Узел трубного ключа для свинчивания и развинчивания цилиндрических резьбовых соединений

Полезная модель относится к силовым деталям и узлам трубных ключей, используемых в нефтяном машиностроении и других отраслях народного хозяйства для свинчивания и развинчивания труб, муфт и других цилиндрических резьбовых соединений, требующих больших крутящих моментов.
Известен реверсивный трубный ключ [RU 2087297 C1, В25В 13/50, 20.08.1997], содержащий рукоятку с, по крайней мере, двумя фасонными выступами, две подпружиненные челюсти с фасонными поверхностями, предназначенными для взаимодействия с соответствующими выступами рукоятки, и соединительное звено, шарнирно связанное, соответственно, с рукояткой и обеими челюстями.
Коме того, известный реверсивный трубный ключ характеризуется тем, что на рукоятке выполнены дополнительно два фасонных выступа, челюсти подпружинены одна относительно другой, фасонная поверхность каждой из них расположена с возможностью взаимодействия с соответствующей парой выступов рукоятки, а соединительное звено выполнено в виде двух пластин, между которыми размещены рукоятка и челюсти.
Недостатком устройства является относительно низкая надежность.
Известен также трубный ключ [RU 2071411 C1, В25В 13/50, 10.01.1997], содержащий две шарнирно соединенные челюсти, одна из которых шарнирно соединена с рукояткой, и пружину, один конец которой закреплен в одной из челюстей, причем, челюсть, шарнирно закрепленная с рукояткой, выполнена составной из двух щек и фасонного элемента, установленного между ними, закрепленного на соответствующих щеках и имеющего с ними общую поверхность, а в фасонном элементе выполнена полость для закрепления второго конца пружины.
Кроме того, известен универсальный машинный ключ [RU 2039642 С1, В25В 13/50, 20.07.1992], содержащий рычаг, шарнирно связанные с ним одними концами челюсти с плашками, промежуточное звено, одним концом шарнирно связанное со свободным концом одной челюсти, дополнительную челюсть, шарнирно связанную с другим концом промежуточного звена, и защелку, шарнирно связанную со свободным концом другой челюсти, причем, защелка имеет цилиндрический выступ на свободном конце, а в дополнительной челюсти выполнены паз для размещения защелки и выемки для размещения цилиндрического выступа.
Существенным недостатком этих технических решений является недостаточная надежность, вызванная относительно большой деформацией силовых деталей, которая происходит под действием ударных рабочих нагрузок.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является узел трубного ключа [RU 75606, U1, В25В 13/50, 20.05.2008], содержащий челюсти с плашками и промежуточное звено, одним концом шарнирно связанное со свободным концом одной челюсти, дополнительную челюсть, шарнирно связанную с другим концом промежуточного звена, защелку, шарнирно связанную со свободным концом другой челюсти, причем, защелка имеет цилиндрический выступ на свободном конце, а в дополнительной челюсти выполнен паз для размещения защелки и выемки для размещения цилиндрического выступа и она снабжена плашкой, при этом, все челюсти и промежуточное звено выполнены из отдельных слоев одинаковой конфигурации, изготовленных из листовой стали, соединенных между собой посредством штифтов, болтов, заклепок или сварки, наружные слои выполнены из высокопрочной термически обработанной стали, внутренние - из низкоуглеродистой, а плашки выполнены из твердого сплава.
Особенностью наиболее близкого технического решения является то, что, количество слоев одинаковой конфигурации, изготовленных из листовой стали, составляет 4 или 6.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность.
Это обусловлено несколькими факторами, в частности, ненадежностью крепления в нем осей и плашек шплинтами.
Кроме того, внутренние слои челюстей, промежуточных звеньев, изготовленные из низкоуглеродистой термически не обработанной листовой стали, под действием рабочих нагрузок при свинчивании и развинчивании труб, муфт и других цилиндрических резьбовых соединений, требующих больших крутящих моментов, приводят к преждевременной деформации и поломки этих деталей ключа.
При этом цельная конструкция плашек челюстей, контактирующих с трубой, при приложении максимальных крутящих моментов обуславливает возникновение дополнительных сил, направленных под углом к плоскости вращения ключа, на преодоление которых требуется прикладывать дополнительное усилие, что также приводят к преждевременной деформации и поломки этих деталей ключа. Этот же фактор не обеспечивает однозначность захвата труб, что не позволяет развить крутящий момент, соответствующий приложенному усилию, поэтому увеличивается холостой ход ключа до однозначного захвата трубы и это приводит к уменьшению производительности работы ключа.
Дополнительно следует отметить, что зубцы плашек, изготовленные из твердого сплава, полученного, например, спеканием под давлением в пресс-форме карбида титана или карбида бора, обладают относительно большой хрупкостью и при приложении максимальных крутящих моментов, зубцы плашек могут откалываться, что также предопределяет относительно низкую надежность и возможность попадания осколков зубцов плашки в скважину.
Существенным фактором является и то, что защелка устройства имеет цилиндрический выступ на свободном конце, а в дополнительной челюсти выполнен паз для размещения защелки и выемки для размещения цилиндрического выступа. Поскольку в первую очередь изнашивается и выходит из строя цилиндрический выступ защелки, то для дальнейшей работы ключа требуется замена всей детали-защелки с цилиндрическим выступом. Это снижает ремонтопригодность устройства.
Помимо этого, конфигурация дополнительной челюсти, предусматривающая вставку плашки, не позволяет увеличить количество типоразмеров ключа. Это снижает универсальность устройства.
Относительно низкая надежность наиболее близкого технического решения и других аналогов объясняется и тем, что, цельная конструкция плашек челюстей, контактирующих с трубой, которая не является идеально ровной, при приложении максимальных крутящих моментов обуславливает возникновение дополнительных сил, направленных под углом к плоскости вращения ключа, на преодоление которых требуется прикладывать дополнительное усилие, что также приводят к преждевременной деформации и поломки этих деталей ключа. Этот же фактор не обеспечивает однозначность захвата труб, что не позволяет развить крутящий момент, соответствующий приложенному усилию, поэтому увеличивается холостой ход ключа, до однозначного захвата трубы и проскальзыванию ключа, это приводит к уменьшению производительности работы ключа, проскальзыванию ключа на трубе.
Задача, которая решается в предложенной полезной модели, заключается в создании узла трубного ключа для свинчивания и развинчивания цилиндрических резьбовых соединений, обладающего более высокой надежностью, более длительным сроком службы, более высокой производительностью и более высокой безопасностью работы без изменения веса и габаритов устройства.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности. Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в узел трубного ключа для свинчивания и развинчивания цилиндрических резьбовых соединений, содержащий шарнирно соединенные с рычагом первую и вторую челюсти со съемными наборными плашками и промежуточное звено, одним концом шарнирно связанное со свободным концом первой челюсти, третью челюсть со съемными наборными плашками, шарнирно соединенную с другим концом промежуточного звена, защелку, шарнирно связанную со свободным концом второй челюсти, при этом, защелка имеет сменную ось на свободном конце, а в третьей челюсти выполнен паз для размещения защелки, выемка для размещения сменной оси для работы с трубой одного диаметра и выемка для закрепления сменной оси защелки для работы с
трубой другого диаметра без переналадки узла трубного ключа, при этом, первая, вторая и третья челюсти и промежуточное звено выполнены из отдельных слоев одинаковой конфигурации, изготовленных из термически обработанного листового проката легированной высококачественной конструкционной стали и жестко соединенных между собой, согласно полезной модели, съемные наборные плашки закреплены в указанных челюстях болтом с самоконтрящейся гайкой и шайбой и выполнены в виде самоустанавливающихся сухарей с направленными в сторону заворота зубьями, изготовленными из низкоуглеродистой стали, прошедшей поверхностное диффузионное насыщение углеродом, при этом указанные челюсти состоят из восьми слоев, а промежуточные звенья, защелка и рычаг выполнены из четырех отдельных слоев одинаковой конфигурации. На чертежах представлены:
на фиг. 1 - узел трубного ключа для свинчивания и развинчивания цилиндрических резьбовых соединений совместно с рычагом, общий вид; на фиг. 2 - первая челюсть - звено рабочее; на фиг. 3 - третья челюсть - звено с пазами; на фиг. 4 - вторая челюсть - звено с сухарем. На чертеже фиг. 1 обозначены:
1 - рычаг;
2 - первая челюсть:
3 - защелка;
4 - сменная ось защелки;
5 - третья челюсть;
6 - промежуточное звено;
7 - вторая челюсть;
8 - съемные наборные плашки с болтом с самокотрящейся гайкой и шайбой;
9 - оси челюстей с корончатой гайкой и шплинтом;
10 - рым-гайка для подвешивания ключа;
11 - самоустанавливающиеся сухари;
12 - направленные в сторону заворота зубья;
13- паз для размещения защелки;
14- выемки для размещения сменной оси для работы с трубой одного диаметра и для закрепления сменной оси для работы с трубой другого диаметра;
15- болте самоконтрящейся гайкой и шайбой.
Узел трубного ключа для свинчивания и развинчивания цилиндрических резьбовых соединений содержит шарнирно соединенные с рычагом 1 первую 2 и вторую 7 челюсти со съемными наборными плашками 8 и промежуточное звено 6, одним концом шарнирно связанное со свободным концом первой челюсти 2, третью челюсть 5 со съемными наборными плашками 8, шарнирно соединенную с другим концом промежуточного звена 6, а также защелку 3, шарнирно связанную со свободным концом второй челюсти 7.
В узле трубного ключа для свинчивания и развинчивания цилиндрических резьбовых соединений защелка 3 имеет сменную ось 4 на свободном конце, а в третьей челюсти 5 выполнен паз 13 для размещения защелки и выемки 14 для размещения сменной оси для работы с трубой одного диаметра и для закрепления сменной оси защелки для работы с трубой другого диаметра без переналадки узла трубного ключа.
Особенностью узла трубного ключа для свинчивания и развинчивания цилиндрических резьбовых соединений является то, что, первая 2, вторая 7 и третья 5 челюсти и промежуточное звено 6 выполнены из отдельных слоев одинаковой конфигурации, изготовленных из термически обработанного листового проката легированной высококачественной конструкционной стали и жестко соединенных между собой,
Кроме того, съемные наборные плашки 8 закреплены в указанных челюстях болтом с самоконтрящейся гайкой и шайбой и выполнены в виде самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 13, изготовленными из низкоуглеродистой стали, прошедшей поверхностное диффузионное насыщение углеродом, при этом указанные челюсти состоят из восьми слоев, а промежуточные звенья, защелка и рычаг выполнены из четырех отдельных слоев одинаковой конфигурации.
Используется узел трубного ключа для свинчивания и развинчивания цилиндрических резьбовых соединений следующим образом.
Усилие, приложенное к концу рычага 1 в направлении против часовой стрелки, создает захват трубы первой 2, второй 7 и третьей 5 челюстями. Съемные наборные плашки 8 состоящие из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12, создают необходимые контактные напряжения, обеспечивающие передачу крутящего момента на трубу. Одновременно с увеличением крутящего момента, передаваемого на трубу рычагом 1, увеличивается равномерное пропорциональное обжатие трубы первой 2, второй 7 и третьей 5 челюстями с наборными плашками 8 состоящие из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12 за счет их шарнирного соединения и зазора между ними.
Предлагаемая конструкция челюстей со съемными наборными плашками 8 состоящие из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12, обеспечивает более жесткий и однозначный захват трубы, не проскальзывает на трубе, уменьшает холостой ход ключа, повышая производительность труда, по сравнению с известными ключами.
Изготовление наружных и внутренних слоев рычага, челюстей, защелки и промежуточных звеньев из термически обработанного листового проката легированной высококачественной конструкционной стали (например, хромансиль) позволяет увеличить максимальный крутящий момент до 50.0 кНм. Кроме того, соответствующие детали устройства становятся более прочными, пластичными, износостойкими и имеют превосходные показатели ударной вязкости при знакопеременных нагрузках, пониженную критическую температуру перехода в хрупкое состояние, находясь в условиях низких температур.
Поскольку угол охвата трубы челюстями, промежуточным звеном 6 и защелкой 3 выше, чем у аналогов, то усилия прижима съемных наборных плашек 8, состоящие из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12, и напряжения в звеньях ключа значительно уменьшаются, а усилия при зажиме трубы распределяются равномерно по слоям челюстей с самоустанавливающимися сухарями 11, направленными в сторону заворота зубьями 12. В каждой челюсти, преимущественно, находятся две съемные наборные плашки 8, состоящие из четырех самоустанавливающихся сухаря 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12. Самоустанавливающиеся сухари 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12 съемных наборных плашек 8, изготовлены из низкоуглеродистой стали, прошедшей поверхностное диффузионное насыщение углеродом (цементацию), с целью повышения твердости и износоустойчивости зубьев снаружи. При этом их внутренняя структура осталась достаточна вязкой. Самоустанавливающиеся сухари 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12 удерживают ключ от вращения вокруг тела трубы в первый момент, когда между ними еще не создалось достаточного трения. В дальнейшем, вследствие того, что отдельные челюсти и звенья ключа плотно обхватывают трубу и сильно прижимаются к поверхности рычагом, создается достаточное трение, предупреждающее проскальзывание ключа по телу трубы, уменьшая холостой ход, что приводит к повышению производительности труда.
Для надежного крепления съемными наборных плашек 8 состоящих из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12, в челюсти ключа применены болты с самоконтрящейся гайкой и шайбой 15. Для замены съемными наборных плашек 8 состоящих из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12, при этом самоконтрящейся гайки шайбы 15 полностью отворачивать не требуется, поскольку достаточно немного отпустить гайку и провернуть шайбу.
Для надежности крепления осей 9, челюстей, промежуточного звена 6 и защелки 3, а также возможности регулировать минимальный зазор между ними, ось 9, крепится с помощью корончатой гайки 9 и шплинта. Защелка 3 имеет сменную ось 4 на свободном конце, вместо обычно используемого цилиндрического выступа, что позволяет при износе цилиндрического выступа менять не всю деталь как обычно, а только изношенную сменную ось 4.
Измененная конфигурация третьей челюсти 5 со съемными наборными плашками, состоящими из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12, позволяет увеличить количество типоразмеров ключа, добавляя дополнительные вторые челюсти 7 со съемными наборными плашками, состоящими из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12, и промежуточные звенья 6. Это позволяет работать с трубами больших размеров, причем, вторая челюсть 7 и промежуточное звено 6 являются взаимозаменяемыми, что позволяет уменьшить количество комплектующих на ключ.
Таким образом, настоящая полезная модель промышленно применима, обладает новизной и показывает высокие показатели надежности, ремонтопригодности и долговечности использования ключа.
В ней достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении надежности, поскольку, согласно предложения, съемные наборные плашки 8, которыми снабжены первая 2, вторая 7 и третья 5 челюсти, состоят из самоустанавливающихся сухарей 11 с направленными в сторону заворота зубьями 12, изготовленными из низкоуглеродистой стали, прошедшей поверхностное диффузионное насыщение углеродом, для крепления съемных наборных плашек, состоящих из самоустанавливающихся сухарей с направленными в сторону заворота зубьями, в первой, второй и третьей челюстях используют болт с самоконтрящейся гайкой и шайбой, количество отдельных слоев одинаковой конфигурации в челюстях составляет 8, а в промежуточных звеньях, рычаге и защелке 4.