本发明是一种钻具上卸扣装置。现有的钻具上卸扣液压大钳是由卡紧机构、扭矩发生机构及操作控制系统所组成。中国专利85103021.1增压式大钳其卡紧原理是一对直接卡紧钻具的卡紧液缸，局部油压增压系统及液控单向阀等元件所组成，但这种系统卡紧力设计上以最大卸扣扭矩需要的卡紧力为准，不能随实际扭矩变化变动，因而发生小扭矩时钳牙过份损伤钻具表面。还由于增压式大钳的开口式钳体受巨大卡紧力，条件苛刻容易损坏和液缸使用多而影响制造成本，影响设备使用可靠性等不足之处。 为了解决这个问题，本发明是要提供一种带有可封闭工作链节和动作灵敏的自由滚子爬坡卡紧机构，迅速复位的解卡机构和以较少的液缸实现高效、少故障耐用液压大钳。
本发明的目的是这样实现的。链式自由滚子爬坡液压大钳，用一个可以水平开合的活动钳头。活动钳头上直接带有预卡紧液缸、钳头滚子爬坡颚板、钳头爬坡滚子、钻具尺寸调节丝杠、带球形座的筒形调节螺母等机构，在调节丝杠上安装调节链节，进而用链节销串接，至少三个带有自由滚子爬坡颚板的工作链节、链节爬坡滚子、付链节和扣合钳框组成的可以展开又可以闭合的链式滚子爬坡卡紧机构。而活钳头在调节螺母球座右边延伸部分似一牛腿，它和钳体扭力耳进行铰接。本发明的大钳钳体将只起传递扭矩和支承链式滚子爬坡卡紧机构作用。本发明还利用下钳的前弧形筋板作为轨道，通过立式滚轮滑道机构悬挂到上钳体上。本发明的预卡紧液缸和工作链节均设置自由滚子爬坡颚板，可以灵敏地实现卡紧和扭矩随动增减要求。又利用了本发明专门设计的自动堵塞式复位解卡阀，具有卡紧可靠，又能迅速复位的优良性能。
为了达到上述目的，本发明具体方案结合附图加以说明。
附图1是链式自由滚子爬坡液压大钳俯视图。
附图2是链式自由滚子爬坡液压大钳的主视图。
附图3是附图2的A-A局部剖示图。
附图4是附图3的C-C剖示图。
附图5是卡紧缸头部的自由滚子爬坡颚板及其有自位功能地钳牙块装配关系的轴侧视图。
附图6是卡紧液缸头部的自由滚子、爬坡颚板装配剖面图。
附图7是附图3的D-D剖视图。
附图8是工作链节上装滚子爬坡颚板的轴侧示图。
附图9是图1的B-B剖视，是上下钳联接的滚轮滑道结构示意图。
附图10是悬挂滚轮装配在下钳体弧形前筋板兼作的滑道上的示意图。
附图11是从钳尾看冲扣液缸的安装示意图。
附图12是图11的左视图，并在图11取了G-G局部剖示。
附图13是自动堵塞式解卡阀结构示意图。
附图14是链式自由滚子爬坡液压大钳液压系统原理图。
从附图1可以看出链式自由滚子爬坡液压大钳，钳体（2）（3）右边的铰轴（12）上支承安装着带卡紧液缸（36）和自由滚子爬坡颚板（6）的活钳头（1）。在活钳头上卡紧液压缸（36）的右侧装有钻具尺寸调节丝杠（5），左边是钳框挂钩（9），丝杠（5）前端装调节链节（4），并连续接工作链节（14）（15）（16）和付链节（18）。在付链节（18）和钳框（17）（17a）的连接点用钳框销（156），串接在钳体（2）（3）上的扭力耳（111）上，使钳框（17）（17a）可以和活钳头挂钩（9）扣合，构成了可以使活钳头连同工作链节展开（如附图1中上钳），也可以扣合（如附图1中下钳），从而构成了具有良好封闭受力条件的自由滚子爬坡卡紧机构。图中可以看出钳体（2）（3）是通过销轴（12）（156）这两个传力点输出扭矩，但钳体不承受巨大的卡紧力。图中（22）是上、下钳悬挂导向滚轮滑道机构。大钳中的轴线右转θ角的尾部，装扭力发生机构冲扣缸（23），序号（24）是冲扣缸悬挂装置，序号（26）是悬挂装置的立轴，序号（21）是悬吊大钳的U形吊环，序号（20）是用于开合钳框的气缸，序号（101）是滚轮滑道悬挂装置的吊杆压帽。θ角为30°。冲扣液缸上方的以双向箭头表示冲扣缸可以调转方向180°，由限位桩（25）限位，实线是卸扣位置，双点划线表示冲扣缸处在紧扣位置。序号（27）是钳体上的漏泥浆口。序号（149）是安装其它辅助设施的备用孔，例如旋扣器立柱的基孔。
附图（2）是链式自由滚子爬坡液压大钳的主视图。可以看出上下钳体的悬吊安装关系，钳尾的冲扣缸（23）在上下钳之间的中界线上，解卡阀（10）装在卡紧缸尾部最近的管路上。下钳体3有三个支脚（29），序号（30）是大钳吊链组，序号（31）是大钳的总吊环。图中上钳的气缸（20）已拉开了钳框（17a），活钳头也已敞开。图上见的密集竖线，示意见到的工作链节颚板上的钳牙条。图中下钳处在扣合状态。序号（98）表示主视图看得见的架在轨道（107）上下两侧的两个滚轮。图中还可以看出滚轮滑道机构（22）在大钳复位状态是偏移设置的，目的是最大限度增大冲扣角。本大钳冲扣角可达到45°。
附图（3）可以看出复位状态的卡紧液缸（36），它的活塞杆（157）与活钳头（1）固定。从活塞杆端输出、输入液压油，卡紧液缸（36）缸体伸缩工作。挡圈（38），卡键（39），yx密封圈（40），及垫环（41）组成卡紧液缸活塞的自增强密封装置。挡圈（52）、定位套（53）、卡键（54）、扶正套（55）、yx密封圈（56）及0形圈（57）组成活塞杆与缸体之间密封。剖示的钳头和工作链节颚板表示了颚板复位状态时的各零部件相对关系。卡紧缸头部及钳头颚板背部中间都有以R1为半径的滚子爬坡道，当卡紧液缸（36）伸出，预卡住钻具，滚子（8）在复位状态，处在两个坡道的谷底。链节上的坡道凹入其腹部。链节颚板（13）的坡道同样是以R1为半径。序号（93）是扶正胶柱穴，序号（33）是扶正胶柱，序号（34）是滚子复位弹簧。工作链节颚板（13）的正面是两个装钳牙条（35）的燕尾槽（94）。调节链节（4）的一端是用丝扣拧在调节丝杠（5）的头部，筒形调节螺母（28）前段有母螺纹和调节丝杠（5）相配。外壁有SR球面凸台座，在活钳头（1）卡紧缸腔右侧的球形座（155）腔前段本是筒形扶正段，为解决调节丝杠（5）回缩适应小尺寸钻具时，调节螺母势必在水平面内向钳头颚板方向摆动，故腔口右倾α度，α角在7°-12°之间。座腔后段也相应左倾α角。为保持调节螺母复位趋势，设置了以凸柱（158）、压簧（159）和弹簧腔（148）组成的复位机构，始终水平顶在筒形调节螺母筒壁上。图中（152）是供调节丝杠（5）缩入的仓室，序号（153）是拧显示杆（43）的板手窗口，序号（42）是并帽。显示杆（43）有相当于不同钻具尺寸的显示沟槽。序号（44）是装有定位钢球（45）、压簧（46）的定位座，套在显示杆（43）上，再用螺纹拧在调节丝杠（5）的尾部，调节丝杠（5）上的深孔（4）是供显示杆藏入其内。显示杆又用螺纹拧在调节螺母的仓底凸台（154）上。筒形调节螺母外壁设置半圆形止退沟槽（48），它与球心在同一横截面内。
附图（4）可以看出处在球心横截面内的止退柱销（49），抵入调节螺母沟槽（48），即可防止因操作调节螺母（28）推出工作链节时螺母后退。止退柱销（49）弹簧（50），安装在弹簧座（51）内。由此可见本大钳的卡紧机构在调节适用钻具尺寸时，丝杠可以利用球座作适应性的摆动，而不承受弯矩，并可以利用钢球、弹簧（45）（46）感知丝杠位置。再看图中剖视的钳头颚板（6）正面两角部位，以R2为脊背的两个自位钳牙块（7）上面分别装两条通用的钳牙条（35），其近似三角形断面的夹角要设计成小于钳头颚板上同样以R2为半径的U形敞口的夹角，使之保持两边有（Ω）角的水平摆动余地。从而可以看出本卡紧机构卡紧缸预卡紧时，自位钳牙块（7）可以较好地使其保持对钻具的向心。由于自位钳牙块（7）的圆弧脊背的良好受力状态，同时爬坡滚子（8）（19）均能自动的处在坡道谷底的复位状态，由于滚子预先消除了爬坡间隙，故具有灵敏的爬坡卡紧效果。并且优选滚子直径和坡道R1的匹配关系，可以比传统的有销轴滚子爬坡机构更容易得到理想的卡紧切径比。最佳的滚子半径和坡道半径R1比值在0.5-0.65之间。
附图（5）可以清楚的看出卡紧液缸具有方形的头部，中间设水平方向敞口的滚子爬坡坡道（60），坡道顶板的上部有以滚子中心在爬坡时的运动轨迹制成的腰子形沉孔（58），坡道的上顶板和下底板的内侧开有喇叭形孔（59）（61），滚子（8）装入爬坡坡道（60）使处在谷底，将钢丝扶正簧（62）经孔（59）穿过两侧有喇叭口孔（63）的滚子（8），再插入（61）孔。再看钳头颚板（6）背面和方形卡紧缸头部相适应的开有水平向开通的沟槽（69），并在中间设置以R1为半径的直立滚子坡道（68）。将钳头颚板（6）跨在卡紧缸头部，使滚子（8）同样贴至坡道（68）的谷底，再用定位螺丝（64）拧入钳头颚板上和滚子同轴线的螺孔（66）内，使螺丝（64）的光面凸台伸入腰形沉孔（58），这样钳头颚板既不脱落又能使颚板实施灵敏的自由滚子爬坡。再看钳头颚板（6）的正面，两角部位有装钳牙块（7）的U形穴（70），钳牙块（7）的弧形脊背（71）和颚板上U形穴（70）的底部接触吻合。二块形似三角断面的钳牙块（7）的正面是两个向下不通的钳牙条槽（72），顶部有两个固定牙条盖板（75）的螺孔（73）。该钳牙块上下端面均有和脊背R2同心的定位孔（74）。钳头颚板（6）顶部和底部有与U形穴（70）的R2圆弧同心的螺孔（67），钳牙块（7）装好牙条（35），并用沉头螺钉（77）穿过孔（78），将牙条盖板（75）安装在钳牙块（7）上。然后装入钳头颚板（6）上的两个U形穴（70）内。牙条盖板上的通孔（76）和牙块上的定位孔（74）相通。利用拧入螺孔（67）的定位螺丝（65）（79）头部的凸柱伸入钳牙块（7）上的定位孔（74）内。如前所说装好钳牙条的钳牙块（7）可随钻具尺寸变化而绕螺栓（65）（79）上的凸柱自位摆动，达到卡不同钻具时钳牙均有效好的向心性，而上卸扣卡紧力都靠钳牙块的脊背传递。
附图6可以看出钳头颚板复位状态的E-E剖示，卡紧缸上的弹簧下定位孔（61）为盲孔，以架住弹簧（62），滚子爬坡时弹簧中段将随之弯曲，卡紧力释放滚子复位，序号（37）是液压卡紧缸的防尘圈。
附图7可以看出钳牙块（7）在钳头颚板上的装配关系，定位螺栓（65）其光柱凸台比下侧的定位螺栓（79）光凸台略长，由于他要先穿过盖板（75）上的通孔（76）再抵入钳牙块（7）上的沉孔。图中还可以看到，定位凸台装配是有较大间隙的，以保证上卸扣时只起自位扶正作用，是不受上卸扣力作用的。图中序号（71）所指是表示钳牙块脊背（71）弧面和U形穴弧面吻合。
附图8可以清楚的看出它是一组展开的滚子爬坡链节示意图。工作链节（14）（15）（16）是一种多层铰耳设计，有沉入腹腔的坡道（84），链节的上下侧板，正面是向外微凹的弧面（86），其背面是外鼓的弧面（85），序号（81）是销轴孔，序号（82）是限位螺栓（80）的沉头螺孔，序号（83）是中间铰耳，序号（13）是链节颚板，其脊背（88）（92）中间设有滚子坡道（89），序号（90）是弹簧上扶正孔，序号（96）是弹簧下扶正孔，序号（91）是依据滚子爬坡轨迹制成的腰形沉孔，序号（93）是扶正胶柱（33）的沉孔。序号（94）是下面封底的钳牙槽，序号（35）是钳牙条，序号（19）是滚子，他有喇叭口形通孔（87），序号（34）是复位弹簧钢丝。
附图9可以看出起上下钳联接作用的滚轮滑道机构（22），它由弧形滚轮架（150）、四个滚轮轴（97）、四个滚轮（98）、吊杆（99）、压簧（100）、扶正胶环（108）、滚针（104），平面止推轴承（103）压帽（105）以及开口销（106）等组成。这样四滚轮上下各二个以大钳中心（0）幅射形架在下钳的前筋板（107）兼作的滑道上。滚轮滑道机构（22）通过吊杆（99）穿过胶环（108），上钳腹板（109a），弹簧扶正垫（102），弹簧（100），用压帽（101）吊装在上钳体（2）上。胶环（108）起吸收钻具不同心时产生的位移。序号（109）是下钳体腹板。
附图10可以看出和上钳体（2）外形基本相同的下钳体（3）。其前筋板（107），是以钻具中心（0）为圆心的一段弧形筋板，兼起滑道的作用。起始状态一组滚轮轴基本处在大钳中心线上，它和右边一组有一个β夹角，β角在25°-30°之间。序号（113）是活钳头的销轴孔，序号（112）是钳框和付链节共用销轴孔，大钳的扭矩正是通过（112）（113）两个销轴孔上的销轴（156）（12）传递到可封闭的链式滚子爬坡卡紧机构上的。序号（110）是下钳体上的流泥浆孔。序号（105）是滚轮轴螺帽。
附图11所显示的大钳尾部的扭矩发力机构是应用了中国专利85103021.1已有技术。冲扣液缸通过挂耳（123）衔住冲扣缸体两侧翅耳的耳轴（125），使之安装到冲扣缸悬挂装置（24）上，再利用悬挂装置的立轴（26）装到上钳体（2）的钳尾轴孔中，而冲扣缸活塞杆头（118）内的关节轴承（119）套在下钳体（3）尾部的立柱（121）向上伸出的轴颈（95）上。大钳复位状态，是悬挂装置立轴（26），活塞杆头部的关节轴承（119）和下钳承扭立柱（121）处在同轴线上，因而可使冲扣液缸绕此轴线旋转。序号（115）（116）（117）分别是安装立轴（114）的卡键、卡键罩和卡簧。序号（120）（122）是卡簧，序号（126）（127）是平衡冲扣缸重量的压簧和吊杆，序号（124）是固定挂耳的螺丝。序号（128）是悬挂装置上供翅耳进入的缺口。
附图12可以看清楚法兰式挂耳（123）衔住冲扣缸壳体两边翅耳的耳轴（125）结构示意图。
附图13可以看清楚大钳所用的控制解卡阀（10）是由a口到b口为主油道（145）的传统的止回阀，一级止回钢球（134），二级止回钢球（135），和改进的a口到b口的旁通油路（146）上，新设计了顺向堵塞钢球（151）和可以将a口压力油源经堵塞活塞（141）的活塞杆上的通孔（143）引到d腔，由于堵塞活塞面积可以设计成远大于堵塞钢球的面积，（例如10∶1），因而可以确保大钳工作时和卡紧缸相联通的b口，因大钳卸扣时滚子爬坡机构反馈产生的b口出现超高油压时，也不会从旁通油道泄漏。而当操作大钳复位时，a口切换到回油路，堵塞钢球则迅速解除作用，b腔油可顺利经旁通油道（146）回a口。e腔为堵塞活塞复位腔和c口相通。序号（131）（137）（138）（139）（140）是密封件，序号（129）是阀体。图中a口接工作液压源，b口接卡紧缸工作腔。c口接复位油路上。
附图14是链式自由滚子爬坡液压大钳液压系统原理图。可以看出由换向阀（144）在工作位，p供油，至解卡阀a口，经主通道（145）顶开单向阀钢球（134）向上进入卡紧缸（36）工作腔（9），活塞（157）不动，卡紧缸（36）的壳体推动滚子（8）、颚板（6），预卡紧钻具（133），进而顺序阀（147）打开，冲扣缸工作。由于卡紧缸的预卡紧，滚子（8）处在最有利的二个爬坡坡道谷底，当冲扣缸带动卡紧缸绕钻具中心（0）上扣或卸扣时，滚子（8）在钳头颚板（6）和卡紧缸（36）头部坡道间爬坡，增加卡紧力。本系统图未表达非液压系统工作链节滚子爬坡机构。
实施例：从图1至图14所展示的是按照链式自由滚子爬坡卡紧机构原理设计的链式自由滚子爬坡液压大钳的最佳实施例。从图1表示了链式自由滚子爬坡液压大钳整体结构，大钳在活钳头（1）上安装了自由滚子爬坡机构的预卡紧用油缸（36）、卡紧缸右侧是一套座在受力球座上可以自位的筒形钻具尺寸调节螺母（28），调节丝杠（5）的端部接着调节链节（4），是不转动的。接着用销轴连续连接三个为一组，装有自由滚子爬坡机构的工作链节，该串链节反时针环绕钻具中心回来和已经用钳框销（156）定位在大钳体左边的扭力耳（111）的销孔（112）上的付链节相接，钳框（17）（17a）也以销轴（156）为轴可以扣合到活钳头（1）左边的挂钩（9）上，钳框靠气缸（20）摘开。图1清楚的表明活钳头是通过向右延伸的铰耳（11），用销轴（12）安装在钳体（2）（3）右扭力耳的（113）轴孔上的，活钳头（1）以销轴（12）如箭头所示旋开时势必拉动工作链节有一个展直的趋势。也就可以把原先抱合在钳口中的钻具推出，而反之钻具如果向钳口送入（比如用某种机械手拉入）钻具推压已展直的工作链节，则拉动调节丝杠（5）带动活钳头以销轴（12）旋转扣合到钳框（17a）（17）上。这样工作时，用卡紧缸实现预卡紧消除滚子爬坡道间隙，该大钳的进一步的充分卡紧力是靠冲扣缸工作产生的扭力，促使被动式自由滚子爬坡达到的。自动堵塞解卡阀（10）保证了复位的迅速解卡。大钳体（2）（3）通过销轴（156）（12）只传递扭矩，卡紧力只由受力状态良好的封闭的链式滚子爬坡机构承担。本液压大钳分上钳和下钳，悬吊和运动导向用滚轮滑道机构，它固定在上钳体上，两对滚轮咬合住下钳的弧形前筋板，并以筋板做为轨道。尾部冲扣液缸（23）通过一种变位悬挂装置（24），用立轴（26）装在上钳体上。之所以用变位悬挂装置是解决复位状态冲扣缸活塞杆头部的关节轴承（119）和上钳体上的立轴（26）与下钳体上承扭立柱（121）三者同轴线，从而冲扣缸可以便捷调转工作方向，完成卸扣或紧扣任务。图（1）所示是卸扣位置，液缸处在双点划线位置是紧扣状态。本实施例的链式自由滚子爬坡液压大钳和中国专利85103021.1增压式大钳相比卡紧缸减少一半，取消了增压缸，应用自由滚子爬坡实现充分卡紧、敏捷可靠，用调节丝杠适应钻具尺寸变化，比较方便，故本发明具有良好的实用意义。