CN109281622A - 一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置 - Google Patents
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Abstract
一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，包括：锁紧机构、释放机构、承力架；所述承力架的中间开有用于放置外部钻杆的通孔，承力架的自由端固定连接释放机构；所述承力架上固定安装有锁紧机构；初始安装时，释放机构与外部结构固定连接；当外部钻杆钻探作业时，所述外部钻杆顶端的钻机向所述承力架运动，所述钻机与所述锁紧机构固定连接，所述承力架与所述外部钻杆随动，使所述释放机构与外部结构的固定连接被释放。本发明装置可用于大长径比细长型钻杆的抗振保护，同时在钻杆工作时具有自动解锁和随动的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，属于抗力学环境结构机构技术领域。本装置适用于航空、航天及民用领域需自动解锁随动的细长杆件类的抗振需求。
背景技术
传统的抗振装置多采用固定约束方式，功能较为单一，如有后续动作需要人为参与来完成，如海洋王(东莞)照明科技有限公司的CN201110401986.X号名为《抗振卡扣及使用该卡扣的灯具》的专利提供了一种抗振卡扣，其包括上压片以及与上压片铰接的下压片，上压片上铰接有一卡勾，上压片两侧分别垂直设有一第一上安装板和一第二上安装板，第一上安装板和第二上安装板均向下压片的方向延伸，第一上安装板和第二上安装板之间设有一用于将上压片和下压片锁紧的锁紧装置。本发明还提供了一种使用该抗振卡扣的灯具。本发明利用抗振卡扣的上压片、下压片和卡勾将灯具的上下盖扣合固定，并利用锁紧装置将上压片和下压片锁紧固定，保证了卡扣在持续振动的环境下不会松脱，使灯具的上下盖之间固定牢固、密封良好，解决了现有技术中的灯具在振动环境下因卡扣逐渐松动而使得灯具上下盖之间产生缝隙，进而导致灯具上下盖之间密封失效的问题。但该方法主要存在如下问题：
1)采用固定约束方式，会全面限制所约束对象的各向自由度，在不解锁情况下，所约束对象无法完成后续动作；2)不具有自动解锁功能，如需解锁需要人为干预，不适合无人参与的应用场合；3)无随动功能，不能保证对约束对象后续动作无影响。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，解决了长径比大于90：1的细长钻杆在力学振动环境中由于振幅过大造成破坏的问题，同时可根据工况自动解锁并与驱动钻杆的钻机随动，不影响钻杆的正常钻进动作。
本发明的技术方案是：
一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，包括：锁紧机构、释放机构、承力架；
所述承力架开有用于放置外部钻杆的通孔，承力架的自由端固定连接释放机构；
所述承力架上固定安装有锁紧机构；
初始安装时，释放机构与外部结构固定连接；当外部钻杆钻探作业时，所述外部钻杆顶端的钻机向所述承力架运动，所述钻机与所述锁紧机构固定连接，所述承力架与所述外部钻杆随动，使所述释放机构与外部结构的固定连接被释放。
所述承力架通孔的轴线与外部钻杆的轴线同轴，所述承力架通孔与外部钻杆间隙配合。
所述承力架包括多个自由端，每个自由端固定连接有释放机构；
所述释放机构包括：支撑座、钢球、弹簧、滑道筒、锁紧螺母；
所述滑道筒内部开有通孔，所述通孔的一端开有内螺纹，另一端周向开有与钢球配合的环状凸缘；
所述钢球、弹簧从滑道筒的开有内螺纹的一端依次放入滑道筒的通孔，所述锁紧螺母与滑道筒的内螺纹连接，使弹簧压紧所述钢球，所述钢球的部分球面凸出所述滑道筒的端面；
所述支撑座固定在外部结构上，所述支撑座端面开有锥形沉孔，所述锥形沉孔放置所述钢球凸出滑道筒端面的部分球面，用于限制滑道筒沿所述外部钻杆的轴向运动；
支撑座的外壁设置有延长部作为挡块，用于限制滑道筒沿所述外部钻杆的周向运动。
所述支撑座端面与钢球相贯的平面与外部钻杆的轴线之间夹角的开口方向与所述钻机向所述承力架运动的方向一致；所述支撑座挡块与滑道筒之间的接触面与外部钻杆的轴线之间夹角的开口方向与所述钻机向所述承力架运动的方向一致。
所述多个释放机构的钢球的球心共面，球心所在平面垂直于外部钻杆的轴线，所述多个释放机构的钢球关于外部钻杆的轴线对称；
所述支撑座锥形沉孔锥角的取值范围为30°～90°；
所述支撑座与滑道筒的接触面与外部钻杆的轴线之间夹角的取值范围为2°～5°。
所述释放机构还包括放置在所述钢球与弹簧之间的润滑垫；所述润滑垫为圆柱结构，圆柱结构的一个端面开有与钢球配合的球型凹槽。
所述锁紧机构包括锁紧挂齿、延长杆；
所述延长杆的一端固定在所述承力架上，另一端的端面上周向均布多个锁紧挂齿；
所述锁紧挂齿为弹性结构，所述锁紧挂齿的端部为锥形台阶，所述锥形台阶沿所述周向均布的锁紧挂齿的径向向外突出；所述钻机相应位置加工有配合孔，所述周向均布的锁紧挂齿穿过配合孔，通过所述锥形台阶与所述配合孔的端面卡紧固定连接，使所述承力架与所述外部钻杆随动。
所述延长杆包括圆柱段和圆锥段，圆锥段小端的端面固定锁紧挂齿，圆锥段的大端与圆柱段相连；所述配合孔端面开有与所述延长杆圆锥段配合的锥形导向孔。
所述外部钻杆的长度大于所述锁紧机构长度的15～20倍；所述承力架与外部钻杆之间单边间隙的范围具体为0.2～0.6mm。
所述承力架上固定有两套锁紧机构，所述两套锁紧机构延长杆的轴线平行于所述外部钻杆的轴线，且相对外部钻杆的轴线对称。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明通过在钻杆两端的中间点处布置间隙配合的抗振装置，使钻杆基频提高3倍，并使定心钻进过程中的临界失稳载荷提高2～3倍，从而使钻杆达到抗振要求，稳定性好。
2、本发明抗振装置与钻杆配合处采用小间隙的径向约束，径向间隙为单边0.2～0.6mm，既能保证振幅约束效果，又不影响钻杆后续的回转与进给动作。
3、本发明采用支撑座和钢球配合，限制承力架的轴向运动，同时，支撑座上的挡块用于限制滑道筒沿所述外部钻杆的周向运动，保证长径比大于60：1的细长钻杆在抗力学振动时的结构稳定性。
4、本发明设置释放机构和锁紧机构配合使用，抗力学振动时，抗振装置设置在钻杆中间段，进行力学固定；在钻杆工作时，释放钻杆中间段的力学固定，承力架与钻机和钻杆随动。
5、本发明支撑座与滑道筒的接触面与垂直面倾斜，支撑座挡块与滑道筒接触面与垂直面倾斜，且所述接触面与外部钻杆的轴线之间夹角的开口方向与所述钻机向所述承力架运动的方向一致，便于释放约束。
6、本发明采用机械式自动解锁的释放机构，合理设计弹簧与钢球组成的弹性结构，安全可靠。
附图说明
图1为本发明抗振装置结构图；
图2为本发明承力架结构图；
图3为本发明释放机构结构剖视图；
图4为本发明锁紧机构结构及工作原理图；
图5为本发明约束位置及约束间隙示意图；
图6为本发明支撑座结构图；
图7为图3的P-P截面剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。
本发明一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，如图1所示，包括：锁紧机构1、释放机构2、承力架3；
如图2所示，承力架3的中间开有用于放置外部钻杆5的通孔，钻杆5的长度接近3m，直径约为30mm，长径比大于90：1；承力架3的自由端固定连接释放机构2；所述承力架3上固定安装有锁紧机构1；承力架3通孔的轴线与外部钻杆5的轴线同轴，所述承力架3通孔与外部钻杆5间隙配合。
初始安装时，释放机构2与外部结构固定连接；当外部钻杆5钻探作业时，所述外部钻杆5顶端的钻机向所述承力架3运动，所述钻机与所述锁紧机构1固定连接，所述承力架3与所述外部钻杆5随动，使所述释放机构2与外部结构的固定连接被释放。
承力架3包括多个自由端，所述自由端分别固定连接有释放机构2；
如图3所示，释放机构2包括：支撑座21、钢球22、弹簧24、滑道筒25、锁紧螺母26；
滑道筒25内部开有通孔，所述通孔的一端开有内螺纹，另一端周向开有与钢球22配合的环状凸缘；钢球22、弹簧24从滑道筒25的开有内螺纹的一端依次放入滑道筒25的通孔，所述锁紧螺母26与滑道筒25的内螺纹连接，使弹簧24压紧所述钢球22，所述钢球22的部分球面凸出所述滑道筒25的端面；支撑座21固定在外部结构上，所述支撑座21端面开有锥形沉孔，所述锥形沉孔用于放置所述钢球22凸出滑道筒25端面的部分球面，钢球22与锥形沉孔配合用于限制所述滑道筒25沿外部钻杆5轴线朝向与钻机方向相反的运动。支撑座21锥形沉孔锥角的取值范围为30°～90°。支撑座21端面与钢球22相贯的平面与外部钻杆5的轴线之间夹角的开口方向与所述钻机向所述承力架3运动的方向一致，使滑道筒25内的钢球22便于脱出支撑座21的锥形沉孔，同时约束滑道筒25沿外部钻杆5的轴线向钻机方向的运动。支撑座21端面与钢球22相贯的平面与外部钻杆5的轴线之间夹角m的取值范围为2°～5°。支撑座21端面和钢球22相贯的平面与滑道筒25接触，用于限制滑道筒25沿径向的运动。
如图6所示，支撑座21的外壁设置有延长部作为挡块，用于限制滑道筒25沿所述外部钻杆5的周向运动。如图7所示，支撑座21挡块与滑道筒25之间的接触面与外部钻杆5的轴线之间夹角的开口方向与所述钻机向所述承力架3运动的方向一致，夹角n的取值范围具体为2°～5°。
承力架3的多个自由端均固定有释放机构2，释放机构2钢球22的球心共面，球心所在平面垂直于外部钻杆5的轴线，所述多个释放机构2的钢球22关于外部钻杆的轴线对称。
释放机构2还包括放置在所述钢球22与弹簧24之间的润滑垫23；所述润滑垫23为圆柱结构，圆柱结构的一个端面开有与钢球22配合的球型凹槽。润滑垫23的材料采用聚四氟乙烯。
如图4所示，锁紧机构1包括锁紧挂齿11、延长杆12；延长杆12的一端固定在所述承力架3上，另一端的端面上周向均布多个锁紧挂齿11，延长杆12的长度取值范围为100～200mm；锁紧挂齿11为弹性结构，所述锁紧挂齿11的端部为锥形台阶，所述锥形台阶沿所述周向均布的锁紧挂齿11的径向向外突出；所述钻机相应位置加工有配合孔44，所述周向均布的锁紧挂齿11穿过配合孔44，通过所述锥形台阶与所述配合孔44的端面卡紧固定连接，使所述承力架3与所述外部钻杆5随动。延长杆12包括圆柱段和圆锥段，圆锥段小端的端面固定锁紧挂齿11，圆锥段的大端与圆柱段相连；所述配合孔44端面开有与所述延长杆12圆锥段配合的锥形导向孔。承力架3上固定有两套锁紧机构1，所述两套锁紧机构1延长杆12的轴线平行于所述外部钻杆5的轴线，且相对外部钻杆5的轴线对称。锁紧挂齿11的材料为50CrVA。
外部钻杆5的长度大于所述锁紧机构1长度的15～20倍；抗力学振动时，细长钻杆5的两端固支，抗振装置位于所述钻杆5的中间段，优选的为钻杆5的中点。如图5所示，抗振装置固定点到细长钻杆5两端的距离a相等，即a＝a。承力架3与外部钻杆5之间单边间隙b的范围具体为0.2～0.6mm。
抗振装置工作原理如下：
1)在初始安装状态下，抗振装置通过释放机构2锁紧在支撑座21上，锁紧位置为整根钻杆5两个端点的中点处，承力架3的通孔与钻杆5为小间隙配合；
2)在飞行或运输过程的力学振动环境中，抗振装置可有效约束钻杆5的振幅，从而满足抗振要求；
3)在后续的钻杆5钻进过程中，从钻杆5下钻开始至钻机与抗振装置接触前，抗振装置均起到辅助支撑作用，可有效提高钻杆5的临界失稳载荷并不影响钻杆5运动；
4)当钻杆5继续钻进时，抗振装置的锁紧挂齿11将逐步穿入钻机相应的配合孔4中直至锁紧；
5)之后钻杆5继续钻进，钻机将通过与延长杆12的配合锥面给两个锁紧机构施加下压力，该下压力将转化为抗振装置的解锁力。当下压力超过释放机构2的锁紧力时，释放机构2将执行解锁释放动作，从而将抗振装置的随动部分从支撑座21上脱开；
6)上述解锁动作完成后，由于锁紧挂齿11已与钻机完成锁紧，因此抗振装置的随动部分不会掉落，而是会随着钻机一起随动，从而实现了随动避让功能。在此过程中，承力架3的通孔与钻杆5之间为间隙配合，起过孔作用，不会妨碍钻杆5的旋转及进给动作。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，包括：锁紧机构(1)、释放机构(2)、承力架(3)；
所述承力架(3)开有用于放置外部钻杆(5)的通孔，承力架(3)的自由端固定连接释放机构(2)；
所述承力架(3)上固定安装有锁紧机构(1)；
初始安装时，释放机构(2)与外部结构固定连接；当外部钻杆(5)钻探作业时，所述外部钻杆(5)顶端的钻机向所述承力架(3)运动，所述钻机与所述锁紧机构(1)固定连接，所述承力架(3)与所述外部钻杆(5)随动，使所述释放机构(2)与外部结构的固定连接被释放。
2.根据权利要求1所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述承力架(3)通孔的轴线与外部钻杆(5)的轴线同轴，所述承力架(3)通孔与外部钻杆(5)间隙配合。
3.根据权利要求2所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述承力架(3)包括多个自由端，每个自由端固定连接有释放机构(2)；
所述释放机构(2)包括：支撑座(21)、钢球(22)、弹簧(24)、滑道筒(25)、锁紧螺母(26)；
所述滑道筒(25)内部开有通孔，所述通孔的一端开有内螺纹，另一端周向开有与钢球(22)配合的环状凸缘；
所述钢球(22)、弹簧(24)从滑道筒(25)的开有内螺纹的一端依次放入滑道筒(25)的通孔，所述锁紧螺母(26)与滑道筒(25)的内螺纹连接，使弹簧(24)压紧所述钢球(22)，所述钢球(22)的部分球面凸出所述滑道筒(25)的端面；
所述支撑座(21)固定在外部结构上，所述支撑座(21)端面开有锥形沉孔，所述锥形沉孔放置所述钢球(22)凸出滑道筒(25)端面的部分球面，用于限制滑道筒(25)沿所述外部钻杆(5)的轴向运动；
支撑座(21)的外壁设置有延长部作为挡块，用于限制滑道筒(25)沿所述外部钻杆(5)的周向运动。
4.根据权利要求3所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述支撑座(21)端面与钢球(22)相贯的平面与外部钻杆(5)的轴线之间夹角的开口方向与所述钻机向所述承力架(3)运动的方向一致；所述支撑座(21)挡块与滑道筒(25)之间的接触面与外部钻杆(5)的轴线之间夹角的开口方向与所述钻机向所述承力架(3)运动的方向一致。
5.根据权利要求4所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述多个释放机构(2)的钢球(22)的球心共面，球心所在平面垂直于外部钻杆(5)的轴线，所述多个释放机构(2)的钢球(22)关于外部钻杆的轴线对称。
6.根据权利要求3～5之一所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述释放机构(2)还包括放置在所述钢球(22)与弹簧(24)之间的润滑垫(23)；所述润滑垫(23)为圆柱结构，圆柱结构的一个端面开有与钢球(22)配合的球型凹槽。
7.根据权利要求2所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述锁紧机构(1)包括锁紧挂齿(11)、延长杆(12)；
所述延长杆(12)的一端固定在所述承力架(3)上，另一端的端面上周向均布多个锁紧挂齿(11)；
所述锁紧挂齿(11)为弹性结构，所述锁紧挂齿(11)的端部为锥形台阶，所述锥形台阶沿所述周向均布的锁紧挂齿(11)的径向向外突出；所述钻机相应位置加工有配合孔(4)，所述周向均布的锁紧挂齿(11)穿过配合孔(4)，通过所述锥形台阶与所述配合孔(4)的端面卡紧固定连接，使所述承力架(3)与所述外部钻杆(5)随动。
8.根据权利要求7所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述延长杆(12)包括圆柱段和圆锥段，圆锥段小端的端面固定锁紧挂齿(11)，圆锥段的大端与圆柱段相连；所述配合孔(4)端面开有与所述延长杆(12)圆锥段配合的锥形导向孔。
9.根据权利要求7或8之一所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述外部钻杆(5)的长度大于所述锁紧机构(1)长度的15～20倍。
10.根据权利要求9所述的一种细长钻杆用可自动解锁随动的抗振装置，其特征在于，所述承力架(3)上固定有两套锁紧机构(1)，所述两套锁紧机构(1)延长杆(12)的轴线平行于所述外部钻杆(5)的轴线，且相对外部钻杆(5)的轴线对称。
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- 2018-11-21 CN CN201811394288.XA patent/CN109281622B/zh not_active Expired - Fee Related
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