钻杆吊卡绞链轴拆解技术研究与应用

谭晓江，尹德森，张 川，唐伟华

（渤海钻探工程有限公司渤海钻探管具技术分公司万庄项目部，河北沧州 065007）

1 吊卡结构特征与工作原理

钻杆吊卡以其结构不同命名为侧开（CD 型）和对开（DD型）两大类，其中DD 型又分DDZ、DDZ（T）DD（TA）、DD（AA）等型号的系列产品。主要是局部结构和承载（悬持）对象不同，以一种DDZ 型结构类吊卡为例，对修理拆解作业中的一些技术问题、所研究的内容加以论述。

DDZ、DDZ（T）系列型吊卡由右主体、左主体、卡页、锁钩、铰链轴、卡页轴等零件组成。左、右主体通过铰链轴连接；卡页由卡页轴固定在左主体上，并围绕卡页轴转动；扭簧安装在卡页轴上，让卡页自动复位；铰链轴、卡页轴由弹性限位销固定，拆卸较为方便；锁钩由锁钩螺栓和扭簧固定在卡页上，在扭簧作用下紧紧地钩住钩紧销，起锁紧作用。开合时，拉动锁钩旋转，锁钩从右主体上的钩紧销上脱落，继续拉动锁钩，卡页从右主体锁紧块上脱离，这时可以打开吊卡，进行悬持管柱的扣合或脱离作业。关闭时，用力拉动左、右主体上的手柄，卡页和锁钩在扭簧作用下自动恢复原位并锁紧，这时可以对所需悬持管柱实施起吊或下降作业。

2 存在的问题

从吊卡结构可以看出，铰链轴上方设计有一通槽，与其贯穿的弹性圆柱销在安装配合中形成固定，目的是限制铰链轴的退出，实际上也限制了铰链轴与左主体上配合孔眼间的周向旋转运动，即将铰链轴与左主体形成了固定，这种配合结构将铰链轴与配合孔眼长时间连接在一起，就会产生固化，加之在钻井液的浸蚀下更加形成粘连效应。而右主体在铰链轴中间部位形成旋转半角运动格局，一方面使活动范围受限、不能很好形成磨合运动关系，另一方面也产生偏磨效应。因此，吊卡保养中提出，使用一定周期后要对铰链轴进行更换，但这一作业在实际中存在很大困难，不仅作业时效低，还存在很多安全风险。作业方法也很落后，基本上采用柱销推顶垂直向下或侧向以大铁锤撞击、砸出的方式进行，作业风险控制和成功效率明显不足。

3 铰链轴拆解技术研究

DDZ 系列吊卡外形多角多棱，不具规整形体，以多弧面和枝叉结构形体为主，而这些结构、形体以能够承载最大负荷和以最轻的重量、最小体积、最全功能、最适宜制造工艺的理由延续或保持至今。但在一些具体的结构中也存在不足，如铰链轴拆解分体难的缺陷，给修理作业造成很大困难。

分析铰链轴结构为一直面圆柱体，与孔眼属间隙配合，因为长期静置和在润滑条件差的环境中形成粘连效应，从拆解铰链轴的受力中分析，都是沿轴的正轴方向施加顶推力，让轴孔与轴的接触面间产生剪切而破坏粘连力量，依据这一理论，围绕吊卡的奇特形状，研究借助液压形成更大的顶推铰链轴力，只需将这种推力建立形成一种受力结构，完全能够适应吊卡的多枝叉外形和偏心受力状态。

4 液压能拆解铰链轴装置

液压能具有承载力大、持久性强、稳定性好、操作省力、容易控制等优特点，借助液压能实现对铰链轴的顶推作用。围绕“羊角、牛头”式外形，建立竖直正轴方向上的液压顶推力，一台直径40 mm、行程150 mm 柱塞式顶升油缸的顶推力达20 t（196 kN），与用大铁锤撞击所产生的冲击能量虽不能对比，但对于顶推铰链轴所产生的效果却大不同，在持续性力量平衡中，铰链轴在不断地退出孔眼，根据自身所处配合间隙的吸附或粘连程度建立起平衡退让运动关系，长久的持续顶推力可将铰链轴轻快地顶推出孔眼，实现对DDZ 系列型吊卡铰链轴的液压能机械拆解分体修理作业，进一步形成机械化、自动化操作。

液压能机械拆解装置的受力结构架可多样化设计，在此仅论述一种装置及拆解技术和顶推原理。

如图1 所示，拆解装置由上、下压杠通过两边铰链机构和调节丝杠连接，形成空间受力框架。调节丝杠分正反螺纹并由调节套连接为整体部件，主要承受拉力，锁定上、下压杠间的距离，满足不同吊卡所需的高度调节；下压杠与作业平台间设计有滑动机构，能够在作业平台面上沿轨道滑动，满足吊卡体积所占空间，能精准对正铰链轴中心位置施加顶推力；作业平台以平面钢板制成，主要为装置建立整体构架，便于安放和移运操作。中心位有伸缩筒定位，形成支撑台面，待拆解的吊卡放置在支撑台形成平衡、平稳状态，支撑台下部与伸缩筒组成扶正伸缩结构，满足调节吊卡在受力状态下的高度平衡差，调节高度平衡差由上部手轮旋转带动调节丝杠与支撑台、伸缩筒共同形成升降运动关系，主要为满足在顶推力作用下的吊卡能够随上、下压杠空间所产生的变形而有效调节吊卡的水平面放置状态，进一步保证顶推油缸的力沿铰链轴的正轴方向施加，不发生偏斜顶推现象；在支撑台上部设计有扶正套，满足不同规格吊卡内孔径的扶正效果，扶正套与吊卡内孔径相互配对应用，可以更换，取放操作方便，这也是该装置的一个多用途设计亮点；上、下压杠间连接的调节丝杠的两个端部采用柱销类铰链机构，方便向两侧方向实施倾倒放置，将上压杠连接柱销拨出即可形成对两个调节丝杠的侧向倒放，此时上压杠处于个体单元构件，可轻松在吊卡上平面内取下或安放；当整个受力框架解体后，吊卡在作业平台上享有独立大空间，使吊放作业方便、安全，一人开启吊车即能轻松完成拆解、安装的全部工作内容。

图1 DDZ 型吊卡拆解装置

液压能机械拆解装置顶推油缸可采用传统型液压千斤顶（图2），升级可选电动泵升压装置（图3）。如能将这一拆解技术原理整合，形成专用拆解机械设备，配以更加美观的外形和结构成为一种产品，由专业厂家制造，与吊卡修理单位配套购置效果会更好。

图2 液压千斤顶型拆解装置

图3 电动泵升压型拆解装置

该型拆解装置所容纳的吊卡范围大，一套装置针对的是DDZ 系列吊卡的拆解铰链轴操作，根据现有生产厂家与使用单位间没有形成返厂修理的状态格局，在大部分修理单位还在延用大铁锤撞击轴销的方式，推荐引用这一拆解技术及整体装置，可以提升作业安全和效率。

5 应用效果

液压能拆解铰链轴装置在修理作业中得到认可，且效益明显，于2019 年获渤海钻探公司QC 一等奖。该项技术、装置不仅解决了吊卡拆解中的困难，还解决了作业人员劳动强度大和重体力作业问题，只需一人操作电动泵控制开关，控制好压力与顶推力的匹配关系，就能轻松、快捷地拆解吊卡铰链轴。