CN105672924A - 一种电动机直驱式井壁取芯结构 - Google Patents

一种电动机直驱式井壁取芯结构 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种电动机直驱式井壁取芯结构，包括钻头、电动机和减速器，所述电动机与所述减速器为一体结构，所述钻头直接连接在所述减速器的输出端。此取芯结构通过减速器和电动机一体结构直接驱动钻头，其传动效率大大提高，同时使取芯结构更简化，可靠性提高，维护保养更容易，并降低了维护保养费用。

Description

一种电动机直驱式井壁取芯结构
技术领域
本申请属于石油勘探技术领域，尤其是一种石油勘探技术领域的取芯结构。
背景技术
现有取芯装置电动机和减速器为两个独立的元件，钻头与减速器通过软轴连接，此结构传动效率较低，且软轴容易断裂和弯折；仪器维修率较高。
现有取芯装置的钻头的伸缩是通过四个液压缸顶机架实现，钻头的转动和摆动通过另外的液压缸和控制机构实现，结构复杂，需要多个动力源。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种传动效率更高而且容易钻头推进力的井壁取芯结构。
为实现上述发明目的，本申请提供的技术方案如下：
一种电动机直驱式井壁取芯结构，包括钻头、电动机和减速器，其特征在于：所述电动机与所述减速器为一体结构，所述钻头直接连接在所述减速器的输出端。
具体地，所述电动机与所述减速器的外壳为分体式，两者密封固定连接，所述电动机的输出轴作为所述减速器输入齿轮的固定轴。
可选地，所述电动机的出线口有可随钻头转动而转动的引线保护装置。
具体地，所述引线保护装置与所述电动机翻转密封连接，所述电动机的引线通过所述引线保护装置固定并随其转动。
更进一步地，所述引线保护装置包括主结构和辅助结构两部分，所述主结构内形成有固定电动机引线的线槽。
上述技术方案与现有技术相比，具有如下有益技术效果：
直接通过减速器传动的取芯机构，传动效率大大提高，同时使取芯结构更简化，可靠性提高，维护保养更容易，并降低了保养费用。
与现有取芯结构中电动机和减速器分体结构相比更适应取芯结构高温高压的工作环境，且一体化电动机和减速器使钻头驱动装置体积更小，利于取芯装置的小型化。
电动机引线随动装置的设置为减速器和电动机直接驱动钻头工作提供保障，确保了钻头伸缩和翻转运动时电动机的正常工作。
本发明的目的之二是提供一种传动效率更高，钻头运动控制机构更简单有效的井壁取芯结构。
为实现上述发明目的，本申请提供的技术方案如下：
一种电动机直驱式井壁取芯结构，包括钻头、钻头驱动装置和机架，所述钻头连接于所述钻头驱动装置的输出端，其特征在于：还包括钻头运动控制机构，所述钻头运动控制机构容纳于所述机架内，所述钻头驱动装置容纳于所述钻头运动控制机构内，所述钻头运动控制机构带动所述钻头实现伸缩及翻转运动。
具体地，所述钻头运动控制机构包括辅助支架、一组平行设置的滑板和液压油缸，所述辅助支架和所述钻头驱动装置均容纳于所述滑板固定后形成的空间内，所述辅助支架与所述钻头驱动装置可动连接，所述滑板在所述液压油缸推动下沿所述取芯结构的轴向水平滑动并带动所述钻头驱动装置伸缩及翻转。
更进一步地，所述辅助支架与所述钻头驱动装置通过连接板滑动连接，且所述辅助支架限制所述钻头驱动装置沿所述取芯结构轴向产生水平运动及相对于所述辅助支架产生顺时针翻转运动。
更进一步地，所述连接板与所述滑板滑动连接，与所述钻头驱动装置转动连接。
具体地，所述连接板上有第一滑动轴和转动轴孔，所述钻头驱动装置上有第二滑动轴和转动轴，所述滑板上形成有第一斜滑槽和第二斜滑槽，所第一滑动轴套装于所述第一斜滑槽内，所述第二滑动轴套装于所述第二斜滑槽内，所述转动轴套装于所述转动轴孔内。
更进一步地，所述第一斜滑槽端部有水平滑槽，所述第一斜滑槽和所述水平滑槽连续贯通；所述第二斜滑槽内有弧形滑槽，所述第二斜滑槽和所述弧形滑槽连续贯通。
更进一步地，所述连接板端部有限位槽，所述第二滑动轴同时套装于所述限位槽内，所述限位槽限制所述第二滑动轴带动所述钻头驱动装置顺时针转动。
更进一步地，所述辅助支架内有容纳所述钻头驱动装置带动所述钻头逆时针翻转90度后的翻转槽。
优选地，所述液压油缸为两个。
可选地，所述钻头驱动装置为减速器和电动机的一体结构，所述钻头连接在所述减速器的输出端。
进一步地，所述电动机与所述减速器的外壳为分体式，两者密封固定连接，所述电动机的输出轴作为所述减速器输入齿轮的固定轴。
具体地，所述第二滑动轴和所述转动轴形成于所述减速器外壳，所述转动轴位于所述减速器外壳中心，所述第二滑动轴相对于所述转动轴偏心设置。
可选地，所述电动机的出线口有可随钻头转动而转动的引线保护装置。
上述技术方案与现有技术相比，具有如下有益技术效果：
本申请通过一套钻头控制机构即可实现钻头的伸缩和翻转运动，相对于现有的通过两套机构分别实现伸缩和翻转，取芯结构的控制机构更简化，对钻头的运动控制更直接有效。
本申请所述取芯结构仅需两个液压油缸即可完全实现钻头的伸缩、翻转控制，及控制推靠力，相对于现有技术需要多个液压油缸，本申请结构更简单，动力的利用率更高。
附图说明
图1为钻头、减速器和电动机一体结构的立体图；
图2是钻头、减速器和电动机一体结构的剖视图；
图3是钻头、减速器和电动机一体结构前视图；
图4是图3的A-A剖视图；
图5是剥离机体钻头钻进过程示意图；
图6是辅助支架结构示意图；
图7是剥离机体、滑板、连接板后，减速器与辅助支架连接示意图；
图8是滑板与长固定块的连接示意图；
图9是安装机体后结构示意图；
图10是钻头翻转动作未带滑板示意图；
图11是钻头翻转动作带滑板示意图。
附图标记：1-电动机、101-电动机转子轴、102-外壳；
2-减速器、201-输入齿轮、202-输出轴、203-外壳、204-滑槽
3-钻头、4-转动轴、5-第二滑动轴
6-引线随动保护装置、601-主结构、602-线槽、603-密封圈、604-辅助件、
7-引线、8-螺钉、
9-滑板、901-第一斜滑槽、902-弧形滑槽、903-水平滑槽、904-滑条、905-第二斜滑槽；
10-液压缸活塞；11-长固定块、1101-水平滑槽；
12-辅助支架、1201-竖向滑槽、1202-限位面、1203-翻转槽、1204-连接槽；
13-机体、14-固定块
15-连接板、1501-滑块、1502-限位槽、1503-第一滑动轴、
16-连接块
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。
图1、图2和图3示出了本实施例电动机直驱式井壁取芯结构中的钻头、减速器和电动机一体结构部分的立体图、剖视图和前视图。图1中展示了电动机1、减速器2和钻头3以及电动机引线随动保护装置6的连接关系，其中，电动机1、减速器2为一体结构，钻头3直接连接在减速器2上，电动机引线随动保护装置转动连接在电动机1的尾部。
图2及图3中展示了电动机1、减速器2和钻头3内部及外壳连接关系，电动机1外壳102和减速器2的外壳203为分体式，两者通过螺钉8固定。钻头3直接连接在减速器2的输出轴202，电动机转子轴101作为减速器2的输入齿轮201的固定轴。此结构简化了钻头3与减速器2的连接，(由此前的通过软轴连接简化为直接连接)，提高了动力的传递效率，由原来的35％提高至80％。
图3中展示了减速器2的外壳结构，减速器2的外壳两侧对称设置有转动轴4和第二滑动轴5，其中，转动轴4位于减速器2的外壳一侧面的中心位置，第二滑动轴5相对转动轴4偏心设置。图3中还展示了减速器2前端两侧棱部有与辅助支架端面棱的位置配合的滑槽204。
请参见图3和图4，图4展示了电动机引线随动保护装置6及电动机1的连接关系以及随动保护装置的内部结构。电动机1尾部有轴孔，电动机引线随动保护装置6端部有转轴，两者形成转动连接关系。电动机引线随动保护装置6由主结构601和辅助件604组成，组装时将主结构601套装在电动机1尾部轴孔内，然后安装辅助件604，两者通过螺钉固定为一体。主结构601包括转轴部分和主体部分，其中，转轴部分为空心，其主体部分内有固定电动机引线7的线槽602，主体部分尾部有引线伸出的孔。
请参见图5至图9，其中，图5是剥离机体钻头钻进过程示意图；图6是辅助支架结构示意图；图7是剥离机体、滑板、连接板后，减速器与辅助支架连接示意图；图8是滑板与长固定块的连接示意图；图9是安装机体后结构示意图；图5中可以看到一组平行设置的滑板9，每块滑板9端部均与一个液压缸活塞10固定连接，其中，滑板9的前端、中部和后端通过短固定块固定为一顶部及底部开敞的空间，电动机1、减速器2和钻头3连接成的一体结构容纳于该空间内。滑板9外侧有第一斜滑槽901和第二斜滑槽905及与长固定块11配合的滑条904，此滑条904与长固定块11上的滑槽配合，长固定块11与机体13固定连接，滑板9在液压缸活塞10的作用下，沿长固定块11作水平运动。同时，减速器2上的第二滑动轴5沿第二斜滑槽905运动，带动电动机1、减速器2和钻头3连接成的一体结构竖向运动，实现钻头3的伸缩，与第二滑动轴5配合的第二斜滑槽905的底部有弧形滑槽902，与连接板外侧的第一滑动轴1503配合的第一斜滑槽901底部有水平滑槽903。
请参见图6和图7，其中，图6是辅助支架12的立体图，图7是剥离机体、滑板、连接板后，减速器与辅助支架连接示意图；图6中辅助支架12为一体成型的空心异型长方体，其一侧开设有通长的竖向滑槽1201，开有竖向滑槽1201的一侧及与其相对侧顶部均开设有容纳与机体连接的连接块16的连接槽1204，连接块16与辅助支架12通过螺钉连接。与竖向滑槽1201相邻面顶部为竖直面，此竖直面作为钻头3伸缩运动时的限位面1202，此面同时限制钻头3水平滑动。竖直面底部内缩形成钻头翻转后容纳钻头的翻转槽1203。图7中展示的连接板15与辅助支架12、及减速器2的连接，连接板15为一长方形平板，其一端与辅助支架12连接侧有滑块1501，此滑块1501与辅助支架12的竖向滑槽1201配合，与滑块1501相应位置的外侧有第一滑动轴1503，另一端向外凸出形成与减速器2上的转动轴4相配合的轴孔，凸出部与连接板本体之间形成限制钻头、减速器和电动机一体结构顺时针转动的限位槽1502，减速器2上的第二滑动轴5位于此限位槽1502内。另外，辅助支架12的竖向滑槽1201底部台阶状向槽内渐变，当连接板15的滑块1501滑至竖向滑槽1201底部时可形成自锁。
参见图10和图11，图10和图11为取芯结构钻头翻转动作过程中，各个构件之间的相对位置关系。当钻进动作结束，钻头回缩至机体内，此时，减速器2上的第二滑动轴5和连接板外侧的第一滑动轴1503同时到达斜滑槽901的底部，继续加压，第二滑动轴5沿弧形滑槽902运动的同时，电动机1、减速器2和钻头3一体结构绕转动轴4逆时针转动，第二滑动轴5从限位槽1502内转出，当钻头翻转90度时，钻头3完全进入辅助支架12的翻转槽1203内。在第二滑动轴5运动的同时第一滑动轴1503沿水平滑槽903运动。
在具体实施时，可在上述技术方案的技术上，通过在液压缸活塞上设置一个或多个传感器，通过检测液压缸活塞的移动的距离来确定钻头钻进深度。
在具体实施时，电动机可采用直流无刷电机，减速器可采用螺旋齿轮驱动减速机。
本实施例的电动机直驱式井壁取芯结构将钻头的动力机构由现有的电动机与减速器连接，钻头通过软轴与减速器连接来传递动力改进为电动机和减速器一体结构直接驱动钻头；并通过设置辅助支架、滑板和一组液氧油缸来实现钻头的伸缩及翻转，实现了钻头伸缩和翻转采用一个控制机构实现。容易理解的是，在另一实施例中，可以仅仅采用本实施例的钻进的动力机构来提高效率。而在另一实施例中，仅采用本实施例实现钻头控制机构，此时钻头的动力机构不需采用电动机和减速器一体结构，也可以使用液压马达或电动机和减速器分体结构等。

Claims (18)

1.一种电动机直驱式井壁取芯结构，包括钻头、电动机和减速器，其特征在于：所述电动机与所述减速器为一体结构，所述钻头直接连接在所述减速器的输出端。
2.如权利要求1所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述电动机与所述减速器的外壳为分体式，两者密封固定连接，所述电动机的输出轴作为所述减速器输入齿轮的固定轴。
3.如权利要求1或2所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述电动机的出线口有可随钻头转动而转动的引线保护装置。
4.如权利要求3所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述引线保护装置与所述电动机翻转密封连接，所述电动机的引线通过所述引线保护装置固定并随其转动。
5.如权利要求3所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述引线保护装置包括主结构和辅助结构两部分，所述主结构内形成有固定电动机引线的线槽。
6.一种电动机直驱式井壁取芯结构，包括钻头、钻头驱动装置和机架，所述钻头连接于所述钻头驱动装置的输出端，其特征在于：还包括钻头运动控制机构，所述钻头运动控制机构容纳于所述机架内，所述钻头驱动装置容纳于所述钻头运动控制机构内，所述钻头运动控制机构带动所述钻头实现伸缩及翻转运动。
7.如权利要求6所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述钻头运动控制机构包括辅助支架、一组平行设置的滑板和液压油缸，所述辅助支架和所述钻头驱动装置均容纳于所述滑板固定后形成的空间内，所述辅助支架与所述钻头驱动装置可动连接，所述滑板在所述液压油缸推动下沿所述取芯结构的轴向水平滑动并带动所述钻头驱动装置伸缩及翻转。
8.如权利要求7所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述辅助支架与所述钻头驱动装置通过连接板滑动连接，且所述辅助支架限制所述钻头驱动装置沿所述取芯结构轴向产生水平运动及相对于所述辅助支架产生顺时针翻转运动。
9.如权利要求7所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述连接板与所述滑板滑动连接，与所述钻头驱动装置转动连接。
10.如权利要求8或9所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述连接板上有第一滑动轴和转动轴孔，所述钻头驱动装置上有第二滑动轴和转动轴，所述滑板上形成有第一斜滑槽和第二斜滑槽，所第一滑动轴套装于所述第一斜滑槽内，所述第二滑动轴套装于所述第二斜滑槽内，所述转动轴套装于所述转动轴孔内。
11.如权利要求10所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述第一斜滑槽端部有水平滑槽，所述第一斜滑槽和所述水平滑槽连续贯通；所述第二斜滑槽内有弧形滑槽，所述第二斜滑槽和所述弧形滑槽连续贯通。
12.如权利要求10所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述连接板端部有限位槽，所述第二滑动轴同时套装于所述限位槽内，所述限位槽限制所述第二滑动轴带动所述钻头驱动装置顺时针转动。
13.如权利要求12所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述辅助支架内有容纳所述钻头驱动装置带动所述钻头逆时针翻转90度后的翻转槽。
14.如权利要求7或8或9或10或11或12所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述液压油缸为两个。
15.如权利要求6至14任意一项所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述钻头驱动装置为减速器和电动机的一体结构，所述钻头连接在所述减速器的输出端。
16.如权利要求15所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述电动机与所述减速器的外壳为分体式，两者密封固定连接，所述电动机的输出轴作为所述减速器输入齿轮的固定轴。
17.如权利要求15所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述第二滑动轴和所述转动轴形成于所述减速器外壳，所述转动轴位于所述减速器外壳中心，所述第二滑动轴相对于所述转动轴偏心设置。
18.如权利要求15或16或17所述的电动机直驱式井壁取芯结构，其特征在于：所述电动机的出线口有可随钻头转动而转动的引线保护装置。
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