花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置.pdf

本实用新型涉及一种花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置。本实用新型属于机械离合技术领域。花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，旋转头上装有齿轮盘，其特点是：顶驱主体上固定有锁定导向花键法兰，旋转头齿轮盘花键法兰固定在旋转头上；锁定导向花键法兰和旋转头齿轮盘花键法兰相对安装，外径上套装有锁定环，锁定环连装有液缸，液缸连接在顶驱主体上。本实用新型具有结构简单，锁定准确快速，解锁方便、工作寿命长、工作效率高、设备维修成本低、作业安全性高等优点。

1.  一种花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，旋转头上装有齿轮盘，其特征是：顶驱主体(7)上固定有锁定导向花键法兰(5)，旋转头齿轮盘花键法兰(3)固定在旋转头(2)上；锁定导向花键法兰(5)和旋转头齿轮盘花键法兰(3)相对安装，外径上套装有锁定环(4)，锁定环(4)连装有液缸(10)，液缸(10)连接在顶驱主体(7)上。

2.  根据权利要求1所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特征是：锁定环(4)两侧对称的耳板处连装两支液缸(10)，两支液缸(10)的另一端通过液缸连接销(9)连接在顶驱主体(7)的液缸支座(8)上。

3.  根据权利要求1所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特征是：锁定导向花键法兰(5)和旋转头齿轮盘花键法兰(3)外径上通过公母花键配合方式套装有锁定环(4)。

4.  根据权利要求1所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特征是：旋转头齿轮盘花键法兰(3)花键的齿上端和锁定环(4)花键的齿下端修尖。

5.  根据权利要求1所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特征是：驱主体(7)上通过螺栓(6)固定有锁定导向花键法兰(5)。

6.  根据权利要求1所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特征是：旋转头齿轮盘花键法兰(3)通过螺栓固定在旋转头(2)上。

7.  根据权利要求1所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特征是：液缸(10)连接顶驱液压控制系统。

花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置
技术领域
本实用新型属于机械离合技术领域，特别是涉及一种花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置。
背景技术
目前，顶部驱动系统(简称顶驱)替代了传统的转盘/方钻杆的作业方式，极大地提高了石油天然气钻井的作业效率和作业安全性，是目前高标准和高难度石油天然气钻井作业必备的装备。旋转头是顶驱管子处理器的重要组成部件。管子处理器是顶驱的重要组成部分，用于钻具提取、上卸扣等作业的自动机械臂。
现有的顶驱采用销子配合销孔的方式来离合及锁定旋转头。销子是一个底端固定于顶驱主体的液压油缸的活塞杆，在旋转头上部的齿轮盘相应的圆周上有均布销孔。液缸的活塞杆收缩时，旋转头处于自由旋转状态；活塞杆伸出并销入齿轮盘的销孔时，旋转头被锁定。
此旋转头锁定机构结构存在下列两点不足：一是销子销入销孔通常需要较长时间，比较困难，经常影响钻井作业效率。原因是在每一次锁定作业之前，旋转头的初始位置是随机的，顶驱的控制系统需要持续间隙地转动旋转头同时伸出活塞杆，直至活塞杆销入旋转头上的销孔。二是液缸的活塞杆被反复地当作旋转锁定销使用，在顶驱进行钻具的上卸扣作业时承受大冲击剪切载荷，因此该液缸的工作寿命较短，容易漏油，造成工作环境污染并给作业现场带来安全隐患。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，而提供了一种花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置。
本实用新型的目的是提供一种结构简单，锁定准确快速，解锁方便、工作寿命长、安全可靠的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置。
本实用新型采取如下技术方案：
花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，旋转头上装有齿轮盘，其旋转运动由固定于顶驱主体的液压马达驱动齿轮盘来实现，其特点是：顶驱主体上固定有锁定导向花键法兰，旋转头齿轮盘花键法兰固定在旋转头上；锁定导向花键法兰和旋转头齿轮盘花键法兰相对安装，外径上套装有锁定环，锁定环连装有液缸，液缸连接在顶驱主体上。
本实用新型还可以采用如下技术措施：
所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特点是：锁定环两侧对称的耳板处连装两支液缸，两支液缸的另一端通过液缸连接销连接在顶驱主体的液缸支座上。
所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特点是：锁定导向花键法兰和旋转头齿轮盘花键法兰外径上通过公母花键配合方式套装有锁定环。
所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特点是：旋转头齿轮盘花键法兰花键齿上端和锁定环花键齿下端修尖。
所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特点是：驱主体上通过螺栓固定有锁定导向花键法兰。
所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特点是：旋转头齿轮盘花键法兰通过螺栓固定在旋转头上。
所述的花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置，其特点是：液缸连接顶驱液压控制系统。
本实用新型具有的优点和积极效果：
花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置由于采用了本实用新型全新的技术方案，采用端部修尖的公母渐开线花键，小幅度间隙地转动旋转头同时伸出液缸活塞杆，推下锁定环，旋转头在操作指令的瞬间即能被锁定，而缩回活塞杆，提起锁定环，旋转头立即被解锁，可以自由旋转；又由于此处液缸只用于轴向提起和推下锁定环，两端采用用铰接和销接连接，液缸杆不受剪切力，液缸的工作寿命得到保障；同时，渐开线花键的设计保证圆周多齿同时啮合，有利于结构在顶驱处理钻具上卸扣时承受较大的剪切冲击力。因此，本实用新型具有结构设计合理、工作寿命长，能较大地提高顶驱在石油钻井作业中的工作效率、减少设备维修时间和费用、改善作业环境、提高作业安全性等优点和积极效果。
附图说明
图1是本实用新型旋转头处于解锁状态结构示意图；
图2是本实用新型旋转头被锁定状态结构示意图。
图中，1-顶驱主轴、2-旋转头、3-旋转头齿轮盘花键法兰、4-锁定环、5-锁定导向花键法兰、6-螺栓、7-顶驱主体、8-液缸支座、9-液缸连接销、10-液缸。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1和图2。
实施例1
花键离合式顶驱旋转头锁定装置，由顶驱主轴1、旋转头2、旋转头齿轮盘花键法兰3、锁定环4、锁定导向花键法兰5、螺栓6、顶驱主体7、液缸支座8、液缸连接销9、液缸10组成。锁定导向花键法兰5通过螺栓6固定在顶驱主体7上，旋转头齿轮盘花键法兰3通过螺栓固定在旋转头2上。锁定环4通过公母花键配合方式套在锁定导向花键法兰5的外径上，并在其两侧对称的耳板处与两支液缸10连接，两支液缸10的另一端通过液缸连接销9连接于固定在顶驱主体7的液缸支座8上。液缸10和旋转头2的运动由顶驱的控制系统及液压系统控制，顶驱主轴1穿过旋转头2中心。图1中，旋转头处于解锁状态，图2指示了旋转头被锁定的状态。
顶驱在正常钻进作业中，旋转头2处于解锁状态，如图1所示。当顶驱在进行钻具上卸扣作业时，顶驱接受到锁定旋转头2的指令后，顶驱的控制系统和液压系统将间隙地小位移转动旋转头2，同时使液缸10的活塞杆伸出，推下锁定环4，使得锁定环4和锁定导向花键法兰5和齿轮盘花键法兰3同时捏合，由于上述描述的连接结构，锁定环4起到锁定旋转头2的作用，同时将旋转头上承受的反扭矩通过渐开线花键的连接，传递到顶驱主体7上。
本实用新型的动作原理：在顶驱作业中，液缸10用于控制锁定环4的轴向上下位置，锁定导向花键法兰5在周向给锁定环4的轴向运动起着导向作用。锁定环4处于轴向上位时，与旋转头齿轮盘花键法兰3不啮合，旋转头可自由旋转，如图1所示；当锁定环4处于轴向下位时，与锁定导向花键法兰5和旋转头齿轮盘花键法兰3同时啮合，旋转头被锁定，同时，锁定环4起着传递扭矩的作用，将旋转头2承受的扭矩传递到顶驱主体7上，如图2所示。