CN109611034B - 万向受力内平插接式钻杆接头连接装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
万向受力内平插接式钻杆接头连接装置及其使用方法，涉及杆件连接技术领域，用于同轴连接待连接杆件一和待连接杆件二，其由异形传力镶块及自复位挡块机构组成；异形传力镶块内嵌于待连接杆件一和待连接杆件二之间形成的与其形状相吻合的凹槽区域内将二者连接起来，自复位挡块机构对异形传力镶块进行限位固定；本发明适用范围广、可反复拆装且拆卸方便；正反向均可传递较大轴力和扭矩，保证两轴类零件在任何运动中连接可靠；空心轴类零件连接时可不改变两连接件的内外壁直径大小；在传递扭矩过程中，依靠异形传力镶块和排布方式对受力进行分解，无应力集中；加工步骤较少，不受外界温度、湿度影响，可在复杂环境下使用的杆件连接机构及方法。
Description
技术领域
本发明涉及杆件连接技术领域，特别涉及一种万向受力内平插接式钻杆接头连接装置及其使用方法。
背景技术
包括钻井工程中的钻杆在内的许多机械杆件的连接结构问题是工业设计和生产中一个常见且重要的问题。现有的连接方式各自都有一定的缺点和使用的局限性。如螺钉连接不适用于具有不规则表面的零件，且螺钉的大小选用可能干涉机械结构，占用壁厚较大；铆接固定时承受外力有限，且当用于空心类零件连接时内外壁可能产生机械形变；螺纹连接只能承受单方向力矩，无法承受反向力矩；卡钩连接增大了零件的原本尺寸；焊接可能会使薄壁类零件预热后产生受热变形，并且不可拆卸；胶接可承受外力较小，且受温度湿度影响较大；胀接不宜准确控制胀接扭矩，过大的内壁应力会加剧应力腐蚀倾向，甚至产生疲劳脱层；销接不宜或无法承受垂直于键方向的外力等。
因此，针对于目前的钻杆等机械杆件的连接方式现状，亟需一种新的技术方案解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有连接方法各自的缺点和使用局限性，提供了一种万向受力内平插接式钻杆接头连接装置及其使用方法，适用范围广，克服了多数现有连接方式的缺点，且加工制造工艺少，连接可靠。
具体本发明采用如下的技术方案：
本发明提供的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，所述连接装置用于同轴连接待连接杆件一和待连接杆件二，其特征在于：其由异形传力镶块及自复位挡块机构组成；
所述待连接杆件一的下部外侧开设有限位卡槽一，待连接杆件一的下部内侧开设有凹槽一，且凹槽一的凹陷形状与异形传力镶块位于分界线以上部分的形状相同，所述分界线为待连接杆件一和待连接杆件二连接处；
所述异形传力镶块的形状呈两头宽中间窄，异形传力镶块内嵌于待连接杆件一和待连接杆件二形成的凹槽区域内，该凹槽区域由凹槽一和凹槽二构成，异形传力镶块位于分界线以上部分设置在待连接杆件一的凹槽一中，异形传力镶块位于分界线以下部分设置在待连接杆件二的凹槽二中；
所述自复位挡块机构包括挡块和复位弹簧，复位弹簧置于限位卡槽二内，复位弹簧的上部设置有挡块，挡块的下部一部分置于限位卡槽二内，挡块的上部一部分置于限位卡槽一内，挡块上部设有粗糙段；
所述待连接杆件二的上部通过异形传力镶块和自复位挡块机构配合与待连接杆件一同轴连接，待连接杆件二的上部外侧开设有限位卡槽二，待连接杆件二的上部内侧设置有凹槽二，且凹槽二的凹陷形状与异形传力镶块位于分界线以下部分的形状相同。
所述异形传力镶块的形状为工字型。
所述异形传力镶块为为两个梯形短边重合组成的块状体。
所述异形传力镶块的形状为双曲线型。
本发明提出的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：连接时，先将复位弹簧放入位于待连接杆件二上部外侧的限位卡槽二内，再将挡块放在复位弹簧上部，向下按压挡块直至其全部进入限位卡槽二内并保持不动；
步骤S2：将待连接杆件一放在待连接杆件二上，待连接杆件一和待连接杆件二同轴，调整待连接杆件一方向使凹槽一和凹槽二对应，将异形传力镶块放入凹槽一和凹槽二组成的凹槽区域内，之后释放挡块，使其在复位弹簧的作用下上升直至进入位于待连接杆件一下部外侧的限位卡槽一内，对异形传力镶块进行固定；
步骤S3：拆卸时，通过挡块上部的粗糙段对挡块施加向下的力使其向下移动直至全部进入位于待连接杆件二上部外侧的限位卡槽二内，之后调整异形传力镶块的朝向，使其在自身重力的作用下自行脱落，之后卸下待连接杆件二，再将挡块和复位弹簧取出即可。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明适用于有一定厚度的正反轴向和周向受力的任何轴类零件连接，可反复拆装且拆卸方便；正反向均可传递较大轴力和扭矩，保证两轴类零件在任何运动中连接可靠；空心轴类零件连接时可不改变两连接件的内外壁直径大小；在传递扭矩过程中，依靠异形传力镶块和排布方式对受力进行分解，无应力集中；加工步骤较少，不受外界温度、湿度影响，可在复杂环境下使用。
附图说明
图1是本发明万向受力内平插接式钻杆接头连接装置的结构剖视图。
图2是图1的局部放大图。
图3是本发明适用的圆柱形杆件示意图。
图4是本发明适用的四方形杆件示意图。
图5是本发明适用的六方形杆件示意图。
图6是本发明实施例1中异形传力镶块结构和存在状态的示意图一。
图7是本发明实施例1中异形传力镶块结构和存在状态的示意图二。
图8是本发明实施例2中异形传力镶块结构和存在状态的示意图。
图9是本发明实施例3中异形传力镶块结构和存在状态的示意图。
图中各标记如下：1-待连接杆件一，2-异形传力镶块、3-自复位挡块机构，4-待连接杆件二，11-凹槽一，12-限位卡槽一，31-挡块，32-复位弹簧，33-粗糙段，41-凹槽二，42-限位卡槽二。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1及图2，本发明提出的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，用于同轴连接待连接杆件一1和待连接杆件二4，其由异形传力镶块2及自复位挡块机构3组成；异形传力镶块2内嵌于待连接杆件一1和待连接杆件二4之间形成的与其形状相吻合的凹槽区域内将二者连接起来，自复位挡块机构3对异形传力镶块2进行限位固定；
所述待连接杆件一1的下部外侧开设有限位卡槽一12，待连接杆件一1的下部内侧开设有凹槽一11，且凹槽一11的凹陷形状与异形传力镶块2位于分界线以上部分的形状相同，所述分界线为待连接杆件一1和待连接杆件二4连接处；
所述异形传力镶块2内嵌于待连接杆件一1和待连接杆件二4之间形成的凹槽区域内，以待连接杆件一1和待连接杆件二4连接处为分界线，即中心线A-A，异形传力镶块2位于中心线A-A以上部分设置在连接杆件一1的凹槽一11中，异形传力镶块2位于中心线A-A以下部分设置在待连接杆件二4的凹槽二41中；
所述自复位挡块机构3包括挡块31和复位弹簧32，复位弹簧32置于位于待连接杆件二4上部的限位卡槽二42内，复位弹簧32的上部放置有挡块31，挡块31的下部一部分置于限位卡槽二42内，挡块31的上部一部分置于限位卡槽一12内，挡块31上部设有粗糙段33；
所述待连接杆件二4的上部通过异形传力镶块2和自复位挡块机构3配合与待连接杆件一1同轴连接，待连接杆件二4的上部外侧开设有限位卡槽二42，待连接杆件二4的上部内侧开设有凹槽二41，且凹槽二41的凹陷形状与异形传力镶块2位于分界线以下部分的形状相同。
所述的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，除适用于钻杆外，其还可适用于圆柱形、四方形和六方形等所有具有一定厚度的正反轴向和周向受力的任何轴类零件连接，包括木管、铜管、铁管、铝合金管和钢管等。
所述的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，其中，异形传力镶块2可以为多种不规则形状的两头宽中间窄的块体，可同时承受上下拉压和扭矩作用。所用材料可以为钢、硬质合金和碳纤维复合材料等抗拉压和抗扭性能好的材料，优选地异形传力镶块2形状为工字型或双曲线型，或者异形传力镶块2为两个梯形短边重合组成的块状体。
所述的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，其中，当所用异形传力镶块2可能存在应力集中问题时，如图6和图7所示形状，应按中心线A-A位置进行差异排布，使相邻异形传力镶块2的中心线A-A位置应不同，如B侧采用图6所示异形传力镶块2，C侧采用图7所示异形传力镶块2；当所用异形传力镶块2不存在应力集中问题时，如图8和图9所示形状，其每侧排布方式相同。
具体万向受力内平插接式钻杆接头连接装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤S1：连接时，先将复位弹簧32放入位于待连接杆件二4上部外侧的限位卡槽二42内，再将挡块31放在复位弹簧32上部，向下按压挡块31直至其全部进入限位卡槽二42内并保持不动；
步骤S2：将待连接杆件一1放在待连接杆件二4上，待连接杆件一1和待连接杆件二4同轴，调整待连接杆件一1方向使凹槽一11和凹槽二41对应，将异形传力镶块2放入凹槽一11和凹槽二41组成的凹槽区域内，之后释放挡块31，使其在复位弹簧32的作用下上升直至进入位于待连接杆件一1下部外侧的限位卡槽一12内，对异形传力镶块2进行固定；
步骤S3：拆卸时，通过挡块31上部的粗糙段33对挡块31施加向下的力使其向下移动直至全部进入位于待连接杆件二4上部外侧的限位卡槽二42内，之后调整异形传力镶块2朝下与重力的方向一致，由于其自由度增加，使其在自身重力的作用下自行脱落，之后卸下待连接杆件二4，再将挡块31和复位弹簧32取出即可。
实施例1
请参阅图1、图3、图6和图7所示，本实施例用于实现圆柱形杆件一1和圆柱形杆件二4同轴连接；
所述圆柱形杆件一1的下部外侧开设有限位卡槽一12，圆柱形杆件一1的下部内侧开设有凹槽一11，且凹槽一11的凹陷形状与异形传力镶块2位于分界线以上部分的形状相同，所述分界线为圆柱形杆件一1和圆柱形杆件二4连接处；
所述异形传力镶块2内嵌于圆柱形杆件一1和圆柱形杆件二4之间形成的凹槽区域内，以圆柱形杆件一1和圆柱形杆件二4连接处为分界线，即中心线A-A，异形传力镶块2位于中心线A-A以上部分设置在连接杆件一1的凹槽一11中，异形传力镶块2位于中心线A-A以下部分设置在圆柱形杆件二4的凹槽二41中；圆柱形杆件一1和圆柱形杆件二4的B侧采用图6所示异形传力镶块2设计，C侧采用图7所示异形传力镶块2设计；
所述自复位挡块机构3包括挡块31和复位弹簧32，复位弹簧32置于位于圆柱形杆件二4上部的限位卡槽二42内，复位弹簧32的上部放置有挡块31，挡块31的下部一部分置于限位卡槽二42内，挡块31的上部一部分置于限位卡槽一12内，挡块31上部设有粗糙段33；
所述圆柱形杆件二4的上部通过异形传力镶块2和自复位挡块机构3配合与圆柱形杆件一1同轴连接，圆柱形杆件二4的上部外侧开设有限位卡槽二42，圆柱形杆件二4的上部内侧开设有凹槽二41，且凹槽二41的凹陷形状与异形传力镶块2位于分界线以下部分的形状相同。
本发明的工作原理和过程：
步骤S1：连接时，先将复位弹簧32放入位于圆柱形杆件二4上部外侧的限位卡槽二42内，再将挡块31放在复位弹簧32上部，向下按压挡块31直至其全部进入限位卡槽二42内并保持不动；
步骤S2：将圆柱形杆件一1放在圆柱形杆件二4上，圆柱形杆件一1和圆柱形杆件二4同轴，调整圆柱形杆件一1方向使凹槽一11和凹槽二41对应，将异形传力镶块2放入凹槽一11和凹槽二41组成的凹槽区域内，之后释放挡块31，使其在复位弹簧32的作用下上升直至进入位于圆柱形杆件一1下部外侧的限位卡槽一12内，对异形传力镶块2进行固定；
步骤S3：拆卸时，通过挡块31上部的粗糙段33对挡块31施加向下的力使其向下移动直至全部进入位于圆柱形杆件二4上部外侧的限位卡槽二42内，之后调整异形传力镶块2朝下与重力的方向一致，由于其自由度增加，使其在自身重力的作用下自行脱落，之后卸下圆柱形杆件二4，再将挡块31和复位弹簧32取出即可。
实施例2
请参阅图1、图4和图8所示，本实施例用于实现四方形杆件一1和四方形杆件二4同轴连接；
所述四方形杆件一1的下部外侧开设有限位卡槽一12，四方形杆件一1的下部内侧开设有凹槽一11，且凹槽一11的凹陷形状与异形传力镶块2位于分界线以上部分的形状相同，所述分界线为四方形杆件一1和四方形杆件二4连接处；
所述异形传力镶块2内嵌于四方形杆件一1和四方形杆件二4之间形成的凹槽区域内，以四方形杆件一1和四方形杆件二4连接处为分界线，即中心线A-A，异形传力镶块2位于中心线A-A以上部分设置在连接杆件一1的凹槽一11中，异形传力镶块2位于中心线A-A以下部分设置在四方形杆件二4的凹槽二41中；四方形杆件一1和四方形杆件二4的B侧和C侧均采用图8所示异形传力镶块2设计；
所述自复位挡块机构3包括挡块31和复位弹簧32，复位弹簧32置于位于四方形杆件二4上部的限位卡槽二42内，复位弹簧32的上部放置有挡块31，挡块31的下部一部分置于限位卡槽二42内，挡块31的上部一部分置于限位卡槽一12内，挡块31上部设有粗糙段33；
所述四方形杆件二4的上部通过异形传力镶块2和自复位挡块机构3配合与四方形杆件一1同轴连接，四方形杆件二4的上部外侧开设有限位卡槽二42，四方形杆件二4的上部内侧开设有凹槽二41，且凹槽二41的凹陷形状与异形传力镶块2位于分界线以下部分的形状相同。
本发明的工作原理和过程：
步骤S1：连接时，先将复位弹簧32放入位于四方形杆件二4上部外侧的限位卡槽二42内，再将挡块31放在复位弹簧32上部，向下按压挡块31直至其全部进入限位卡槽二42内并保持不动；
步骤S2：将四方形杆件一1放在四方形杆件二4上，四方形杆件一1和四方形杆件二4同轴，调整四方形杆件一1方向使凹槽一11和凹槽二41对应，将异形传力镶块2放入凹槽一11和凹槽二41组成的凹槽区域内，之后释放挡块31，使其在复位弹簧32的作用下上升直至进入位于四方形杆件一1下部外侧的限位卡槽一12内，对异形传力镶块2进行固定；
步骤S3：拆卸时，通过挡块31上部的粗糙段33对挡块31施加向下的力使其向下移动直至全部进入位于四方形杆件二4上部外侧的限位卡槽二42内，之后调整异形传力镶块2朝下与重力的方向一致，由于其自由度增加，使其在自身重力的作用下自行脱落，之后卸下四方形杆件二4，再将挡块31和复位弹簧32取出即可。
实施例3
请参阅图1、图5和图9所示，本实施例用于实现六方形杆件一1和六方形杆件二4同轴连接；
所述六方形杆件一1的下部外侧开设有限位卡槽一12，六方形杆件一1的下部内侧开设有凹槽一11，且凹槽一11的凹陷形状与异形传力镶块2位于分界线以上部分的形状相同，所述分界线为六方形杆件一1和六方形杆件二4连接处；
所述异形传力镶块2内嵌于六方形杆件一1和六方形杆件二4之间形成的凹槽区域内，以六方形杆件一1和六方形杆件二4连接处为分界线，即中心线A-A，异形传力镶块2位于中心线A-A以上部分设置在连接杆件一1的凹槽一11中，异形传力镶块2位于中心线A-A以下部分设置在六方形杆件二4的凹槽二41中；六方形杆件一1和六方形杆件二4的B侧和C侧均采用图9所示异形传力镶块2设计；
所述自复位挡块机构3包括挡块31和复位弹簧32，复位弹簧32置于位于六方形杆件二4上部的限位卡槽二42内，复位弹簧32的上部放置有挡块31，挡块31的下部一部分置于限位卡槽二42内，挡块31的上部一部分置于限位卡槽一12内，挡块31上部设有粗糙段33；
所述六方形杆件二4的上部通过异形传力镶块2和自复位挡块机构3配合与六方形杆件一1同轴连接，六方形杆件二4的上部外侧开设有限位卡槽二42，六方形杆件二4的上部内侧开设有凹槽二41，且凹槽二41的凹陷形状与异形传力镶块2位于分界线以下部分的形状相同。
本发明的工作原理和过程：
步骤S1：连接时，先将复位弹簧32放入位于六方形杆件二4上部外侧的限位卡槽二42内，再将挡块31放在复位弹簧32上部，向下按压挡块31直至其全部进入限位卡槽二42内并保持不动；
步骤S2：将六方形杆件一1放在六方形杆件二4上，六方形杆件一1和六方形杆件二4同轴，调整六方形杆件一1方向使凹槽一11和凹槽二41对应，将异形传力镶块2放入凹槽一11和凹槽二41组成的凹槽区域内，之后释放挡块31，使其在复位弹簧32的作用下上升直至进入位于六方形杆件一1下部外侧的限位卡槽一12内，对异形传力镶块2进行固定；
步骤S3：拆卸时，通过挡块31上部的粗糙段33对挡块31施加向下的力使其向下移动直至全部进入位于六方形杆件二4上部外侧的限位卡槽二42内，之后调整异形传力镶块2朝下与重力的方向一致，由于其自由度增加，使其在自身重力的作用下自行脱落，之后卸下六方形杆件二4，再将挡块31和复位弹簧32取出即可。
Claims (5)
1.万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，所述连接装置用于同轴连接待连接杆件一(1)和待连接杆件二(4)，其特征在于：其由异形传力镶块(2)及自复位挡块机构(3)组成；
所述待连接杆件一(1)的下部外侧开设有限位卡槽一(12)，待连接杆件一(1)的下部内侧开设有凹槽一(11)，且凹槽一(11)的凹陷形状与异形传力镶块(2)位于分界线以上部分的形状相同，所述分界线为待连接杆件一(1)和待连接杆件二(4)连接处；
所述异形传力镶块(2)的形状呈两头宽中间窄，异形传力镶块(2)内嵌于待连接杆件一(1)和待连接杆件二(4)形成的凹槽区域内，该凹槽区域由凹槽一(11)和凹槽二(41)构成，异形传力镶块(2)位于分界线以上部分设置在待连接杆件一(1)的凹槽一(11)中，异形传力镶块(2)位于分界线以下部分设置在待连接杆件二(4)的凹槽二(41)中；
所述自复位挡块机构(3)包括挡块(31)和复位弹簧(32)，复位弹簧(32)置于限位卡槽二(42)内，复位弹簧(32)的上部设置有挡块(31)，挡块(31)的下部一部分置于限位卡槽二(42)内，挡块(31)的上部一部分置于限位卡槽一(12)内，挡块(31)上部设有粗糙段(33)；
所述待连接杆件二(4)的上部通过异形传力镶块(2)和自复位挡块机构(3)配合与待连接杆件一(1)同轴连接，待连接杆件二(4)的上部外侧开设有限位卡槽二(42)，待连接杆件二(4)的上部内侧设置有凹槽二(41)，且凹槽二(41)的凹陷形状与异形传力镶块(2)位于分界线以下部分的形状相同。
2.根据权利要求1所述的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，其特征在在于：所述异形传力镶块(2)的形状为工字型。
3.根据权利要求1所述的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，其特征在在于：所述异形传力镶块(2)为两个梯形短边重合组成的块状体。
4.根据权利要求1所述的万向受力内平插接式钻杆接头连接装置，其特征在在于：所述异形传力镶块(2)的形状为双曲线型。
5.使用权利要求1所述万向受力内平插接式钻杆接头连接装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：连接时，先将复位弹簧(32)放入位于待连接杆件二(4)上部外侧的限位卡槽二(42)内，再将挡块(31)放在复位弹簧(32)上部，向下按压挡块(31)直至其全部进入限位卡槽二(42)内并保持不动；
步骤S2：将待连接杆件一(1)放在待连接杆件二(4)上，待连接杆件一(1)和待连接杆件二(4)同轴，调整待连接杆件一(1)方向使凹槽一(11)和凹槽二(41)对应，将异形传力镶块(2)放入凹槽一(11)和凹槽二(41)组成的凹槽区域内，之后释放挡块(31)，使其在复位弹簧(32)的作用下上升直至进入位于待连接杆件一(1)下部外侧的限位卡槽一(12)内，对异形传力镶块(2)进行固定；
步骤S3：拆卸时，通过挡块(31)上部的粗糙段(33)对挡块(31)施加向下的力使其向下移动直至全部进入位于待连接杆件二(4)上部外侧的限位卡槽二(42)内，之后调整异形传力镶块(2)的朝向，使其在自身重力的作用下自行脱落，之后卸下待连接杆件二(4)，再将挡块(31)和复位弹簧(32)取出即可。
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