鉆桿吊卡絞鏈軸拆解技術(shù)研究與應(yīng)用

譚曉江，尹德森，張 川，唐偉華

（渤海鉆探工程有限公司渤海鉆探管具技術(shù)分公司萬(wàn)莊項(xiàng)目部，河北滄州 065007）

1 吊卡結(jié)構(gòu)特征與工作原理

鉆桿吊卡以其結(jié)構(gòu)不同命名為側(cè)開（CD 型）和對(duì)開（DD型）兩大類，其中DD 型又分DDZ、DDZ（T）DD（TA）、DD（AA）等型號(hào)的系列產(chǎn)品。主要是局部結(jié)構(gòu)和承載（懸持）對(duì)象不同，以一種DDZ 型結(jié)構(gòu)類吊卡為例，對(duì)修理拆解作業(yè)中的一些技術(shù)問(wèn)題、所研究的內(nèi)容加以論述。

DDZ、DDZ（T）系列型吊卡由右主體、左主體、卡頁(yè)、鎖鉤、鉸鏈軸、卡頁(yè)軸等零件組成。左、右主體通過(guò)鉸鏈軸連接；卡頁(yè)由卡頁(yè)軸固定在左主體上，并圍繞卡頁(yè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；扭簧安裝在卡頁(yè)軸上，讓卡頁(yè)自動(dòng)復(fù)位；鉸鏈軸、卡頁(yè)軸由彈性限位銷固定，拆卸較為方便；鎖鉤由鎖鉤螺栓和扭簧固定在卡頁(yè)上，在扭簧作用下緊緊地鉤住鉤緊銷，起鎖緊作用。開合時(shí)，拉動(dòng)鎖鉤旋轉(zhuǎn)，鎖鉤從右主體上的鉤緊銷上脫落，繼續(xù)拉動(dòng)鎖鉤，卡頁(yè)從右主體鎖緊塊上脫離，這時(shí)可以打開吊卡，進(jìn)行懸持管柱的扣合或脫離作業(yè)。關(guān)閉時(shí)，用力拉動(dòng)左、右主體上的手柄，卡頁(yè)和鎖鉤在扭簧作用下自動(dòng)恢復(fù)原位并鎖緊，這時(shí)可以對(duì)所需懸持管柱實(shí)施起吊或下降作業(yè)。

2 存在的問(wèn)題

從吊卡結(jié)構(gòu)可以看出，鉸鏈軸上方設(shè)計(jì)有一通槽，與其貫穿的彈性圓柱銷在安裝配合中形成固定，目的是限制鉸鏈軸的退出，實(shí)際上也限制了鉸鏈軸與左主體上配合孔眼間的周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即將鉸鏈軸與左主體形成了固定，這種配合結(jié)構(gòu)將鉸鏈軸與配合孔眼長(zhǎng)時(shí)間連接在一起，就會(huì)產(chǎn)生固化，加之在鉆井液的浸蝕下更加形成粘連效應(yīng)。而右主體在鉸鏈軸中間部位形成旋轉(zhuǎn)半角運(yùn)動(dòng)格局，一方面使活動(dòng)范圍受限、不能很好形成磨合運(yùn)動(dòng)關(guān)系，另一方面也產(chǎn)生偏磨效應(yīng)。因此，吊卡保養(yǎng)中提出，使用一定周期后要對(duì)鉸鏈軸進(jìn)行更換，但這一作業(yè)在實(shí)際中存在很大困難，不僅作業(yè)時(shí)效低，還存在很多安全風(fēng)險(xiǎn)。作業(yè)方法也很落后，基本上采用柱銷推頂垂直向下或側(cè)向以大鐵錘撞擊、砸出的方式進(jìn)行，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)控制和成功效率明顯不足。

3 鉸鏈軸拆解技術(shù)研究

DDZ 系列吊卡外形多角多棱，不具規(guī)整形體，以多弧面和枝叉結(jié)構(gòu)形體為主，而這些結(jié)構(gòu)、形體以能夠承載最大負(fù)荷和以最輕的重量、最小體積、最全功能、最適宜制造工藝的理由延續(xù)或保持至今。但在一些具體的結(jié)構(gòu)中也存在不足，如鉸鏈軸拆解分體難的缺陷，給修理作業(yè)造成很大困難。

分析鉸鏈軸結(jié)構(gòu)為一直面圓柱體，與孔眼屬間隙配合，因?yàn)殚L(zhǎng)期靜置和在潤(rùn)滑條件差的環(huán)境中形成粘連效應(yīng)，從拆解鉸鏈軸的受力中分析，都是沿軸的正軸方向施加頂推力，讓軸孔與軸的接觸面間產(chǎn)生剪切而破壞粘連力量，依據(jù)這一理論，圍繞吊卡的奇特形狀，研究借助液壓形成更大的頂推鉸鏈軸力，只需將這種推力建立形成一種受力結(jié)構(gòu)，完全能夠適應(yīng)吊卡的多枝叉外形和偏心受力狀態(tài)。

4 液壓能拆解鉸鏈軸裝置

液壓能具有承載力大、持久性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、操作省力、容易控制等優(yōu)特點(diǎn)，借助液壓能實(shí)現(xiàn)對(duì)鉸鏈軸的頂推作用。圍繞“羊角、牛頭”式外形，建立豎直正軸方向上的液壓頂推力，一臺(tái)直徑40 mm、行程150 mm 柱塞式頂升油缸的頂推力達(dá)20 t（196 kN），與用大鐵錘撞擊所產(chǎn)生的沖擊能量雖不能對(duì)比，但對(duì)于頂推鉸鏈軸所產(chǎn)生的效果卻大不同，在持續(xù)性力量平衡中，鉸鏈軸在不斷地退出孔眼，根據(jù)自身所處配合間隙的吸附或粘連程度建立起平衡退讓運(yùn)動(dòng)關(guān)系，長(zhǎng)久的持續(xù)頂推力可將鉸鏈軸輕快地頂推出孔眼，實(shí)現(xiàn)對(duì)DDZ 系列型吊卡鉸鏈軸的液壓能機(jī)械拆解分體修理作業(yè)，進(jìn)一步形成機(jī)械化、自動(dòng)化操作。

液壓能機(jī)械拆解裝置的受力結(jié)構(gòu)架可多樣化設(shè)計(jì)，在此僅論述一種裝置及拆解技術(shù)和頂推原理。

如圖1 所示，拆解裝置由上、下壓杠通過(guò)兩邊鉸鏈機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)絲杠連接，形成空間受力框架。調(diào)節(jié)絲杠分正反螺紋并由調(diào)節(jié)套連接為整體部件，主要承受拉力，鎖定上、下壓杠間的距離，滿足不同吊卡所需的高度調(diào)節(jié)；下壓杠與作業(yè)平臺(tái)間設(shè)計(jì)有滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠在作業(yè)平臺(tái)面上沿軌道滑動(dòng)，滿足吊卡體積所占空間，能精準(zhǔn)對(duì)正鉸鏈軸中心位置施加頂推力；作業(yè)平臺(tái)以平面鋼板制成，主要為裝置建立整體構(gòu)架，便于安放和移運(yùn)操作。中心位有伸縮筒定位，形成支撐臺(tái)面，待拆解的吊卡放置在支撐臺(tái)形成平衡、平穩(wěn)狀態(tài)，支撐臺(tái)下部與伸縮筒組成扶正伸縮結(jié)構(gòu)，滿足調(diào)節(jié)吊卡在受力狀態(tài)下的高度平衡差，調(diào)節(jié)高度平衡差由上部手輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)調(diào)節(jié)絲杠與支撐臺(tái)、伸縮筒共同形成升降運(yùn)動(dòng)關(guān)系，主要為滿足在頂推力作用下的吊卡能夠隨上、下壓杠空間所產(chǎn)生的變形而有效調(diào)節(jié)吊卡的水平面放置狀態(tài)，進(jìn)一步保證頂推油缸的力沿鉸鏈軸的正軸方向施加，不發(fā)生偏斜頂推現(xiàn)象；在支撐臺(tái)上部設(shè)計(jì)有扶正套，滿足不同規(guī)格吊卡內(nèi)孔徑的扶正效果，扶正套與吊卡內(nèi)孔徑相互配對(duì)應(yīng)用，可以更換，取放操作方便，這也是該裝置的一個(gè)多用途設(shè)計(jì)亮點(diǎn)；上、下壓杠間連接的調(diào)節(jié)絲杠的兩個(gè)端部采用柱銷類鉸鏈機(jī)構(gòu)，方便向兩側(cè)方向?qū)嵤﹥A倒放置，將上壓杠連接柱銷撥出即可形成對(duì)兩個(gè)調(diào)節(jié)絲杠的側(cè)向倒放，此時(shí)上壓杠處于個(gè)體單元構(gòu)件，可輕松在吊卡上平面內(nèi)取下或安放；當(dāng)整個(gè)受力框架解體后，吊卡在作業(yè)平臺(tái)上享有獨(dú)立大空間，使吊放作業(yè)方便、安全，一人開啟吊車即能輕松完成拆解、安裝的全部工作內(nèi)容。

圖1 DDZ 型吊卡拆解裝置

液壓能機(jī)械拆解裝置頂推油缸可采用傳統(tǒng)型液壓千斤頂（圖2），升級(jí)可選電動(dòng)泵升壓裝置（圖3）。如能將這一拆解技術(shù)原理整合，形成專用拆解機(jī)械設(shè)備，配以更加美觀的外形和結(jié)構(gòu)成為一種產(chǎn)品，由專業(yè)廠家制造，與吊卡修理單位配套購(gòu)置效果會(huì)更好。

圖2 液壓千斤頂型拆解裝置

圖3 電動(dòng)泵升壓型拆解裝置

該型拆解裝置所容納的吊卡范圍大，一套裝置針對(duì)的是DDZ 系列吊卡的拆解鉸鏈軸操作，根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)廠家與使用單位間沒(méi)有形成返廠修理的狀態(tài)格局，在大部分修理單位還在延用大鐵錘撞擊軸銷的方式，推薦引用這一拆解技術(shù)及整體裝置，可以提升作業(yè)安全和效率。

5 應(yīng)用效果

液壓能拆解鉸鏈軸裝置在修理作業(yè)中得到認(rèn)可，且效益明顯，于2019 年獲渤海鉆探公司QC 一等獎(jiǎng)。該項(xiàng)技術(shù)、裝置不僅解決了吊卡拆解中的困難，還解決了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大和重體力作業(yè)問(wèn)題，只需一人操作電動(dòng)泵控制開關(guān)，控制好壓力與頂推力的匹配關(guān)系，就能輕松、快捷地拆解吊卡鉸鏈軸。