一种行星爪式开口型动力钳钳头卡紧机构 本发明涉及上卸管子螺纹的动力钳，特别是开口型动力钳的钳头卡紧机构。
现有行星爪式钳头卡紧机构的突出优点，是卡紧大范围内任意管径不更换零件，且卡紧性能好。但该机构仅在闭口型(即钳头不开口)动力钳上使用。该机构用在闭口型动力钳上时，是在钳头齿轮内，设置若干组行星爪围绕芯轴转动，芯轴由包容在钳头齿轮内的不开口的上下行星连接板支持，芯轴连同不开口的上下行星连接板构成行星架，行星爪上的轮齿与钳头齿轮内的内齿相啮合，当钳头齿轮转动时，行星架在钳头制动机构的制动力作用下暂时不动，钳头齿轮带动行星爪转动，使行星爪上的外曲牙板接触管子，然后钳头齿轮、行星架、行星爪组件随同管子一同旋转，实现上卸管子螺纹。在由上扣或卸扣换向时，还必须将钳头盖揭开，再将各行星爪翻转180°才能进行。
行星爪式钳头卡紧机构卡紧性能好，是由于装在行星爪上的外曲牙板的牙尖轮廓曲线相对于行星爪芯轴中心的纵横坐标值，可由专门的计算方法求得，使其轮廓曲线上任意一点接触管子时，管子接触点所受外力对管子表面产生的切向分力与径向分力的比值可为一理想常数，从而表现为整个牙板的牙尖轮廓曲线，在连续卡紧大范围内任意管径时，既保持卡紧可靠不打滑，又不卡紧过度而夹扁管子。
闭口型动力钳的主要缺点是工作时必须始终套在管柱上，这无疑对上卸管子现场的其他作业有所妨碍，特别是油井有井喷预兆时，动力钳不能及时撤离管柱，将造成井喷的严重后果。因此，只有具备完善的井口防喷设施的条件下，闭口型动力钳才适用。而目前，中国国内还不具备这种条件，因此，闭口型动力钳的使用范围受到很大程度限制，如专利号为93213627·3、名称为“一种动力钳行星爪双向夹紧机构”地现有技术，也仅仅用于室内修复管子的拧扣机上，而未能在动力钳上广泛应用。另外，闭口型动力钳每次上扣或卸扣操作，都必须将整个动力钳提升至背钳对准接箍，待上扣或卸扣完毕，又必须将整个动力钳下降至接箍以下，并留足吊卡空间，这无疑会影响工作效率。
现有技术中的开口型动力钳，其突出优点是钳头开口，灵活性好，每次上扣或卸扣完毕立即撤离管柱，不妨碍井口其他作业，所以得到国内外用户广泛采用。 但现有开口型动力钳钳头采用的是非行星爪式卡紧机构，其主要缺点是，卡不同管径须更换如牙板、牙座、颚板、颚板滚子之类的零件。更换零件给动力钳的制造、使用、维修、零件保管都带来许多不便，卡不同管径的卡紧性能也不竟相同，即是专利号为98117762·X、名称为“液压动力钳组合内曲面滚子爬坡卡紧机构”的现有技术，也仅限于卡紧四种特定油管管径不更换零件，而四种特定油管有八种特定接箍尺寸，该机构用在背钳上，也还必须更换一次零件。
本发明的目的就是要将现有闭口型动力钳的上述主要优点及开口型动力钳的上述主要优点集中于一体，推出一种行星爪式开口型动力钳钳头卡紧机构，实现主钳背钳在正反向卡紧大范围内任意管径时不须更换零件，且卡紧性能好，工作效率高，每次上卸扣完毕，又能及时撤离管柱，不妨碍井口其他作业。
本发明的技术方案是：行星爪式开口型动力钳钳头卡紧机构，由蝶形行星爪A或B、行星齿轮、花键轴套、芯轴、外曲牙板A或B、牙板挡块、挡销、旋钮轴A或B、旋钮、开口齿轮或背钳主体、行星上连接板A或B、行星下连接板A或B、扇形板A或B等主要零件组成，由行星齿轮紧贴蝶形行星爪A或B端面、由花键轴套串接紧固、蝶形行星爪两翼外侧分别装外曲牙板A或B、两翼之间各装牙板挡块构成行星爪组件A或B，开口齿轮上部和下部带有完全相同的两处内齿，背钳主体上部和下部带有完全相同的两处内齿，行星上连接板A及行星下连接板A或行星上连接板B及行星下连接板B由三只芯轴通过螺钉连接构成行星架A或B，开口齿轮、行星架A及三组行星爪组件A构成主钳钳头卡紧机构；背钳主体、行星架B及三组行星爪组件B构成背钳钳头卡紧机构，行星爪组件上的行星齿轮与开口齿轮或背钳主体上的内齿相啮合，开口齿轮或背钳主体、行星架A或B均开有缺口，行星架A或B的上下连接板处在开口齿轮或背钳主体外部，行星架A或B的三只芯轴中的一只处在行星架A或B的开口后部，另两只处在开口两侧，三组行星爪组件A或B装在行星架A或B的三只芯轴上，开口后部的芯轴中心至钳头中心连线，与开口两侧芯轴中心至钳头中心连线的夹角α或β大于90°，挡销装在扇形板A或B上，扇形板A或B装在开口齿轮α/2方位或背钳主体β/2方位，旋钮轴A或B装在行星上连接板A或B上，构成钳头转向控制机构，行星上连接板A上部有上扶正槽，行星下连接板A下部有下扶正槽，行星架A的上下连接板有基准内圆柱面与开口齿轮的基准外圆柱面构成动配合，行星架B的上下连接板有基准内圆柱面与背钳主体的基准外圆柱面构成动配合，行星上连接板B外缘通过螺钉连接固定一个齿轮块，与背钳传动机构的齿轮相啮合。
上述技术方案中的局部结构，也可采用其他形式，如行星爪组件只带一只行星齿轮，与开口齿轮上的一处内齿相啮合，开口齿轮上固定若干个支撑块，支撑块之间的空隙为行星爪转动空间所须，支撑块的公共外圆柱面与行星上连接板上的内圆柱面构成动配合，在α/2方位的支撑块为弯板，用于固定挡销，与行星上连接板上的旋钮轴构成钳头转向控制机构。若干支撑块也可与开口齿轮做成一体。
在上述技术方案中，行星上连接板B外缘也可以直接做成齿轮或局部齿轮，这样可简化结构，但抗弯强度有所削弱。
上述技术方案中，第一要点是，开口齿轮或背钳主体、行星架A或B开有缺口，管子能进出，使得现有技术的闭口型动力钳具备了开口型动力钳灵活易撤的主要优点；第二要点是，行星架A或B上，开口后部的芯轴中心至钳头中心连线，与开口两侧芯轴中心至钳头中心连线的夹角α或β大于90°，保持了行星爪对任意管径构成三点稳定卡紧，又让出了空间，使行星架A或B得以实施开口；第三要点是，行星架A的上下连接板含有上下扶正槽，使行星架A取得轴向及径向定位，使钳头卡紧机构在动力钳壳体中得到可靠支持；第四要点是，行星架A或B的上下连接板置于开口齿轮或背钳主体之外，这样就能有效地加强抗弯强度，使其足以承受卡紧管子产生的强大外撑力。
本发明的实施，可将现有开口型动力钳及闭口型动力钳的主要优点集中于一体，实现开口型动力钳的主钳和背钳正反向卡紧大范围内任意管径不更换任何零件，且对任意管径的卡紧性能均处于优良状态，工作效率高。卡紧不同管径不更换零件，这将给动力钳的制造、使用和维修带来极大方便，社会效益及经济效益显著。
附图给出了本发明的一个实施例。
图1为本发明主钳钳头卡紧机构示意主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明背钳钳头卡紧机构示意主视图；
图4为图3的俯视图；
图5为图2的A-A剖视图；
图6为图4的B-B剖视图；
图7为行星爪组件只含一只行星齿轮的结构示意图；
图8为行星爪组件只含一只行星齿轮时的挡销安装示意图；
图9为主钳工作原理图；
图10为背钳工作原理图。
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1、图2、所示，主钳钳头卡紧机构由开口齿轮8、行星上连接板A1、行星下连接板A11、芯轴4、行星齿轮2、蝶形行星爪A6、花键轴套3、外曲牙板A12、牙板挡块13、旋钮15及旋钮轴A14等主要零件组成。行星上连接板A1处在开口齿轮外部之上，行星下连接板A11处在开口齿轮外部之下，并由三只芯轴4通过螺钉连接构成开口行星架A。三只芯轴中的一只处在行星架A开口后部，另两只处在开口两侧，开口后部的芯轴中心至钳头中心连线ox，与开口两侧芯轴中心至钳头中心连线om、on的夹角α大于90°。由两只行星齿轮2紧贴蝶形行星爪A6端面、由花键轴套3串接紧固、蝶形行星爪两翼外侧分别装外曲牙板A12、两翼之间装牙板挡块13构成行星爪组件A，三组行星爪组件A装在各芯轴4上。其两个行星齿轮与开口齿轮上的两处内齿相啮合。行星上连接板A上部有上扶正槽5，行星下连接板A下部有下扶正槽10，壳体上的扶正滚子处在其中，使行星架A轴向及径向定位。行星上连接板A有基准内圆柱面7与开口齿轮上部的基准外圆柱面构成动配合；行星下连接板A有基准内圆柱面9与开口齿轮下部的基准外圆柱面构成动配合。在不受行星爪及内齿干涉区域的α/2方位，在行星上连接板A上装有旋钮15及旋钮轴A14。
如图3、图4所示，背钳钳头卡紧机构由背钳主体20、行星上连接板B16、行星下连接板B22、芯轴4、行星齿轮2、蝶形行星爪B17、花键轴套3、外曲牙板B23、牙板挡块13、旋钮15、旋钮轴B24及齿轮块19等主要零件组成。行星上连接板B16处在背钳主体外部之上，行星下连接板B22处在背钳主体外部之下，并由三只芯轴4通过螺钉连接构成开口行星架B。三只芯轴中的一只处在行星架B开口后部，另两只处在开口两侧，开口后部的芯轴中心至钳头中心连线ox，与开口两侧芯轴中心至钳头中心连线om、on的夹角β大于90°。由两只行星齿轮2紧贴蝶形行星爪B17端面、由花键轴套3串接紧固、蝶形行星爪两翼外侧分别装外曲牙板B23、两翼之间装牙板挡块13构成行星爪组件B，三组行星爪组件B装在各芯轴4上。行星爪组件B上的两只行星齿轮2，分别与背钳主体上的两处内齿相啮合。行星上连接板B有基准内圆柱面18与背钳主体上部的基准外圆柱面构成动配合；行星下连接板B有基准内圆柱面21与背钳主体下部的基准外圆柱面构成动配合。在不受行星爪及内齿干涉区域的β/2方位，在行星上连接板B上装旋钮15及旋钮轴B24。行星上连接板B16外缘，通过螺钉连接紧固一个齿轮块19与背钳传动机构的齿轮相啮合。
如图5所示，旋钮轴A14装在行星上连接板A1上，挡销25装在扇形板A27上，扇形板装在开口齿轮8上，旋钮轴上端装旋钮15，旋钮轴下端大头有缺口26，构成主钳钳头转向控制机构。转动缺口方位，可以限制挡销25在不同区域内转动，行星上连接板A1下端面有满足挡销25转动的轨迹槽。
如图6所示，旋钮轴B24装在行星上连接板B16上，挡销25装在扇形板B29上，扇形板装在背钳主体20上，旋钮轴上端装旋钮15，旋钮轴下端大头有缺口28，构成背钳钳头转向控制机构。转动缺口方位，可以限制挡销25在不同区域内转动，行星上连接板B16下端面有满足挡销25转动的轨迹槽。
如图7、图8所示，行星爪组件可以只带一个行星齿轮30，与开口齿轮32的内齿相啮合，开口齿轮通过螺钉连接，固定有若干个支撑块31，支撑块之间的空隙为行星爪6的转动空间所须，若干个支撑块也可以与开口齿轮做成一体。行星下连接板33上，设有内外圆柱面与开口齿轮32的外内圆柱面构成动配合，若干个支撑块形成的公共外圆柱面与行星上连接板1的内圆柱面构成动配合，在α/2方位的支撑块34为弯板，用来固定挡销25。采用这样的结构，可减小开口齿轮的径向尺寸，使整个钳头卡紧机构更紧凑，但花键轴套3及芯轴4在卡紧管子过程中由于受力不对称，会产生附加力矩，使卡紧效果欠佳。
如图9所示，将旋钮15尖端(参见图2)搬向逆时针方向作卸扣操作时，开口齿轮8由传动轮系带动作逆时针方向转动，此时，行星架A35在钳头制动机构的制动力作用下暂时不动，开口齿轮8的内齿带动行星爪组件A37逆时针方向转动，使外曲牙板接触管子36，然后，开口齿轮8、行星架A35及行星爪组件A37连同管子36一同逆时针转动，实现卸扣操作。卸扣完毕，仍借助于钳头制动机构制动力的作用，行星架A35暂时不动，开口齿轮8顺时针转动，其内齿带动行星爪组件A37也做顺时针转动，行星爪离开管柱，开口齿轮上的挡销25(参见图5)转至与旋钮轴A14同轴后，为旋钮轴A14所挡，行星架A35与其一同转动，这时，开口齿轮8与行星架A35已对齐缺口，再转至与壳体缺口对齐，动力钳即可撤离管柱，完成一次卸扣操作。
如图10所示，将旋钮15尖端(参见图4)搬向逆时针方向作卸扣操作时，由背钳上的动力，经传动齿轮或其他机构带动行星架B38逆时针转动，从而带动行星爪组件B40顺时针转动，行星爪接触管柱接箍39，阻止接箍转动，保证主钳完成卸扣操作。卸扣完毕，行星架B38在原有动力驱动下顺时针转动，行星爪离开接箍，旋钮轴B24(参见图6)转至与背钳主体20上的挡销25同轴后，行星架B为挡销25所挡，行星架B38的开口与背钳主体20开口对齐，以便动力钳撤离管柱。
当动力钳改为上扣时，将主钳旋钮及背钳旋钮15转过180°，尖端指向顺时针方向，主钳和背钳再按旋钮尖端指向，重复上述过程，即可完成上扣操作。