一种大牵引力爬行器的执行机构的制作方法

本实用新型涉及测井仪器输送工具技术领域，特别是指一种大牵引力爬行器的执行机构。

背景技术：

井下牵引器是最新的井下传送方式之一，可推进桥塞准确的送入目的层段，通过自身携带的电缆提供电力为桥塞进行电缆座封。操作简单，提高作业时效，减小作业风险，减小作业成本。

井下牵引器作为一种新型的测井仪器输送工具，与常规的送进技术相比较，它克服了井眼弯曲使测井仪器难以下放的困难，并且极大地提高了测井的质量和测井的可靠性，因此测井爬行器的研究与开发有广泛的应用前景。早在20世纪90年代后期，国外许多公司就相继开发了能在井下独立作业的电缆牵引器。其中以SmarTract公司研制的伸缩式电缆牵引器和Sondex有限公司研制的Son2dex电缆牵引器最为突出。但在国内，水平井测井爬行器的研究还处于起步阶段，技术还不成熟，这严重影响了水平井的开发工作。

要使牵引器能在水平井内顺利爬行，就必须满足以下条件：1)能双向移动，在井下作业后能自动返回；2)爬行遇到阻碍或断电时有自锁能力，并及时反馈信息；3)能在高温高压下正常工作。爬行器在水平井内工作的环境恶劣，且工作空间受到严格的限制，随着对爬行器驱动系统的设计提出的更高要求，普通的驱动方式已无法满足其工作需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种大牵引力爬行器的执行机构，行走机构与动力总成连接，通过主驱动电机实现行走轮的前进或后退，使用齿轮传动，传动准确，效率高，推靠总成将旋转运动转换为推杆的直线运动，通过曲柄滑块机构实现行走轮的支撑或回缩动作，具有掉电自动回缩功能。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下的技术方案：一种大牵引力爬行器的执行机构，爬行器井下部分包括电控总成、动力总成、执行机构，所述动力总成包括主驱动电机、液压泵、油缸、电磁换向阀、液压马达、减速器，所述执行机构包括驱动总成、推靠总成，所述驱动总成包括推靠机构和行走机构；

所述推靠总成包括推靠电机、推靠减速器、电磁离合器、滚珠丝杠、弹簧；

所述行走机构包括主传动轴、锥齿轮副、链轮传动副和行星轮及行走轮，所述锥齿轮副包括一个小锥齿轮和一对大锥齿轮；

所述主传动轴一端与减速器的输出轴连接，另一端连接小锥齿轮，减速器的输出轴带动小锥齿轮，小锥齿轮同时带动一对装在同一轴上的大锥齿轮旋转，大锥齿轮带动链轮传动副，进而带动行星轮，最终带动行走轮转动；

所述推靠机构为由推杆、牵引臂、推靠臂组成的曲柄滑块机构；

所述推靠电机逐步地输出力矩，经过推靠减速器的减速后，带动滚珠丝杠运动进而推动推杆，推杆带动推靠臂和牵引臂同时旋转，将行走轮推到管壁，与管壁进行紧密结合。

其中，所述链轮传动副为3组互相啮合的中间齿轮。

其中，所述行星轮安装在行走轮内部，每个行走轮内设3个行星轮，且每个行星轮均与中间齿轮啮合。

其中，所述小锥齿轮与大锥齿轮的齿数比为1:2。

其中，所述中间齿轮与行星轮的齿数比为1:3。

其中，所述电磁离合器采用干式电磁离合器。

本实用新型的有益效果在于：驱动总成将动力总成的减速器输出通过主传动轴，经过锥齿换向，再经过中间齿轮传动，将动力传送到行走轮，行走轮驱动着爬行器向前或者向后运动，传动比准确，效率高，结构紧凑，传动比范围大，可用于减速或增速，工作可靠，寿命长。

推靠总成是将行走轮按照指令推靠到关闭的机械装置，它采用点击输出之后经过减速器放大力矩，经过电磁离合器之后推动滚珠丝杠产生一个推力，将行走轮推向了管壁，由于管壁的压力是牵引力的决定因素，也就是要产生很大的驱动力，也相应要产生合适的推靠力，电磁离合器接合时通过滚珠丝杠推动推杆或者拉回推杆，带动行走轮做支撑或者回缩动作，在失电或者断电状态下，压缩弹簧压缩推动滚珠丝杠返回到原来的状态，保证推靠臂缩回，具有掉电自动回缩功能。

选择电机驱动滚珠丝杠的驱动模式，将回转运动转换为推杆的直线运动，通过曲柄滑块机构实现行走轮的支撑或回缩动作，摩擦损失小、传动效率高、精度高、高速进给和微进给可能、轴向刚度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对-实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为大牵引力爬行器执行机构总成示意图；

图2为大牵引力爬行器动力总成与行走机构连接结构示意图；

图3为行走机构结构示意图；

图4为大牵引力爬行器驱动总成示意图；

图5为推靠机构结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

爬行器井下部分为液压驱动总成，包括三个部分：电控总成、动力总成、执行机构总成；其中动力总成负责动力的产生及其运动协调；执行机构总成负责将径向的动力转换为行走轮11的爬行动力，负责爬行器的前进和后退；电控总成负责系统的协调运动，监测、并检测系统的运行情况；电控总成实际上就是井下测控系统的总集成，是井下控制系统的核心，它担负着通信协调井上系统和井下系统的协调工作，是整个系统的最为关键的环节，测控系统的可靠性将决定系统的性能。

如图2所示，所述动力总成是爬行器的主要动力机构，包括主驱动电机、液压泵、油缸、电磁换向阀、液压马达、减速器，它的控制执行是由电控总成负责；动力总成是工具的动力源，它主要是通过液压机构实现爬行器的驱动，液压油经过液压泵增压之后经过电磁换向阀，驱动液压马达工作，液压马达的输出经过减速器的减速和力矩放大，驱动行走轮11向前或者向后动。

如图2所示，所述执行机构总成是由驱动总成和推靠总成组成；所述推靠总成包括推靠驱动电机、推靠减速器2、电磁离合器3、滚珠丝杠4、拉伸弹簧5。

如图4所示，大牵引力爬行器的驱动总成包括推靠机构和行走机构两分。如图5所示推靠机构是由推杆12(滑块)、牵引臂13(曲柄)和推靠臂14(连杆)组成的曲柄滑块机构，推杆12的直线运动带动牵引臂13和推靠臂14打开和收拢。当推靠机构完成推靠动作后推靠电机1停止工作，牵引段上的滑套将一直停在此刻的位置上，如果井筒直径发生少量变化时，与推杆12相连的复位弹簧使牵引臂13始终紧贴井壁。

推靠驱动总成的推靠原理是，正常状态下，弹簧5处于拉伸状态，由于受到弹簧5拉力的作用，推杆12始终出于回缩状态，弹簧5给滚珠丝杠4一个拉力，确保在自然状态下，弹簧能使推杆12出于水平回缩状态；需要爬行的时候，首先要给电磁离合器3加电，使电磁离合器3出于结合状态，这时候才能启动推靠电机1进行推靠动作，启动推靠电机1，推靠电机1逐步地输出力矩，经过减速器的适度变换之后，开始带动着滚珠丝杠4进行推动着推杆12，将行走轮11推到管壁，与管壁进行紧密结合，为行走轮11提供足够大的摩擦力，支持其做前进运动。

电磁离合器3合上时，推靠电机1带动滚珠丝杠4正(反)向旋转，螺母带动推杆12推出(收回)并使复位弹簧压缩，带动驱动段的滑套作轴向运动，使牵引臂13打开(收回)；推靠电机1停转时，螺母和推杆12停止运动，并保持在这一位置。离合器分开时电机正转时，滚珠丝杠4不会旋转。电机反转时，滚珠丝杠4也反转，使推杆12收回。当推杆12处于推开位置时，如果推靠电机1和电磁离合器3失电，电磁离合器3脱开，在复位弹簧的作用下，螺母和推杆12将回到原始(收拢)位置。这样确保在电路故障情况下，牵引臂13自行收回。

牵引臂13打开的角度不同，行走轮11对井筒的压力不同，要获得最大的压力和牵引力，不同尺寸的测量井筒应采用不同尺寸的牵引臂13。

如图2和图3所示，所述行走机构包括主传动轴6、锥齿轮副、链轮传动副和行星轮10及行走轮11，所述锥齿轮副包括一个小锥齿轮7和一对大锥齿轮8。减速器的输出轴带动一小锥齿轮7，它同时带动一对装在同一轴上的大锥齿轮8作旋向。首先把减速器的输出轴通过主传动轴6连接起来，在末端经过锥齿换向，锥齿的齿数比为1:2，也就是说，主传动轴6输出的速度在这里降了一半，但是输出的力矩增加了1倍，同时锥齿也变换了输出方向，将径向传输的力矩变换为和爬行方向一致的力矩，这个时候经过3组中间齿轮9传输到行星轮10机构，中间齿轮9与行星轮10的齿数比为1:3，这个时候传动的速度和力矩又发生了变化，速度又降低了1/3，力矩增加了3倍；实际上经过锥齿和行星轮10之后整体的齿数比为6：1，也就是速度降到了1/6，而力矩增大了6倍。

滚珠丝杠4是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。它是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠4被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠4由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。

选择滚珠丝杠4作为主传动方式的主要依据如下：

1、摩擦损失小、传动效率高

由于滚珠丝杠4副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滑动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。

2、精度高

滚珠丝杠4副是一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。

3、高速进给和微进给可能

滚珠丝杠4副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。

4、轴向刚度高

滚珠丝杠4副可以加与预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性(滚珠丝杠4内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。

电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器可分为：干式单片电磁离合器，干式多片电磁离合器，湿式多片电磁离合器，磁粉离合器，转差式电磁离合器等。电磁离合器工作方式又可分为：通电结合和断电结合。

干式单片电磁离合器：线圈通电时产生磁力，在电磁力的作用下，使衔铁的弹簧片产生变形，动盘与“衔铁”吸合在一起，离合器处于接合状态；线圈断电时，磁力消失，“衔铁”在弹簧片弹力的作用下弹回，离合器处于分离状态。

干式多片，湿式多片电磁离合器：原理同上，另外增加几个摩擦副，同等体积转矩比干式单片电磁离合器大，湿式多片电磁离合器工作时必须有油液冷却和润滑。

磁粉离合器：在主动转子与从动转子之间放置适度磁粉，不通电时磁粉处于松散状态，离合器处于分离状态；线圈通电时，磁粉在电磁力的作用下，将主动转子与从动转子连接在一起，主动端与从动端同时转动，离合器处于合的状态。优点：可通过调节电流来调节转矩，允许较大滑差，是恒涨力控制的首选元件。缺点：较大滑差时温升较大，相对价格高。

转差式电磁离合器：离合器工作时，主、从部分必须存在某一转速差才有转矩传递。转矩大小取决于磁场强度和转速差。励磁电流保持不变，转速随转矩增加而剧烈下降；转矩保持不变，励磁电流减少，转速减少得更加严重。

转差式电磁离合器由于主、从动部件间无任何机械连接，无磨损消耗，无磁粉泄漏，无冲击，调整励磁电流可以改变转速，作无级变速器使用，这是它的优点。该离合器的主要缺点是转子中的涡流会产生热量，该热量与转速差成正比。低速运转时的效率很低，效率值为主、从动轴的转速比，即η＝n2/n1

适用于高频动作的机械传动系统，可在主动部分运转的情况下，使从动部分与主动部分结合或分离。

主动件与从动件之间处于分离状态时，主动件转动，从动件静止；主动件与从动件之间处于接合状态，主动间带去从动件转动。

普通的电磁离合器的工作温度不高于80度，为了适应50°-150°的环境温度，我们必须对电磁离合器进行定制，使其达到高温性能，其线圈电压波动不超过额定电压的±5％。

从工作原理和机制上将，我们选择干式电磁离合器就可以达到我们的要求。所以电磁离合器我们选择干式电磁离合器。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。