УЗЕЛ ТРУБНОГО КЛЮЧА

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 по патенту RU 2087297 С1, кл. В25В 13/50, опубл. 20.08.1997. Ключ содержит 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. Известный 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.
Известен трубный ключ по патенту RU 2071411 С1, кл. В25В 13/50, опубл. 10.01.1997. Ключ содержит две шарнирно соединенные челюсти, одна из которых шарнирно соединена с рукояткой, и пружину, один конец которой закреплен в одной из челюстей.
Известный ключ характеризуется тем, что 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.
Известен универсальный машинный ключ по патенту RU 2039642 С1, кл. В25В 13/50, опубл. 20.07.1992, взятый в качестве ближайшего аналога. Ключ содержит 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. Известный ключ характеризуется тем, что защелка имеет цилиндрический выступ на свободном конце, а в дополнительной челюсти выполнены паз для размещения защелки и выемки для размещения цилиндрического выступа.
Существенным недостатком всех трех указанных ключей является недостаточная надежность работы и срок службы из-за деформации силовых деталей. Деформация силовых деталей происходит под действием ударных нагрузок, рабочих нагрузок, превышающих предел прочности детали, усталостных напряжений, а также из-за наличия концентраторов напряжений.
Цельная конструкция челюстей не обеспечивает необходимую жесткость силовых деталей ключа, контактирующих с трубой при приложении максимальных крутящих моментов, что приводит к деформации челюсти и ее отдельных деталей и разжатию ключа.
Большая площадь контакта ключа с трубой обуславливает возникновение дополнительных сил, направленных под углом к плоскости вращения ключа, на преодоление которых требуется прикладывать дополнительное усилие. Цельная конструкция челюсти не обеспечивает необходимую жесткость деталей ключа и однозначность захвата труб, что не позволяет развить крутящий момент, соответствующий приложенному усилию.
Изготовление цельной челюсти по традиционным технологиям литья, штамповки, механической обработки, предполагает наличие в теле детали концентраторов напряжений в виде штамповочных, закалочных, литейных трещин и других дефектов, что приводит к разрушению деталей в процессе работы.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение надежности работы указанных известных ключей путем увеличения жесткости силовых деталей без изменения веса и габаритов и продление срока их службы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что узел трубного ключа содержит 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. Защелка имеет цилиндрический выступ на свободном конце, а в дополнительной челюсти выполнен паз для размещения защелки и выемки для размещения цилиндрического выступа. Дополнительная челюсть содержит плашку. Челюсти и промежуточное звено выполнены из отдельных слоев одинаковой конфигурации, изготовленных из листовой стали, соединенных между собой посредством штифтов, болтов, заклепок или сварки, причем наружные слои выполнены из высокопрочной термически обработанной стали, а внутренние - из низкоуглеродистой, при этом плашки выполнены из твердого сплава.
В конкретном исполнении количество слоев составляет 4 или 6.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Отличия заключаются в следующем. Все челюсти и промежуточное звено выполнены из отдельных слоев одинаковой конфигурации, изготовленных из листовой стали, и соединенных между собой посредством штифтов, болтов, заклепок или сварки. Наружные слои выполнены из высокопрочной термически обработанной стали, а внутренние - из низкоуглеродистой. Плашки выполнены из твердого сплава.
Выполнение наружных слоев, из которых выполнены челюсти и промежуточное звено из высокопрочной, термически обработанной стали, обусловлено тем, что основная нагрузка при работе будет распределяться в наружных слоях. Внутренние слои служат для равномерного распределения нагрузок и выполнены из низкоуглеродистой стали. При такой конструкции
прочность деталей возрастает, а нагрузки распределяются в отдельных слоях, кроме того, исключается наличие концентраторов напряжений.
Снабжение дополнительной челюсти плашкой обеспечивает лучшую надежность сцепления ключа с трубой.
В целях повышения надежности работы предлагаемого устройства и продления срока его службы, а также прочности все плашки выполнены из твердого сплава, полученного спеканием под давлением в пресс-форме карбида титана или карбида бора.
Количество слоев зависит от назначения ключа. Для тяжелых труб с большим диаметром требуются ключи с большим количеством слоев ввиду приложения большей нагрузки при работе.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
Ключ содержит челюсти 2 и 3 (Фиг.1) со съемными плашками 4 и 5 соответственно, промежуточное звено 6 и дополнительную челюсть 7, шарнирно соединенные между собой и с челюстью 3. С челюстью 2 шарнирно соединена защелка 8, имеющая на свободном конце цилиндрический выступ 9.
В дополнительной челюсти 7 выполнены паз 10 для размещения защелки 8 и выемки 11 и 12 для размещения цилиндрического выступа. Дополнительная челюсть 7 содержит плашку 1. Все шарнирные соединения выполнены посредством пальцев 14.
Все челюсти и промежуточное звено состоят из отдельных слоев 13 и 15 (Фиг.2), соединенных между собой посредством штифтов, болтов, заклепок или сварки. Наружные слои 15 выполнены из высокопрочной термически обработанной стали, а внутренние 13 - из низкоуглеродистой стали. При этом, в зависимости от назначения ключа, слоев может быть от 4 до 6.
Указанную конструкцию челюсти можно использовать в приведенных выше ключах.
Были проведены сравнительные испытания ключей по изобретениям и предлагаемой полезной модели. Предлагаемая конструкция челюсти обеспечивает более жесткий и однозначный захват трубы по сравнению с ключами-прототипами.
При испытаниях ключом с предлагаемой конструкцией челюсти было свинчено не менее 10000 труб диаметром 73 мм, при этом не было обнаружено никаких эксплуатационных дефектов в ключе, тогда как проворачивание ключа-прототипа вследствие деформации силовых элементов челюсти происходит после свинчивания 1000 труб.
Таким образом, настоящая полезная модель промышленно применима, реализована и показывает высокие показатели надежности и долговечности в использовании.