液压钳防挤手自动闭锁装置的改进与研究

液压钳防挤手自动闭锁装置的改进与研究

陈燎   王俊军

胜利石油工程有限公司井下作业公司

摘要：修井队在维修油气水井施工中，起下油管或钻杆时大多是通过内钳工操作液压钳手柄带动组合阀芯往复运动实现液压钳上卸扣，为了防止误操作或外力碰撞导至液压钳意外运行对人体造成伤害，在液压钳组合阀芯处设置有手动闭锁装置，该闭锁装置是保护液压钳操作者生命安全的防护装置，可以大大减少液压钳“咬手”事故的发生。随着现场长时间的使用，发现该闭锁装置还存在有不足的地方：一、该闭锁装置要求操作者在使用液压钳上扣或卸扣前打开闭锁装置，完成上扣或卸扣后再及时关闭闭锁装置，在频繁上卸扣过程中，有时会出现操作者忘记关闭闭锁装置的现象；二、该闭锁装置对配合间隙和安装精度要求较高，长时间应用后关闭闭锁装置，动作操作手柄时液压钳还是会转动。为了杜绝操作者忘记关闭闭锁装置和连接部位间隙配合不当导致的不安全状态，为了降低操作者的劳动强度，有必要针对性对该装置进行改进与研究。

关键词：液压钳；防挤手装置；人工手动闭锁；靠弹簧自动闭锁；靠重力自动闭锁；操纵杆自动闭锁

1、将液压钳依靠人工手动闭锁改进为自动闭锁

液压钳人工手动闭锁装置主要有限位销和限位套组成，限位套被扳到上位时，限位销失锁，此时操作液压钳手柄可以带动组合阀芯往复运动实现液压钳上扣和卸扣，限位套被扳到下位时，限位套锁住限位销限制了组合阀芯的往复运动，达到限制液压钳因误操作或意外碰撞转动伤人的目的。

1.1将液压钳依靠人工手动闭锁改进为靠弹簧作用自动闭锁

靠弹簧作用自动闭锁装置主要由：限位销、限位套、刹把、导线、吊线架、弹簧、夹线器组成，限位销和限位套为手动闭锁原件，其余部件为新增。夹线器与限位套焊接在一起；吊线架与限位套固定翼片焊接在一起；导线的一端依次穿入吊线架、弹簧和夹线器并被夹线器夹紧，导线的另一端与刹把连接；刹把固定在液压钳操作手柄处。

上卸扣时握紧刹把，导线牵拉夹线器，弹簧被压缩，此时与夹线器焊接在一起的限位套旋转脱离限位销，闭锁解锁，操作者推拉操纵杆带动组合阀芯往复运动实现上扣和卸扣；上扣或卸扣完毕，松开刹把，被压缩的弹簧复位推动夹线器带动限            位套复位，实现闭锁，限制组合阀芯移动。

1.2将液压钳依靠人工手动闭锁改进为靠重力作用自动闭锁

靠重力作用自动闭锁装置主要由：限位销、限位套、滑套、辅助杆、连杆、销轴组成，限位销和限位套为手动闭锁原件，其余部件为新增。带调节孔眼的连杆一端与限位套焊接，另一端通过销轴与辅助杆连接；可调节长度的辅助杆的下端通过销轴与套入液压钳操纵杆的滑套连接；通过调节辅助杆的长度和与连杆的连接位置调节滑套在操纵杆手柄处位置，能够让操作者以最舒服位置抓握液压钳的操纵杆的手柄。

需要上卸扣时，操作者抓握操纵杆手柄时有一个向上推动滑套的动作，滑套沿着操纵杆上行带动辅助杆，辅助杆推动连杆和限位套沿限位套销轴转动，限位套脱离限位销，闭锁解锁，此时推拉操纵杆，液压钳组合阀芯不受限制，可以往复运动完成上卸扣工作；上卸扣完成后操作人员松开手柄时，滑套、辅助杆、连杆由于重力的作用下行，带动限位套复位实现闭锁。                                              

1.3自动闭锁装置的优点和不足

上面两种自动闭锁装置，解决了液压钳的人工闭锁装置存在的操作者忘记关闭闭锁装置导致的不安全状态，提高了液压钳使用的安全性，而且减少了操作者在操作液压钳时需频繁打开和关闭闭锁装置的两个动作，降低了操作者的劳动强度。

上述两种自动该闭锁装置是在原人工闭锁装置的基础上加以改进的，经使用发现原闭锁装置对部件之间的配合间隙和安装精度要求较高，而该闭锁装置中的部件与液压钳中连接的组合阀芯销轴（限位销）、拨叉、支撑座销轴等接触机构，经过长时间的使用和频繁动作磨损后，易导致各连接部位间隙变大以及固定该闭锁装置和支撑座的螺钉松动。若在此种情况下关闭闭锁装置以后，动作液压钳的操纵手柄时，液压钳的钳口还是会转动，存在对操作人员的人身伤害的可能性。

2、液压钳操纵杆自动闭锁装置的改进

2.1将被动闭锁转化为主动闭锁

液压钳操纵杆依据杠杆原理设计，液压钳操纵杆相当于一个长杠杆，根据杠杆原理F1*L1=F2*L2（动力*动力臂=阻力*阻力臂），杠杆越短、受到的作用力越大，支撑座销轴至操作手柄处长度是支撑座销轴至组合阀芯处长度的5倍。推拉操作手柄，限位套及限位销受到的力成5倍增长。当各连接部位间隙变大以及固定该闭锁装置和支撑座的螺钉松动时，再加上传统液压钳防挤手装置属于被动闭锁，当操作者推拉操作手柄时，限位套无法完全限制限位销活动，导致防挤手装置失去防误操作的功能。

设计新型防挤手装置，该装置主要由带孔眼的固定板、销轴、带U型锁定槽的可翻转的锁定板与液压钳原操纵杆组成。液压钳不工作时锁定板的U型槽将操纵杆卡住，限制其沿支撑座销轴摆动，也就限制了与操纵杆连接的拨叉和组合阀芯的运动。上卸扣前需要将锁定板人工翻转到解锁位置，上卸扣完毕，由操作者再翻转到闭锁位置。

该闭锁装置调整了防挤手装置的闭锁位置，通过改变闭锁的位置，将被动闭锁转化为主动闭锁，使得闭锁时的可靠性大大增强，同时对配合间隙和安装精度的要求还大大降低，制作简单，但解决了因配合间隙变大后的闭锁失效难题。

其缺点是需要人工解锁和闭锁，增加了操作者的劳动强度，当操作者疏忽大意忘记闭锁时，就会造成液压钳的不安全状态。

2.2液压钳操纵杆自动闭锁装置的研制

液压钳操纵杆自动闭锁装置主要由锁定板1、锁定槽11、防碰缺12、锁定销2、锁定套3、连接板4、操纵辅助杆5、滑环51、调节螺母52、固定销53、连杆6、液压马达7、操纵杆8、拨叉9、支撑座销轴10、组合阀芯销轴11、组合阀芯12、液压钳组合阀芯总成13等组成。

其中液压马达7、操纵杆8、拨叉9、支撑座销轴10、组合阀芯销轴11、组合阀芯12、液压钳组合阀芯总成13为液压钳原件。

锁定销的外径小于锁定套内径和锁定槽的宽度，使得锁定销能够沿锁定套上下移动，脱离或插入锁定槽中。

该装置操纵辅助杆是可调节杆，其下端与滑环焊接，滑环穿套在操纵杆杆体外面；固定销孔设在操纵辅助杆的杆体上部能够插入固定销，起到防止调节螺母松动脱落后导致滑环和操纵辅助杆脱落。操纵辅助杆的上部设置的外螺纹，能够安装调节螺母，使滑环在操纵杆外面滑动的距离得到调节，能够让操作者以最舒服位置抓握液压钳的操纵杆的手柄。

连杆的一端与锁定销上端焊接且另一端设有辅助杆连接孔，该辅助杆连接孔穿套在操纵辅助杆的上部，通过调节螺母使连杆与操纵辅助杆之间活动连接。

锁定套与操纵杆之间连接板的两侧分别与锁定套和操纵杆焊接，确定锁定套在自由状态时为竖直方向。　　　　

锁定板中的锁定槽是U型槽；侧边通过螺栓固定在液压马达的底座上面、靠近操作者一侧的侧面设有防碰缺，防碰缺是弧形槽缺，避免了直角锐边刮碰操作者。

当需要操作液压钳上卸扣时，操作者在抓握推拉操纵杆时，同时推动了滑环上移，滑环推动了操纵辅助杆、连杆和锁定销上移，使锁定销离开了锁定槽，退回到了锁定套内，此时操纵杆的锁定解除，可以自由运动,带动组合阀芯动作完成上扣或卸扣工作。

上卸扣工作完毕，当操作者的手离开操纵杆的手柄时，锁定销在自身重力和连杆及操纵辅助杆的重力作用下下落伸出，锁定销进入到锁定槽内，实现锁定。

3、结语

3.1液压钳操纵杆自动闭锁装置实现了防挤手装置的自动闭锁，是利用锁定销、连杆和操纵辅助杆沿着操纵杆下落时的重力自动闭锁操纵杆，且闭锁状态达到了源头闭锁的效果，具有可靠无误的自动闭锁特性。再也不会因忘记关闭闭锁装置而给操作者带来人身伤害的风险，极大的提高了液压钳的使用安全性，对操作者提供了可靠保护。

3.2该装置结构简单，也无需精密的间隙配合，不会出现部件之间的松动和间隙变大带来的闭锁不灵现象，解决了接触件配合间隙因频繁动作容易变大后的闭锁失效难题。

3.3该装置使用方便，使用过程中，不需要对该装置中的任何部件做任何操作，就能实现液压钳自动闭锁，降低了操作者的劳动强度，深受操作者喜欢，现已在西部钻修工程部修井队现场推广应用，为确保液压钳不对操作者造成人身伤害提供了可靠的保障，达到了安全施工的效果。

参考文献：

[1]谭云，陈传庆.修井起下作业中油管机械化排放问题[J].石油机械，1997，25(3):46248.

[2]胡傅仲.井下作业机械化配套装置[M].北京:石油工业出版社，2005.

[3]张宝增，王瑞和.修井作业用新型管柱起下装置[J].石油机械，2006,34(10):49251.

[4]常玉连，肖玉萍，高胜，等.修井井口机械化自动化装置的研究进展[J].石油机械，2008,37(5):62-67.