(19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(45)授权公告日(21)申请号4.1(22)申请日2018.04.12(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号CN108316871(43)申请公布日2018.07.24(73)专利权人吉林大学地址130000吉林省长春市前进大街2699(74)专利代理机构长春市吉利专利事务所(普通合伙)22206专利代理师(51)Int.Cl.E21B19/16(2006.01)审查员(54)发明名称旋扣机构及其使用方法和铁钻工的旋扣装(57)摘要本发明属于石油工程领域，涉及一种旋扣机构及其使用方法，以及一种铁钻工的旋扣装置,主要包括定子、转子、电刷、夹紧块、转子支撑滚轮及橡胶环；定子和转子均为两瓣可开合式，两瓣通过销轴连接，定子和转子打开时，上螺纹体进入转子内，然后定子和转子关闭，转子在夹紧块的作用下抱紧上螺纹体，下螺纹体由背钳固定。通电后，转子带动上螺纹体在定子的磁场内转动，以实现螺纹连接的上卸扣。该旋扣机构的转动部分是在磁场中，无周向约束，有较大的微倾斜、摆动空间，因此可以保证旋扣过程中螺纹体不会被咬伤。该旋扣机构在铁钻工的背钳和冲扣钳的配合下，可以实现钻杆在微倾斜、摆动状态下快速上卸扣而不发生咬伤钻杆的现象。权利要求书1页说明书6页附图8页CN1083168711.一种使用旋扣机构进行旋扣的方法，其特征在于：所述旋扣机构包括壳体(1)、磁铁(2)、转子(12)、转子支撑滚轮(4)、夹紧块(6)、电刷支撑弹簧(9)、橡胶环(10)及电刷(11)；所述壳体(1)由两个半壳体对称组合构成，两个半壳体一端通过壳体销轴(23)连接，另一端绕壳体销轴(23)转动实现开合，在每个半壳体内侧壁上固定有一块磁铁(2)，磁铁(2)呈半环状，壳体(1)与磁铁(2)组成定子；所述转子(12)下端固定有转子支撑滚轮(4)，转子(12)通过转子支撑滚轮(4)安装于壳体(1)内，转子(12)由两瓣半环状结构对称组合构成，两瓣半环状结构一端通过转子销轴(18)连接形成连接端，另一端绕转子销轴(18)转动实现开合形成开合端，转子(12)的两瓣半环状结构上各设置有一个线)的两瓣半环状结构合上时，两个线)的两瓣半环状结构打开时，两个线)与磁铁(2)之间形成环隙空间；所述夹紧块(6)安装于楔形槽(26)内，且楔形槽(26)设置在转子(12)上，夹紧块(6)初始时相对待旋扣的上部螺纹体处于松开状态，进行旋扣动作时，转子(12)转动时夹紧块(6)在楔形槽(26)内滑动，楔形槽(26)宽度逐渐变小，夹紧块(6)在转子(12)与上部螺纹体的间隙内逐渐夹紧上部螺纹体，进而带动上部螺纹体旋扣；所述橡胶环(10)固定在壳体(1)的端口处；所述电刷(11)通过电刷支撑弹簧(9)固定在转子(12)上，电刷(11)与线)通过通电线)与外部电路连接；所述方法包括如下步骤：步骤一、首先将定子和转子(12)同时打开，将上部螺纹体送入转子(12)内，然后将定子和转子(12)合上锁紧，背钳(13)夹紧固定住下部螺纹体；步骤二、通过电刷(11)对转子(12)上的线)产生的磁场内转动，夹紧块(6)在转子(12)与上部螺纹体的间隙内逐渐夹紧上部螺纹体，进而带动上部螺纹体旋扣；步骤三、旋扣动作结束后，将定子和转子(12)打开，释放上部螺纹体，旋扣作业完成。CN108316871旋扣机构及其使用方法和铁钻工的旋扣装置技术领域[0001]本发明属于石油工程领域，涉及一种旋扣机构及其使用方法，以及一种铁钻工的旋扣装置。背景技术[0002]螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接，是最常见和典型的连接方式，它普遍存在于生产、生活中的各种设备，应用十分广泛。对于一般的小尺寸零件的螺纹连接，其螺纹预紧力较小，使用扳手、管钳等工具便可实现螺纹的上卸扣及预紧；但是对于较大尺寸、较重的零件的螺纹连接，其上卸扣通过简单的人力操作很难实现，因此在实际工程中多采用自动化的设备快速、大扭矩的拧卸螺纹，并能对螺纹连接提供较高的预紧力。例如在石油工程中，单根钻杆长度可达9米，钻杆之间的螺纹连接通过人力操作比较困难且费时费力，因此在石油工程中采用铁钻工进行这项工作，铁钻工的主体一般可分为三部分：旋扣钳、冲扣钳及背钳，背钳用来夹紧固定下部钻杆，冲扣钳多使用液压油缸来拧卸螺纹第一扣或者提供螺纹预紧力，旋扣机构用来快速旋扣。自动化铁钻工在实际工程中的应用极大的降低了工人的劳动强度，并且提高了工作效率。但是，在铁钻工进行旋扣操作时，由于钻杆尺寸、惯性较大，并且受到风载的影响，钻杆在台面上经常处于微倾斜、摆动状态，旋扣机构的夹紧块对钻杆较大的夹紧力经常会因此咬伤钻杆，钻杆表面的咬伤痕在孔底复杂情况下增加了钻杆折断的机率。[0003]中国专利文献CN104563921A公开的“一种紧凑型浮动式铁钻工”，将旋扣钳和冲扣钳做成一个整体能够保证较大的同心度且缩短了旋扣钳与夹紧钳的距离，但是当钻杆倾斜时依旧会发生钳体咬伤钻杆的现象。中国专利文献CN103132930A公开了“一种铁钻工的旋扣装置”，该旋扣装置采用一种前后浮动调整装置使旋扣钳能够根据钻杆的状态前后浮动调整，但是钻杆的倾斜和摆动是整个圆周范围内的，因此这种方法并不能完全克服钻杆倾斜摆动时的咬伤问题。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是：提供一种旋扣机构，该旋扣机构能够对处在微倾斜、摆动状态下的螺纹连接进行快速可靠旋扣。特别的，该旋扣机构在铁钻工的背钳和冲扣钳的配合下，可以实现钻杆在微倾斜、摆动状态下快速上卸扣而不发生咬伤钻杆的现象。[0005]本发明是采用如下技术方案实现的：[0006]一种旋扣机构，其特征在于：包括壳体、磁铁、转子、转子支撑滚轮、夹紧块、电刷支撑弹簧、橡胶环及电刷，[0007]所述壳体由两个半壳体对称组合构成，两个半壳体一端通过壳体销轴连接，另一端绕壳体销轴转动实现开合，在每个半壳体内侧壁上固定有一块磁铁，磁铁呈半环状，壳体与磁铁组成定子；[0008]所述转子下端固定有转子支撑滚轮，转子通过转子支撑滚轮安装于壳体内，转子CN108316871由两瓣半环状结构对称组合构成，两瓣半环状结构一端通过转子销轴连接形成连接端，另一端绕转子销轴转动实现开合形成开合端，转子的两瓣半环状结构上各设置有一个线圈组，转子的两瓣半环状结构合上时，两个线圈组相互连接，转子的两瓣半环状结构打开时，两个线圈组彼此断开，转子的外径小于磁铁的内径，在转子与磁铁之间形成环隙空间；[0009]所述夹紧块安装于楔形槽内，且楔形槽设置在转子上，夹紧块初始时相对待旋扣的上部螺纹体处于松开状态，进行旋扣动作时，转子转动时夹紧块在楔形槽内滑动，楔形槽宽度逐渐变小，夹紧块在转子与上部螺纹体的间隙内逐渐夹紧上部螺纹体，进而带动上部 螺纹体旋扣； [0010] 所述橡胶环固定在壳体的端口处； [0011] 所述电刷通过电刷支撑弹簧固定在转子上，电刷与线圈组相接，同时电刷通过通 电线] 所述的旋扣机构，其特征在于：还包括绝磁套，绝磁套嵌在磁铁与壳体之间。 [0013] 所述转子支撑滚轮数量为3～4个，呈均匀布置。 [0014] 所述的旋扣机构，其特征在于：还包括开合油缸，开合油缸数量为两个，两个开合 油缸分别用于控制两个半壳体，两个开合油缸的活塞杆同步缩回时，磁铁与壳体组成的定 子绕壳体销轴打开；两个开合油缸的活塞杆同步伸出时，磁铁与壳体组成的定子绕壳体销 轴合上。 [0015] 两个线圈组通过公接头和母接头插接连通。 [0016] 一种使用上述旋扣机构进行旋扣的方法，其特征在于：包括如下步骤： [0017] 步骤一、首先将定子和转子同时打开，将上部螺纹体送入转子内，然后将定子和转 子合上锁紧，背钳夹紧固定住下部螺纹体； [0018] 步骤二、通过电刷对转子上的线圈组通电，驱使转子在磁铁产生的磁场内转动，夹 紧块在转子与上部螺纹体的间隙内逐渐夹紧上部螺纹体，进而带动上部螺纹体旋扣； [0019] 步骤三、旋扣动作结束后，将定子和转子打开，释放上部螺纹体，旋扣作业完成。 [0020] 一种铁钻工的旋扣装置，其特征在于：包括壳体、磁铁、转子、电刷、电刷支撑弹簧、 橡胶环、绝磁套、浮动机构以及抱紧机构， [0021] 所述壳体由两个半壳体对称组合构成，两个半壳体一端通过壳体销轴连接，另一 端由开合油缸控制绕壳体销轴转动实现开合，开合油缸固定在架体上，开合油缸数量为两 个，两个开合油缸分别用于控制两个半壳体，两个开合油缸的活塞杆同步缩回时，磁铁与壳 体组成的定子绕壳体销轴打开；两个开合油缸的活塞杆同步伸出时，磁铁与壳体组成的定 子绕壳体销轴合上；在每个半壳体内侧壁上固定有一块磁铁，磁铁呈半环状，壳体与磁铁组 成定子； [0022] 所述橡胶环固定在壳体的端口处； [0023] 所述电刷通过电刷支撑弹簧固定在转子上，电刷与线圈组相接，同时电刷通过通 电线] 所述绝磁套嵌在磁铁与壳体之间； [0025] 所述浮动机构包括转子支撑滚轮、浮动弹簧、竖轴和轴套，转子支撑滚轮通过竖轴 与转子上的轴套配合连接，浮动弹簧套在竖轴上，浮动弹簧一端固定在转子支撑滚轮上，另 一端固定在轴套上，浮动机构在转子底端对称均布三至四个； CN108316871 [0026]所述转子通过浮动机构置于壳体内，转子由两瓣半环状结构对称组合构成，两瓣 半环状结构一端通过转子销轴连接形成连接端，另一端绕转子销轴转动实现开合形成开合 端，转子的两瓣半环状结构上各设置有一个线圈组，转子的两瓣半环状结构合上时，两个线 圈组通过公接头和母接头插接连通，转子的两瓣半环状结构打开时，两个线圈组彼此断开， 转子的外径小于磁铁的内径，在转子与磁铁之间形成环隙空间； [0027] 所述抱紧机构包括上抱紧环、下抱紧环、夹紧块及连接油缸，上抱紧环固定在转子 的上方，下抱紧环固定在转子的下方，上抱紧环和下抱紧环均为两瓣式结构，上抱紧环和下 抱紧环的两瓣均一端通过转子销轴连接在一起为连接端，另一端绕转子销轴转动为开合 端；上抱紧环和下抱紧环的内环侧沿轴向均开有两组楔形槽，并在楔形槽的宽口端面处固 定安装有复位弹簧，同时复位弹簧与夹紧块相连接，夹紧块卡在楔形槽内用来夹紧上部钻 杆，每组楔形槽数量各为四个，且呈均匀布置；处在同一抱紧环上的两组楔形槽的宽度渐变 方向相反，宽度沿顺时针方向逐渐变小的楔形槽搭配夹紧块及复位弹簧组成卸扣抱紧机 构，宽度沿顺时针方向逐渐变大的楔形槽搭配夹紧块及复位弹簧组成上扣抱紧机构，在靠 近开合端和连接端的楔形槽宽口处通过弹卡销轴安装有弹卡，当上抱紧环和下抱紧环合上 时，弹卡在弹簧作用下分别将两瓣上抱紧环和两瓣下抱紧环锁紧，上抱紧环的外侧开有T形 环槽，连接油缸数量与T形环槽数量相同，数量为两个，连接油缸的活塞杆末端置于T形环槽 内，连接油缸的缸体与壳体铰接。 [0028] 通过上述设计方案，与现有技术相比本发明可以带来如下有益效果：本发明提出 了一种旋扣机构，该旋扣机构的转子在磁场内有较大的微倾斜、摆动空间，因此减少了对待 作业螺纹体的固定约束，能够有效解决螺纹连接在微倾斜、摆动时造成夹紧块咬伤螺纹体 的问题。特别的，该旋扣机构在铁钻工的背钳和冲扣钳的配合下，可以实现钻杆在微倾斜、 摆动状态下快速上卸扣而不发生咬伤钻杆的现象。 附图说明 [0029] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中： [0030] 图1为本发明之旋扣机构的示意图。 [0031] 图2为本发明铁钻工的旋扣装置的示意图。 [0032]