CN105672987A - 套管水平井牵引器的牵引轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管水平井牵引器的牵引轮，涉及电缆测井领域，包括本体和外齿圈，外齿圈可拆卸地套设在本体上，外齿圈的齿沿外齿圈的轴向方向设有多道相互间隔的环状沟槽，环状沟槽沿外齿圈的圆周方向设置，且环状沟槽使外齿圈分割为多个齿环，所有齿环的齿顶线的端点共圆弧。本发明中的套管水平井牵引器的牵引轮，一方面其外齿形在套管圆周方向上与套管内壁更加匹配，外齿磨损更均匀；另一方面在套管轴向方向上也改善了外齿咬合套管内壁状况，相比传统牵引轮能够提供更大的牵引力。

Description

套管水平井牵引器的牵引轮

技术领域

本发明涉及电缆测井领域，具体涉及一种套管水平井牵引器的牵引轮。

背景技术

套管水平井牵引器作为管道机器人，是一种电缆连接在套管内输送仪器设备的输送工具。在套管作业中，当遇到大斜度和水平段套管段时，仪器设备无法依靠自身重力前进，此时便靠套管水平井牵引器提供动力推动仪器设备继续前进。现有的套管水平井牵引器的动力源能够提供足够的动力，但是作为最终输出牵引力的牵引轮存在两方面的问题：

(1)牵引轮的外齿形在套管圆周方向上与套管内壁不匹配，参见图1和图2所示，现有的牵引轮的齿顶线为直线，其只有两端与套管接触，由于牵引轮的外齿磨损不均匀而导致磨损加速，导致牵引力加剧下降，外齿圈磨损较快，导致牵引轮在较大外负载情况下不能行走更远的距离。

(2)牵引轮的外齿形在套管轴线方向上与套管内壁匹配不佳，参见图3所示，现有的牵引轮的外齿的前后齿面对称(α＝β)，牵引器前进和后退方向的咬合套管内壁的程度一致，无法在牵引器前进方向上提供更大的前进动力。牵引轮出现磨损和打滑现象后，将无法提供足够的向前牵引力。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种外齿形在套管圆周方向上与套管内壁更匹配、外齿磨损更均匀并能提供更大的牵引力的套管水平井牵引器的牵引轮。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种套管水平井牵引器的牵引轮，用于在套管内行走，其包括本体和外齿圈，其特征在于：所述外齿圈可拆卸地套设在所述本体上，所述外齿圈的齿沿所述外齿圈的轴向方向设有多道相互间隔的环状沟槽，所述环状沟槽沿所述外齿圈的圆周方向设置，且所述环状沟槽使所述外齿圈分割为多个齿环，所有所述齿环的齿顶线的端点共圆弧。

在上述技术方案的基础上，越靠近所述外齿圈的端面的所述齿环的齿的齿顶面积越大。

在上述技术方案的基础上，所述圆弧的直径小于所述套管的内径。

在上述技术方案的基础上，所述齿环之间对称分布。

在上述技术方案的基础上，所述齿环之间非对称分布。

在上述技术方案的基础上，所述齿环的数量为5个。

在上述技术方案的基础上，所述齿环的任意一个齿的两个齿廓面和垂直于所述齿的齿顶面的平面的夹角大小分别为α和β，所述α小于所述β。

在上述技术方案的基础上，所述α小于45度，所述β大于45度。

在上述技术方案的基础上，所述外齿圈的齿的硬度大于所述套管的硬度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中的套管水平井牵引器的牵引轮，在外齿圈的轴向方向设有多道相互间隔的环状沟槽，环状沟槽使外齿圈分割为多个齿环，和传统不设置环状沟槽的牵引轮相比，本发明减小了齿顶与套管的接触面积，从而接触压强更大，外齿扎入套管更深，只有外齿扎入套管足够深牵引轮才能提供足够大的牵引力。此外，传统的牵引轮的齿顶线为直线，其先两边接触而中间不接触，咬合部分少，牵引力小，打滑后两边磨损加剧，两边已经磨秃后，中间部分的齿才接触上，当中间咬合时两边已经无法有效扎入在打滑。同时，咬合部分少，同等外负载情况下单个齿或咬入部分的负载大，导致磨损加剧，很快将所有齿磨秃，导致整个外齿圈不耐磨。而本发明中由环状沟槽分割形成的多个齿环，其齿顶线的端点共圆弧，而且由于接触压强更大，从而能够保证两边和中间的齿环的齿有效扎入套管，扎入的齿越多，咬合情况更佳，牵引力也就越大。同时在同等外负载下，扎咬入的齿越多，单个齿的负荷小，单个齿更耐磨损，整个外齿圈比传统更耐用。因此本发明外齿圈的外齿形在套管圆周方向上与套管内壁更加匹配，能保证外齿圈的齿有效扎入套管。

(2)本发明中的套管水平井牵引器的牵引轮，越靠近外齿圈的端面的齿环的齿的齿顶面积越大。即越靠近中间位置的齿环的齿的齿顶面积越小。从而靠近中间位置的齿环的齿压入套管的深度大于位于其两侧的齿环的齿压入套管的深度，这样便能更好的让所有齿环的齿有效扎入套管。此外，越靠近中间位置的齿环的齿的齿顶面积越小，还可以更好的匹配不同内径的套管，若所有齿环的齿的齿顶面积均匀设置，当套管内径变大或者变小时，即使所有齿环的齿顶线的端点共圆弧，仍然会出现只有一部分齿扎入套管的现象，导致磨损不均匀。本发明中由于越靠近外齿圈的端面的齿环的齿的齿顶面积越大，导致靠近中间位置的齿环的齿扎入深，使得整个外齿圈与套管的接触更良好。为了让外齿圈与套管的接触最佳，本发明中的圆弧直径小于套管的内径。

(3)本发明中的套管水平井牵引器的牵引轮，其每个齿的两个齿廓面和垂直于齿的齿顶面的平面的夹角的大小不等，即两边不对称，在顺时针方向即前进方向上，其夹角较小，从而齿顶越锋利，越容易压入套管，改善了外齿咬合套管内壁状况，使得牵引轮的外齿形在套管轴线方向上与套管内壁相匹配，当牵引轮顺时针旋转时其提供前进方向的牵引力也越大，相比传统牵引轮能够提供更大的牵引力。

(4)本发明中的套管水平井牵引器的牵引轮，其外齿圈可拆卸地套设在本体上，由于外齿圈是易损件，在使用中存在磨损，使用一段时间后需要更换，采用可拆卸的方式安装后则不必整体更换，可节约成本。

附图说明

图1为现有技术中牵引轮相对套管对中布置的示意图；

图2为现有技术中牵引轮相对套管偏心布置的示意图；

图3为现有技术中牵引轮在套管轴线上的剖视图；

图4为本发明中套管水平井牵引器的牵引轮的结构示意图；

图5为本发明中牵引轮在套管横截面上的剖视图；

图6为本发明中牵引轮相对套管对中布置的示意图；

图7为本发明中牵引轮相对套管偏心布置的示意图；

图8为本发明中圆弧直径等于套管内径时牵引轮和套管的示意图；

图9为本发明中圆弧直径小于套管内径时牵引轮和套管的示意图；

图10为本发明中圆弧直径大于套管内径时牵引轮和套管的示意图；

图11为本发明中牵引轮在套管轴线上的剖视图。

图中：1-本体，2-外齿圈，21-环状沟槽，22-齿环，3-套管，2，-现有技术的外齿圈，3，-现有技术的套管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图4所示，本发明提供一种套管水平井牵引器的牵引轮，其包括本体1和外齿圈2。

外齿圈2可拆卸地套设在本体1上，由于外齿圈2是易损件，在使用中存在磨损，使用一段时间后需要更换，采用可拆卸的方式安装后则不必整体更换，可节约成本。参见图5所示，外齿圈2的齿沿外齿圈2的轴向方向设有多道相互间隔的环状沟槽21，环状沟槽21沿外齿圈2的圆周方向设置，环状沟槽21使外齿圈2分割为多个齿环22，所有齿环22的齿顶线的端点共圆弧。

本发明中的齿环22的形状取决于牵引器是否能使牵引轮相对于套管3对中布置。若牵引轮可相对于套管3对中布置，此时齿环22之间为对称分布。若牵引轮不能相对于套管3对中布置只能偏心布置时，此时齿环22之间为非对称分布。以套管3的横截面为基准面建立平面直角坐标系，平面直角坐标系的X轴与外齿圈2轴向方向平行，平面直角坐标系的Y轴经过横截面的圆心，对中布置时，圆弧的圆心位于Y轴上；偏心布置时，圆弧的圆心位于Y轴的一侧。

由于本发明在外齿圈2的轴向方向设有多道相互间隔的环状沟槽21，环状沟槽21使外齿圈2分割为多个齿环22，和传统不设置环状沟槽的牵引轮相比，本发明减小了齿顶与套管3的接触面积，从而接触压强更大，外齿扎入套管3更深。此外，参见图1和图2所示，传统的牵引轮的齿顶线为直线，无论牵引轮是对中布置或者是偏心布置，其先两边接触而中间不接触，咬合部分少，牵引力小，打滑后两边磨损加剧，两边已经磨秃后，中间部分的齿才接触上，当中间咬合时两边已经无法有效扎入在打滑。同时，咬合部分少，同等外负载情况下单个齿或咬入部分的负载大，导致磨损加剧，很快将所有齿磨秃，导致整个外齿圈2不耐磨。参见图6和图7所示，在对中布置或者是偏心布置的情况下，本发明中由环状沟槽21分割形成的多个齿环22，其齿顶线的端点共圆弧，而且由于接触压强更大，从而能够保证两边和中间的齿环22的齿有效扎入套管3，同时扎入齿越多，咬合情况更佳，牵引力也就越大。同时在同等外负载下，扎咬入的齿越多，单个齿的负荷小，单个齿更耐磨损，整个外齿圈2比传统更耐用。因此本发明外齿圈2的外齿形在套管3圆周方向上与套管3内壁更加匹配，能保证外齿圈2的齿有效扎入套管3。

为了在套管3横截面方向上更好啮合套管3内壁，齿环22的数量不少于3，本发明中齿环22的数量为5。

本发明中牵引轮，越靠近外齿圈2的端面的齿环22的齿的齿顶面积越大。即越靠近中间位置的齿环22的齿的齿顶面积越小。从而靠近中间位置的齿环22的齿压入套管3的深度大于位于其两侧的齿环22的齿压入套管3的深度，这样便能更好的让所有齿环22的齿有效扎入套管3。此外，越靠近中间位置的齿环22的齿的齿顶面积越小，还可以更好的匹配不同内径的套管3，若所有齿环22的齿的齿顶面积均匀设置，当套管3内径变大或者变小时，即使所有齿环22的齿顶线的端点共圆弧，仍然会出现只有一部分齿扎入套管3的现象。参见图8所示，若所有齿环22的齿的齿顶面积均匀设置，只有当圆弧直径和套管3内径相等时，才能较好保证所有齿环22的齿同时扎入套管3。当套管3内径变大或者变小时，参见图9和图10所示，即使所有齿环22的齿顶线的端点共圆弧，仍然会出现只有一部分齿扎入套管3的现象，导致磨损不均匀。而本发明中由于越靠近中间位置的齿环22的齿的齿顶面积越小，导致靠近中间位置的齿环22的齿扎入深，使得整个外齿圈2与套管3的接触更良好。为了让外齿圈2与套管3的接触最佳，本发明中的圆弧直径小于套管3的内径。

外齿圈2和套管3都是金属材料，金属与金属的摩擦系数小于1，牵引器产生的牵引轮与套管3之间的正压力不可能很大，再乘以摩擦系数后将进一步减小，摩擦力作为牵引力实际上很小，因此外齿圈2与套管3的表面必须发生变形，变形表面间的相互挤压才能产生足够大的牵引力。故外齿圈2的齿顶的材料硬度应高于套管3的材料硬度，使外齿圈2的齿顶压入套管3内。两者之间的变形最好控制在塑性变形范围内，可以不损伤外齿圈2和套管3。

套管3的洛氏硬度一般在20～30度，外齿圈2的齿的洛氏硬度至少在40度以上，外齿圈2的齿的硬度需要根据所选材料的韧性和强度相匹配，本发明中的外齿圈2的齿的的洛氏硬度在50度左右。

套管3和外齿圈2之间的变形尽量控制在塑性变形范围内，如果塑性变形的挤压还不能提供足够大的牵引力，只能提高外齿圈2的硬度，轻微地损坏套管3内壁，以牺牲套管3来达到更大的牵引力，同时保护外齿圈2，提高其使用寿命。

此外，外齿圈2的齿数的设置必须合理，齿数不能太少，必须保证牵引轮在转动过程中始终存在至少两齿以上能压入套管3内壁，这样可以稳定而持续地提供牵引力，齿数也不能太多，压入齿数增多导致接触压强增大，齿的压入深度下降，牵引力随之降低，压入的齿数应该与牵引器能够提供的正向压力相匹配。

一般而言，单个齿类似于切削刀具，形状与刀具相似，使得齿顶能顺利压入套管3内壁，但齿的参数应当向不利于切削的方向选择，否则齿能轻易切下套管3表层，会产生牵引轮打滑现象，导致牵引力下降。

参见图11所示，本发明中牵引轮顺时针旋转时为前进方向，牵引轮每个齿的两个齿廓面和垂直于齿的齿顶面的平面的夹角大小分别为α和β。α角类似于刀具的前角，α角越小，齿顶越锋利，越容易压入套管3，当牵引轮顺时针旋转时其提供前进方向的牵引力也越大，α角一般小于45°，但也不宜太小，太小或负值导致齿顶刚度下降容易折断。β角类似于刀具的后角，β角越大，齿顶与接触表面间的摩擦越大，越不容易切下套管3表层，当牵引轮顺时针旋转时其提供前进方向的牵引力也越大，β角一般大于45°，但也不宜太大，太大导致齿顶高度减小。

本发明中的α＜β，虽然当牵引轮逆时针旋转时，此时由于β角较大，齿顶不易压入套管3，牵引轮提供后退方向的牵引力会有所减小，但是本发明的主要目的在于提供前进方向的牵引力，而且后退时由电缆拖出，即后退时牵引力减小相比而言重要性较低，所以本发明采取损失一定后退方向的牵引力的方式来提供更大的前进方向的牵引力。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种套管水平井牵引器的牵引轮，用于在套管(3)内行走，其包括本体(1)和外齿圈(2)，其特征在于：所述外齿圈(2)可拆卸地套设在所述本体(1)上，所述外齿圈(2)的齿沿所述外齿圈(2)的轴向方向设有多道相互间隔的环状沟槽(21)，所述环状沟槽(21)沿所述外齿圈(2)的圆周方向设置，且所述环状沟槽(21)使所述外齿圈(2)分割为多个齿环(22)，所有所述齿环(22)的齿顶线的端点共圆弧。

2.如权利要求1所述的套管水平井牵引器的牵引轮，其特征在于：越靠近所述外齿圈(2)的端面的所述齿环(22)的齿的齿顶面积越大。

3.如权利要求2所述的套管水平井牵引器的牵引轮，其特征在于：所述圆弧的直径小于所述套管(3)的内径。

4.如权利要求1所述的套管水平井牵引器的牵引轮，其特征在于：所述齿环(22)之间对称分布。

5.如权利要求1所述的套管水平井牵引器的牵引轮，其特征在于：所述齿环(22)之间非对称分布。

6.如权利要求1所述的套管水平井牵引器的牵引轮，其特征在于：所述齿环(22)的数量为5个。

7.如权利要求1所述的套管水平井牵引器的牵引轮，其特征在于：所述齿环(22)的任意一个齿的两个齿廓面和垂直于所述齿的齿顶面的平面的夹角大小分别为α和β，所述α小于所述β。

8.如权利要求7所述的套管水平井牵引器的牵引轮，其特征在于：所述α小于45度，所述β大于45度。

9.如权利要求1所述的套管水平井牵引器的牵引轮，其特征在于：所述外齿圈(2)的齿的硬度大于所述套管(3)的硬度。