专利名称：电机驱动轮式井下爬行器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种井下仪器或设备输送工具，特别是涉及一种石油水平井套管 测井领域的井下仪器或设备输送工具。
背景技术：
在石油套管井测井领域中，随着海洋深海石油钻采的发展，水平井钻井技术的日 臻成熟，用钻杆输送井下测井仪器的方式给水平井测井带来很多的不便，这种方式需要大 量的钻杆，使得输送仪器的过程十分麻烦，而且成本很高。
发明内容本实用新型提供一种电机驱动轮式井下爬行器，结构简单、安全可靠，拖拽爬行力 大、维修保养方便。本实用新型的技术方案是一种电机驱动轮式井下爬行器，包括旋转驱动部分、 推靠部分和离合器部分，其中旋转驱动部分包括爬行器机架、爬行轮臂、旋转驱动轴、联轴 器III、行星减速器和高效永磁同步直流电机；推靠部分包括推靠杆、推靠弹簧I、推靠轴组 件、推靠弹簧11、滚珠丝杠螺纹副、联轴器I、联轴器11和推靠电机减速机组；离合器部分包 括离合器静块、离合器动块、止退钢球、衔铁复位弹簧、衔铁、离合器线圈和滚珠花键轴，其 特征是高效永磁同步直流电机的输出轴与行星减速器连接，在高效永磁同步直流电机的 输出轴上装有齿轮Zl ；联轴器III 一端连接行星减速器的输出轴H2，另一端用齿形键连接 小锥齿轮Z7 ；旋转驱动轴上装有一个小锥齿轮Z7，这个小锥齿轮Z7与旋转驱动轴之间用花 键形式连接；爬行轮臂上装有一个大锥齿轮Z8，并通过一个固定轴安装在机架上，与大锥 齿轮紧密固定连接着一个齿形链轮Z9 ；爬行轮臂一端装有一个带内齿的爬行轮Z13 ；推靠杆一端用铰链连接在爬行臂上，另一端用铰链连接在推靠轴组件上；推靠弹 簧I装在推靠轴组件的轴上，一端和机架连接并被限制位置，另一端和推靠轴组件连接并 可沿机架轴向运动；推靠弹簧II穿在推靠轴组件的轴上，一端和机架连接并被限制位置， 另一端和滚珠丝杠螺纹副的螺母连接，滚珠丝杠螺纹副的另一端通过联轴器I与离合器部 分连接；联轴器II两端分别与推靠电机减速机组和滚珠花键轴连接；离合器静块一端与联轴器I相连，另外一端是个与机架轴线成一定角度的斜面， 此斜面与离合器动块的斜面啮合，离合器动块另一端面压在离合器动块弹簧上，并穿在滚 珠花键轴上，离合器动块只能沿滚珠花键轴作轴向运动，不能作相对转动；止退钢球装在机 架上一个锥坑里，钢球外面套有圆筒形状的衔铁，止退钢球被衔铁限制不能脱出锥坑；衔铁 上套有衔铁复位弹簧，并穿在离合器线圈的骨架内孔中，离合器线圈被固定在机架上；推靠 电机减速机组固定在机架上。小锥齿轮Z7与大锥齿轮Z8啮合，大锥齿轮Z8与齿形链轮Z9固连在一起；在爬行 轮齿中心布置有一个中心齿轮Z11，在中心齿轮Zll四周和爬行轮Z13之间均布四个惰轮Z12，中心齿轮Zll紧密固定连接着一个齿形链轮Z10，在齿形链轮Z9和齿形链轮ZlO之间 连接着齿形传动链条；四个惰轮Z12则均布安装在爬行臂上，并分别与中心齿轮Zll和爬行 轮Z13啮合。内齿齿轮Z3和Z6与爬行器机架固定连接，行星轮Z2和Z5分别用销轴安装在行 星减速器的输出轴Hl和H2上。本实用新型是一种新型爬行器，它通过永磁同步高效直流电机驱动来完成爬行轮 驱动任务，通过另一组直流电机减速机组来完成推靠抓地任务，同时通过一个电磁离合器 来实现掉电时的自动收臂动作，避免电缆无法将仪器顺利从井下拖出的危险。传动结构简 单，拖拽爬行力大、维修保养方便。
图1是本实用新型整体结构示意图。图2是本实用新型旋转驱动部分工作原理图。图3是本实用新型离合器部分工作原理图。
具体实施方式
本实用新型是用来输送油田水平井测井仪器以及井下作业工具的一种设备。通过 测井缆线控制，可以把测井仪器或井下工具输送到井下指定位置，来完成水平井测井或作 业工具投放。本实用新型主要包括旋转驱动部分、推靠部分和离合器部分。旋转驱动部分，是将永磁同步高效直流电机作为动力源，经行星减速机组降速增 扭矩作用，将动力经传动轴、锥齿轮机构和齿形链条机构传递给爬行轮，完成爬行轮的驱 动。推靠部分是用一组直流减速机组驱动，经过电磁离合器和滚珠丝杠将旋转运动转 化为直线运动，并压推两组推靠弹簧，将爬行轮紧紧地压推到套管壁上，使得爬行轮轮齿有 了足够地抓地力，在驱动部分驱动下爬行。推靠部分内设掉电安全装置，若出现掉电故障，则电磁离合器动作，脱开滚珠丝杠 和直流电机减速机组的连接锁止状态，在两组推靠弹簧作用下，滚珠丝杠自行倒转，实现爬 行轮臂自动收回。经缆车拖拽电缆，拖出爬行器以及井下仪器或工具。
以下结合附图对本实用新型内容进行详细描述。(1)旋转驱动部分见图1，旋转驱动部分包括爬行器机架1、爬行轮臂2、旋转驱动轴22、联轴器 II121、行星减速器5和高效永磁同步直流电机6。图2中，高效永磁同步直流电机6的输出轴与行星减速器5连接，联轴器III21两 端分别与行星减速器5和旋转驱动轴22连接，旋转驱动轴22上装有一个小锥齿轮Z7，这个 小锥齿轮Z7与旋转驱动轴22之间用花键形式连接；爬行轮臂2内装有一个大锥齿轮Z8，与 大锥齿轮紧密固定连接着一个齿形链轮Z9;爬行轮臂2 —端装有一个带内齿的爬行轮Z13， 爬行轮齿中心布置有一个中心齿轮Z11，在中心齿轮Zll四周和爬行轮Z13之间均布四个惰 轮Z12，中心齿轮Zll紧密固定连接着一个齿形链轮Z10，在齿形链轮Z9和齿形链轮ZlO之间连接着齿形传动链条23。图2中，高效永磁同步直流电机6的输出轴上装有齿轮Z1，这个齿轮Zl也作为行 星减速器5的I级减速的中心齿轮，内齿齿轮Z3和Z6与爬行器机架1固定连接，行星轮Z2 和Z5分别用销轴安装在传动轴Hl和H2上；联轴器III21 —端连接减速器输出轴H2，一端 用齿形键连接小锥齿轮Z7 ；小锥齿轮Z7与大锥齿轮Z8啮合，大锥齿轮Z8装在爬行轮臂2 上，并通过一个固定轴安装在机架1上，大锥齿轮Z8与齿形链轮Z9固连在一起；齿形链轮 ZlO与爬行轮Z13的中心齿轮Zll固连在一起，并绕着一个安装在爬行轮臂2上的轴旋转； 齿形链条23则与齿形链轮Z9和齿形链轮ZlO啮合；四个惰轮Z12则均布安装在爬行臂2 上，并分别与中心齿轮Zll和爬行轮Z13啮合。工作过程高效永磁同步直流电机6作为动力源，经过I级行星减速器和II级行 星减速器减速，将旋转运动传递给小锥齿轮Z7，小锥齿轮Z7通过旋转驱动轴22，将高效永 磁同步直流电机6和行星减速器5产生的旋转运动，转递给爬行轮臂2内的大锥齿轮Z8， 并通过与爬行轮臂内的大锥齿轮Z8的啮合，实现轮臂转动与动力传递互不影响的爬行工 艺要求。大锥齿轮Z9与齿形链轮Z9联动，经齿形链条23和齿形链轮ZlO带动双联链齿轮 Zll旋转，再由四个惰轮Z12，带动有内啮合齿的爬行轮Z13旋转。(2)推靠部分见图1，推靠部分由推靠杆3、推靠弹簧I 4、推靠轴组件20、推靠弹簧117、滚珠丝 杠螺纹副8、联轴器I 9、联轴器1116和推靠电机减速机组17组成。图1中，推靠杆3—端用铰链连接在爬行臂2上，另一端用铰链连接在推靠轴组件 20上；推靠弹簧I 4装在推靠轴组件20的轴上，一端和机架1连接并被限制位置，另一端 和推靠轴组件20连接可并沿机架轴向运动；推靠弹簧117穿在推靠轴组件20的轴上，一端 和机架1连接并被限制位置，另一端和滚珠丝杠螺纹副8的螺母连接，滚珠丝杠螺纹副8的 另一端通过联轴器I 9与离合器部分连接；联轴器1116两端分别与推靠电机减速机组17 和滚珠花键轴18连接。工作过程电磁离合器通电吸合后，推靠电机减速机组17转动，带动联轴器II 16、滚珠花键轴18、联轴器I 9将旋转运动传给滚珠丝杠螺纹副8，由螺纹副将旋转运动转 化为沿轴向的直线运动，推靠轴组件20克服推靠弹簧117和推靠弹簧I 4的弹簧力，并经 推靠杆3将爬行臂2上的爬行轮Z13压紧在井下的管壁上，使得产生足够的摩擦力，供给爬 行轮爬行。(3)离合器部分见图3，离合器部分包括离合器静块10、离合器动块11、止退钢球12、衔铁复位弹 簧13、衔铁14、离合器线圈15、滚珠花键轴18。图3中，离合器静块10 —端与联轴器19相连，另外一端是个与机架轴线成一定角 度的斜面，此斜面与离合器动块11的斜面啮合，离合器动块11另一端面压在离合器动块弹 簧19上，并穿在滚珠花键轴18上，离合器动块11只能沿滚珠花键轴作轴向运动，不能作相 对转动；止退钢球12装在机架1上一个锥坑里，钢球外面套有圆筒形状的衔铁14，止退钢 球12被衔铁14限制不能脱出锥坑；衔铁14上套有衔铁复位弹簧13，并穿在离合器线圈15 的骨架内孔中，离合器线圈15被固定在机架1上；推靠电机减速机组17固定在机架1上； 联轴器Π16两端分别与推靠电机减速机组17和滚珠花键轴18连接。
5[0032]工作过程在离合器线圈15未通电前，衔铁14在衔铁复位弹簧13作用下处于分 离状态，即使推靠电机减速机组17通电并带着滚珠花键轴18转动，此时止退钢球12在径 向处于自由状态，在离合器静块10和离合器动块11的传力斜面的轴向分力作用下，迫使离 合器动块11压缩离合器动块弹簧19而远离离合器静块10，从而切断动力传递。而当离合器线圈15通电吸合后，衔铁14克服衔铁复位弹簧13的弹力而与离合器 线圈15吸合，此时止退钢球12在衔铁14的作用下将限制离合器动块11的轴向位移，从而 使得动力通过离合器静块10和离合器动块11的传力斜面得以传递。同样，当爬行器在井下爬行过程中突然掉电，则推靠弹簧I 4和推靠弹簧117将一 起释放预先所储存的能量，迫使滚珠丝杠反转，并通过联轴器I 9带动离合器静块10旋转， 因为此时的止退钢球12不能限制离合器静块10的轴向位移，动力传递也就在离合器动块 11和离合器静块10之间被切断，于是爬行臂得以顺利的自动收回。经缆车拖拽电缆，拖出 爬行器以及井下仪器或工具。可见离合器在下井掉电后，起到安全保护作用，便于提出仪 器，避免了繁琐的后续打捞作业，降低了测井成本。
权利要求一种电机驱动轮式井下爬行器，包括旋转驱动部分、推靠部分和离合器部分，其中旋转驱动部分包括爬行器机架(1)、爬行轮臂(2)、旋转驱动轴(22)、联轴器III(21)、行星减速器(5)和高效永磁同步直流电机(6)；推靠部分包括推靠杆(3)、推靠弹簧I(4)、推靠轴组件(20)、推靠弹簧II(7)、滚珠丝杠螺纹副(8)、联轴器I(9)、联轴器II(16)和推靠电机减速机组(17)；离合器部分包括离合器静块(10)、离合器动块(11)、止退钢球(12)、衔铁复位弹簧(13)、衔铁(14)、离合器线圈(15)和滚珠花键轴(18)，其特征是高效永磁同步直流电机(6)的输出轴与行星减速器(5)连接，在高效永磁同步直流电机(6)的输出轴上装有齿轮Z1；联轴器III(21)一端连接行星减速器(5)的输出轴H2，另一端用齿形键连接小锥齿轮Z7；旋转驱动轴(22)上装有一个小锥齿轮Z7，这个小锥齿轮Z7与旋转驱动轴(22)之间用花键形式连接；爬行轮臂(2)上装有一个大锥齿轮Z8，并通过一个固定轴安装在机架(1)上，与大锥齿轮紧密固定连接着一个齿形链轮Z9；爬行轮臂(2)一端装有一个带内齿的爬行轮Z13；推靠杆(3)一端用铰链连接在爬行臂(2)上，另一端用铰链连接在推靠轴组件(20)上；推靠弹簧I(4)装在推靠轴组件(20)的轴上，一端和机架(1)连接并被限制位置，另一端和推靠轴组件(20)连接并可沿机架轴向运动；推靠弹簧II(7)穿在推靠轴组件(20)的轴上，一端和机架(1)连接并被限制位置，另一端和滚珠丝杠螺纹副(8)的螺母连接，滚珠丝杠螺纹副(8)的另一端通过联轴器I(9)与离合器部分连接；联轴器II(16)两端分别与推靠电机减速机组(17)和滚珠花键轴(18)连接；离合器静块(10)一端与联轴器I(9)相连，另外一端是个与机架轴线成一定角度的斜面，此斜面与离合器动块(11)的斜面啮合，离合器动块(11)另一端面压在离合器动块弹簧(19)上，并穿在滚珠花键轴(18)上，离合器动块(11)只能沿滚珠花键轴作轴向运动，不能作相对转动；止退钢球(12)装在机架上一个锥坑里，钢球外面套有圆筒形状的衔铁(14)，止退钢球(12)被衔铁(14)限制不能脱出锥坑；衔铁(14)上套有衔铁复位弹簧(13)，并穿在离合器线圈(15)的骨架内孔中，离合器线圈(15)被固定在机架(1)上；推靠电机减速机组(17)固定在机架(1)上。
2.如权利要求1所述的电机驱动轮式井下爬行器，其特征是小锥齿轮Z7与大锥齿 轮Z8啮合，大锥齿轮Z8与齿形链轮Z9固连在一起；在爬行轮齿中心布置有一个中心齿轮 Z11，在中心齿轮Zll四周和爬行轮Z13之间均布四个惰轮Z12，中心齿轮Zll紧密固定连接 着一个齿形链轮Z10，在齿形链轮Z9和齿形链轮ZlO之间连接着齿形传动链条(23)；四个 惰轮Z12则均布安装在爬行臂(2)上，并分别与中心齿轮Zll和爬行轮Z13啮合。
3.如权利要求1所述的电机驱动轮式井下爬行器，其特征是内齿齿轮Z3和Z6与爬 行器机架⑴固定连接，行星轮Z2和Z5分别用销轴安装在行星减速器(5)的输出轴Hl和 H2上。
专利摘要本实用新型提供一种电机驱动轮式井下爬行器，包括旋转驱动部分、推靠部分和离合器部分，旋转驱动部分将动力经传动轴、锥齿轮机构和齿形链条机构传递给爬行轮，完成爬行轮的驱动；推靠部分将爬行轮紧紧地压推到套管壁上，使得爬行轮轮齿有了足够地抓地力，在驱动部分驱动下爬行；推靠部分实现爬行轮臂自动收回，经缆车拖拽电缆，拖出爬行器以及井下仪器或工具。本实用新型结构简单、安全可靠，拖拽爬行力大、维修保养方便。
文档编号E21B47/00GK201747356SQ20102027806
公开日2011年2月16日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者任晓宁, 詹保平 申请人:西安威盛电子仪器有限公司