Універсальний машинний ключ для труб

Винахід відноситься до буріння свердловин, а саме до універсальних машинних ключів для труб, і може бути використаний у конструкціях універсальних машинних ключів для згвинчування й розгвинчування компресорних, бурильних або обсадних труб певного ряду діаметрів. Відомий універсальний машинний ключ для бурильних і обсадних труб , який призначений для згвинчування й розгвинчування бурильних і обсадних труб певного діапазону діаметрів (див. опис винаходу до авторського свідоцтва СРСР № 1416660 А1, М. кл. 4 Е21В19/16, опублікований 15.08.1988). Цей ключ містить важіль, шарнірно з'єднані з ним і поміж собою за допомогою пальців три основні щелепи с плашками, декілька великих і одну малу додаткових знімних щелеп, а також одну зубчасту щелепу, защіпку і підвіску. При цьому крайніми ланками у цьому ключі є зубчаста муфта й підвіска. Кожна додаткова знімна щелепа є проміжною ланкою, яка двома своїми кінцями шарнірно з'єднана з суміжними ланками ключа, якими можуть бути одна основи?, щелепа з плашкою й одна інша знімна щелепа, дві інші знімні щелепи або одна знімна щелепа й зубчаста щелепа. Збільшення діаметрів захвату ключа досягається шляхом використання великої або малої додаткових щелеп, які збільшують діаметр захвату на міжвісьову відстань даних щелеп. Недоліками відомого машинного ключа є складність конструкції й недостатня надійність роботи із-за не досить великої жорсткості захвату ключа, які обумовлені значною кількістю знімних щелеп, а також значною кількістю утворених ними з'єднаних ланок, що здійснюють захват тр уби, охопленої ключем. Тому при прикладенні значних зусиль на важіль ключа він може проковзнути відносно охопленої ним труби. Найближчим аналогом винаходу є універсальний машинний ключ для бурильних і обсадних тр уб, який містить важіль, шарнірно з'єднані з важелем і поміж собою за допомогою пальців дві основні щелепи, які оснащені плашками, одна крайня знімна щелепа й защіпка (див. патент України на корисну модель № 843 U, М. Кл. 7: Е21В19/16, опублікований 16.07.2001). Важіль цього ключа шарнірно з'єднаний безпосередньо з двома основними щелепами. Знімна щелепа має зуб, який разом із защіпкою утворюють замикальний механізм ключа. До комплекту ключа входить декілька знімних щелеп, кожна з яких забезпечує певний діаметр захвату ключа. Цей ключ дозволяє кількість щелеп, що одночасно використовується в його конструкції, зменшити до трьох. Це забезпечує збільшення жорсткості захоплення ключа й підвищення його надійності за рахунок зменшення загальної кількості з'єднаних ланок ключа, що здійснюють захоплення труби. Виконання знімної щелепи як крайньої ланки ключа, а не середньої, як у вище описаному аналогу, спрощує операцію зміни діаметра захвату ключа, так як для заміни знімної щелепи досить вибити лише один палець , що з'єднує знімну щелепу з основною щелепою, зняти її, і встановити замість неї іншу знімну щелепу, що має потрібну міжосьову відстань і входить у комплект ключа. Недоліком відомого машинного ключа є те, що він не забезпечує надійне захоплення труб малих діаметрів через застосовану кінематичну схему з'єднання рухомих елементів ключа, а саме з'єднання важеля безпосередньо з двома суміжними з ним щелепами за допомогою пальців, встановлених одночасно в отворах важеля й отворах суміжних щелеп. Це зумовлено тим, що при такій кінематичний схемі машинного ключа, він може проковзувати по трубі під час її захоплення, особливо якщо це труба малого діаметра, так як вибір проміжків між ланками кінематичного ланцюга ключа і затискання труби відбуваються при одночасному переміщенні двох щелеп, що шарнірно за допомогою пальців з'єднані з важелем. А отже, така конструкція ключа не забезпечує належне силове захоплення труб малого діаметра, де потрібно вибирати особливо значні проміжки між трубою й щелепами машинного ключа, що охоплює її. Тому ця конструкція ключа не може бути використана в універсальних машинних ключах для всього діапазону діаметрів труб. Крім того, машинний ключ, в комплект якого входять декілька знімних щелеп, потребує додаткових площ для зберігання цих щелеп. Із-за наявності декількох знімних щелеп, комплект такого ключа має велику масу. Це також збільшує тр удомісткість виготовлення й собівартість машинного ключа. Технічна задача даного винаходу направлена на усунення вказаних недоліків найближчого аналога і полягає у вдосконаленні універсального машинного ключа для труб шляхом зміни схеми кінематичного з'єднання його важеля з іншими елементами ключа і конструктивного виконання цього з'єднання. Указана технічна задача досягається завдяки того, що універсальний машинний ключ для труб, що містить важіль і постачені плашками щелепи, шарнірно з'єднані поміж собою і з важелем за допомогою пальців, згідно з винаходом також містить сергу, яка за допомогою двох пальців, установлених у її отворах; шарнірно з'єднана з одною із крайніх щелеп і важелем, причому з'єднуючий край важеля виконаний у вигляді циліндричного сектора, поверхня якого є ексцентричною до виконаного у важелі отвору під палець, що шарнірно з'єднує палець з сергою, а на зовнішній стороні другої крайньої щелепи поблизу її вільного кінця виконане циліндричне заглиблення, радіус якого відповідає радіусу опуклої поверхні циліндричного сектора важеля і яке разом з циліндричним сектором важеля у зведеному положенні ключа утворює замикальний механізм ключа. Таке конструктивне виконання ключа дозволяє виключити з конструкції защіпку, як невід'ємну проміжну ланку в кінематичному ланцюзі ключа. При такій конструкції ключа циліндричний сектор важеля виконує функцію кулачкового механізму, віссю повороту якого є палець, що з'єднує важіль із сергою, а опорною поверхнею кулачка є поверхня циліндричного заглиблення, яке виконано в другій крайній щелепі Зусилля затиснення труби таким кулачковим механізмом залежить від розміру ексцентриситету кулачка, тобто від відстані між геометричними осями циліндричного сектора і пальця, що з'єднує важіль із сергою. Це дозволяє порівняно з найближчим аналогом починати поворот труби після надійного захвату її ключем, що запобігає проковзування ключа по трубі, а отже підвищує надійність захвату ключем труб, у тому числі й труб малого діаметра. У серзі і/або в другій крайній щелепі можуть бути виконані додаткові отвори для перестановки відповідних з'єднувальних пальців. Це дозволяє змінювати міжвісьову відстань між з'єднувальними пальцями машинного ключа, а отже використовува ти один ключ для труб певного ряду діаметрів без використання додаткових знімних щелеп. Завдяки чому збільшується діапазон діаметрів труб, що можуть бути надійно захоплені ключем. При цьому відпадає необхідність у наявності комплекту додаткових знімних щелеп, а отже, відпадають і всі пов'язані з цим ускладнення. Тобто, зменшується загальна вага ключа і його собівартість, не потрібно додаткових площ для зберігання комплекту знімних елементів ключа, спрощується переналагодження ключа на другий діаметр захвату. Найбільш доцільно, щоб додаткові отвори в серзі були виконані, переважно, на її стороні, що з'єднана з важелем. Це полегшує процес переналагодження ключа на другий діаметр захвата, так як у цьому випадку при переналагодженні треба утримувати тільки один важіль, в той час як усі інші частини ключа у з'єднаному стані можуть нерухомо лежати на якійсь поверхні. Плашка другої крайньої щелепи може бути установлена напроти циліндричного заглиблення, виконаного на зовнішній стороні цієї щелепи. Таке виконання дозволяє забезпечити найбільш рівномірне розміщення плашок щелеп уздовж периферії охоплюваних тр уб усього діапазону діаметрів. Універсальний машинний ключ може містити фіксатор, який запобігає мимовільне розкриття ключа, установленого на трубі. Таке виконання ключа дозволяє утримувати його у зведеному стані на трубі, ще до початку прикладення на його важіль тягового зусилля. Фіксатор може бути утворений поворотною накидною защіпкою і принаймні одним стопорним штифтом, які відповідно встановлені на другій крайній щелепі й важелі. Таке виконання фіксатора є найбільш конструктивно простим. Більш детально суть запропонованого винаходу розкрита нижче з посиланням на креслення, що додаються. На кресленнях зображено: Фіг.1 - універсальний машинний ключ, загальний від.; Фіг.2 - теж саме, вид зверху; Фіг.3 - універсальний машинний ключ у розкритому стані, вид зверху. Універсальний машинний ключ для труб містить важіль 1, сергу 2, середню щелепу 3 і дві крайні щелепи 4 і 5 Щелепи 3, 4, 5 оснащені плашками 6 і шарнірно з'єднані поміж собою за допомогою пальців 7. Плашки 6 вставлені в пази типу "ластівчин хвіст", що виконані в щелепах, і закріплені шплінтами 8. У свою чергу серга 2 за допомогою двох пальців 7, установлених у її отворах 9 і 10, шарнірно з'єднана з крайньою щелепою 4 і важелем 1. З'єднуючий край важеля 1 виконаний у вигляді циліндричного сектора 11, циліндрична поверхня 12 якого є ексцентричною до виконаного у важелі отвору під палець 7, що шарнірно з'єднує важіль із сергою 2. На зовнішній стороні другої крайньої щелепи 5 поблизу її вільного кінця 13 виконане циліндричне заглиблення 14. Циліндричне заглиблення 14 в щелепі 5 і циліндричний сектор 11 важеля 1 у зведеному положенні ключа разом утворюють шарнірний замикальний механізм ключа. В серзі 2 і в другій крайній щелепі 5 виконано по декілька додаткових отворів, відповідно 15 і 16, для перестановки з'єднувальних пальців 7. Додаткові отвори 15 у серзі можуть бути виконані на стороні, що з'єднана з важелем 1. У цьому випадку отвори 15 призначені для перестановки пальця 7, що з'єднує сергу 2 з важелем 1. Пальці 7 закріплені у відповідних отворах елементів ключа за допомогою легкознімних стопорних булавок 17. Плашка 6 другої крайньої щелепи 5 переважно установлена напроти зовнішнього циліндричного заглиблення 14, яке виконане в щелепі 5. Машинний ключ містить фіксатор, який призначений для утримання ключа, установленого на охопленій ним трубі, при відсутності навантаження на важелі. Фіксатор утворений накидною защіпкою 18, що встановлена на боковій поверхні другої крайньої щелепи 5 і має два прорізи 19, і двома стопорними шти фтами 20, що закріплені в отворах, зроблених в тілі циліндричного сектора 11 важеля 1. Універсальний ключ працює так: Перед початком рясоти перевіряють правильність установки ключа на необхідний діаметр труби, про що може свідчити розміщення двох пальців 7, що з'єднують важіль 1 і сергу 2, а також щелепи 3 і 5, у відповідних отворах, виконаних у серзі 2 і щелепі 5. У разі невідповідності установки ключа діаметру труби, його переналагоджують на потрібний діаметр. Для цього, в залежності від діаметра труби, на який треба установити ключ, виймають стопорну булавку 17 із пальця 7, що з'єднує між собою важіль 1 і щелепу 2, або/і стопорну булавку 17, що з'єдн ує між собою щелепи 3 і 5. Потім виймають розфіксований палець 7 із його отвору і переставляють важіль 1 або щелепу 5 в нове положення, яке відповідає необхідному діаметру труби. При цьому положенні отвір важеля повинен співпадати з потрібним отвором 15 в серзі 2, а отвір в серзі 3 повинен співпадати з основним або додатковим відповідним отвором 16 у серзі 5. У новому положенні важіль 1 або/і щелепу 3 закріплюють за допомогою вийнятого до цього пальця 7. Після установки пальця 7 у нове положення, його фіксують стопорними булавками 17. Виставлений на необхідний типорозмір машинний ключ заводять навколо труби або муфти (надалі труби) таким чином, щоб його щелепи з плашками повністю охопили трубу, циліндричний сектор 11 важеля 1 зайшов у циліндричне заглиблення 14 щелепи 5, а циліндричні поверхні сектора 11 і заглиблення 14 прийшли у зіткнення одна з одною. При цьому відбувається замикання важеля 1 із другою крайньою щелепою 5. При прикладанні до кінця важеля 1 зусилля, його циліндричний сектор 11 починає спочатку проковзувати по поверхні циліндричного заглиблення 14 і працює як затискний кулачковий механізм, забезпечуючи при цьому усунення всіх проміжків між поверхнею труби й плашками 6 і надійний захват труби щелепами. Після виникнення необхідних контактних напружень між плашками й трубою, забезпечується передача ключем на трубу обертального моменту, який створюють на його важелі. При цьому важіль 1 повертається разом з трубою, а його циліндричний сектор 11 рухається як одне ціле разом із другою крайньою щелепою 5. При необхідності утримання ключа на трубі необхідно користуватися защіпкою 18. у цьому випадку перед розкриттям ключа важіль 1 треба звільнити від защіпки 18. Для забезпечення реверсу ключа його установлюють на трубі у перевернутому на 180° положенні. При цьому захват труби, прикладення зусилля на важіль й передача обертального моменту на трубу здійснюється у протилежному напрямку.