Устройство зажима трубы

Полезная модель относится к станкостроению, к однопозиционным, резьбозавинчивающим станкам, а именно, к устройствам зажима трубы стендового гидравлического ключа. Может быть установлен в шпинделе или в задней бабке станка. Используется при операциях свинчивания-развинчивания, сборки-разборки резьбовых соединений, требующих применения значительных крутящих моментов для соединения длинномерных труб. Может быть применима в муфтонаверточных станках, иных гидравлических трубных ключах.
Известно устройство для свинчивания-развинчивания резьбовых соединений по патенту РФ на полезную модель №33392, Е21В 19/16, 2003. Устройство содержит патрон с зажимными кулачками, привод вращения патрона, узел зажима изделия, установленный на направляющих. Узел зажима изделия снабжен механизированным приводом и выполнен в виде тисков с симметричными губками. Недостатком является высокая нагрузка на небольшую контактную площадь зажимных губок, сложная механическая система их перемещения, что снижает надежность работы устройства для свинчивания-развинчивания резьбовых соединений.
Известен трубный захват по патенту СА №2520927, Е21В 19/16, 2007, содержащий блок цилиндров с поршнями. На конце поршня установлен наконечник. Для движения поршня в цилиндре используется гидравлическая система. Торцевые поверхности наконечника содержат неглубокие V-образные пазы и выступы. Наконечник соединен с поршнем резьбовым элементом. Недостатком является возможный перекос трубы и ее проскальзывание по поверхности наконечников. При больших значения крутящего момента возможно повреждение резьбовых элементов и перекос наконечников на плунжере. Все это обуславливает недостаточную надежность работы трубного захвата.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран патент СА №2726916, Е21В 19/16, 2009 «Зажимное устройство». Зажимное устройство предназначено для сборки и демонтажа труб, используемых в нефтедобыче. Один силовой рычаг удерживает неподвижно часть трубы, второй вращающийся рычаг охватывает часть трубы, которая должна быть отсоединена, или присоединена. Зажимные губки предназначены для захвата трубы и снабжены сменными захватными элементами. Захватные элементы содержат поверхность с острыми, выступающими участками, которые при захвате трубы располагаются
вдоль центральной оси. Захватные губки расположены внутри направляющих, установленных в корпусе. Захватные губки приводятся в действие гидравлическим приводом. Движение захватных губок синхронизируется, и они смещаются на одинаковом расстоянии друг от друга в направляющих по отношению к центральной оси зажимного устройства. Захватные губки снабжены пружинными демпфирующими элементами, состоящими из металлической полосы и эластичного материала. Недостатком является возможность перекоса и заклинивания трубы, зажимаемой между отстоящими друг от друга зажимными губками, возможность смещения или перекоса самой зажимной губки на гидроцилиндре. Кроме того, возможно смещение захватных элементов, размещаемых на зажимных губках и повреждение или смещение направляющих элементов, которые установлены внутри корпуса и скреплены с ним с помощью резьбовых соединений. Все это приводит к снижению надежности работы зажимного устройства.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности работы узла зажима трубы резьбозавинчивающего станка.
Технический результат достигается за счет того, что в узле зажима трубы, содержащем корпус, в котором установлены гидроцилиндры, на штоках которых установлены насадки с зажимными элементами, согласно полезной модели, насадки выполнены полыми, коробчатой формы, насадки жестко закреплены на штоках с помощью пальцев, направляющие для насадок выполнены в виде пластин, установленных в прорези корпуса и приваренных к корпусу, на боковых поверхностях насадок закреплены сменные пластины, зажимные элементы соединены с насадками с помощью разъемного соединения «ласточкин хвост» и прижимной планки, в сведенном положении насадок боковая сторона концевого сектора каждой насадки сопряжена с боковыми сторонами концевых секторов соседних насадок.
Технический результат обеспечивается за счет жесткого соединения насадок со штоками гидроцилиндров. Жесткое соединение препятствует воздействию на насадки значительных силовых моментов, возникающих при зажиме и вращении трубы, и предотвращает их перекос и смещение относительно осей штоков. Значительные силовые моменты, действующие на насадки, обусловлены расположением зажимных элементов, так называемых, сухарей, вдоль цилиндрической поверхности трубы. Жесткое соединение насадок со штоками препятствует возникновению вращательных движений штока и позволяет производить свинчивающие-развинчивающие действия без проскальзывания
зажимных элементов по поверхности трубы. Кроме того, соединение зажимных элементов с насадками с помощью разъемного соединения «ласточкин хвост» и прижимной планки нейтрализует действие крутящих моментов на зажимные элементы, предотвращает слом зубцов зажимных элементов и отсоединение сухаря от поверхности насадки. Выполнение направляющих в виде пластин, установленных в прорези корпуса и приваренных к корпусу, предотвращает деформацию и возможный вырыв направляющих при контакте с движущейся насадкой. Боковые стороны насадок контактируют с направляющими, при выдвижении и втягивании поршня с насадками. Установка на боковых сторонах насадок сменных пластин предотвращает истирание боковых сторон насадок. В сведенном положении насадок боковая сторона концевого сектора каждой насадки сопряжена с боковыми сторонами концевых секторов соседних насадок, т.е., в сведенном положении насадок их концевые сектора, сопряженные друг с другом боковыми сторонами, образуют кольцевую фигуру. За счет плотного схождения концов насадок и исключения промежутков между ними предотвращается заклинивание трубы между двумя соседними насадками, обеспечивается плотное, равномерное по периметру обжатие трубы с необходимым усилием. Исключаются перекосы трубы. Все это повышает надежность работы узла зажима трубы резьбозавинчивающего станка.
На фигуре 1 представлен общий вид узла зажима трубы.
На фигуре 2 представлен общий вид насадки.
На фигуре 3 представлен поперечный разрез насадки с зажимным элементом.
На фигуре 4 представлен продольный разрез насадки в сборе со штоком и зажимным элементом.
Узел зажима трубы содержит корпус 1, внутри которого установлены гидроцилиндры 2 со штоками 3. На штоках 3 жестко закреплены насадки 4 с зажимными элементами 5 в виде сухарей, Насадки 4 установлены в направляющих 6, выполненных в виде пластин, установленных в прорезях корпуса 1 (на чертеже не показаны) и соединенных с корпусом 1 сваркой. Насадка 4 представляет собой полую фигуру коробчатой формы, которая жестко закреплена на штоке 3 с помощью пальца 7. Сухари 5 вставлены в паз 8, образуя соединение «ласточкин хвост» и прижаты прижимной планкой 9. Сухари 5 имеют ребристую контактную поверхность с выступами и впадинами. На боковых поверхностях насадки 4 закреплены сменные пластины 10 из бронзы.
Узел зажима трубы работает следующим образом.
Концы соединяемых трубы и муфты, или концы соединяемых труб устанавливают в отверстия шпинделей станка. Один - в зажимной неповоротный шпиндель, другой - в основной шпиндель. Обеспечивают соосное расположение концов труб и производят их зажим. Подают команду с пульта управления на гидроцилиндры 2 узла зажима трубы. Штоки 3 лучеобразно установленных в корпусе 1 гидроцилиндров 2 перемещаются вместе с закрепленными на них насадками 4 к центру отверстия того, или иного шпинделя, в сторону зажимаемой трубы. Насадки 4 движутся вдоль направляющих 6, взаимодействуя пластинами 10 боковых сторон с боковыми поверхностями направляющих 6. Выполнение пластин 10 из бронзы с высокой чистотой обработки уменьшает трение между поверхностями, защищает пластины 10 от истирания, предотвращает застревание насадок 4 в направляющих 6. При достижении контакта насадок 4 с трубой зажимные элементы 5 в виде сухарей устанавливаются по контуру трубы, вдоль ее оси, зажимая трубу с необходимым усилием. При этом все насадки 4 в выдвинутом положении штоков 3 полностью перекрывают все пространство вокруг трубы, располагаясь по отношению друг к другу практически без зазоров. Зажимные элементы 5 равномерно охватывают трубу по периметру. За счет плотного расположения насадок 4 исключается перкос трубы и ее заклинивание между отдельными насадками 5. Далее включают вращение шпинделя и навинчивают муфту на трубу, или конец одной трубы, на конец другой с заданным крутящим моментом. Зажимной элемент 5 - деталь, вступающая в непосредственный контакт с зажимаемой трубой, имеет форму близкую к прямоугольнику, а зажимаемая труба является цилиндрической. Расположение сухаря 5 вдоль цилиндра при зажиме и вращении создает момент, вызывающий вращение штока 3 гидроцилиндра 2 вокруг своей оси. Жесткое закрепление насадки 4 на штоке 3 с помощью пальца 7 препятствует возникновению вращательных движений штока, предотвращает проскальзывание сухаря 5 по поверхности трубы. Закрепление сухаря 5 при помощи прижимной планки 9 и соединения «ласточкин хвост» предотвращает его перекос или смещение. Для обеспечения такого соединения на передней поверхности насадки 4 выполнен паз трапециевидной формы, форма нижней части зажимного элемента 5 (сухаря) имеет расширение в нижней части и соответствует форме паза насадки 4. По окончании процесса свинчивания насадки 5 посредством гидроцилиндров 2 возвращаются в исходное положение, труба освобождается от зажимных элементов 5.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность работы устройства зажима трубы.