CN111559714A - 一种多方位旋转导轮结构 - Google Patents

Abstract

一种多方位旋转导轮结构，包括导向轮4和支架，导向轮设置于支架上，所述导向轮的工作面上设有导向槽，所述支架由转动基座1、横撑2、支撑杆3、滑杆5组成，转动基座置于横撑中间下方，横撑两端竖向设置有两支撑杆，两支撑杆之间架设多根滑杆，滑杆上转动设置有导向轮，且导向轮与滑杆轴向滑动配合。

Description

一种多方位旋转导轮结构

技术领域

本专利涉及油气勘探领域，提供一种多方位旋转导轮结构。

背景技术

钻机是石油勘探的重要设备，钻机一般有八大系统组成，即提升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统和监测显示仪表、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统，钻机要具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。钻机的主要设备有：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（现场习惯上叫钻机八大件）、动力机（柴油机、电动机、燃气轮机）、联动机、固控设备、井控设备等。

钻机的提升系统为了提升和下放钻具、下套管以及控制钻压、送进钻具，钻具配备有。提升系统包括绞车、辅助刹车、天车、游车、大钩、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等各种工具。提升时，绞车滚筒缠绕钢丝绳，天车和游车构成副滑轮组，大钩上升通过吊环、吊卡等工具实现钻具的提升。下放时，钻具或套管柱靠自重下降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度。在正常钻进时，通过刹车机构控制钻具的送进速度，将钻具重量的一部分作为钻压施加到钻头上实现破碎岩层。

绞车是用滚筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称卷扬机。绞车是可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。主要运用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖。

在钻机系统中，绞车系统主要包括：主滚筒总成、绞车架及护罩总成、角传动箱总成、转盘传动装置、主滚筒刹车系统、主刹车冷却循环系统、水刹车、水刹车水循环系统、绞车动力输入输出护罩、天车防碰装置等所组成。钻修机绞车部件设置在动力绞车撬座上，结构紧凑、安装、拆卸方便。

绞车滚筒上缠绕钢丝绳，钢丝绳引出到井架天车上，绕后缠绕动滑轮组在机械力的作用下实现缠绕和缩放。钢丝绳在滚筒上缠绕不是无序的，而是需要按照一定的排列结构，一层排满后再排另一层，由此，滚筒上会缠绕多层钢丝绳。要实现钢丝绳在滚筒上的有序排列缠绕就必须经过导轮结构，畅滑的导轮是钢丝绳的游动通道，否则就会造成钢丝绳跳出导轮，跳出导轮后的钢丝绳就会在滚筒上无序排列，同时会造成摩阻增加，造成设备损坏影响正常施工。所以，施工设备中亟需一种多方位旋转导轮结构。

在石油钻机绞车滚筒上开设绳槽，是为了避免钢丝绳在加载时的相互摩擦、挤压变形、早期磨损等问题，绳槽的种类很多，广泛适用的是利巴斯绳槽装置。绳槽排列钢丝绳是按照槽型和钢丝绳的缠绕动力自动排列的，自左至右或自右至左来回往复绕制。提升和下降的过程中，钢丝绳通过天车和滑轮组带动负载，钢丝绳在滚筒上的缠绕排序是相反的，提升的时候收回钢丝绳即在滚筒上绕进，下方的时候钢丝绳释放钢丝绳即从滚筒上绕出。钢丝上在从滚筒引向天车的游动线路中要经过一个左右畅滑游动的滑轮，该滑轮穿套在一根滑杆上，钢丝绳在张紧力的作用下带动滑轮转动，滑轮槽为钢丝绳提供了游动空间，也限制了钢丝绳的走向，即钢丝绳必须在滑轮槽中。但是，在实际施工中，钢丝绳经常会跳出滑轮槽，直接和滑杆摩擦接触，这种情况在遇有跳动的时候最为常见。钢丝绳如跳出滑槽就需要人为的将钢丝绳重新装回滑槽内，否则会影响钢丝绳在滚筒上的缠绕排序。概括起来，钢丝绳从滑轮滑槽中脱离跳出会影响设备的正常运行，而且会产生一系列其它的问题：

⑴通常的滑轮结构无防滑脱功能设计，仅作为一个供钢丝绳游动的通道；

⑵普通的滑轮只能是按照直线运动，如出现钢丝绳震动跳跃则无法对其进行适应限位；

⑶单通道滑轮功能单一，无法满足拓展应用；

⑷钢丝绳跳出滑轮需要人工归位，影响了正常施工，降低了工作时效；

⑸钢丝绳跳出滑轮会导致其它安全问题，不利于安全生产；

⑹对于综合录井来说，钢丝绳跳出滑轮影响其在滚筒上的有序排列，直接影响到了深度测量的准确度；

⑺没有一种具有复合功能的滑轮导向结构，无法满足复杂工况需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种多方位旋转导轮结构,其技术方案如下：

一种多方位旋转导轮结构，包括导向轮和支架，导向轮设置于支架上，所述导向轮的工作面上设有导向槽，所述支架由转动基座、横撑、支撑杆、滑杆组成，转动基座置于横撑中间下方，横撑两端竖向设置有两支撑杆，两支撑杆之间架设多根滑杆，滑杆上转动设置有导向轮，且导向轮与滑杆轴向滑动配合；

上述方案进一步包括：所述转动基座由定子A、转子B、转子C组成；所述定子A外部均设多个固定孔，中部设有通孔A，联轴穿过通孔A固定连接转子B和转子C，通孔A和联轴间隙配合；定子A、转子B、转子C的相对面上分别设有对应的环形滚珠槽A-B、环形滚珠槽A-C、环形滚珠槽B、环形滚珠槽C，环形滚珠槽A-B和环形滚珠槽A-C内放置滚珠，定子A、转子B、转子C的相对面之间留有滚珠运动间隙，所述转子B外侧径向对称设置两个丝孔，所述横撑上设有弧形固定片，弧形固定片上设有与丝孔对应的通孔B，螺栓穿过通孔B与丝孔螺纹联接，所述横撑两端设有瓦座，瓦座上固设有套转杯，瓦座上设有套转杯，套转杯由内外球体套装组成，内外球体之间对称设置多个居中弹簧，外球体上方开设通孔C，支撑杆穿过通孔C与内球体固定连接，所述支撑杆为由内杆和外套管组成的伸缩杆，外套管上端封闭，外套管与内杆之间的伸缩空间内设有压簧；外套管与滑杆联接，所述滑杆两端固设有连接套环，连接套环套接于外套管并通过固定夹轴向固定，所述滑杆两端套设有限位弹簧，限位弹簧置于滑杆端部与导向轮之间，所述导向轮两侧各固定连接一组组合轴承；所述组合轴承由转子D、转子E、联轴管和定子F组成，定子F开设通孔D，联轴管穿过通孔D固定联接转子D和转子E，转子D和转子E套接于联轴管两端，联轴管与通孔D间隙配合，定子F、转子D、转子E的相对面上分别设有对应的环形滚珠槽F-D、环形滚珠槽F-E、环形滚珠槽D、环形滚珠槽E，环形滚珠槽F-D、环形滚珠槽F-E内放置滚珠，定子F、转子D、转子E的相对面之间留有滚珠运动间隙；两侧组合轴承的转动部分与导向轮固定连接；

上述方案还包括：纵向设置四组滑杆和导向轮，两连杆由导向轮两侧从上至下纵向固定联接每组导向轮的定子F，所述定子F上下两面各开设一对销孔，连杆与定子F的连接端设有与销孔对应的插销，插销与销孔插接配合，两连杆顶底两端分别设有防脱限位环。

本专利的有益效果是：

⑴多方位旋转导轮结构具备防滑脱功能设计，而不仅是作为钢丝绳游动的通道，更拓展了其应用范围；

⑵导轮结构在支持滑轮直线运动的同时，也适用于当出现钢丝绳震动跳跃时对其进行动态限位；

⑶旋转导轮结构功能完善，可在多方面满足拓展应用；

⑷旋转导轮结构能够确保钢丝绳无法跳出滑轮，维持了正常施工，提升了工作时效；

⑸旋转导轮结构确保钢丝绳无法跳出滑轮从而避免了其它安全问题的发生几率，有助于安全生产；

⑹对于综合录井来说，旋转导轮结构确保钢丝绳无法跳出滑轮从而保证了其在滚筒上的有序排列，确保了深度测量的准确度；

⑺旋转导轮结构具有复合功能，可满足复杂工况需求。

附图说明

图1是本专利整体结构图

图2是基座结构图

图3是弧形固定片结构图

图4是滑杆、连接套环、固定夹连接示意图

图5是导向轮结构示意图

图6是组合轴承结构示意图

图7是连杆插销和销孔配合结构示意图

图8是定子两侧面的环形滚珠槽结构示意图

图9是转子与定子相对面的环形滚珠槽结构示意图

图中：1基座，2横撑，3套转杯，4支撑杆，5滑杆，6导向轮，7组合轴承，8连杆，9防脱限位环，1-1定子A，1-2转子B，1-3转子C，1-4固定孔，1-5丝孔，1-6联轴，2-1瓦座，3-1外球体，3-2内球体，3-3居中弹簧，4-1外套管，4-2内杆，4-3压簧，5-1连接套环，5-2固定夹，5-3销孔，7-1定子F，7-2转子D，7-3转子E，7-4联轴管，8-1插销，711环形滚珠槽A，721环形滚珠槽B。

具体实施方式

参照图1-9，一种多方位旋转导轮结构整体为硬钢质，主要由转动基座1、横撑2、套转杯3、导向轮6等组成。转动基座1支撑横撑2，和其它结构一起完成多方位旋转导向功能。

（1）转动基座1。转动基座1是整套旋转导轮结构的基础，由中间定子和上下两个转子组成，定子和转子为钢盘。①定子。定子是用于固定的，直径100mm×厚50mm，中心开直径30mm的孔，用于穿越通杆连接上下两个转子。定子可通过其固定孔插接到其它固定端上或可直接焊接。定子的顶、低面有滚珠槽，滚珠槽内放置滚珠和上下转子连接面的滚珠槽同径对应，滚珠槽直径12mm，定子和转子的转动空隙为3mm；②转子。顶、底转子直径80mm×厚50mm，上部转子的两侧开两个直径为12mm的丝孔，用于连接固定横撑2上的弧形固定片10。顶、底转子中心开直径30mm的孔，通杆穿过定子和上下转子，和顶转子的顶面平面焊接、和底转子的底面平面焊接。将定子固定后，顶、底转子即可转动；③通杆。通杆为管状，外径30mm×壁厚5mm。通杆连接顶、底转子和定子，连接后的整体高度为156mm。转动基座1上面连接横撑2。

（2）横撑2。横撑2为管状，长500mm×外径50mm×壁厚5mm，中间部位弧度焊接两个弧形固定片10，固定片上有直径为12mm的固定孔，用于和顶部转子销孔螺丝连接固定，两个弧形固定片10的间距能无缝套接进顶部转子中。横撑2的两端弧形焊接两个瓦座。①瓦座。瓦座为实心柱形，直径80mm×高80mm，瓦座的中间开凹槽，凹槽中焊接套转杯3的底面；②套转杯3。套转杯3为内、外球体结构，外球体（外固定杯）为对半焊接结构组成，外径110mm×壁厚5mm，在外球体的球面上有四个直径为5mm的小孔，小孔用于从内球体上穿出的居中弹簧。内球体（内转动杯），外径80mm×壁厚5mm，内球体上焊接有四个居中弹簧，两侧居中各一个、底部和瓦座两侧对称部位各一个。外球体顶部开直径为50mm的孔（转口），内杆和内球体顶部弧形焊接。内杆晃动时，套转杯3内外球体在居中弹簧的作用下会始终使内杆以上的导向轮6结构归位；③内外杆。内杆和套转杯3内球体弧形焊接，内杆外部套接外杆。内杆为管状，长500mm×外径30mm×壁厚5mm，外杆长500mm×外径40mm×壁厚5mm，内杆的顶部有压簧，压簧为内外杆的震动提供缓冲空间，外杆上横向分布四套滑杆5；④滑杆5。滑杆5为管状，长500mm×外径45mm×壁厚5mm，滑杆5为导向轮6提供滑行支撑，两端插接到连接套环中，连接套环和外杆无缝套接，套环的顶、底面通过固定夹固定。连接套环外部环套限位弹簧，用于防止导向轮6和连接套环摩擦产生阻力。

（3）导向轮6。四套滑杆5上套接四套导向轮6，导向轮6的直径可根据需要配置，导向轮6的穿孔和滑杆5同径。上下两套导向轮6之间的接触面为无缝畅滑接触，即穿越的钢丝绳不会跳出导向轮6槽，始终在上下导向轮6之间游动。上下导向轮6之间由连杆8连接固定。①连杆8。连杆8为长方形钢，宽60mm×厚30mm，连杆8和上下导向轮6之间的连接长度由导向轮6的直径而定。连杆8和组合轴承7的定子弧形连接，连杆8上有插销，插销插入定子环面的销孔内，导向轮6一侧上下共有五个连接和定子插接固定。顶、底导向轮6连杆8中插有防脱限位环9，插接后用螺丝固定；②组合轴承7。组合轴承7由两侧转子和中间定子组成，转子直径70mm×厚20mm，定子直径90mm×厚30mm，定子的上下弧面上凿有销孔，和连杆8的插销对接。两个转子的各一面和定子的两面开同径滚珠槽放置滚珠，定子和转子之间的空隙为3mm，导向轮6单侧定子和转子的总宽度为76mm。两侧转子和中间定子之间由联管连接，联管连接导向轮6两侧组合轴承7，导向轮6两侧的转子和导向轮6焊接，两个定子外侧的转子和联管焊接，即导向轮6和两侧的组合轴承7在联管的连接下成一体结构，联管外径55mm×壁厚5mm，即转子和定子的中孔通径为55mm，滑杆5无缝穿越其中。

多方位旋转导轮结构的基座可360°旋转，套转杯为上部整体结构提供了震动平衡，内外杆在压簧的弹性作用下具有防震的功能，滑杆的连接套环可根据滚轮的大小和位置定位固定。组合轴承结构的抗扭转力强，上下滚轮在连杆和防脱限位环的固定下形成一整套的转动系统。整套滚轮系统左右无阻畅滑，滚轮间的无缝无阻转动为穿越其中的钢丝绳提供了多路游滑通路，整套结构防震、防脱、转向及联动实现了一体化。

实现了滑轮结构的复合应用，解放了劳动力，节约了人工成本，保障了日常工作的科学高效，是自动化操作的重要组成部分。该装置安全可靠，方便应用，自动化程度高。

Claims (11)

1.一种多方位旋转导轮结构，包括导向轮4和支架，导向轮设置于支架上，所述导向轮的工作面上设有导向槽，其特征是，所述支架由转动基座1、横撑2、支撑杆3、滑杆5组成，转动基座置于横撑中间下方，横撑两端竖向设置有两支撑杆，两支撑杆之间架设多根滑杆，滑杆上转动设置有导向轮，且导向轮与滑杆轴向滑动配合。

2.根据权利要求1所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，所述转动基座由定子A、转子B、转子C组成；所述定子A外部均设多个固定孔，中部设有通孔A，联轴穿过通孔A固定连接转子B和转子C，通孔A和联轴间隙配合；定子A、转子B、转子C的相对面上分别设有对应的环形滚珠槽A、环形滚珠槽B，环形滚珠槽B内放置滚珠，定子A、转子B、转子C的相对面之间留有滚珠运动间隙。

3.根据权利要求2所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，所述转子B外侧径向对称设置两个丝孔，所述横撑上设有弧形固定片，弧形固定片上设有与丝孔对应的通孔B，螺栓穿过通孔B与丝孔螺纹联接。

4.根据权利要求1所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，所述横撑两端设有瓦座，瓦座上固设有套转杯，套转杯由内外球体套装组成，内外球体之间对称设置多个居中弹簧，外球体上方开设通孔C，支撑杆穿过通孔C与内球体固定连接。

5.根据权利要求4所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，所述支撑杆为由内杆和外套管组成的伸缩杆，外套管上端封闭，外套管与内杆之间的伸缩空间内设有压簧；外套管与滑杆联接。

6.根据权利要求5所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，所述滑杆两端固设有连接套环，连接套环套接于外套管并通过固定夹轴向固定。

7.根据权利要求6所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，所述滑杆两端套设有限位弹簧，限位弹簧置于滑杆端部与导向轮之间。

8.根据权利要求1所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，所述导向轮两侧各固定连接一组组合轴承；所述组合轴承由转子D、转子E、联轴管和定子F组成，定子F开设通孔D，联轴管穿过通孔D固定联接转子D和转子E，转子D和转子E套接于联轴管两端，联轴管与通孔D间隙配合，定子F、转子D、转子E的相对面上分别设有对应的环形滚珠槽A、环形滚珠槽B,环形滚珠槽B内放置滚珠，定子F、转子D、转子E的相对面之间留有滚珠运动间隙；两侧组合轴承的转动部分与导向轮固定连接。

9.根据权利要求8所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，纵向设置四组滑杆和导向轮，两连杆由导向轮两侧从上至下纵向固定联接每组导向轮的定子F。

10.根据权利要求9所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，所述定子F上下两面各开设一对销孔，连杆与定子F的连接端设有与销孔对应的插销，插销与销孔插接配合。

11.根据权利要求9或10所述的多方位旋转导轮结构，其特征是，两连杆顶底两端分别设有防脱限位环。

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