CN100419205C - 大致恒力致动器、大致恒力致动机构与将大致恒定的力传给物体的方法 - Google Patents

大致恒力致动器、大致恒力致动机构与将大致恒定的力传给物体的方法 Download PDF

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Abstract

一种大致恒力致动器，其适用于井中应用的定心器、锚固器和牵引器并且适用于提升装置例如起重器和载荷支承装置。一组或多组连杆臂可以通过一个或多个传力部件的力从最小角度到最大角度进行角运动，该最小角度是与最大间隔处的传力部件形成的，该最大角度是与最小间隔处的传力部件形成的，从而把基本上恒定的力传给物体或表面，力的方向基本上垂直于传力部件的相对线性运动的方向。连杆臂在其最小角度时，至少一个传力部件上的运动控制元件与连杆臂的导向表面进行作用，以便实现连杆的角运动并且在连杆的角运动期间产生了大致恒定的力。

Description

大致恒力致动器、大致恒力致动机构与将大致恒定的力传给物体的方法
对相关申请的交叉参考
本申请要求2002年3月13日提交的美国临时申请60/364,189的优先权，该美国申请在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及的机构应用沿着一个方向施加的力来沿着垂直于施力方向的方向提升或支承载荷。这种机构应用于很多领域中，并且例如可以应用于井或管道中所使用的工具，例如定心器、井径仪、锚固装置和牵引器。本发明特别适用于牵引器的领域，该牵引器用于在偏斜的或水平的油井和气井中或者在管道中传送测井仪和服务工具，其中这样的工具不易于通过重力传送。本发明也可以应用于起重装置中。
背景技术
在钻出油井或气井之后，通常需要利用各种测量仪器对井进行测量。通常这样进行，即，利用线状测井工具在井中下降到测井电缆上。类似地，管线可能需要检查，因此需要各种测量工具沿着管道的运动。
一些测井工具只有当它们位于井或管道的中心时才可正确地进行操作。这通常要利用定心器。所有的定心器按照相同的一般原理操作。等距的多个弓形弹簧或者各种连杆从中央枢接器(hub)向着井筒或管壁径向延伸。这些弹簧或连杆与井筒或管壁接触并在其上施加径向力，这将会移动工具本体离开该壁。由于弓形弹簧和连杆通常相对于中央枢接器是对称的，所以它们倾向于把工具定位在井的中心。因此，由这些装置施加的径向力通常被称为定心力。
定心器在其整个操作过程中通常保持打开。换句话说，它们的连杆总是偏向井筒壁并且它们总是保持与井筒壁接触。大部分定心器设计成这样，使得它们可以在大范围的井筒尺寸中操作。当定心器径向伸展或收回以适应井筒尺寸的变化时，它们的定心力可以改变。在几乎垂直的井中，径向力的变化不是问题，这是因为工具重量的径向分量很小，并且即使薄弱的定心器也能克服该分量的影响。另外，由此产生的定心力和摩擦阻力是测井电缆上的总张力的很小部分，使得对于所有实际应用来说其变化性是可以忽略的。
然而，具有水平的或高度偏斜的部段的井会存在问题。在井的水平部段中，定心器必须足够强以便将工具的总重量抬离井筒壁。一方面，必须使定心力最小水平等于工具的重量以保证在所有井筒尺寸中的正确操作。另一方面，在不同的井筒尺寸中，由定心器施加的力可能是过度的，所造成的额外摩擦阻力不利于工具沿着井的运动。这种情况导致了恒力定心器的发展，该定心器之前已经公开并且已投放市场。然而，本发明提出了一种新的方法来构造这种恒力定心器。
类似于定心器，井径仪将臂或连杆从工具本体向井筒壁延伸。定心器和井径仪之间的一个不同之处在于，井径仪的臂可以各自致动并可以不打开相同的量。另一个不同之处在于，井径仪的臂通常利用一些机械装置在工具本体中选择性地打开和闭合。因此，井径仪的臂不需要一直保持与井筒壁的接触。
各种测量仪器通常安装在井径仪的臂上。为了保证这些测量仪器中的某些的正确操作，通常需要保持一定范围的径向力的大小，利用该径向力将井径仪的臂压向井筒壁。这种要求在井的水平部段和可变的井筒尺寸中有时难以实现。其原因在于，像定心器一样，井径仪连杆的机械优势随着井筒尺寸而变化。因此，负责打开和闭合井径仪的机械装置必须提供可变的力输出。这通常导致了机械装置的很差的效率，以及其不能应用于大范围的井筒尺寸。因此有利的是开发这样的井径仪连杆机构，在给定了来自致动装置的恒定的机械输入时，它实际上施加了恒定地径向力。本发明提供了这样的机构。
水平的和高度偏斜的井还存在另一个问题。测井工具不能通过重力有效地传送到这种井中。这导致开发了另一种传送方法。一种这样的方法基于井下牵引器的使用，该牵引器沿着井拉动或推动测井工具。
例如美国专利5,954,131和6,179,055B1中所述的那些，井下牵引器使用各种径向可伸展的机构来将轮子或锚固装置推靠在井筒壁上。与实现相对于井筒壁的运动的原理无关，牵引器可以产生的牵引力与通过该机构施加的径向力成正比。类似于定心器和井径仪，井下牵引器设计成在大范围的井筒尺寸中操作。像定心器一样，它们也有径向力随着井筒尺寸而变的问题。一般地，对于给定的伸展机构，牵引力随着井筒尺寸而变小。如果牵引器产生的径向力是恒定的，则是有利的。然而，迄今为止没有公开对这个问题的令人满意的解决方案。
一些牵引器使用几组不同尺寸的连杆，以在大范围的井筒尺寸中提供相对恒定的牵引力。然而，这些机构必须在表面上被更换，这是非常不便的。另外，一些井被钻有各种井筒尺寸，没有单个的机构能够处理这些尺寸。本发明提供了一种机构，该机构能以众所周知的牵引原理来使用以便实现恒定的径向力，因此在很大范围的井筒尺寸中实现连续一致的牵引。
定心器、井径仪和牵引器都依赖于径向可伸展的机构以执行它们的功能。这些机构可以是主动的或被动的。主动式机构由液压致动器或电致动器供给动力。它们在正常情况下闭合并且只在使用期间被致动。被动式机构通常依靠弹簧来产生向外的径向力。虽然被动式恒力机构已经投放市场，但是还没有公开主动式恒力机构。本发明可以用作被动式或主动式机构，它能够产生大致恒定的径向力。
与本发明的操作原理相关的现有技术公开了恒力定心器的构造或者楔形部在定心装置中的用途。例如，美国专利4,615,386公开了一种定心器，它在井筒尺寸的范围内具有大致恒定的径向力。该力的恒定性由具有不同特性的两个弹簧的组合来实现。两个弹簧力的和在定心臂的大范围运动中保持大致恒定。这种方法的优点在于它的简便性。缺点在于它只可以用于定心器，而不能用于需要使臂选择性地打开和闭合的井径仪和锚固装置。另一个缺点在于，这种操作原理要求定心器很长，这在一些情况下可能是不希望的。类似地，美国专利4,557,327和4,830,105教导了这样的定心装置，该装置通过组合不同类型的至少两个弹簧而在实际上实现了恒定的定心力。这些装置的优点和缺点类似于上述那些。美国专利5,005,642公开了一种测井工具定心器，通过在工具本体的相对侧移动定心臂的附接点，该定心器实现了较低程度的定心力变化。因此，定心器的臂和工具本体之间的角度不会变为0，这种情况使得只依靠轴向致动的大部分其他定心装置不可操作。这种方案的缺点在于它不能完全解决问题，因为径向力仍然随着井筒尺寸变化。尤其在希望使用两个以上的定心臂时，它还使得装置的构造变得困难。
在上述的所有专利中，通过一种包括两个臂的机构来实现定心器的径向伸展，这两个臂在其一端连接在一起并且在其另一端附接到移动的枢接器上。当枢接器之间的距离改变时，两个臂的附接点就沿着径向移进或移出。实现径向可伸展的装置的另一种方案基于锥形表面或楔形部的使用。按照这种原理制造的定心器公开于美国专利5,348,091和5,934,378中。径向可伸展的钻井工具公开于美国专利4,693,328中。径向伸展的原理又基于在倾斜表面(楔形部)上滑动的移动部件。这种概念的优点在于所产生的力可能相当大。主要缺点是相当有限的径向伸展范围。
本发明克服了上述两种径向可伸展的机构的缺点，其方法是在运动学上将这些机构组合成单个装置，该装置以不同于其他任何装置的形式实现了新的和新颖的结果。
发明内容
本发明提供一种用于将大致恒定的力传给物体的方法，其包括：
将大致恒力致动器定位在物体附近，该大致恒力致动器具有设置用于相对线性运动的一对传力部件，至少一个所述传力部件是可以线性移动的，以及一对连杆臂，所述一对连杆臂与所述传力部件呈受力关系并具有第一传力元件，该第一传力元件可由所述一对连杆臂沿着基本上垂直于所述传力部件的所述相对线性运动的方向移动，并且该第一传力元件被设置成与物体传力接触，所述一对连杆臂具有楔形部，该楔形部具有预定运动控制几何结构的运动控制导向件，该导向件与至少一个所述传力部件以反作用力接合，并且把所述传力部件的所述相对线性运动转换成所述一对连杆臂的伸展和收回运动以及所述第一传力元件的线性运动，所述方法包括：
通过使所述传力部件朝向彼此相对线性运动并且使所述运动控制几何结构与至少一个所述传力部件进行作用，启动所述大致恒力致动器的伸展运动，以及产生定向用于所述一对连杆臂的伸展运动的连杆运动力并在所述第一传力元件上产生大致恒定的连杆传动力；
通过继续进行所述传力部件的所述相对线性运动来继续进行所述大致恒力致动器的伸展运动，直到达到了所述一对连杆臂的预定中间角度关系为止，并且所述预定的运动控制几何结构与所述至少一个传力部件分离；
通过继续进行直接作用于所述一对连杆臂上的所述传力部件与所述传力部件的所述相对线性运动来进一步继续进行所述大致恒力致动器的伸展运动，直到实现了所述一对连杆臂的所需伸展和所述第一传力元件的所需运动为止。
本发明还提供一种用于将大致恒定的力传给物体的方法，其包括：
将大致恒力致动器定位在物体附近，该大致恒力致动器具有可相对彼此线性运动的第一和第二传力部件，并具有位于所述第一和第二传力部件中的至少一个上的轮子，并且还具有一对连杆臂，这对连杆臂各自使第一端枢转连接于所述第一和第二传力部件中的相应一个并且各自使第二端可枢转地互连，且这对连杆臂限定了可枢转连杆，该连杆可以从收回位置角运动到伸展的传力位置，以及楔形部，该楔形部具有预定的运动控制几何结构，并在所述可枢转连杆从所述收回位置向所述伸展位置进行一部分伸展运动的期间，使连杆与所述轮子运动接合，所述方法包括：
通过使所述传力部件中的至少第一个朝向所述第二传力部件线性运动并且使所述轮子与所述楔形部进行作用，启动所述大致恒力致动器从所述可枢转连杆的所述收回位置开始的伸展运动，以及产生定向用于所述可枢转连杆的伸展运动的连杆运动力并产生大致恒定的连杆传动力；
通过使所述楔形部与所述轮子进行强制相互作用来继续进行所述大致恒力致动器的伸展运动，直到达到了所述可枢转连杆的预定中间角度关系为止，并且所述楔形部与所述轮子分离；
通过使所述第一和第二传力部件朝向彼此进一步移动来进一步继续进行所述大致恒力致动器的所述伸展运动，并且将来自所述传力部件的线性力直接施加于所述一对连杆臂上；以及
从所述大致恒力致动器的伸展状态开始，通过所述传力部件离开彼此的相对线性运动导致了该致动器的收回运动，所述传力部件引起了所述可枢转连杆的收回运动。
本发明进一步提供一种大致恒力致动器，其包括：
设置用于相对线性运动的一对传力部件；以及
一对连杆臂，所述一对连杆臂与所述传力部件呈受力关系并具有传力元件，该传力元件可由所述一对连杆臂沿着基本上垂直于所述传力部件的所述相对线性运动的方向移动，并且该传力元件被设置成与一井筒壁传力接触；
所述一对连杆臂具有至少一个楔形部，该楔形部用作预定几何结构的运动控制导向件，该导向件与至少一个所述传力部件的一部分以反作用力接合，并且把所述传力部件的所述相对线性运动转换成所述一对连杆臂的伸展和收回运动以及所述传力元件的线性运动。
本发明还提供一种大致恒力致动器，其包括：
一对传力部件，这对传力部件可以相对彼此从预定最大间隔的位置向预定最小间隔的位置线性运动；
线性传力机构，该线性传力机构强制地使所述传力部件线性运动往返于预定最大间隔和预定最小间隔的所述位置之间；
位于所述一对传力部件中的至少一个上的轮子；
各自具有第一端和第二端的至少一对连杆臂，所述连杆臂的所述第一端枢转连接于所述传力部件中的相应一个上，并且所述连杆臂的所述第二端可枢转地相互连接，所述至少一对连杆臂可以角定位成与所述预定最大间隔处的所述传力部件形成预定的最小角度，并且定位成与所述预定最小间隔处的所述传力部件形成预定的最大角度；
具有导向件的楔形部，该导向件由至少一个所述连杆臂限定，并且在所述连杆臂从所述预定最小角度向预定中间角度进行伸展运动的期间，该导向件与所述轮子运动接合；以及
在所述连杆臂从所述预定中间角度向所述预定最大角度进行伸展运动的期间，所述传力部件将连杆运动力直接传递给所述第一和第二连杆臂。
本发明又提供一种大致恒力致动机构，其包括：
一对传力部件，这对传力部件中的至少一个可以线性运动以形成其预定最大和最小间隔的相对位置；
线性传力机构，该线性传力机构使所述至少一个传力部件线性运动往返于预定最大和最小间隔的所述位置之间；
位于所述一对传力部件中的至少一个上的至少一个轮子；
至少两对连杆臂，每个连杆臂具有第一端和第二端，所述连杆臂的所述第一端枢转连接于所述传力部件中的相应一个上，所述连杆臂的所述第二端可枢转地相互连接，所述多对连杆臂各自进行角运动并可以从最小角度向最大角度进行角定位，该最小角度是与所述预定最大间隔处的所述传力部件形成的，该最大角度是与所述预定最小间隔处的所述传力部件形成的；
供有动力的牵引元件，该牵引元件安装在所述多对连杆臂中的每对上并且设置用于与表面进行传力接合，以便沿着该表面进行所述恒力机构的牵引运动；以及
楔形部，该楔形部由至少一个所述连杆臂限定，并且在所述连杆臂从所述预定最小角度向所述预定最大角度进行的角运动的至少一部分期间，与所述轮子运动接合。
在本发明的一个方面，提供了能以所有公知的井筒牵引原理使用的大致恒力致动机构，以便实现大致恒定的径向力，因此在各种各样的井筒尺寸中实现了连续一致的牵引。
在本发明的另一个方面，提供了可以用作被动式或主动式机构的大致恒力致动机构，该机构能够产生大致恒定的径向力以便施加于相对表面。
在本发明的又一个方面，提供了一种大致恒力致动机构，该机构可以有效地用作定心器、井径仪、锚固装置、提升起重器或其他传力装置的操作部件，并可以通过弹簧、液压马达、气动马达、机械供能装置等来供给能量。
简短地说，本发明是这样一种机构，该机构使用沿第一线性方向施加的力以便沿着基本上垂直于第一线性方向的第二线性方向提升或支承载荷或者传递力。根据本发明的原理构造的装置和机构以这样的方式构造，即，支承载荷所需的力实际上是大小恒定的并且与第二线性方向的载荷的位置无关。具体地说，本发明涉及用于井的测井仪工具或其他装置，它们沿着井筒或管道的内表面或者在间隔开的表面之间传送。本发明可以方便地采取井中所用的定心器、井径仪、锚固装置或牵引机构的形式，或者在实施为起重器和其他的提升装置或载荷支承装置时，可以采取提升装置或载荷支承装置的形式。本发明的功能是对井筒或圆形导管例如管道的内部圆筒壁施加或作用径向力，以便在井筒或管道内使物体定心，提供锚固作用，或者提供能使内部牵引装置进行有效操作的机械阻力以便传送物体例如测井仪工具。当用作测井仪工具的定心器时，实施本发明的多个径向可移动的致动连杆将测井仪工具保持在井筒的中心，因此增加了测井过程的精度。当用作井径仪时，本发明使臂或其他连杆伸向井筒壁并在该壁的表面上施加一受控的径向力。当用作锚固装置时，本发明可以施加或作用的径向力对井筒或管道壁产生了足够的摩擦，以便防止锚固装置和井筒或管道的壁表面之间的接触点处的任何滑动。后者对于井下牵引工具的构造和操作是必需的，该井下牵引工具的构造和操作通常用于沿着具有水平的或高度偏斜的部段的井传送其他工具。本发明的主要优点在于，施加于井筒壁上的径向力的大小实际上是恒定的并且与井筒的尺寸无关。
本发明的主要元件是传力部件或枢接器、轮子、轴以及至少一对连杆臂，该连杆臂带有内置的楔形部或由连杆臂限定的预定几何结构的导向表面。出于本发明的目的，术语“传力部件”或“枢接器”各自将意味着任何所需构形的部件，这些部件可以相对线性移动，其中一个或两个部件是可移动的，并且如果需要的话，其中一个部件可以是静止的。连杆臂、传力部件或枢接器、以及轮子通过轴连接起来以便形成连杆，该连杆可以在枢接器之间的距离沿轴向变化时径向地伸展或收回。连杆臂通过枢轴部件或轴在其端部中的一个处连接在一起，这使得只可以发生连杆臂的角运动。在其第二端，连杆臂通过轴或枢轴附接到分离的枢接器上，该轴或枢轴可以在枢接器本体中的细长槽内部转动和滑动。限定了运动控制元件的轮子或滚轮可转动地安装在枢接器上，并且在与连杆臂的导向表面接触时该轮子或滚轮在楔形部的传力导向表面或导向表面上滚动，该楔形部的传力导向表面或导向表面置于连杆臂中，形成在连杆臂上，或者附接到连杆臂上。虽然轮子或滚轮被表示为枢接器或传力部件的传力元件，但是不同于轮子或滚轮的结构也可以应用于本发明的教导和范围内，以便把力从枢接器传到楔形部的导向表面或连杆臂上。传力导向表面具有预定的几何结构以便与轮子或滚轮的传力表面进行作用并且在连杆臂上产生了合力矢量，这些合力矢量相对于一个或两个枢接器的线性运动的方向成角度。即使在连杆完全收回时，这些成角度的力矢量也能导致连杆臂的枢转运动。这个特点使得易于让连杆从其收回位置开始运动。
本发明组合了两种单独的原理以产生所需的径向伸展。在臂和枢接器之间的角度较小时，由轮子产生径向力，该轮子在楔形部的传力表面或连杆臂上滚动。当角度较大时，按照三角形的三连杆的原理产生连杆的伸展运动。两种原理之间的转变发生在完全收回和完全伸展位置之间的连杆臂的预选中间角度。通过组合这两种原理并通过楔形部件的传力导向表面的选择、方位和形状，可以实现基本上恒定的输入轴向力，这是本发明的主要优点，并且与其它类似装置相比较，这点是与众不同的。
附图说明
通过参考结合附图所作的以下说明，可以理解本发明，其中：
图1A-1F是根据本发明的大致恒力致动器的第一示例性实施例的正视图，表示了大致恒力致动器的从图1A中所示的闭合或收回位置到图1F中所示的完全打开或伸展位置的各种位置；
图2是力对于运动的图表，表示了支承径向载荷所需的轴向力，并且表示了利用致动器的楔形部进行的小的连杆角运动，以及在连杆已经与楔形部的传力表面分离之后的较大的连杆角运动；
图3是本发明的弹簧推动的定心器实施例的截面图，该实施例适用于井中和其他定心应用并且结合有对称的相对连杆，该连杆的滚轮在所有连杆臂上与楔形部接合；
图4是具有不对称的连杆的本发明的弹簧推动的定心器实施例的截面图，该连杆的轮子或滚轮只在上连杆臂的部段上与楔形部接合；
图5是具有相对布置的不对称连杆的弹簧推动的定心器实施例的截面图；
图6是立体图，表示出作为井下牵引工具夹子的本发明的实施例；
图7A是实施本发明的原理的井下牵引工具夹子的上部的截面图；
图7B是图7A的井下牵引工具夹子的中间部的截面图；
图7C是图7A和7B的井下牵引工具夹子的下部的截面图；
图8是井下牵引机构的截面图，该机构实施了本发明的原理并且包括具有动力的牵引轮子，以便与井筒的相对表面或相对侧驱动接合；
图9是井下牵引机构的截面图，该机构根据本发明构造并且包括具有动力的轨道，以便与井筒的相对表面或相对侧驱动接合；
图10是井下牵引机构的截面图，该机构根据本发明构造并且具有滚轮和转动枢接器，以便与井筒的相对表面或相对侧驱动接合；
图11是表示了提升和降低物体的起重机构的截面图，该机构实施了本发明的原理并且通过转动的起重丝杠使相对的连杆手动致动；以及
图12是表示载荷提升剪形机构的局部截面和局部正视图，该机构具有限定了带有楔形部的相互作用的连杆的一组剪形臂和传力滚轮，以便实现大致恒力的剪形致动。
具体实施方式
下面将描述本发明的示例性实施例。应该理解，在任何这种实际实施例的发展中，必须做出大量的特殊的实施决策以实现开发者的特殊目标，例如符合系统相关的限制因素和商业相关的限制因素，这些目标将在各实施方案之间变化。而且，应该理解，开发工作可能是复杂和耗费时间的，不过对于享有本公开内容的利益的本领域普通技术人员来说这是日常的工作。
现在参见图1A-1F，本发明的基本原理通过操作上的示例来表示出，所示的设备的大致恒力连杆在图1A中处于其闭合或完全收回的状态，并且经过各种运动阶段到达图1F中所示的完全打开或完全伸展的状态。本发明的主要元件和操作原理示意性地示于图1A-1F中。带有楔形部4的两个连杆臂2在其第一端通过轴或枢轴6连接在一起，该楔形部4是连杆臂的整体部件。根据所构造的装置的所需功能，轴6也可以将其他的元件连接到连杆臂上。出于示例的目的，图1A-1F表示了也安装在轴6上的轮子或滚轮8，这意味着在这种情况下，本发明将用作带有轮子8的定心器，该轮子8被设置用于与井筒的相对表面接触或者用于与井筒的相对壁接触。连杆臂2的第二端用枢轴销12附接到枢接器10上，该枢轴销在枢接器10中的细长槽14内部滑动和转动。轮子16用轴18安装在支架20中，该支架是枢接器10的部件。轮子16的功能是在楔形部4的导向表面22上滚动并且与导向表面22相互作用以便将矢量力传递给连杆臂2并实现连杆臂的运动。枢接器10被限制以便通过其他的传力元件或装置(图1A-1F中未示出)相对彼此仅仅线性地移动。本发明的所有这些元件组合起来以形成由标记25表示的连杆。
图1A-1F表示了连杆25在径向伸展的不同程度时的位置。图1A表示了当臂与枢接器之间的角度为0时(该角度在图1B-1F中由字母α表示)，连杆25处于其闭合或完全收回的位置。注意到在这个位置，轮子16与接近其顶端的楔形表面22接触。还注意到，枢轴销12处于其各自细长槽14的前端。
现在，设想枢接器10通过图1A-1F中的Fa表示的轴向力朝向彼此移动。这使得轮子16在楔形部4的导向表面22上向下滚动，因此产生了具有一矢量的力，该矢量被定向成向上推动连杆臂，使它们绕着其枢轴销12转动。臂2在连杆运动期间在其第二端处滑动和枢转，这导致了图1B中所示的构形。注意到臂2和连接各枢接器10的直线之间的角度α从其图1A中的0值增加到图1B中的某个正值。在这种情况下，销12在细长槽14中的某个中间位置。枢轴销12自由地轴向移动，因此不能支承任何轴向载荷。然而，它们防止连杆臂2的第二端沿径向移动。所有这些相互作用迫使连杆臂2的第一端和轮子8沿着径向向外移动，以使连杆25径向伸展。当轮子8与井筒壁接触时，开始在其上施加径向力，移动枢接器10，离开该壁并朝向井筒的中心移动，因此产生了定心作用。
基于轮子16在导向表面22上的滚动的连杆25的进一步径向伸展表示于图1C和1D中。如这些图中所示，角度α继续增大并且轮子8继续沿着径向向外移动。图1A-1D示出了用于本发明中的第一运动学原理，其根据是楔形部4的导向表面22和传力轮子或滚轮16之间的相互作用。注意到在图1D中，轮子16已经到达楔形表面22的最底端。这种情况表示出基于这种第一运动学原理的径向伸展量已经达到尽头。还注意到枢轴销12已经到达细长槽14的后端。销12和轮子16的位置是用于本发明中的两种运动学原理的转变点。出于这个原因，图1D中的连杆臂角度由αt(转变)表示。在角度小于αt时，由楔形部引起连杆的径向伸展，而在角度大于αt时，由三杆机构的等效机构引起连杆的径向伸展。本发明所根据的第二运动学原理在图1D-1F中进行了表示。两个连杆臂2和枢接器10形成三角形的三杆机构，枢接器10代表具有可变长度的杆。当枢接器10之间的距离减小时，该三角形利用其尖端沿着径向进一步向外移动而改变形状。注意到楔形部4不会参与这种运动，这是因为，如图1E和1F中所示，楔形部4的导向表面22已经抬离轮子或滚轮16。
现在设想向下的径向力Fr已经在整个伸展过程中产生作用。还设想克服Fr和继续伸展所需的轴向力Fa的大小已经被记录和以图线表示出来。这种图线表示的一个示例显示于图2中。图2中表示的确切数量级和曲线形状根据连杆臂2上的楔形部4的位置和楔形导向表面22的曲率半径来变化。然而，图2充分地表示出在一个机构中组合两种单独的运动学原理的优点。在图2中，由Fa表示的曲线(没有楔形部)显示出轴向力Fa的大小，如果仅使用三连杆的第二运动学原理，则需要该轴向力Fa来克服Fr。从图2的图表中可以看到，在这种情况下，Fa在α值较小时急剧地升高。这意味着很多现有装置所根据的三连杆在以小的角度支承径向载荷时具有实际的困难。实际上，在α等于0时，支承载荷所需的轴向力将会无限大，这意味着没有实际的装置可以构造成在这个范围内操作。如本发明中所建议的那样，如果将两种运动学原理组合起来，则图2的图表上的第二曲线代表Fa可能的值。可以看出，避免了角度α较小时Fa的急剧增大，并且Fa在角度α的值的大范围内保持相当恒定。应该注意到，图2并不是穷举了本发明可以实现的Fa可能的值。如前所述，通过改变臂2上的楔形部4的位置并通过改变楔形部4的曲率半径和导向表面22的几何结构，根据本发明的特定实施例所需的功能几乎可以实现任何的曲线形状。
本发明的不同的实施例在图3-12中进行了详细的讨论。图3表示了作为工具定心器的本发明的一个实施例。最少的三个连杆25(图3中只示出了两个相对的连杆)通过公用的枢接器10组合在一起。枢接器10在心轴24上滑动。枢接器止动件26与心轴24成一体，该止动件限制枢接器10在心轴24上的线性运动。心轴24还连接到上头部28和下头部30，这两个头部用于将定心器连接到工具组中的其他工具和装置上(与其他工具的连接的细节对于本发明并不重要，且在图3中没有示出)。心轴24还可以具有穿过其中的导线32以便与工具组中的其他工具电连通。使定心器径向伸展并将工具组中的其他工具定位在井筒的中心处的轴向力由弹簧34提供。从图3中所示的本发明的实施例可以看出，对于具有相对恒定的定心力的定心器的结构来说，只有一种弹簧是必需的。
用于各种装置的结构的连杆25不必是对称的。图4和5中示出了构造有不对称的连杆的两个装置，这些连杆仍然按照上述原理来操作。在这些图中，只有用于构成连杆的其中一个臂具有楔形部。另一种方案是，具有不同几何结构的导向表面的楔形部可以放置在具有不等长度的臂上。
上述本发明的所有实施例表示了工具组定心器。恒力定心器可以通过不同于上述那些的装置来实现。本发明表示了一种新方法，可以通过该方法构造这种定心器。
然而，在能够于工具体的内部和外部选择性地打开和闭合其连杆的装置中，本发明的优点更大得多。其原因是，与具有径向力分量的的定心器中所用的元件相反，这种“主动式”装置内通常只有轴向线性致动器可用于打开和闭合工具中的连杆。需要选择性地打开和闭合连杆的装置的实例是井径仪和井下牵引工具。用作井下牵引工具中的夹子的本发明的实施例表示于图6和7A-7C中。图6是牵引工具夹子的三维视图，该夹子应用了上述大致恒力致动器原理来构造。牵引工具夹子具有两个主要功能。第一个功能是在需要时选择性地打开和闭合连杆并且使工具在井筒中定心。在这个方面，牵引夹子与图3-5中所示的定心器没有很大的不同。区别之处在于该夹子不是连续地打开并且它由液压或机电致动器供给动力，这些致动器使得可以选择性地打开或闭合。牵引夹子的第二个功能是选择性地将工具相对于井壁锚固。在图6中所示的实施例中，通过将凸轮42安装在连杆25的尖端以及通过用于选择性地锁定连杆的几何结构的装置(图6中未示出)实现了这一点。凸轮42选择性地将工具相对于井壁锚固的原理和牵引的物理性质已经在美国专利5,954,131和6,179,055以及共同待审的美国专利申请09/921,825中公开了，这些专利文献在此引入作为参考。由于这些对所提出的发明的操作并不重要，所以此处对它们不作详细讨论。
如图6中所见，牵引夹子包括三个对称的连杆25。类似于相对图1所提供的说明，每个连杆包括两个臂2，这两个臂在其第一端通过轴6连接在一起。轴6还连接于夹子的其他元件例如轮子8和双向凸轮42，该凸轮响应于牵引动作。图6中的三个上臂2附接到枢接器10上，该枢接器可以相对于夹子本体44滑动。这也类似于图1中给出的说明。然而，三个底臂2并不附接到移动的枢接器上，而是安装在静止的枢接器40上，该枢接器40是夹子本体44的一整体部件。这证明了本发明的灵活性。如前所述，对本发明工作的唯一要求是枢接器10可以沿着轴向相对彼此移动。然而，两个枢接器不必都可相对于工具本体移动。图6还表示了本发明的其他元件例如楔形部4、楔形导向表面22、轮子16、枢轴销12和槽14。注意到所示的图6中的夹子出于其完全打开或伸展的状态。移动的枢接器10和静止的枢接器40接触，这可以从轮子16的近处看到。还注意到销12处于槽14的底端，这表示本发明的第二运动学原理发生作用。图6还表示楔形导向表面22也可以被制成平的(曲率半径无限大)以便实现所需的力学特性。图6中所示的本发明的基本元件可以与其他连杆组合以构成更复杂的机构。虽然只是相对于其基本元件组描述了本发明，但是享有本公开内容的利益的本领域普通技术人员将会理解到，可以设计出的其他实施例不会背离本文所公开的本发明的范围。
图7A-7C是图6中所示的井下牵引夹子实施例的截面图。图7B是图7A的继续部分，而图7C是图7B的继续部分。图7A-7C中所示的牵引夹子的连杆25被表示处于其完全打开的位置。注意到轮子16离开楔形导向表面22。除了前述实施例的元件以外，图7B还表示了致动器60，该致动器提供在工具本体内部和外部选择性地打开和闭合连杆25所需的轴向力，以及操作该夹子所需的液压控制回路的部件。在这个特殊的实施例中，由液压致动器60产生轴向力，该液压致动器包括活塞62、弹簧64以及动态密封件66和68。当腔室70连接到高压液压流体源(图7A-7C中未示出)或者与该流体源断开连接时，致动器60的活塞62可以上下移动。活塞62利用螺钉72附接到移动的枢接器10上，因此致动器的运动迫使枢接器10相对于枢接器40移动。图7A-7C中所示的实施例的其他元件是由总体标记80表示的高压蓄积器以及控制着连杆25的打开和闭合并控制着牵引过程的两个液压筒85和90。由于高压蓄积器80以及液压筒85和90与本发明的操作的联系很少，并且由于它们在共同待审的专利申请09/921,825中公开了，所以此处不对它们进行详细讨论。图7A-7C中所示的本发明的所有其他元件具有与相对前面的图讨论的那些元件相同的参考标记和相同的功能。
本领域普通技术人员将会理解，不同于凸轮的牵引机构可以与本发明组合。因此，本发明可以实际上改善每个井下牵引工具的操作，而与产生牵引器的牵引作用的原理无关。将不同的牵引装置与本发明结合使用的实例示意地表示于图8、9和10中。
图8表示了井下牵引工具，其中通过安装在连杆25的尖端的具有动力的驱动轮100来产生牵引作用。类似于图4中所示的不对称连杆设计，图8中所示的牵引工具具有只在每个连杆25的底侧上装备有楔形部4的臂2。两个顶臂102可以只相对于静止的枢接器104枢转，该枢接器104是工具本体106的整体部件。臂102也装纳有驱动轮系(未示出)，该驱动轮系将转动从工具本体106内部的马达(未示出)传递到驱动轮100上。移动的枢接器10、臂2、楔形部4、轮子16、销12和槽14都用作结合图1所述的那样。图8还示意地示出了可用于选择性地打开和闭合连杆25的一种致动器110。在这个实施例中，致动器110包括马达112，该马达112驱动滚珠丝杠114。当滚珠丝杠114转动时，滚动螺母116上下移动。滚动螺母116将其线性运动通过弹簧118传递给枢接器10，这提供了在牵引工具遇到井筒尺寸的小的变化或其他障碍时所需的连杆25的灵活性。
图9是可用于本发明的另一个牵引机构的示意性表示。在这种情况下，轨道120安装在对称的连杆25的尖端上。该轨道利用枢轴销6附接到连杆25上，该枢轴销可以在轨道120内的槽124中滑动和枢转。轨道120在其上端附接到臂130上，类似于图8中的臂102，该臂130装纳着机械元件(未示出)，以便将转动从工具本体44中的马达(未示出)传递到轨道120的驱动链轮122上。轨道120在其下端附接到另一组臂132上，该臂132能使牵引工具经受井筒尺寸的变化和其他障碍的影响。臂132利用在槽136中滑动的销134附接到工具本体44上。图9还示出移动的枢接器10和静止的枢接器40，它们的功能与结合图6所述的那些功能完全相同。图9中所示的致动器140根据与图8中所示的致动器110不同的原理进行操作。致动器140包括液压活塞142，该液压活塞是移动的枢接器10的整体部件。这示出了本发明的灵活性，以及本发明将与按照不同原理操作的各种致动器一起工作。所用的这种致动器不会影响本发明实现其伸展的方式。
图10是具有井下牵引系统的形式的本发明的又一个实施例的示意表示。在这种情况下，包括滚轮152的滚轮组件151在连杆25的尖端处安装于倾斜轴154上。通过使移动的枢接器10和静止的枢接器160相对于工具本体44的中央心轴164转动来实现牵引。转动方向由图10中的转动箭头162示出。当整组连杆25转动时，牵引工具实现了沿着井筒的内壁的螺旋状运动。牵引机构的转动由位于工具本体44内部的马达和齿轮系(未示出)产生。转动接着传递给枢接器160。注意到枢接器160只可相对于中央心轴164自由转动，而且通过凸耳166防止枢接器160相对于工具本体44滑动，该凸耳由中央心轴164的扩大部分所限定。另一个枢接器10可以相对于中央心轴164转动和移动，如箭头172和168所示。当枢接器10在中央心轴164上下滑动时，连杆25径向伸展或收回。类似于前述实施例，枢接器10的上下移动通过由标记170所表示的线性致动器来实现。在图10中，所示的致动器作为液压活塞174，该活塞174是枢接器10的整体部件。如前所述，也可以构造根据其他原理操作的致动器而不会背离本发明的教导和范围。
在目前所讨论的所有实施例中，本发明与其他机构组合以构成将在井和管线中操作的各种井下工具。然而，本发明并不限于这些实施例。总的来说，本发明可以改善任何这种装置的操作，该装置被设计成通过沿着垂直于第一方向的第二方向加力来支承一个方向上的载荷。图11和12中示出了两个这种实施例。图11表示出了本发明的一个实施例，其用作载荷提升起重装置，例如用于提升和降低机动车辆的起重器。在图11中，一个对称的连杆25附接到基部180上，而另一个连杆25附接到提升固定件182上。两个传力部件或枢接器10和190在它们沿轴向相对彼此移动时的功能完全等于结合图1所述的功能。在这种情况下轴向致动器是丝杠螺母机构，其中从动螺母184是枢接器10的一个部件。丝杠186拧入到螺母184中并且可以利用曲柄192相对于枢接器190转动。通过止动件188和轴承组件194来防止丝杠186相对于枢接器190的线性运动。使用三角形运动机构的大部分现有车辆起重器在它们完全收回时很难以启动。本发明克服了这个问题。如同对于图1和2所解释的那样，本发明所需的轴向力基本上是恒定的。因此，必须施加在曲柄192上以便提升载荷的转动力也是恒定的，因此起重器易于从其收回的位置启动。
图12中表示了本发明的另一个实施例，该实施例可以用于通过沿着垂直方向加力而提升一个方向上的载荷。在图12中，产生力Fa的致动器200用于提升载荷202，该载荷施加了向下的力Fr。从图中可以看到，臂2可以伸展超过在枢转组件中连接两个连杆臂2的枢轴或轴6的位置。这不会改变本发明操作所依据的原理，并且再次证明了本发明的灵活性。增加连接于销206和208的额外连杆204并不会改变本发明的操作原理。本领域普通技术人员容易理解，在本发明的范围内可以构造用于各种工业应用的大量的机构和装置。
虽然本发明易于作出各种变型和可替换的形式，但是通过附图中的实例已经表示了其特殊实施例，并且在本文中作出了详细说明。然而应该理解，这里对特殊实施例的说明并非要把本发明限制为所公开的特定形式，而是相反地，本发明将覆盖落入本发明的范围内的所有变型、等同物和替换方案，该范围由所附的权利要求书限定。

Claims (34)

1. 一种用于将大致恒定的力传给物体的方法，其包括：
将大致恒力致动器定位在物体附近，该大致恒力致动器具有设置用于相对线性运动的一对传力部件，至少一个所述传力部件是可以线性移动的，以及一对连杆臂，所述一对连杆臂与所述传力部件呈受力关系并具有第一传力元件，该第一传力元件可由所述一对连杆臂沿着基本上垂直于所述传力部件的所述相对线性运动的方向移动，并且该第一传力元件被设置成与物体传力接触，所述一对连杆臂具有楔形部，该楔形部具有预定运动控制几何结构的运动控制导向件，该导向件与至少一个所述传力部件以反作用力接合，并且把所述传力部件的所述相对线性运动转换成所述一对连杆臂的伸展和收回运动以及所述第一传力元件的线性运动，所述方法包括：
通过使所述传力部件朝向彼此相对线性运动并且使所述运动控制几何结构与至少一个所述传力部件进行作用，启动所述大致恒力致动器的伸展运动，以及产生定向用于所述一对连杆臂的伸展运动的连杆运动力并在所述第一传力元件上产生大致恒定的连杆传动力；
通过继续进行所述传力部件的所述相对线性运动来继续进行所述大致恒力致动器的伸展运动，直到达到了所述一对连杆臂的预定中间角度关系为止，并且所述预定的运动控制几何结构与所述至少一个传力部件分离；
通过继续进行直接作用于所述一对连杆臂上的所述传力部件与所述传力部件的所述相对线性运动来进一步继续进行所述大致恒力致动器的伸展运动，直到实现了所述一对连杆臂的所需伸展和所述第一传力元件的所需运动为止。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一对连杆臂各自使其第一端枢转连接于其中一个所述传力部件，所述一对连杆臂中至少一个上具有预定几何结构的所述运动控制导向件，并且第二传力元件安装在至少一个所述传力部件上以便与所述运动控制导向件传力接合，所述方法还包括：
在所述传力部件朝向彼此的所述相对线性运动期间，所述第二传力元件与所述运动控制导向件进行作用，以及相对于所述传力部件的所述线性运动产生了角度方向的连杆运动力，并且导致了所述连杆的伸展运动。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一对连杆臂各自使其第一端枢转连接于其中一个所述传力部件，所述一对连杆臂中至少一个上具有预定几何结构的所述运动控制导向件，并且导向滚轮安装在至少一个所述传力部件上而转动，从而与所述运动控制导向件传力接合，所述方法还包括：
在所述传力部件朝向彼此的所述相对线性运动期间，在所述传力部件的所述相对线性运动的第一部分期间，所述导向滚轮与所述运动控制导向件进行作用，以及相对于所述传力部件的所述线性运动产生了具有角度方向的连杆运动力，并且导致了所述连杆的伸展运动；以及
在所述传力部件的所述相对线性运动的第二部分期间，将来自所述传力部件的力直接施加于所述连杆上，导致了所述一对连杆臂的进一步伸展运动。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一对连杆臂由多对连杆臂限定，这些对连杆臂设置用于相对所述传力部件的径向伸展和收回运动，所述方法还包括：
通过所述传力部件的相对线性运动同时地和径向地使所述多对连杆臂伸展，并且将所述多对连杆臂中的每对的大致恒力施加于物体上。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，枢轴将所述连杆与所述传力部件相互连接起来，所述枢轴可以相对于所述传力部件线性地和枢转地运动，所述方法还包括：
在所述一对连杆臂的伸展和收回运动期间，在所述传力部件的相对线性运动期间，使所述枢轴相对于所述传力部件线性地和枢转地运动。
6. 一种用于将大致恒定的力传给物体的方法，其包括：
将大致恒力致动器定位在物体附近，该大致恒力致动器具有可相对彼此线性运动的第一和第二传力部件，并具有位于所述第一和第二传力部件中的至少一个上的轮子，并且还具有一对连杆臂，这对连杆臂各自使第一端枢转连接于所述第一和第二传力部件中的相应一个并且各自使第二端可枢转地互连，且这对连杆臂限定了可枢转连杆，该连杆可以从收回位置角运动到伸展的传力位置，以及楔形部，该楔形部具有预定的运动控制几何结构，并在所述可枢转连杆从所述收回位置向所述伸展位置进行一部分伸展运动的期间，使连杆与所述轮子运动接合，所述方法包括：
通过使所述传力部件中的至少第一个朝向所述第二传力部件线性运动并且使所述轮子与所述楔形部进行作用，启动所述大致恒力致动器从所述可枢转连杆的所述收回位置开始的伸展运动，以及产生定向用于所述可枢转连杆的伸展运动的连杆运动力并产生大致恒定的连杆传动力；
通过使所述楔形部与所述轮子进行强制相互作用来继续进行所述大致恒力致动器的伸展运动，直到达到了所述可枢转连杆的预定中间角度关系为止，并且所述楔形部与所述轮子分离；
通过使所述第一和第二传力部件朝向彼此进一步移动来进一步继续进行所述大致恒力致动器的所述伸展运动，并且将来自所述传力部件的线性力直接施加于所述一对连杆臂上；以及
从所述大致恒力致动器的伸展状态开始，通过所述传力部件离开彼此的相对线性运动导致了该致动器的收回运动，所述传力部件引起了所述可枢转连杆的收回运动。
7. 一种大致恒力致动器，其包括：
设置用于相对线性运动的一对传力部件；以及
一对连杆臂，所述一对连杆臂与所述传力部件呈受力关系并具有传力元件，该传力元件可由所述一对连杆臂沿着基本上垂直于所述传力部件的所述相对线性运动的方向移动，并且该传力元件被设置成与一井筒壁传力接触；
所述一对连杆臂具有至少一个楔形部，该楔形部用作预定几何结构的运动控制导向件，该导向件与至少一个所述传力部件的一部分以反作用力接合，并且把所述传力部件的所述相对线性运动转换成所述一对连杆臂的伸展和收回运动以及所述传力元件的线性运动。
8. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述一对连杆臂各自枢转连接于其中一个所述传力部件，并且其中所述一对连杆臂彼此枢转连接；
用作所述运动控制导向件的所述至少一个楔形部位于所述一对连杆臂中至少一个上；以及
所述传力元件位于所述一对连杆臂中至少一个上并且设置用于与井筒壁接触，力传递到该井筒壁上。
9. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述一对连杆臂具有枢轴，该枢轴形成了所述一对连杆臂的枢转连接；以及其中
所述枢轴形成了所述传力元件与所述一对连杆臂的枢转连接。
10. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述传力部件各自限定了细长槽；并且还包括：
枢轴部件，该枢轴部件在所述细长槽内进行枢转运动和线性运动，并且在所述细长槽内形成了所述一对连杆臂与所述传力部件的可动连接。
11. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述一对连杆臂由多对相对的连杆臂限定，这些连杆臂布置用于在井筒内进行伸展和收回运动以便将力施加于井筒壁上，并且所述多对连杆臂中的每个响应于所述传力部件的相对线性运动而伸展和收回；
所述传力部件各自限定了细长槽；并且还包括：
枢轴部件，该枢轴部件在所述细长槽内进行枢转运动和线性运动，并且在所述细长槽内形成了所述多对连杆臂与所述传力部件的可动连接。
12. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，其还包括：
至少一个弹簧部件，该弹簧部件将所述相对线性运动沿着第一线性方向传给所述传力部件，并且该弹簧部件由所述传力部件沿着与所述第一线性方向相反的第二线性方向的相对线性运动压缩。
13. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，其还包括：
至少一个液压致动器，该致动器与至少一个所述传力部件呈驱动关系并且将线性运动传到该传力部件上，以便使所述一对连杆臂进行伸展运动。
14. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，其还包括：
转动马达驱动的致动机构，该致动机构与至少一个所述传力部件呈线性驱动关系并且将线性运动传到该传力部件上，以便使所述一对连杆臂进行伸展和收回运动。
15. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，其还包括：
机械致动器，该致动器与至少一个所述传力部件呈线性驱动关系并且将线性运动传到该传力部件上，以便使所述一对连杆臂进行伸展和收回运动。
16. 根据权利要求7所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述一对连杆臂由多对相对的连杆臂限定，这些连杆臂布置用于在井筒内进行伸展和收回运动以便将力施加于井筒壁上，并且所述多对连杆臂中的每个响应于所述传力部件的相对线性运动而伸展和收回；并且还包括：
供有动力的牵引机构，该牵引机构安装在所述多对相对的连杆臂中的每对上并且设置用于与井筒壁牵引接合，以便沿着井筒进行牵引运动。
17. 一种大致恒力致动器，其包括：
一对传力部件，这对传力部件可以相对彼此从预定最大间隔的位置向预定最小间隔的位置线性运动；
线性传力机构，该线性传力机构强制地使所述传力部件线性运动往返于预定最大间隔和预定最小间隔的所述位置之间；
位于所述一对传力部件中的至少一个上的轮子；
各自具有第一端和第二端的至少一对连杆臂，所述连杆臂的所述第一端枢转连接于所述传力部件中的相应一个上，并且所述连杆臂的所述第二端可枢转地相互连接，所述至少一对连杆臂可以角定位成与所述预定最大间隔处的所述传力部件形成预定的最小角度，并且定位成与所述预定最小间隔处的所述传力部件形成预定的最大角度；
具有导向件的楔形部，该导向件由至少一个所述连杆臂限定，并且在所述连杆臂从所述预定最小角度向预定中间角度进行伸展运动的期间，该导向件与所述轮子运动接合；以及
在所述连杆臂从所述预定中间角度向所述预定最大角度进行伸展运动的期间，所述传力部件将连杆运动力直接传递给所述第一和第二连杆臂。
18. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述楔形部限定了具有预定几何结构的导向表面，该预定几何结构设置成与所述至少一个连杆臂呈固定关系；以及
在所述传力部件从所述预定最小角度向所述预定中间角度运动期间，所述轮子与所述导向表面强制接合。
19. 根据权利要求18所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述轮子包括至少一个轮子，该轮子可转动地安装在所述一对传力部件中的所述至少一个上并把连杆运动力传给所述导向表面，并且使所述连杆臂朝向所述预定最大角度可枢转地运动。
20. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，其还包括：
传力元件，该传力元件安装在所述至少一对连杆臂中的至少一个上并且至少位于所述一对连杆臂的所述第二端附近，所述传力元件沿着基本上垂直于所述传力部件的线性运动的方向传递来自所述一对连杆臂的力。
21. 根据权利要求20所述的大致恒力致动器，其特征在于，其还包括：
将所述至少一对连杆臂的所述第二端相互连接起来的枢轴；以及其中
所述传力元件是轮子，该轮子通过所述枢轴安装以便转动并且设置用于与物体进行传力接合。
22. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，
每个所述传力部件限定了细长的枢轴槽，该枢轴槽具有与所述传力部件的所述线性运动对齐的纵向轴线；以及还包括：
枢轴销，该枢轴销位于所述至少一对连杆臂中的每个的所述第一端处，并且由所述细长的枢轴槽中的相应一个所接纳以便进行线性运动和枢转运动。
23. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，该连杆臂还包括楔形部，该楔形部位于所述至少一对连杆臂中的每个上，并且相对于所述传力部件的线性运动各自限定了预定几何结构和预定定向的导向表面；
所述轮子安装在每个所述传力部件上以便转动并与导向表面进行传力接合，并且响应于所述传力部件的相对线性运动而把枢转运动传给所述至少一对连杆臂；
每个所述传力部件限定了细长的枢轴槽，该枢轴槽具有与所述传力部件的所述线性运动对齐的纵向轴线；以及其中
枢轴销，该枢轴销位于所述至少一对连杆臂中的每个的所述第一端处，并且由所述细长的枢轴槽中的相应一个所接纳以便进行线性运动和枢转运动。
24. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，其还包括：
传力起重元件，该传力起重元件安装在所述至少一对连杆臂中的至少一个上并把提升力传给物体。
25. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述至少一对连杆臂包括多对连杆臂；并且还包括：
传力定心元件，该元件通过所述多对连杆臂中的每对来定位以便与间隔开的表面实现定心接触。
26. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述至少一对连杆臂包括多对连杆臂；并且还包括：
多个供有动力的牵引机构，该牵引机构安装在各对连杆臂上并且设置用于与井筒壁进行传力接合，以及该牵引机构被供有动力以便沿着井筒壁进行牵引运动。
27. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述至少一对连杆臂包括多对连杆臂；并且还包括：
锚固部件，该锚固部件安装在所述多对连杆臂中的每对上并且定位成与井筒壁进行锚固接合。
28. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述线性传力机构是利用流体压力供给动力的活塞致动机构。
29. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，
所述线性传力机构包括至少一个弹簧，该弹簧与至少一个所述传力部件进行传递弹簧力的接合。
30. 根据权利要求17所述的大致恒力致动器，其特征在于，其还包括：
基部结构；以及其中
所述一对传力部件包括第一和第二传力部件，这两个传力部件中的至少一个可以相对于所述基部结构线性运动；以及其中
所述线性传力机构具有在所述第一和第二传力部件之间延伸的细长的线性传力元件。
31. 一种大致恒力致动机构，其包括：
一对传力部件，这对传力部件中的至少一个可以线性运动以形成其预定最大和最小间隔的相对位置；
线性传力机构，该线性传力机构使所述至少一个传力部件线性运动往返于预定最大和最小间隔的所述位置之间；
位于所述一对传力部件中的至少一个上的至少一个轮子；
至少两对连杆臂，每个连杆臂具有第一端和第二端，所述连杆臂的所述第一端枢转连接于所述传力部件中的相应一个上，所述连杆臂的所述第二端可枢转地相互连接，所述多对连杆臂各自进行角运动并可以从最小角度向最大角度进行角定位，该最小角度是与所述预定最大间隔处的所述传力部件形成的，该最大角度是与所述预定最小间隔处的所述传力部件形成的；
供有动力的牵引元件，该牵引元件安装在所述多对连杆臂中的每对上并且设置用于与表面进行传力接合，以便沿着该表面进行所述恒力机构的牵引运动；以及
楔形部，该楔形部由至少一个所述连杆臂限定，并且在所述连杆臂从所述预定最小角度向所述预定最大角度进行的角运动的至少一部分期间，与所述轮子运动接合。
32. 根据权利要求31所述的大致恒力致动机构，其特征在于，
所述供有动力的牵引元件是具有动力的转动牵引轮子，该轮子设置成与间隔开的相对表面呈夹紧关系并可以靠着相对表面转动，以便实现沿着间隔开的相对表面进行的牵引运动。
33. 根据权利要求32所述的大致恒力致动机构，其特征在于，
所述具有动力的转动牵引轮子是具有动力的转动凸轮元件，该凸轮元件定位成与所述间隔开的相对表面进行牵引接合。
34. 根据权利要求31所述的大致恒力致动机构，其特征在于，
所述供有动力的牵引元件是具有动力的转动循环牵引带，该牵引带设置成与间隔开的相对表面进行牵引接合，并靠着间隔开的相对表面进行驱动转动以便实现所述牵引运动。
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