连续旋转多功能铁钻工
阅读说明：本技术 连续旋转多功能铁钻工 (Continuous rotating multifunctional iron roughneck ) 是由 张庆斌 刘兴邦 李联中 魏双会 豆乔 吴爱萍 张建 孙占广 朱本温 董芳杞 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种连续旋转多功能铁钻工,包括安装在支撑滑移框架上的主钳和背钳,主钳包括能够开合的主钳右侧半体和主钳左侧半体,主钳右侧半体和主钳左侧半体的上部安装有液压油泵缸,下部安装有泥浆下盖板；背钳包括能够开合的背钳右侧半体和背钳左侧半体,背钳右侧半体和背钳左侧半体的外缘及顶部均安装有泥浆防喷溅橡胶板以及泥浆上盖板,背钳移动机架的后侧壁与连接在支撑滑移框架上的移动液压缸相连接,背钳移动机架和主钳移动机架之间安装有接箍补偿液压缸。本发明在钻杆上卸扣、旋扣-紧扣以及崩扣-旋扣等作业时各环节之间可连续旋转无停顿,且集泥浆在位回收功能于一体具有操作简洁,且作业时效性高,自动化程度高的优点。(The invention discloses a continuous rotation multifunctional iron roughneck, which comprises main tongs and back tongs, wherein the main tongs and the back tongs are arranged on a support sliding frame, the main tongs comprise a main tong right side half body and a main tong left side half body which can be opened and closed, the upper parts of the main tong right side half body and the main tong left side half body are provided with hydraulic oil pump cylinders, and the lower parts of the main tong right side half body and the main tong left side half body are provided with a slurry lower cover plate; the back-up tong includes back-up tong right side halfbody and back-up tong left side halfbody that can open and shut, and the outer fringe and the top of back-up tong right side halfbody and back-up tong left side halfbody all install mud and prevent splash rubber slab and mud upper cover plate, and the back lateral wall of back-up tong moving frame is connected with the removal pneumatic cylinder of connecting on the support sliding frame, installs coupling compensation pneumatic cylinder between back-up tong moving frame and the main tong moving frame. The invention can continuously rotate without pause between links during operations of shackle, screwing-fastening, buckle breaking-screwing and the like on the drill rod, and has the advantages of simple operation, high operation timeliness and high automation degree by integrating the mud in-situ recovery function.)
技术领域
本发明涉及石油钻采设备技术领域，具体的说是一种连续旋转多功能铁钻工。
背景技术
铁钻工是一种便捷、安全、高效的管具上卸扣作业设备，是自动化钻井、修井中非常重要的辅助设备。常规钻修井作业时，钻杆的上卸扣作业过程包括旋扣、紧扣以及崩扣等几个操作环节。在进行上扣作业时，铁钻工的背钳先夹紧下钻杆接头，然后铁钻工钳体上部的旋扣装置进行旋扣作业，旋扣操作完毕后旋扣装置松开钻杆，铁钻工的主钳夹紧上部钻杆接头，主钳在扭矩液压缸作用下转动一定角度进行紧扣作业，如若紧扣扭矩达不到指定扭矩值，则主钳松开钻柱接头，扭矩液压缸带动主钳反向旋转一定角度进行复位，然后重复扭矩钳紧扣作业过程，直至接头扭矩达到设定扭矩值。钻杆旋扣与紧扣作业需要背钳、旋扣钳以及主钳等三套不同装置进行协同作业，各操作环节之间进行转换时，上一作业过程中的作业装置需要释放作业对象并复位，而下一作业环节的作业装置需要进行相应的准备及就位动作，作业过程间断不连续，各环节串行操作，作业耗时长且操作程序繁杂。钻杆的卸扣过程为钻杆上扣过程的逆过程，且同样存在前述问题。
常规卸扣作业过程中，为防止卸扣后接头上部钻杆内泥浆的喷溅，常使用泥浆防喷盒来进行卸扣后泥浆的回收工作。在泥浆回收时，铁钻工需要先退出井口位置，以让出泥浆防喷盒对钻杆接头进行处理的空间，然后通过单独泥浆防喷盒进行泥浆回收。泥浆回收完毕，泥浆防喷盒打开并退出井口位置，以便铁钻工进行下一钻杆立根的卸扣作业。整个操作过程同样存在泥浆防喷盒的准备、就位、作业及复位等串行操作环节。整个钻杆上卸扣及泥浆回收操作过程繁杂，效率低下，同时，存在操作人员工作量大以及极易发生误操作等弊端。特别是近年来随着钻井新技术的发展，钻井作业对钻井机具自动化水平、作业效率、作业劳动强度等方面提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续旋转多功能铁钻工，在钻杆上卸扣作业时，旋扣-紧扣以及崩扣-旋扣等作业环节之间连续旋转无停顿，且集泥浆在位回收功能于一体，自动化程度高，操作简捷。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种连续旋转多功能铁钻工，包括安装在支撑滑移框架上的主钳和背钳，背钳位于主钳的下方，所述主钳包括分别通过销轴铰接在主钳移动机架上的主钳右侧半体和主钳左侧半体，主钳右侧半体和主钳左侧半体的外壁后端分别与两个主钳开合液压缸的活塞杆端相连接，主钳开合液压缸的缸体端安装在主钳移动机架上，主钳移动机架的左右两端分别装卡在支撑滑移框架的两根后立柱上，主钳右侧半体和主钳左侧半体的上部分别通过液压泵缸固定销轴与液压油泵缸的缸体端和活塞杆端相连接，主钳右侧半体和主钳左侧半体的开合带动液压油泵缸的伸缩；所述背钳包括分别通过销轴铰接在背钳移动机架上的背钳右侧半体和背钳左侧半体，背钳右侧半体和背钳左侧半体的底部分别与背钳开合液压缸的缸体端和活塞杆端相连接，背钳右侧半体和背钳左侧半体的外缘顶部均安装有泥浆防喷溅橡胶板，背钳移动机架的左右两端分别装卡在支撑滑移框架的两根后立柱上，背钳移动机架的后侧壁与移动液压缸的活塞杆端相连接，移动液压缸的缸体固定在支撑滑移框架的后横梁上；背钳移动机架和主钳移动机架之间安装有接箍补偿液压缸。
优选的，所述背钳移动机架的左右两端分别安装有背钳行走导向装置，背钳行走导向装置包括在连接支座上下两端布置的两个背钳行走轮和在支座左右两侧布置的背钳导向轮，背钳行走轮和背钳导向轮分别装卡在安装于支撑滑移框架的两根后立柱的导轨内。
优选的，所述背钳左侧半体和背钳右侧半体的结构相对称，背钳左侧半体的中部安装有背钳夹紧组件，背钳夹紧组件的上端面安装有半圆环状的背钳钻杆密封板，背钳钻杆密封板通过螺栓固定在位于背钳左侧半体上表面的半圆环状的泥浆上盖板上，背钳钻杆密封板的形状与开口弧度与钻杆外壁相适配，泥浆上盖板与背钳右侧半体相接触的边缘安装有背钳密封胶条；背钳左侧半体的背钳外壳的内壁和外壁之间加工有泥浆槽，泥浆槽的底面开设有泥浆流出孔，泥浆流出孔的外侧与泥浆回流管的一端相连接，泥浆回流管的另一端与泥浆循环系统相连接；所述泥浆防喷溅橡胶板的底部通过下压板与背钳左侧半体的外边缘相连接，泥浆防喷溅橡胶板的顶部通过上压板与顶板相连接，顶板与数个顶升液压缸的活塞杆端相连接，顶升液压缸的缸体通过液压缸固定板固定在背钳左侧半体的外侧壁上。
优选的，所述背钳夹紧组件包括三个安装在固定座上的背钳夹紧液压缸，背钳夹紧液压缸的液压控制管线铺设在背钳夹紧组件与背钳外壳内壁之间的环形空间内，并通过开设于内壁、外壁之间的液压管线孔与系统外部液压系统连接，液压管线孔与泥浆槽相互隔离；背钳夹紧液缸的缸体端与背钳钳牙座相连接，背钳钳牙座的前端安装有背钳钳牙体，相邻两个背钳夹紧液缸之间安装有背钳双面楔形块，靠外侧的两个背钳夹紧液缸的另一侧壁外分别安装有背钳单面楔形块；背钳双面楔形块和背钳单面楔形块通过螺栓固定在背钳上盖板和背钳下盖板之间，背钳上盖板和背钳下盖板的外侧边缘设置有数个凸缘，凸缘装卡在背钳外壳内壁上开设的承扭凹槽内；背钳夹紧液缸的夹紧缸体的上表面和下表面各加工有缸体凸台，缸体凸台的台阶面和侧面安装有背钳滑动块，背钳上盖板下表面和背钳下盖板的上表面均加工有滑槽，背钳夹紧液缸通过缸体凸台安装在滑槽内。
优选的，所述背钳左侧半体的前端安装背钳左锁紧耳座，背钳左锁紧耳座内安装有摆动液压缸，摆动液压缸的活塞杆端与背钳锁紧轴相连接；背钳右侧半体的前端安装有背钳右锁紧限位板，背钳右锁紧限位板上开设有与背钳锁紧轴相对置和形状相适配的锁紧孔。
优选的，所述主钳右侧半体和主钳左侧半体的结构相对称，主钳右侧半体的主钳壳体中部安装有半圆形的旋转夹持组件；半齿圈通过螺栓固定在旋转夹持组件的外缘上，半齿圈与变排量液压马达的驱动齿轮相啮合，变排量液压马达安装在主钳右侧半体的后部；旋转夹持组件的顶端通过扶管机构固定销轴与扶管机构的底部相连接，扶管机构的内壁上安装有缓冲橡胶；旋转夹持组件的底部中心处安装有半圆环状的泥浆下盖板和主钳钻杆密封板。
优选的，所述旋转夹持组件包括三组安装在旋转夹持组件壳体内部的主钳夹紧液缸组件，主钳夹紧液缸组件包括主钳夹紧液压缸，主钳夹紧液压缸的前端安装有主钳钳牙座和主钳钳牙体，主钳夹紧液压缸的缸体上下面加工有凸台，凸台侧面和台阶面安装有主钳滑块；旋转夹持组件壳体的外缘开设有液压元件安装槽，液压元件安装槽内安装有与主钳夹紧液压缸相连接的液压管线，液压管线上连接有蓄能器和机械换向阀，机械换向阀的控制杆与控制环相接触，控制环安装在主钳壳体的上方，控制液压缸的缸体端固定在控制环上，控制液压缸的活塞杆端固定在主钳壳体的顶部，控件之液压缸的活塞端缩回时，控制环向下移动；液压元件安装槽的顶部安装有槽体盖板，槽体盖板通过螺栓固定在旋转夹持组件上；相邻两个主钳夹紧液缸组件的侧壁之间安装有主钳双面楔形块，靠外侧的两个主钳夹紧液缸组件另一侧壁外安装有主钳单面楔形块；控制环上安装有位置传感器。
优选的，所述主钳夹紧液压缸的缸体上安装有两个夹紧液压缸活塞杆，夹紧液压缸活塞杆与缸体之间均安装有回程弹簧。
优选的，所述主钳壳体的内壁上开设有旋转夹持组件固定槽，固定槽内安装有数个径向导轮组件和轴向导轮组件，径向导轮组件与轴向导轮组件与旋转夹持组件壳体相抵触；轴向导轮组件的滚轮为圆锥体，旋转夹持组件壳体与轴向导轮组件滚轮相接触的表面为与滚轮相适配的斜面。
优选的，所述主钳右侧半体和主钳左侧半体的前端及尾端均安装有结构相同的强锁紧连接机构；主钳右侧半体的强锁紧连接机构包括安装在旋转夹持组件壳体前侧壁前端的右锁紧凹槽和延伸出旋转夹持组件壳体前侧壁位于其后端的右锁紧轴，在右锁紧凹槽和右锁紧轴相对位置的主钳左侧半体上对称设置有左锁紧轴和左锁紧凹槽；左锁紧轴的前端加工有与右锁紧凹槽形状相适配的棘爪，左锁紧轴固定于左旋转夹持组件壳体内壁上的轴承座中，左锁紧轴的尾部端面加工有与左锁紧轴轴线偏心布置的拨块，拨块装卡在驱动块侧壁上的竖直拨块滑槽内，驱动块的顶部凸起装配在导向块底面的驱动块滑槽中，导向块固定在左旋转夹持组件壳体的内壁上，驱动块的一端中部开设有盲孔，盲孔的顶端与强力弹簧的一端相固定，强力弹簧的另一端延伸出盲孔固定在左旋转夹持组件壳体的内壁上，驱动块的另一端安装有与盲孔同轴线的连接短轴，连接短轴与主钳前锁定液压缸的活塞杆端相对布置并处于同一轴线上，主钳前锁定液压缸的缸体固定在前支座上，前支座安装在主钳右侧半体的壳体上。
优选的，所述主钳移动机架的左右两端分别安装有主钳行走导向装置，包括通过连接支座与主钳移动机架的左右两个侧壁相连接的主钳行走轮和主钳导向轮，主钳行走轮和主钳导向轮分别装卡在安装于支撑滑移框架的两根后立柱相对面的导轨内。
优选的，所述半齿圈与编码器连接，编码器安装在编码器护罩内，编码器护罩固定在主钳壳体的外壁上。
本发明的有益效果是：
（1）本发明所述的连续旋转多功能铁钻工包括主钳、背钳、支撑导向框架以及移动液压缸，主钳包括后端铰接在主钳移动机架上能够开合的主钳左侧半体和主钳右侧半体，背钳包括铰接在背钳移动机架上能够开合的背钳左侧半体和背钳右侧半体，可使钻柱方便地从侧向进出铁钻工内部；主钳和背钳均设置有锁紧机构，保证了铁钻工在作业过程中可靠性；
（2）泥浆防喷溅橡胶板对背钳与主钳之间的空间密封，在背钳钻杆密封板、主钳钻杆密封板、泥浆上盖板、泥浆下盖板、密封胶条的拦挡下，钻杆内流出的泥浆流入背钳外缘的泥浆回收槽内，随后沿着泥浆回流管流回泥浆系统，不会流入背钳与主钳内部；泥浆同时回收再利用，减少了环境污染，节约了原料，降低了检修次数，延长了设备的时候寿命；
（3）本发明将主钳安装于主钳移动机架上，将背钳安装于背钳移动机架上，主钳移动机架和背钳移动机架之间安装丝扣补偿液压缸，可使主钳相对背钳在纵向移动一定距离，以补偿上卸扣时钻杆接头之间的距离变化；
（4）本发明中背钳与支撑移动框架的后横梁之间安装移动液压缸，在前开口动力卡瓦悬持钻柱后，通过移动液压缸活塞杆的伸出使主钳与背钳向下行走，使铁钻工卸开钻杆后让出钻杆接头位置，以便顶驱携带吊卡对钻杆接头处进行夹持进而对钻柱进行提升作业，以满足连续起下钻等新型钻井方式作业流程的需求；
（5）本发明中背钳外壳壳体下方开设有泥浆流出孔，泥浆流出孔的外侧与泥浆回流管的一端相连接，泥浆回流管的另一端与泥浆循环系统相连接；当钻杆卸扣完成后，钻杆内的泥浆可通过泥浆流出孔、泥浆回流管完成泥浆回收再利用；
（6）本发明中每个背钳半体上都有贯穿背钳外壳的液压管线孔，便于外部液压系统对背钳内部夹紧组件进行液压油供给，同时实现了对背钳壳体泥浆槽内的泥浆进行隔离；
（7）背钳夹紧组件为独立模块，背钳夹紧组件外缘设置有凸台，可与背钳半体本体内部的凹槽配合以承受上卸扣作业时产生的反扭矩，同时背钳夹紧组件可整体从背钳顶部沿着壳体内部的滑槽放入背钳壳体内部或取出，使背钳整体结构紧凑且便于日常的维护维修；
（8）本发明每个背钳夹紧组件内部优化安装有三个夹紧液压缸组，既合理利用组件内部空间，又可以降低背钳整体高度，有利于改善背钳对钻杆的夹紧效果，夹紧液压缸缸体前端安装有夹紧钳牙，上下两侧的边缘安装有滑块，缸体可沿夹紧组件上下盖板上加工的滑道进行滑动，背钳夹紧组件动作可靠，结构简单，更换维修方便；
（9）本发明中主钳钳体外壳与行走机构之间安装有主钳开合液压缸，通过主钳开合液压缸活塞杆的伸缩实现了主钳右侧半体和主钳左侧半体之间打开、闭合动作，主钳右侧半体和主钳左侧半体之间可通过安装在主钳壳体上的主钳锁紧液压缸带动主钳锁紧销轴进行锁定，整体结构简单，动作可靠；
（10）本发明中两个主钳右侧半体和主钳左侧半体之间连接有液压泵缸，液压泵缸的缸体端和活塞杆端分别销接到右侧主钳半体旋转夹持组件和左侧主钳体半体旋转夹持组件上，当主钳开合液压缸活塞杆伸出时，在带动主钳右侧半体和主钳左侧半体完成闭合动作的同时，还可以为液压泵缸内液压油的压缩提供动力，实现对蓄能器液压油的补给，进而通过换向阀等液压元件控制主钳夹紧液压缸组件动作；本发明具备自适应管具夹持力的能力，即在处理小管径管具时，夹紧液压缸活塞杆的伸出距离越大，储能器排出的液压油越多，所输出液压油的压力越小，从而夹紧组件的夹紧力越小，反之处理管具管径大，夹紧组件的夹紧力大，满足不同管径管具所需不同夹持力的需求；由于控制主钳夹紧液压缸组件动作的所有液压元器件都集成到主钳钳体旋转夹持组件上，因此可以实现与外部主液压系统的完全隔离，能够实现主钳旋转夹持组件在旋转动作时对钻柱接头的夹紧，避免了旋转接头等易损件的使用，整体结构紧凑；
（11）主钳旋转夹持组件为两个分体结构，分别安装在主钳半体外壳内部，在主钳半体闭合后旋转夹持组件半体上的锁紧轴插入到相对应另一个旋转夹持组件半体上的凹槽内部，每个主钳旋转夹持组件内部安装有强锁紧连接机构，强锁紧连接机构包括驱动块、主钳前锁定液压缸、连接短轴、锁紧轴、强力弹簧，通过主钳前锁定液压缸活塞端的伸出，推动连接短轴及驱动块的移动，并将强力弹簧压缩，进而通过锁紧轴上的拨块实现锁紧轴的转动，进而将两个主钳旋转半体解锁；当需要锁紧铁钻工旋转夹持组件时，安装在主钳本体上的主钳前锁定液压缸活塞杆缩回，在强力弹簧的作用下，驱动块、连接短轴等向旋转夹持组件的外壁移动，在此过程中驱动块推动锁紧轴上的拨块，引起锁紧轴转动一定角度，从而使左右旋转夹持组件锁紧；锁紧轴与锁紧凹槽连接强度高，能够承受夹紧液压缸夹紧钻杆时的反作用力；
（12）安装在主钳壳体上的变排量液压马达，可随着马达排量的变化实现旋扣-紧扣以及崩扣-旋扣等各操作环节之间所需不同扭矩的转换，两个主钳旋转夹持组件的外缘均安装有半齿圈，在锁紧轴锁紧两个主钳旋转夹持组件后，两个半齿圈形成一个完整齿圈，在液压马达的驱动下使整个旋转夹持组件绕着铁钻工旋转中心进行旋转，为实现旋扣-紧扣以及崩扣-旋扣等各操作环节之间的无停顿、连续旋转创造了条件；
（13）每个主钳旋转夹持组件通过径向导轮组件和轴向导轮组件的支撑位于主钳壳体内部，以减少旋转上卸扣作业时的摩阻力；轴向导轮组件上的滚轮和旋转夹持组件承载凸缘接触，且都设计有一定锥度，在旋转状态时，两个接触面之间为纯滚动接触，不存在滑动摩擦，作业状态稳定，延长了零部件的工作寿命，降低故障率；
（14）主钳壳体上设计有主钳前锁定液压缸和连接短轴，在主钳打开时将连接短轴插入旋转夹持组件内部，既可以为锁紧轴的旋转解锁动作提供动力，又可以通过主钳前锁定液压缸的活塞杆将旋转夹持组件销接到外壳上，防止铁钻工在打开状态下旋转夹持组件半体从外壳半体内滑出；
（15）每个主钳壳体上部都通过液压缸安装有控制环，控制环与旋转夹紧组件内的机械换向阀的操作杆相接触，控制环在控制液压缸作用下可上下移动，进而出发蓄能器，为液压系统提供液压油；控制环上安装有位置检测装置，通过反馈信号指示夹紧液压缸状态，同时便于实现自动化控制；
（16）每个主钳夹紧组件内部安装有三个夹紧液压缸，既合理利用组件内部空间又可以降低主钳整体高度，有利于改善背钳对钻杆的夹紧效果；主钳夹紧液压缸采用双活塞杆形式，这种结构可以充分利用主钳的轴向空间，减小了主钳径向尺寸；钳夹紧液压缸组件动作可靠，结构简单，更换维修方便。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的背钳打开状态示意图；
图3为图2中的背钳闭合状态示意图；
图4为本发明的背钳左侧半体示意图；
图5为本发明的背钳外壳示意图；
图6为本发明的背钳左侧半体局部剖视图；
图7为本发明的背钳夹紧装置示意图；
图8为本发明的主钳闭合示意图；
图9为本发明的主钳打开示意图；
图10为本发明的主钳右侧半体示意图；
图11为本发明的主钳旋转夹持组件示意图；
图12为本发明的主钳夹紧液缸组件示意图；
图13为本发明的主钳右侧半体外壳示意图；
图14为本发明的主钳夹紧液缸组件的局部剖视图；
图15为图14的局部放大图；
图16为图15中强锁紧连接机构的示意图。
图中：110、支撑滑移框架，111、移动液压缸，112、接箍补偿液压缸，113、后立柱，114、后横梁，201、背钳，202、背钳右侧半体，203、背钳移动机架，204、铰接销轴，205、背钳行走导向装置，206、背钳左侧半体，207、摆动液压缸，208、背钳锁紧轴，209、背钳开合液压缸，210、背钳左锁紧耳座，211、泥浆回流管，212、背钳右锁紧限位板，213、背钳密封胶条，214、背钳钻杆密封板，215、背钳夹紧组件，216、泥浆上盖板，217、泥浆防喷溅橡胶板，218、背钳外壳，219、顶板，220、上压板，221、下压板，222、液压缸固定板，223、顶升液压缸，224、内壁，225、外壁，226、泥浆流出孔，227、液压管线孔，228、承扭凹槽，229、泥浆槽，230、背钳下盖板，231、固定座，232、背钳夹紧液压缸，233、背钳双面楔形块，234、背钳单面楔形块，235、背钳上盖板，236、背钳钳牙座，237、背钳钳牙体，238、背钳滑动块，239、夹紧缸体，401、主钳，402、主钳右侧半体，403、主钳左侧半体，404、液压油泵缸，405、主钳移动机架，406、主钳行走导向装置，407、主钳开合液压缸，408、液压泵缸固定销轴，409、右锁紧凹槽，410、前支座，411、编码器，412、控制环，413、位置传感器，414、扶管机构，415、缓冲橡胶，416、变排量液压马达，417、主钳壳体，418、旋转夹持组件，419、泥浆下盖板，420、主钳钻杆密封板，421、控制液压缸，422、半齿圈，423、主钳密封胶条，424、扶管机构固定销轴，425、槽体盖板，426、蓄能器，427、液压元件安装槽，428、机械换向阀，429、旋转夹持组件壳体，430、主钳夹紧液缸组件，431、主钳单面楔形块，432、主钳双面楔形块，433、主钳钳牙体，434、主钳钳牙座，435、主钳夹紧液压缸，436、主钳滑块，437、夹紧液压缸活塞杆，438、回程弹簧，439、轴向导轮组件，440、径向导轮组件，441、右锁紧轴，442、轴承座，443、左锁紧轴，444、主钳前锁定液压缸，445、连接短轴，446、驱动块，447、拨块，448、强力弹簧，449、棘爪，450、左旋转夹持组件壳体，451、导向块，452、驱动块滑槽，453、拨块滑槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
如图1、图2、图8所示，一种连续旋转多功能铁钻工，包括安装在支撑滑移框架110上的主钳401和背钳201，背钳201位于主钳401的下方，主钳401包括分别通过销轴铰接在主钳移动机架405上的主钳右侧半体402和主钳左侧半体403，主钳右侧半体402和主钳左侧半体403的外壁后端分别与两个主钳开合液压缸407的活塞杆端相连接，主钳开合液压缸407的缸体端安装在主钳移动机架405上，主钳移动机架405的左右两端分别装卡在支撑滑移框架110的两根后立柱113上，主钳右侧半体402和主钳左侧半体403的上部分别通过液压泵缸固定销轴408与液压油泵缸404的缸体端和活塞杆端相连接，主钳右侧半体402和主钳左侧半体403的开合带动液压油泵缸404的伸缩；背钳201包括分别通过销轴铰接在背钳移动机架203上的背钳右侧半体202和背钳左侧半体206，背钳右侧半体202和背钳左侧半体206的底部分别与背钳开合液压缸209的缸体端和活塞杆端相连接，背钳右侧半体202和背钳左侧半体206的外缘顶部均安装有泥浆防喷溅橡胶板217，背钳移动机架203的左右两端分别装卡在支撑滑移框架110的两根后立柱113上，背钳移动机架203的后侧壁与移动液压缸111的活塞杆端相连接，移动液压缸111的缸体固定在支撑滑移框架110的后横梁114上；背钳移动机架203和主钳移动机架405之间安装有接箍补偿液压缸112。
如图2、图3、图4所示，背钳移动机架203的左右两端分别安装有背钳行走导向装置205，背钳行走导向装置205包括在连接支座上下两端布置的两个背钳行走轮和在支座左右两侧布置的背钳导向轮，背钳行走轮和背钳导向轮分别装卡在安装于支撑滑移框架110的两根后立柱113的导轨内。
背钳左侧半体206和背钳右侧半体202的结构相对称，背钳左侧半体206的中部安装有背钳夹紧组件215，背钳夹紧组件215的上端面安装有半圆环状的背钳钻杆密封板214，背钳钻杆密封板214通过螺栓固定在位于背钳左侧半体206上表面的半圆环状的泥浆上盖板216上，背钳钻杆密封板214的形状与开口弧度与钻杆外壁相适配，泥浆上盖板216与背钳右侧半体202相接触的边缘安装有背钳密封胶条213；背钳左侧半体206的背钳外壳218的内壁224和外壁225之间加工有泥浆槽229，泥浆槽229的底面开设有泥浆流出孔226，泥浆流出孔226的外侧与泥浆回流管211的一端相连接，泥浆回流管211的另一端与泥浆循环系统相连接；泥浆防喷溅橡胶板217的底部通过下压板221与背钳左侧半体206的外边缘相连接，泥浆防喷溅橡胶板217的顶部通过上压板220与顶板219相连接，顶板219与数个顶升液压缸223的活塞杆端相连接，顶升液压缸223的缸体通过液压缸固定板222固定在背钳左侧半体206的外侧壁上。
如图5、图6、图7所示，背钳夹紧组件215包括三个安装在固定座231上的背钳夹紧液压缸232，背钳夹紧液压缸232的液压控制管线铺设在背钳夹紧组件215与背钳外壳218内壁224之间的环形空间内，并通过开设于内壁224、外壁225之间的液压管线孔227与系统外部液压系统连接，液压管线孔227与泥浆槽229相互隔离；背钳夹紧液缸232的缸体端与背钳钳牙座236相连接，背钳钳牙座236的前端安装有背钳钳牙体237，相邻两个背钳夹紧液缸232之间安装有背钳双面楔形块233，靠外侧的两个背钳夹紧液缸232的另一侧壁外分别安装有背钳单面楔形块234；背钳双面楔形块233和背钳单面楔形块234通过螺栓固定在背钳上盖板235和背钳下盖板230之间，背钳上盖板235和背钳下盖板230的外侧边缘设置有数个凸缘，凸缘装卡在背钳外壳218内壁上开设的承扭凹槽228内；背钳夹紧液缸232的夹紧缸体239的上表面和下表面各加工有缸体凸台，缸体凸台的台阶面和侧面安装有背钳滑动块238，背钳上盖板235下表面和背钳下盖板230的上表面均加工有滑槽，背钳夹紧液缸232通过缸体凸台安装在滑槽内。
如图2、图4所示，背钳左侧半体206的前端安装背钳左锁紧耳座210，背钳左锁紧耳座210内安装有摆动液压缸207，摆动液压缸207的活塞杆端与背钳锁紧轴208相连接；背钳右侧半体202的前端安装有背钳右锁紧限位板212，背钳右锁紧限位板212上开设有与背钳锁紧轴208相对置和形状相适配的锁紧孔。
如图8、图9、图10所示，主钳右侧半体402和主钳左侧半体403的结构相对称，主钳右侧半体402的主钳壳体417中部安装有半圆形的旋转夹持组件418；半齿圈422通过螺栓固定在旋转夹持组件418的外缘上，半齿圈422与变排量液压马达416的驱动齿轮相啮合，变排量液压马达416安装在主钳右侧半体402的后部；旋转夹持组件418的顶端通过扶管机构固定销轴424与扶管机构414的底部相连接，扶管机构414的内壁上安装有缓冲橡胶415；旋转夹持组件418的底部中心处安装有半圆环状的泥浆下盖板419和主钳钻杆密封板420。
如图11所示，旋转夹持组件418包括三组安装在旋转夹持组件壳体429内部的主钳夹紧液缸组件430，主钳夹紧液缸组件430包括主钳夹紧液压缸435，主钳夹紧液压缸435的前端安装有主钳钳牙座434和主钳钳牙体433，主钳夹紧液压缸435的缸体上下面加工有凸台，凸台侧面和台阶面安装有主钳滑块436；旋转夹持组件壳体429的外缘开设有液压元件安装槽427，液压元件安装槽427内安装有与主钳夹紧液压缸435相连接的液压管线，液压管线上连接有蓄能器426和机械换向阀428，机械换向阀428的控制杆与控制环412相接触，控制环412安装在主钳壳体417的上方，控制液压缸421的缸体端固定在控制环412上，控制液压缸421的活塞杆端固定在主钳壳体417的顶部，控制液压缸421的活塞端缩回时，控制环412向下移动；液压元件安装槽427的顶部安装有槽体盖板425，槽体盖板425通过螺栓固定在旋转夹持组件418上；相邻两个主钳夹紧液缸组件430的侧壁之间安装有主钳双面楔形块432，靠外侧的两个主钳夹紧液缸组件430另一侧壁外安装有主钳单面楔形块431；控制环412上安装有位置传感器413。
如图12所示，主钳夹紧液压缸435的缸体上安装有两个夹紧液压缸活塞杆437，夹紧液压缸活塞杆437与缸体之间均安装有回程弹簧438。
如图13所示，主钳壳体417的内壁上开设有旋转夹持组件418固定槽，固定槽内安装有数个径向导轮组件440和轴向导轮组件439，径向导轮组件440与轴向导轮组件439与旋转夹持组件壳体429相抵触；轴向导轮组件439的滚轮为圆锥体，旋转夹持组件壳体429与轴向导轮组件439滚轮相接触的表面为与滚轮相适配的斜面。
如图14、15所示，主钳右侧半体402和主钳左侧半体403的前端及尾端均安装有结构相同的强锁紧连接机构；主钳右侧半体402的强锁紧连接机构包括安装在旋转夹持组件壳体429前侧壁前端的右锁紧凹槽409和延伸出旋转夹持组件壳体429前侧壁位于其后端的右锁紧轴441，在右锁紧凹槽409和右锁紧轴441相对位置的主钳左侧半体403上对称设置有左锁紧轴443和左锁紧凹槽；左锁紧轴443的前端加工有与右锁紧凹槽409形状相适配的棘爪449，左锁紧轴443固定于左旋转夹持组件壳体450内壁上的轴承座442中，左锁紧轴443的尾部端面加工有与左锁紧轴443轴线偏心布置的拨块447，拨块447装卡在驱动块446侧壁上的竖直拨块滑槽453内，驱动块446的顶部凸起装配在导向块451底面的驱动块滑槽452中，导向块451固定在左旋转夹持组件壳体450的内壁上，驱动块446的一端中部开设有盲孔，盲孔的顶端与强力弹簧448的一端相固定，强力弹簧448的另一端延伸出盲孔固定在左旋转夹持组件壳体450的内壁上，驱动块446的另一端安装有与盲孔同轴线的连接短轴445，连接短轴445与主钳前锁定液压缸444的活塞杆端相对布置并处于同一轴线上，主钳前锁定液压缸444的缸体固定在前支座410上，前支座410安装在主钳右侧半体402的壳体上。
如图15、16所示，主钳移动机架405的左右两端分别安装有主钳行走导向装置406，包括通过连接支座与主钳移动机架405的左右两个侧壁相连接的主钳行走轮和主钳导向轮，主钳行走轮和主钳导向轮分别装卡在安装于支撑滑移框架110的两根后立柱113相对面的导轨内。
如图10所示，半齿圈422与编码器411连接，编码器411安装在编码器护罩内，编码器护罩固定在主钳壳体417的外壁上。
本发明的工作过程为：
将本发明偏移到井眼中心后，控制移动液压缸111的活塞杆伸出长度，控制背钳201和主钳401定位在钻杆螺纹连接上下接头处。背钳201在背钳开合液压缸209的作用下，背钳右侧半体202与背钳左侧半体206闭合，安装在背钳左侧半体206上的背钳锁紧轴208插入到背钳右锁紧限位板212的锁紧孔中，随后摆动液压缸207工作，并带动背钳锁紧轴208转动90°，完成背钳右侧半体202与背钳左侧半体206的锁紧；在背钳201闭合并锁紧过程中，背钳夹紧液压缸232的活塞杆端处于缩回状态。
在背钳201闭合并锁紧的同时，安装在主钳401上的主钳开合液压缸407活塞杆伸出，使主钳左侧半体403和主钳右侧半体402逐渐闭合，液压油泵缸404的活塞杆逐渐被压缩到缸体内，并将液压油泵缸404缸体内部的液压油压入到旋转夹持组件418内部的蓄能器426内；当主钳401闭合时，安装在主钳左侧半体403和主钳右侧半体402上的锁紧轴插入到相对位置上的锁紧凹槽中。当主钳401完全闭合后，安装在左侧主钳半体外壳上的主钳前锁定液压缸444活塞杆伸出，推动连接短轴445移动，连接短轴445进一步推动安装在在左旋转夹持组件壳体450内部的驱动块446沿着导向块451上的驱动块滑槽452移动，并将安装在驱动块446盲孔中的强力弹簧448压缩。驱动块446的侧面开有竖直方向的拨块滑槽453，左锁紧轴443的底部轴端面上的偏心拨块447安装在拨块滑槽453中，当驱动块446移动时，拨块447会沿着拨块滑槽453上下滑动，进而带动左锁紧轴443转动，使左锁紧轴443上的棘爪449卡紧在右锁紧凹槽409中，使得主钳左侧半体403使和主钳右侧半体402完全锁紧。主钳左侧半体403和主钳右侧半体402后部锁定机构工作原理筒前部锁定机构相同。
当背钳201和主钳401完成闭合并锁紧之后，安装在背钳右侧半体202与背钳左侧半体206上的背钳钻杆密封板214抱紧钻杆立根，背钳右侧半体202与背钳左侧半体206之间的背钳密封胶条213相互贴紧，实现对钻杆立根与背钳右侧半体202和背钳左侧半体206之间的密封，防止卸扣时泥浆从此接触面进入到背钳201内部。安装在主钳旋转夹持组件底部的主钳钻杆密封板420同时抱紧钻杆立根，主钳左侧半体403和主钳右侧半体402之间的主钳密封胶条423相互贴合压紧，实现对钻杆立根与主钳401之间的密封，防止卸扣时泥浆从此接触面进入到主钳401内部。
连续旋转多功能铁钻工的背钳201和主钳401闭合并锁紧后，铁钻工外部液压站中的液压油沿着背钳夹紧液压缸232的液压管线通过背钳液压管线孔227进入到背钳201内部，进入背钳夹紧液压缸232的无杆腔，背钳夹紧液压缸232的活塞杆端伸出，带动背钳钳牙座236和背钳钳牙体237沿着背钳上盖板235和背钳下盖板230上的滑道滑动，夹紧钻杆立根下部的接头；与此同时，安装在控制环412上的控制液压缸421活塞杆缩回，带动控制环412向下移动，控制环412将机械换向阀428的控制杆压下，压紧机械换向阀428的控制杆，机械换向阀428激发蓄能器426启动，为系统提供液压油，当旋转加持组件418旋转时，机械换向阀428的控制杆在控制环412的下表面上滑动；安装在控制环412上的位置传感器413检测控制环下移距离并向外部控制系统反馈控制环412的下降信号。当机械换向阀428的控制杆移动一定距离后，储存在蓄能器426内部的液压油将从其内部流出，流入到主钳夹紧液压缸435的无杆腔，主钳夹紧液压缸435克服回程弹簧438的阻力，推动主钳钳牙座434、主钳钳牙体433沿着径向伸出，夹紧钻杆立根上部的接头；左锁紧轴443和右锁紧轴承受主钳左侧半体403与主钳右侧半体402之间的作用力。
背钳201与主钳401对钻杆立根的上下接头夹紧的同时，安装在背钳201上的顶升液压缸223将顶板219顶升并贴紧主钳401的下部，此时安装在顶板219与背钳201之间的泥浆防喷溅橡胶板219将背钳201与主钳401之间的空间密封。
安装在主钳401上的变排量液压马达416以低速大扭矩工作模式进行崩扣作业：变排量液压马达416的驱动齿轮驱动安装在旋转夹持组件418上的半齿圈422旋转，主钳夹紧液缸组件430保持对钻杆立根上部接头的夹紧状态；安装在主钳右侧半体402和主钳左侧半体403壳体内部的轴向导轮组件439和径向导轮组件440承受旋转夹持组件418工作时的轴向力和径向力；编码器411实时记录旋转夹持组件418转动的角度，最终完成钻杆立根目标接头的崩扣作业。
当崩扣完成操作后，变排量液压马达416切换到高速小扭矩工作模式进行旋扣作业：在旋扣过程中为补偿上下钻杆接头的丝扣距离，安装在背钳201与主钳401之间的接箍补偿液压缸112的活塞杆伸出，将主钳401沿着铁钻工支撑滑移框架110上的后立柱113轨道逐渐顶升；旋扣完成后，接箍补偿液压缸112继续将主钳401顶升，并使钻杆立根的上下接头分离一定距离，以便于泥浆从上部钻杆内腔流出。
随着主钳401的向上移动，顶升液压缸223同时将顶板219顶升并保持贴紧主钳401的下部，始终保持泥浆防喷溅橡胶板217对背钳201与主钳401之间空间的密封。在背钳钻杆密封板214、主钳钻杆密封板420、泥浆上盖板216、泥浆下盖板419、背钳密封胶条213、主钳密封胶条243的密封下，钻杆内流出的泥浆流入背钳201外缘的泥浆槽229内，随后沿着泥浆回流管211流回泥浆系统，避免钻杆内的泥浆流入背钳201与主钳401内部；完成钻杆立根接头的卸扣作业。
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