一种齿轮齿条传动的旋转锁紧机构的制作方法

本发明涉及油田注水井带压投送装置旋转锁紧机构，尤其涉及一种齿轮齿条传动的旋转锁紧机构。

背景技术：

油田注水井带压投送装置通常将油管封隔器投送至生产管柱内部预定位置后实现坐封，隔离生产管柱内部压力通道，实现生产管柱的内部封堵后，进行正常的酸化作业。带压投送的首要前提需要将带压投送装置旋转锁紧机构与投送外层管锁紧凹槽安全锁紧后，通过双级液压缸将油管封隔器分行程地投送至生产管柱内部。

带压投送装置旋转锁紧机构通常需要搭脚手架，操作人员站在井口拨动手动旋转杆转动旋转盖外轮廓圆周面，带动内轮廓圆弧面旋转，挤压两个圆弧锁紧块外轮廓圆弧面而发生内外两方向往复运动，从而抱紧/松开投送外层管锁紧凹槽处，实现对投送外层管的锁紧/松开功能。但却存在着操作人员手动控制精度低，人工强度高，危险系数高等缺点。

因此，基于这些问题，提供了一种将电液控制原理应用到带压投送装置的齿轮齿条旋转锁紧机构中，减轻了操作者的劳动强度，提高了生产效率，提高了人工操作控制的精度的齿轮齿条传动的旋转锁紧机构，具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种将电液控制原理应用到带压投送装置的齿轮齿条旋转锁紧机构中，减轻了操作者的劳动强度，提高了生产效率，提高了人工操作控制的精度的齿轮齿条传动的旋转锁紧机构。

本发明采取以下技术方案实现：

一种齿轮齿条传动的旋转锁紧机构，包括齿轮齿条旋转锁紧机构和齿条缸的电磁换向控制系统，所述齿轮齿条旋转锁紧机构包括移动梁、旋转锁紧机构中心轴、插设于旋转锁紧机构中心轴内的投送外层管锁紧凹槽，所述旋转锁紧机构中心轴上对称装配有用于锁紧/松开投送外层管锁紧凹槽的圆弧锁紧块，所述旋转锁紧机构中心轴上还转动设有用于驱动两个圆弧锁紧块直线往复运动的旋转盖，所述移动梁的下端设有用于驱动旋转盖顺时针/逆时针旋转的齿条缸；

所述齿条缸的电磁换向控制系统包括地面液压泵站、滤油器、三位四通电磁换向阀、液压锁和齿条缸。

优选地，所述移动梁设于齿条缸的上端，且与齿条缸中心轴垂直设置，其外部与齿条缸组合焊接而成，其内部与齿条缸内部相联通。

优选地，所述旋转锁紧中心轴呈中空结构，其中空通孔供投送外层管穿过，所述投送外层管沿其轴向方向设有至少两个投送外层管锁紧凹槽，所述投送外层管锁紧凹槽上设有外倒角。

进一步优选地，所述旋转锁紧中心轴后端刻设有外螺纹，与上旋盖内部内螺纹通过螺纹连接并固定装配在移动梁通孔内，所述旋转锁紧中心轴前部左右两侧分别对称开设有贯通的圆弧面开口，两个所述圆弧锁紧块分别放置于两个圆弧面开口内，所述旋转锁紧中心轴的圆弧面开口处靠近圆弧锁紧块的端面上开设有弹簧凹槽，所述圆弧锁紧块的两侧分别设有弹簧销，所述弹簧销置于旋转锁紧机构中心轴的弹簧凹槽处，使得圆弧锁紧块与旋转锁紧机构中心轴装配在一起，所述圆弧锁紧块外轮廓呈不规则圆弧面，内轮廓为中心半圆，且中心半圆的内轮廓圆弧面上设有用于与投送外层管锁紧凹槽外倒角相配合的阶梯倒角。

进一步优选地，所述旋转盖内开设有贯通的内轮廓呈不规则圆弧状的驱动槽，所述旋转盖转动套设于旋转锁紧中心轴上并亦位于移动梁内，两个所述圆弧锁紧块的外轮廓圆弧面分别与旋转盖的驱动槽内轮廓圆弧面紧密贴合，使得两个所述圆弧锁紧块受驱动槽内轮廓圆弧面旋转挤压作用而发生直线往复运动。

进一步优选地，所述旋转盖外轮廓圆周面呈半圆齿轮状，所述旋转盖外轮廓下半圆圆周面加工有齿，上半圆圆周面加工无齿，所述旋转盖下半圆周面上的齿伸入到齿条缸内并与齿条缸内的齿条相啮合。

进一步优选地，所述齿条缸包括齿条缸体、设于齿条缸体两端的端盖、以及设于齿条缸体内的腔室，活塞，活塞杆和齿条，所述活塞包括第一活塞、第二活塞，分别对称设于齿条缸体内两侧，所述第一活塞、第二活塞分别和与之靠近的端盖之间围设成第一腔室、第二腔室，所述第一活塞、第二活塞相对的一侧分别设有一活塞杆，两个所述活塞杆之间通过齿条相连，且所述活塞杆、齿条分别与齿条缸体同轴设置。

进一步优选地，所述地面液压泵站包括油缸、液压泵、地面液压泵站电机、溢流阀，所述液压泵的进油端通过油路与油缸相连，所述地面液压泵站电机用于驱动液压泵运转，所述液压泵的出油端通过油路与滤油器相连，所述滤油器通过油路与三位四通电磁换向阀相连，所述三位四通电磁换向阀通过油路与液压锁相连，所述液压锁通过油路与齿条缸相连，位于所述液压泵与滤油器之间的油路通过返回油路与溢流阀的进油端相连，所述溢流阀的出油端通过返回油路与油缸的进油端相连。

本发明的优点和积极效果是：

1.本发明结构合理，安全可靠，易于操作，安全锁紧后方便双级液压缸将油管封隔器分行程地投送至生产管柱内部预定位置后实现坐封，保证整个带压投送装置安全顺利的酸化施工。

2.本发明将电液控制原理应用到带压投送装置的齿轮齿条旋转锁紧机构中，实现了带压投送装置齿轮齿条旋转锁紧机构的电液控制系统。

3.本发明改善了带压投送装置齿轮齿条旋转锁紧机构的控制性能，减轻了操作者的劳动强度，提高了生产效率，提高了人工操作控制的精度，可靠性较高。

4.本发明中，三位四通电磁换向阀位于中位时，液压锁处于关闭状态，油路不通，实现对齿条缸的双向锁紧功能，保证齿条缸准确定位停住，锁紧可靠、持久，对带压投送装置起到安全保护的作用。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是本发明的齿轮齿条传动的旋转锁紧机构的结构示意图；

图3是本发明的旋转锁紧机构中心轴与上旋盖装配状态下的结构示意图；

图4是本发明的旋转盖的主视结构示意图；

图5是本发明的旋转锁紧机构中心轴与圆弧锁紧块装配状态下的主视结构示意图；

图6是本发明的旋转盖、投送外层管锁紧凹槽、圆弧锁紧块与旋转锁紧机构中心轴装配状态下的主视结构示意图；

图7是图6的纵向剖面结构示意图；

图8是图7中旋转盖顺时针旋转状态下的结构示意图；

图9是本发明的投送外层管的俯视结构示意图；

图10是本发明中三位四通电磁换向阀处于左位时，齿条缸、三位四通电磁换向阀、液压锁的连接示意图；

图11是本发明中三位四通电磁换向阀处于中位时，齿条缸、三位四通电磁换向阀、液压锁的连接示意图；

图12是本发明中三位四通电磁换向阀处于右位时，齿条缸、三位四通电磁换向阀、液压锁的连接示意图；

图13是本发明的移动梁、旋转锁紧机构中心轴、上旋盖、以及投送外层管装配状态下的结构示意图。

图中：1.齿条缸、2.齿条缸体、3.端盖、4.腔室、4a.第一腔室、4b.第二腔室、5.活塞、5a.第一活塞、5b.第二活塞、6.活塞杆、7.齿条、8.移动梁、9.旋转盖、10.旋转锁紧机构中心轴、11.圆弧锁紧块、12.弹簧销、13.投送外层管锁紧凹槽、14.地面液压泵站、15.滤油器、16.三位四通电磁换向阀、17.液压锁、18.油路、19.投送外层管、20.外倒角、21.上旋盖、22.圆弧面开口、23.弹簧凹槽、24.驱动槽、25.油缸、26.液压泵、27.地面液压泵站电机、28.溢流阀、29.返回油路。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

如图1-13所示，一种齿轮齿条传动的旋转锁紧机构，包括齿轮齿条旋转锁紧机构和齿条缸的电磁换向控制系统，所述齿轮齿条旋转锁紧机构包括移动梁8、旋转锁紧机构中心轴10、插设于旋转锁紧机构中心轴10内的投送外层管锁紧凹槽13，所述旋转锁紧机构中心轴10上对称装配有用于锁紧/松开投送外层管锁紧凹槽13的圆弧锁紧块11，所述旋转锁紧机构中心轴10上还转动设有用于驱动两个圆弧锁紧块11直线往复运动的旋转盖9，所述移动梁8的下端设有用于驱动旋转盖9顺时针/逆时针旋转的齿条缸1；所述齿条缸1的电磁换向控制系统包括地面液压泵站14、滤油器15、三位四通电磁换向阀16、液压锁17和齿条缸1。

如图1所示，投送外层管锁紧凹槽13插设于旋转锁紧机构中心轴10内，两个圆弧锁紧块11对称装配于旋转锁紧机构中心轴10上，通过齿条缸1用于驱动旋转盖9顺时针/逆时针旋转，带动驱动槽24内轮廓圆弧面旋转，继而挤压两个圆弧锁紧块11外轮廓圆弧面而发生内外两方向直线往复运动，从而实现两个圆弧锁紧块11抱紧/松开投送外层管锁紧凹槽13，最终实现对投送外层管19的锁紧/松开功能，本发明将电液控制原理应用到带压投送装置的齿轮齿条旋转锁紧机构中，实现了带压投送装置齿轮齿条旋转锁紧机构的电液控制系统，通过电磁换向阀控制系统控制齿条缸实现对旋转锁紧机构的有效控制，方便双级液压缸将油管封隔器分行程地投送至生产管柱内部预定位置后实现坐封，保证整个带压投送装置安全顺利的酸化施工，相较于以往使用的手动旋转锁紧，大大减轻了操作者的劳动强度，提高了生产效率，提高了人工操作控制的精度，可靠性较高。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述移动梁8设于齿条缸1的上端，且与齿条缸1中心轴垂直设置，其外部与齿条缸1组合焊接而成，其内部与齿条缸1内部相联通。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述旋转锁紧中心轴10呈中空结构，其中空通孔供投送外层管19穿过，所述投送外层管19沿其轴向方向设有至少两个投送外层管锁紧凹槽13，所述投送外层管锁紧凹槽13上设有外倒角20。如图9所示，投送外层管19上设置投送外层管锁紧凹槽13有利于防止当圆弧锁紧块11抱紧投送外层管锁紧凹槽13时轻易退槽松开滑脱情况的发生。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述旋转锁紧中心轴10后端刻设有外螺纹，与上旋盖21内部内螺纹通过螺纹连接并固定装配在移动梁8通孔内，所述旋转锁紧中心轴10前部左右两侧分别对称开设有贯通的圆弧面开口22，两个所述圆弧锁紧块11分别放置于两个圆弧面开口22内，所述旋转锁紧中心轴10的圆弧面开口22处靠近圆弧锁紧块11的端面上开设有弹簧凹槽23，所述圆弧锁紧块11的两侧分别设有弹簧销12，所述弹簧销12置于旋转锁紧机构中心轴10的弹簧凹槽23处，使得圆弧锁紧块11与旋转锁紧机构中心轴10装配在一起，如图3、5、6所示，当两个圆弧锁紧块11受外力作用而发生向内方向直线运动，即两个圆弧锁紧块11均沿旋转锁紧中心轴10的径向朝内移动，此时克服弹簧销12内弹簧力，两个圆弧锁紧块11抱紧投送外层管锁紧凹槽13处实现锁紧功能，进而使移动梁8与投送外层管19连接在一起；而当作用于两个圆弧锁紧块11上的外力消失时，在弹簧销12内弹簧回弹作用下，圆弧锁紧块11发生向外方向直线运动，即两个圆弧锁紧块11均沿旋转锁紧中心轴10的径向朝外移动，两个圆弧锁紧块11远离投送外层管锁紧凹槽13处继而实现松开功能。所述圆弧锁紧块11外轮廓呈不规则圆弧面，内轮廓为中心半圆，且中心半圆的内轮廓圆弧面上设有用于与投送外层管锁紧凹槽13外倒角相配合的阶梯倒角。其中，阶梯倒角与投送外层管锁紧凹槽13外倒角20相配合，防止其轻易退槽松开滑脱。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述旋转盖9内开设有贯通的内轮廓呈不规则圆弧状的驱动槽24，所述旋转盖9转动套设于旋转锁紧中心轴10上并亦位于移动梁8内，两个所述圆弧锁紧块11的外轮廓圆弧面分别与旋转盖9的驱动槽24内轮廓圆弧面紧密贴合，使得两个所述圆弧锁紧块11受驱动槽24内轮廓圆弧面旋转挤压作用而发生直线往复运动，即向内/外两方向往复运动。如图6、7、8所示，旋转盖9转动套设于旋转锁紧中心轴10上，投送外层管19插设于旋转锁紧中心轴10内，两个圆弧锁紧块11的外轮廓圆弧面分别与旋转盖9的驱动槽24内轮廓圆弧面紧密贴合，当旋转盖9在旋转锁紧中心轴10上发生顺时针/逆时针旋转时，驱动槽24内轮廓圆弧面随之旋转，继而挤压两个圆弧锁紧块11外轮廓圆弧面而发生内外两方向往复运动，从而抱紧/松开投送外层管锁紧凹槽13处，实现对投送外层管19的锁紧/松开功能。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述旋转盖9外轮廓圆周面呈半圆齿轮状，所述旋转盖9外轮廓下半圆圆周面加工有齿，上半圆圆周面加工无齿，所述旋转盖9下半圆周面上的齿伸入到齿条缸1内并与齿条缸1内的齿条7相啮合。如图2-8所示，根据齿轮齿条啮合原理，转化成旋转盖9外轮廓下半圆圆周面的正反向旋转，将齿条缸1的推力转化成旋转盖9外轮廓圆周面的输出扭矩，带动驱动槽24内轮廓圆弧面旋转，挤压两个圆弧锁紧块11外轮廓圆弧面而发生内外两方向往复运动，从而抱紧/松开投送外层管锁紧凹槽13处，实现对投送外层管19的锁紧/松开功能。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述齿条缸1包括齿条缸体2、设于齿条缸体2两端的端盖3、以及设于齿条缸体2内的腔室4，活塞5，活塞杆6和齿条，所述活塞5包括第一活塞5a、第二活塞5b，分别对称设于齿条缸体2内两侧，所述第一活塞5a、第二活塞5b分别和与之靠近的端盖之间围设成第一腔室4a、第二腔室4b，所述第一活塞5a、第二活塞5b相对的一侧分别设有一活塞杆6，两个所述活塞杆6之间通过齿条7相连，且所述活塞杆6、齿条7分别与齿条缸体2同轴设置。如图1、2所示，当液压油进入到第二腔室4b内，且第一腔室4a内液压油排出时，第二腔室4b内的液压油向左推第二活塞5b，继而带动齿条7向左移动，由于齿轮齿条啮合原理，带动旋转盖9外轮廓下半圆圆周面齿轮随之顺时针方向转动，使得驱动槽24内轮廓圆弧面随之顺时针方向旋转，挤压两个圆弧锁紧块11外轮廓圆弧面而发生向内方向直线运动，两个圆弧锁紧块11抱紧投送外层管锁紧凹槽13处实现锁紧功能；当液压油进入到第一腔室4a，而第二腔室4b内液压油排出时，进入到第一腔室4a内的液压油向右推第一活塞5a，带动齿条7向右移动，由于齿轮齿条啮合原理，带动旋转盖9外轮廓下半圆圆周面齿轮逆时针方向转动，继而带动驱动槽24内轮廓圆弧面随之逆时针方向旋转，驱动槽24内轮廓作用于圆弧锁紧块11外轮廓的挤压随之消失，在弹簧销12内弹簧回弹作用下，圆弧锁紧块11发生向外方向直线运动，两个圆弧锁紧块11远离投送外层管锁紧凹槽13处继而实现松开功能，根据齿轮齿条啮合原理，将齿条缸1的推力转化成旋转盖9外轮廓圆周面的输出扭矩，继而挤压两个圆弧锁紧块11外轮廓圆弧面而发生内外两方向往复运动，从而实现对投送外层管19的锁紧/松开功能。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述地面液压泵站包括油缸25、液压泵26、地面液压泵站电机27、溢流阀28，所述液压泵26的进油端通过油路18与油缸25相连，所述地面液压泵站电机27用于驱动液压泵26运转，所述液压泵26的出油端通过油路18与滤油器15相连，所述滤油器15通过油路18与三位四通电磁换向阀16相连，所述三位四通电磁换向阀16通过油路18与液压锁17相连，所述液压锁17通过油路18与齿条缸1相连，位于所述液压泵16与滤油器15之间的油路18通过返回油路29与溢流阀28的进油端相连，所述溢流阀28的出油端通过返回油路29与油缸25的进油端相连。如图1所示，地面液压泵站电机27带动液压泵26内部结构运转，从油缸25处供油输送液压油，流入滤油器15，经滤油器15过滤后的液压油通过三位四通电磁换向阀16主阀阀口和液压锁17，进入齿条缸1的腔室完成进油，回油，形成一个完整油路，从而推动齿条缸1活塞5往复运动，带动齿条7同方向往复移动，根据齿轮齿条啮合原理，转化成旋转盖9外轮廓下半圆圆周面的正反向旋转，将齿条缸1的推力转化成旋转盖9外轮廓圆周面的输出扭矩，带动驱动槽24内轮廓圆弧面旋转，挤压两个圆弧锁紧块11外轮廓圆弧面而发生内外两方向往复运动，从而抱紧/松开投送外层管锁紧凹槽13处，实现对投送外层管19的锁紧/松开功能；同时通过电磁换向阀控制齿条缸实现对旋转锁紧机构的有效控制，方便双级液压缸将油管封隔器分行程地投送至生产管柱内部预定位置后实现坐封，保证整个带压投送装置安全顺利的酸化施工。需要说明的是，齿条缸1的电磁换向控制系统正常工作时，溢流阀28关闭，一旦负载超过液压系统中液体压力时，溢流阀28开启，使多余液压油溢回油缸25，起到安全过载保护作用。

工作原理：

1.锁紧功能：如图10所示，a、b、p、t为阀口，a、b为电磁铁，当三位四通电磁换向阀16的左位电磁铁a得电，三位四通电磁换向阀16左位接通时，进油口p与油口b相通，油口a通过阀芯中间的孔与回油口t连通，液压油沿油路通过液压锁17进入齿条缸1的第二腔室4b内，其中，液压锁17中两组液控单向阀像普通单向阀作用一样，液压油可以自由通过，进入到第二腔室4b内的液压油向左推第二活塞5b，继而带动齿条7向左移动，由于齿轮齿条啮合原理，带动旋转盖9外轮廓下半圆圆周面齿轮随之顺时针方向转动，使得驱动槽24内轮廓圆弧面随之顺时针方向旋转，挤压两个圆弧锁紧块11外轮廓圆弧面而发生向内方向直线运动，即两个圆弧锁紧块11均沿旋转锁紧中心轴10的径向朝内移动，此时克服弹簧销12内弹簧力，两个圆弧锁紧块11抱紧投送外层管锁紧凹槽13处实现锁紧功能，进而使移动梁8与投送外层管19连接在一起，通过双级液压缸将油管封隔器分行程地投送至生产管柱内部预定位置。

2.保持锁紧功能；如图11所示，当圆弧锁紧块锁紧投送外层管锁紧凹槽13后，三位四通电磁换向阀16的左边电磁铁a，b关电，在三位四通电磁换向阀16关闭时，在弹簧作用下电磁换向阀主阀阀芯位于中位，只要电磁比例阀主阀阀芯处于中位时，不向左右位置移动(除非人为控制操作)，液压锁17处于关闭状态，油路中不能回油，油路不通，使得齿条缸1内部第一活塞5a、第二活塞5b不会发生移动，即油路中的液压锁17保证三位四通电磁换向阀16位于中位时齿条缸1(齿轮齿条液压缸)双向锁紧，两个方向都不会有任何移动，齿条7位置保持不变，继而保证齿条缸1准确定位停住，锁紧可靠、持久，当圆弧锁紧块11安全锁紧投送外层管锁紧凹槽13后，方便双级液压缸将油管封隔器分行程地投送至生产管柱内部预定位置后实现坐封，保证整个带压投送装置安全顺利的酸化施工。

3.松开功能：如图12所示，当三位四通电磁换向阀16右位电磁铁b得电，三位四通电磁换向阀16右位接通时，进油口p与油口a相通，油口b通过阀芯中间的孔与回油口t连通。液压油沿油路通过液压锁17进入齿条缸1第一腔室4a，液压锁17中两组液控单向阀像普通单向阀作用一样，液压油可以自由通过，进入到第一腔室4a内的液压油向右推第一活塞5a，带动齿条7向右移动，由于齿轮齿条啮合原理，带动旋转盖9外轮廓下半圆圆周面齿轮逆时针方向转动，继而带动驱动槽24内轮廓圆弧面随之逆时针方向旋转，驱动槽24内轮廓作用于圆弧锁紧块11外轮廓的挤压随之消失，在弹簧销12内弹簧回弹作用下，圆弧锁紧块11发生向外方向直线运动，即两个圆弧锁紧块11均沿旋转锁紧中心轴10的径向朝外移动，两个圆弧锁紧块11远离投送外层管锁紧凹槽13处继而实现松开功能。

综上所述，本发明提供了一种将电液控制原理应用到带压投送装置的齿轮齿条旋转锁紧机构中，减轻了操作者的劳动强度，提高了生产效率，提高了人工操作控制的精度的齿轮齿条传动的旋转锁紧机构。