孔以及樞軸172限定。鉗頭134還在夾緊缸轉動安裝位置148可轉動聯接每個夾緊缸138。每個老虎鉗機構205和305還包括四個老虎鉗模具或抓緊部件136。一個抓緊部件位于每個剪刀連接件130和132上以及每個鉗頭134上。可以認為，根據本發明的原理可以使用或多或少的抓緊部件。在所述的實施方案中，抓緊部件136這樣設置，例如使抓緊部件以大約90度的間隔接觸鉆管。
現參照圖24，示出老虎鉗機構205′、305′的可選實施方案。與老虎鉗機構205、305一樣，該可選實施方案包括陰陽剪刀連接件130′和132′，它們各有傳動端178′和夾緊、轉動或移動端179′。夾緊缸138′可轉動地聯接剪刀連接件130′、132′的傳動端178′。陽剪刀連接件130′具有位于夾緊端179′的樞軸聯接146′。夾鉗134′在樞軸聯接146′處可轉動聯接陽剪刀連接件130′。夾鉗134′還在夾緊缸轉動安裝位置148′處可轉動聯接夾緊缸138′。老虎鉗模具或抓緊部件136′位于每個連接件130′、132′的每個夾緊端179′附近，并且位于夾鉗134′上。
在老虎鉗機構205′、305′的這個可選實施方案中，陰剪刀連接件132′的夾緊端179′配有固定結構或延伸部分135。該延伸部分在夾緊缸轉動安裝位置148′聯接與夾鉗類似的夾緊缸138′。該延伸部分135包括跟部137，在該處設有老虎鉗模具或抓緊部件136′。因此，陰剪刀連接件132′包括兩個用來接觸和固定各種尺寸鉆管的老虎鉗模具或夾緊部件136′。
不言而喻，陽剪刀連接件130、130′還可配有延伸部分來代替用來接觸和固定各種尺寸鉆管的夾鉗。
在操作中，夾緊過程首先包括縮回提升缸140，把剪刀連接件130和132定位在使老虎鉗機構開度達到最大值的位置。提升缸140的縮回由順序閥(未示出)控制，該閥在提升缸140完成縮回時檢測壓力峰值。可以考慮使上述第一步驟正確定序的其它方法。例如，在涉及不同尺寸的鉆管應用中，可以通過監視剪刀連接件相對于鉆管表面的位置來控制定序。在縮回狀態，位于各個剪刀連接件130和132上的抓緊部件136有效地定位，使接觸鉆管。
在剪刀連接件正確定位使每個剪刀連接件的抓緊部件136與鉆管接觸時，夾緊缸138伸出。夾緊缸138的伸出引起鉗頭134繞著鉗頭樞軸聯接146轉動。當鉗頭134轉動時，安裝在鉗頭134上的抓緊部件136便移動接觸鉆管(參見圖19b)。在該夾緊狀態，四個抓緊部件136隔開大約90度，牢固嚙合鉆管。由于剪刀連接件130和132的初始定位以及老虎鉗機構聯接裝置的操作，因而鉆管被夾在鉆管直徑周圍相隔大約90度的位置，而不管尺寸如何。通過在近似均勻距離間隔處接觸鉆管的直徑，使得施加在鉆管上的夾緊力相應地均勻地施加在直徑周圍。
在優選的實施方案中，轉動和固定老虎鉗組件200和300的提升缸140和夾緊缸138為液壓操作。參照圖4、6、11、11A和23，通過液壓軟管187輸送液壓流體供給夾緊缸138的液壓動力。還通過液壓軟管185輸送液壓流體，供給提升缸140的液壓動力。相對于轉動老虎鉗組件200，在轉動定位器190的局部齒輪524之間設有間隙188(圖23)。圖20和23所示的液壓配合口186位于轉動定位器190的外表面195和內表面197上，從而形成穿過轉動定位器190的流體通道。液壓流通管線187和185(圖11和11a最佳示出)可以聯接液壓口186和提升缸140及夾緊缸138。
如圖11和11A所示，柔性液壓管路187聯接從轉動老虎鉗框架210伸出的隔板220。液壓管路187在由轉動傳動齒輪516的里面部分和轉動傳動軸518的外周邊限定的空間范圍內布線。液壓管路187還穿過轉動定位器190的間隙188布線，聯接液壓配合口186。當轉動定位器190動作由此導致液壓口186角位移時，由于轉動定位器190轉動直到極限，所以液壓管路187和185處于或保持在間隙188范圍內。
除了給鉆管提供足夠的夾緊力外，轉動老虎鉗機構205還必須提供足夠的扭矩以松開或脫開以前聯接的鉆管。脫開扭矩是通過圖10和11所示的轉動老虎鉗傳動裝置組件500產生的。
轉動老虎鉗傳動裝置組件500包括液壓電機520，它給行星齒輪箱522提供動力輸入。該行星齒輪箱522給轉動傳動軸518提供轉動動力。安裝在轉動傳動軸518上的轉動傳動齒輪516與在轉動定位器190上構成的局部齒輪524相嚙合(圖20)。局部齒輪524動作使轉動老虎鉗機構205繞著老虎鉗機構205的凹穴600的中心轉動。液壓電機520使轉動傳動齒輪516以相對低速但是相當大的扭矩轉動。轉動傳動齒輪516通過局部齒輪524沿著由弓形突起部198限定的弓形通道推動轉動定位器190。該弓形突起部198基本上與鉆管的理論中心線同心。因此用定位凸輪142與轉動定位器190聯接的轉動老虎鉗機構205轉動起來，使在兩根鉆管之間的接頭處提供脫開扭矩。
本發明的另一個特征涉及在必要時使老虎鉗設備100沿著機架組件10定位優化鉆孔過程的能力。例如，優化鉆孔過程需要一種適應鉆管長度變化的裝置。
老虎鉗設備100包括縱向定位器組件400，該組件使老虎鉗設備100沿著機架組件10縱向地移動。如圖2、12、14和15所示，縱向定位器組件400安裝在與固定老虎鉗框架310的側板314聯接的安裝板410上。液壓電機412安裝在安裝板410上并與齒輪414聯接。齒輪414與聯接在機架導軌90上的齒條70嚙合。這種布置使得老虎鉗設備100能夠在液壓電機412的驅動下沿著機架導軌90縱向移動。為了進一步優化老虎鉗設備的取向和定位，如上所述可以通過分開缸104使轉動老虎鉗組件200相對于固定老虎鉗組件300縱向定位。
對于本發明原理的老虎鉗設備100，就與鉆管螺紋聯接的裝配和脫開有關許多益處來說，即固定老虎鉗組件和轉動老虎鉗組件的使用，已經作了主要描述。不言而喻，老虎鉗設備也可以由單個老虎鉗組件構成，這有助于配合轉動傳動裝置裝配和脫開鉆管。
上述說明書、實施例和數據提供了制造的完整說明以及本發明組成部分的使用。由于可以在不違反本發明的精神和范圍情況下做出本發明的許多實施方案，所以本發明存在于下面所屬的權利要求中。
權利要求
1.一種用在水平鉆孔中的老虎鉗裝置，該老虎鉗裝置包括(a)老虎鉗組件，該老虎鉗組件包括(i)第一剪形部件；(ii)第二剪形部件；1)所述第一和第二剪形部件可轉動地相連并限定凹穴；2)所述第一剪形部件包括a)第一傳動端；以及b)第一夾緊端，所述第一夾緊端具有至少第一接觸區；3)所述第二剪形部件包括a)第二傳動端；以及b)第二夾緊端，所述第二夾緊端具有第二接觸區；(iii)第一鉗頭，它轉動地聯接在所述第一剪形部件上，所述第一鉗頭具有第三接觸區。
2.如權利要求1所述的老虎鉗裝置，其特征在于(a)所述第二剪形部件的第二夾緊端還包括向前接觸區。
3.如權利要求1所述的老虎鉗裝置，還包括(a)轉動地聯接在所述第二剪形部件上的第二鉗頭，所述第二鉗頭具有第四接觸區。
4.一種用在水平鉆孔中的老虎鉗裝置，該老虎鉗裝置包括(a)老虎鉗組件，該老虎鉗組件包括(i)第一剪形部件；(ii)第二剪形部件；1)所述第一和第二剪形部件可轉動地相連并限定構成容納各種尺寸鉆管的凹穴；2)所述第一和第二剪形部件各有轉動端和傳動端，所述第一和第二剪形部件的所述轉動端分別包括第一接觸區和第二接觸區；(iii)第一固定結構設在所述第一剪形部件的轉動端附近，所述第一固定結構具有第三接觸區；以及(iv)第二固定結構設在所述第二剪形部件的轉動端附近，所述第二固定結構具有向前接觸區。
5.如權利要求4所述的老虎鉗裝置，其特征在于(a)所述第一和第二固定結構的轉動相對應于所述第一和第二剪形部件的轉動運動。
6.如權利要求4所述的老虎鉗裝置，其特征在于還包括(a)第一傳動機構，它將第一和第二剪形部件從打開位置移動到關閉位置；以及(b)第二傳動機構，它轉動地聯接至(i)所述第一剪形部件的傳動端；以及(ii)第一固定結構；(c)第三傳動機構，它轉動地聯接至(i)第二剪形部件的傳動端；以及(ii)第二固定結構；(d)其中所述第二和第三傳動機構動作使第一和第二剪形部件以及相應的固定結構從第一位置轉動到夾緊位置。
7.如權利要求4所述的老虎鉗裝置，其特征在于老虎鉗裝置包括(a)第一老虎鉗組件；以及(b)第二老虎鉗組件；(i)所述第一老虎鉗組件動作將鉆管的第一部分固定在固定位置；(ii)所述第二老虎鉗組件動作使鉆管的第二部分相對于鉆管的第一部分轉動。
8.如權利要求7所述的老虎鉗裝置，還包括(a)與第二老虎鉗組件操作連接的齒輪，該齒輪具有與第二老虎鉗組件的凹穴中心接近重合的轉動中心，所述齒輪動作使第二老虎鉗組件繞著凹穴的中心轉動。
9.如權利要求8所述的老虎鉗裝置，其特征在于(a)第一老虎鉗組件和第二老虎鉗組件彼此之間縱向移動。
10.如權利要求4所述的老虎鉗組件，還包括(a)第一傳動機構，它轉動地與所述第一剪形部件和所述第一固定結構聯接；(b)第二傳動機構，它轉動地與所述第二剪形部件和第二固定結構聯接；并且(c)第一和第二傳動機構、第一和第二剪形部件以及第一和第二固定結構協同操作以形成一種聯接裝置，該聯接裝置適應各種不同尺寸的鉆管，同時圍繞每根定徑鉆管以近似均勻的距離間隔保持接觸區。
11.如權利要求10所述的老虎鉗裝置，其特征在于均勻隔開的接觸區以大約90度的間隔接觸各種不同尺寸的鉆管。
12.如權利要求11所述的老虎鉗裝置，其特征在于該老虎鉗裝置還包括位于各個第一、第二、第三和第四接觸區的抓緊部件。
13.一種用在水平鉆孔中的老虎鉗裝置，該老虎鉗裝置包括(a)第一老虎鉗組件，它具有構成將鉆管第一部分固定在固定位置的第一凹穴；(b)第二老虎鉗組件，它具有構成把鉆管第二部分固定的第二凹穴；(c)與第二老虎鉗組件聯接的局部齒輪，該局部齒輪構成使第二老虎鉗組件圍繞第二凹穴的中心轉動，致使鉆管第二部分相對于鉆管第一部分轉動。
14.如權利要求13所述的老虎鉗裝置，還包括(a)構成聯接局部齒輪的小齒輪，該小齒輪動作使沿著至少第一方向傳動局部齒輪。
15.如權利要求13所述的老虎鉗裝置，其特征在于(a)構成所述局部齒輪以限制第二老虎鉗組件的轉動。
16.一種夾緊鉆孔元件的方法，該方法包括以下步驟(a)提供一種老虎鉗組件，該老虎鉗組件包括(i)剪刀連接件，它具有(A)第一剪形部件，它可相對于第二剪形部件轉動運動，所述第一和第二剪形部件限定凹穴；以及(B)第一夾緊部件，它可相對于所述第一剪形部件轉動運動；(b)將鉆孔元件置于凹穴中；(c)轉動第一和第二剪形部件關閉鉆孔元件周圍的凹穴；(d)相對于第一剪形部件轉動第一夾緊部件，將鉆管夾在凹穴內。
17.如權利要求16所述的方法，還包括(a)調節剪刀連接件的凹穴以適應選定尺寸的鉆孔元件。
18.如權利要求17所述的方法，其中(a)所述調節所述凹穴的步驟包括驅動轉動地聯接在所述第一和第二剪形部件上的定位缸。
19.如權利要求16所述的方法，其特征在于轉動第一夾緊部件的步驟包括(a)驅動第一夾緊機構，該第一夾緊機構轉動地聯接在所述第一剪形部件和所述第一夾緊部件上。
20.如權利要求16所述的方法，還包括(a)在接近均勻距離間隔處接觸鉆孔元件以施加均勻分布的夾緊力。
全文摘要
一種在鉆機上用來將鉆管擰在一起，以形成鉆桿組的老虎鉗設備。該老虎鉗設備還在鉆機上用來將鉆桿組中擰在一起的鉆管脫開。該老虎鉗設備具有剪形部件，打開時可容納各種不同尺寸的管徑，閉合時則在等距位置圍繞管徑接觸鉆管。
文檔編號E21B19/16GK1414208SQ0213233
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月24日 優先權日2001年9月24日
發明者羅賓·W·卡爾森 申請人:維米爾制造公司