大直徑井壁取芯傳動裝置的制作方法

本發明涉及石油勘探領域，尤其是一種大直徑井壁取芯傳動裝置。

背景技術：

在石油測井儀器中經常需要用到取芯儀器，作為巖層分析用。而取芯儀器的核心部分就是鉆頭部分，鉆頭的驅動與鉆進方式是取芯能否成功并且高效的關鍵。以前的石油測井儀器中基本有兩種，一種是爆炸取芯，取芯成型極為不易，可靠性差；一種是采用液壓驅動，依靠液壓馬達帶動鉆頭旋轉，整個過程能量轉化環節多，能量傳遞效率低，功率損耗大，傳遞扭矩小，易卡鉆，取芯直徑小，且液壓馬達結構復雜，容易失效，很容易造成取芯不能成功。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠使取芯直徑大、效率高且成功率高的大直徑井壁取芯傳動裝置。

為了解決上述技術問題，本發明包括連桿機構、齒輪驅動總裝、鉆頭總裝以及凸輪機構；

所述連桿機構包括液壓推桿和鉸鏈，所述液壓推桿和鉸鏈鉸接，所述液壓推桿在液壓的作用下將鉸鏈平推出去以完成水平往復運動；

所述鉆頭總裝包括鉆頭上端蓋、薄齒輪、鉆頭下端蓋和鉆頭，所述薄齒輪同軸固接在鉆頭上，所述鉆頭上端蓋和鉆頭下端蓋分別通過一軸承安裝在鉆頭上，且所述鉆頭上端蓋和鉆頭下端蓋分置在薄齒輪的兩側；

所述凸輪機構包括固定板和旋轉板，所述旋轉板鉸接在固定板上；所述固定板上還形成有驅動槽和從動槽，所述驅動槽前段為水平設置的直線槽，后段為弧形槽，所述從動槽中段為豎直設置的直線槽，上下兩段為弧形槽；所述旋轉板上形成一端開口的敞口槽和曲線槽；所述鉸鏈通過其側端固接的凸塊插裝在驅動槽內，且所述凸塊還受到敞口槽的約束，所述鉆頭下端蓋通過其側端固接的滑塊插裝在從動槽內，且所述滑塊還受到曲線槽的約束，所述鉸鏈在液壓推桿的驅動下在驅動槽前段的直線槽內移動，并帶動旋轉板上的敞口槽移動，旋轉板繞著固定板上的鉸接點完成旋轉動作，則所述鉆頭下端蓋在曲線槽的約束下依次沿著從動槽上段的弧形槽和中段的直線槽移動，以實現將鉆頭總裝整體由水平轉到豎直位置并將鉆頭繼續向下推出去；

所述齒輪驅動總裝包括齒輪箱、中軸、錐齒輪、小變位齒輪、短軸、中變位齒輪、長齒輪軸、大變位齒輪、高齒輪和齒輪箱蓋，所述中軸、短軸和長齒輪軸分別通過軸承能夠轉動地豎直安裝在齒輪箱和齒輪箱蓋之間，其中長齒輪軸上端穿過齒輪箱向上伸出，所述錐齒輪和小變位齒輪同軸安裝在中軸上且所述錐齒輪由電機驅動，所述中變位齒輪安裝在短軸上，所述大變位齒輪和高齒輪同軸安裝在長齒輪軸上，其中所述小變位齒輪、中變位齒輪和大變位齒輪嚙合傳動連接，所述鉆頭總裝整體由水平轉到豎直位置時，高齒輪和鉆頭總裝的薄齒輪嚙合。

所述連桿機構還包括推桿連接塊和兩個平行設置的推桿支桿，所述推桿連接塊通過固定螺母分別與液壓推桿和兩個推桿支桿剛性連接，兩個所述推桿支桿還與所述鉸鏈鉸接。

所述鉆頭上端蓋通過小軸承安裝在鉆頭上，所述鉆頭下端蓋通過大軸承安裝在鉆頭上，所述薄齒輪通過鍵連接方式安裝在鉆頭上。

本發明的有益效果是：本發明的優點是傳遞扭矩大，功率損失小，鉆進速率大，卡鉆幾率小，在儀器直徑較小的前提下取芯直徑大，直線度好并且取芯長度更長，鉆進動作極其穩定使得鉆頭振動幅度小，因而成芯率很高，對工作環境要求低，結構簡單，維修方便，能高效高質量的在惡劣環境中完成取芯作業，并且可根據不同的取芯指標在現場更換相應的鉆頭，保證儀器功能的多樣化。

附圖說明

圖1為本發明大直徑井壁取芯傳動裝置的主視剖切結構示意圖；

圖2為本發明大直徑井壁取芯傳動裝置的俯視結構示意圖；

圖3為本發明中連桿機構的俯視圖；

圖4為本發明中連桿機構的主視圖；

圖5為本發明中齒輪驅動總裝的主視剖切結構示意圖；

圖6為本發明中鉆頭總裝的主視圖；

圖7為本發明中固定板的結構圖；

圖8為本發明中折斷板的結構圖；

圖9為本發明中旋轉板的結構圖；

圖10為本發明中凸輪機構的安裝圖及工作初始位置圖；

圖11為本發明中凸輪機構的鉆進完成及折斷初始位置圖；

圖12為本發明中凸輪機構的折斷完成位置圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

鉆頭能否順利高效并且穩定完成取芯作業是關系到整套儀器性能的關鍵指標，尤其穩定性更是工作者作業時關注的，包括儀器的穩定性和取芯動作的穩定性，本發明的目的就是快速高效順利的完成取芯作業，并保證儀器的穩定性以及取芯動作的穩定性。

如圖1和圖2所示，本發明的大直徑井壁取芯傳動裝置包括連桿機構1、齒輪驅動總裝2、鉆頭總裝3以及凸輪機構4。

如圖3和圖4所示，所述連桿機構1包括液壓推桿11和鉸鏈15，所述液壓推桿11和鉸鏈15鉸接，所述液壓推桿11在液壓的作用下將鉸鏈15平推出去以完成水平往復運動；所述連桿機構1還包括推桿連接塊13和兩個平行設置的推桿支桿14，所述推桿連接塊13通過固定螺母12分別與液壓推桿11和兩個推桿支桿14剛性連接，兩個所述推桿支桿14還與所述鉸鏈15鉸接。液壓推桿在液壓的作用下將兩個推桿支桿通過推桿連接塊平推出去完成水平往復運動，推桿支桿與鉸鏈鉸接，固定螺母保證液壓推桿和推桿連接塊及推桿支桿的剛性要求，兩個推桿支干保證兩邊凸輪機構動作時的同步性。

如圖6所示，所述鉆頭總裝3包括鉆頭上端蓋32、薄齒輪34、鉆頭下端蓋35和鉆頭37，所述薄齒輪34同軸固接在鉆頭37上，所述鉆頭上端蓋32和鉆頭下端蓋35分別通過一軸承安裝在鉆頭37上，且所述鉆頭上端蓋32和鉆頭下端蓋35分置在薄齒輪34的兩側；所述鉆頭上端蓋32通過小軸承33安裝在鉆頭37上，所述鉆頭下端蓋35通過大軸承36安裝在鉆頭37上，所述薄齒輪34通過鍵連接方式安裝在鉆頭37上。齒輪驅動總裝2將扭矩傳遞給薄齒輪，薄齒輪通過鍵連接方式將扭矩又傳遞給鉆頭總裝的鉆頭，保證了鉆頭在鉆進的同時能夠旋轉，完成取芯工作，鉆頭與鉆頭上、下端蓋是用軸承保證旋轉自由度并軸向定位。

如圖7至圖12所示，所述凸輪機構4包括固定板41、折斷板42和旋轉板43。凸輪機構與儀器剛性連接。

如圖7所示，所述固定板41包括板體411以及固接在板體411上的兩個固定銷412和旋轉銷413；所述板體411上還形成有驅動槽414和從動槽415，所述驅動槽414前段為水平設置的直線槽，后段為弧形槽，所述從動槽415中段為豎直設置的直線槽，上下兩段為弧形槽。

如圖8所示，所述折斷板42上形成有水平線槽421、豎直線槽422和兩個為同一圓心的圓弧槽423，所述水平線槽421與驅動槽414前段的直線槽趨勢相同，所述豎直線槽422與從動槽415上段的弧形槽和中段的直線槽趨勢相同，所述折斷板42的兩個圓弧槽423分別對應地掛接在所述固定板41的兩個固定銷412上。

如圖9所示，所述旋轉板43上形成有鉸接孔431、一端開口的敞口槽432和曲線槽433，所述旋轉板43的鉸接孔431安裝在所述固定板41的旋轉銷413上。所述旋轉板43上還形成有交叉淺槽434以防止運動介質吸附。

如圖10和圖11所示，所述鉸鏈15通過其側端固接的凸塊插裝在驅動槽414內，且所述凸塊還受到敞口槽432的約束，所述鉆頭下端蓋35通過其側端固接的滑塊插裝在從動槽415內，且所述滑塊還受到曲線槽433的約束，所述鉸鏈15在液壓推桿11的驅動下在驅動槽414前段的直線槽內移動，并帶動旋轉板43上的敞口槽432移動，旋轉板43繞著固定板41上的鉸接點完成旋轉動作，則所述鉆頭下端蓋35在曲線槽433的約束下依次沿著從動槽415上段的弧形槽和中段的直線槽移動，以實現將鉆頭總裝3整體由水平轉到豎直位置并將鉆頭37繼續向下推出去。

如圖11和圖12所示，所述鉸鏈15在驅動槽414后段的弧形槽內移動時，該鉸鏈15脫離旋轉板43的約束并受到折斷板42的約束，且帶動折斷板42的水平線槽421移動，以驅動折斷板42沿固定板41上的兩個固定銷412旋轉，則所述所述鉆頭下端蓋35在豎直線槽422的約束下沿著從動槽415下段的弧形槽移動。

旋轉板是通過連桿機構的鉸鏈作用而繞著固定板的固定銷完成旋轉動作的，旋轉板的曲線槽約束鉆頭總裝的鉆頭下端蓋，從而完成將鉆頭總裝整體由水平轉到豎直位置并將鉆桿推出去的一套動作，而在這個過程中，鉸鏈是沿著固定板的軌道水平運動的，固定板是與齒輪驅動總裝剛性連接在一起的，因而固定板不會因受到摩擦推力而產生位移。

如圖5所示，所述齒輪驅動總裝2包括齒輪箱201、中軸202、錐齒輪203、小變位齒輪204、短軸205、中變位齒輪206、長齒輪軸207、大變位齒輪208、高齒輪209和齒輪箱蓋210。所述齒輪箱蓋210通過齒輪箱蓋螺釘211安裝在齒輪箱201底部。所述中軸202、短軸205和長齒輪軸207分別通過軸承能夠轉動地豎直安裝在齒輪箱201和齒輪箱蓋210之間，其中長齒輪軸207上端穿過齒輪箱201向上伸出，長齒輪軸207與齒輪箱201之間還由端蓋212壓緊密封。所述錐齒輪203和小變位齒輪204同軸安裝在中軸202上且所述錐齒輪203由電機驅動，所述中變位齒輪206安裝在短軸205上，所述大變位齒輪208和高齒輪209同軸安裝在長齒輪軸207上，其中所述小變位齒輪204、中變位齒輪206和大變位齒輪208嚙合傳動連接。所述鉆頭總裝3整體由水平轉到豎直位置時，高齒輪209和鉆頭總裝3的薄齒輪34嚙合。鉆頭總裝整體由水平轉到豎直位置時，高齒輪和鉆頭總裝的薄齒輪嚙合，在電機的驅動下將扭矩通過錐齒輪換向傳遞給變位齒輪，再通過兩級變位齒輪將扭矩傳遞到高齒輪上，進而將扭矩傳遞到鉆頭總裝的薄齒輪上；而鉆頭總裝的薄齒輪通過鍵連接方式將扭矩又傳遞給鉆頭總裝的鉆頭。

傳動時，連桿機構帶動凸輪結構驅使鉆頭總裝由水平位置轉彎到豎直位置，齒輪驅動總裝和鉆頭總裝的薄齒輪嚙合，將由電機輸出的扭矩傳遞到鉆頭總裝的鉆頭上面。鉆頭總裝轉到豎直位置時，連桿機構繼續帶動凸輪機構使鉆頭總裝繼續向外伸出，鉆頭就完成伸出和旋轉雙重動作。

綜上所述，本發明的內容并不局限在上述的實施例中，本領域的技術人員可以在本發明的技術指導思想之內提出其他的實施例，但這些實施例都包括在本發明的范圍之內。