CN111852322B - 一种复合冲击作用的双向冲击器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合冲击作用的双向冲击器，包括外壳、周向冲击组件、轴向冲击组件、驱动组件和传动组件；所述周向冲击组件包括定心传动轴和周向冲击件，所述定心传动轴同轴设置于所述外壳内，所述定心传动轴上设置有第一立耳，所述周向冲击件包括滑块、弧形压缩弹簧和第二立耳，所述外壳的内壁上设置有弧形槽，所述滑块与所述弧形槽滑动连接，所述外壳的内壁上开设有与所述弧形槽相连通的楔形槽，所述弧形压缩弹簧的一端固定于所述楔形槽上，所述弧形压缩弹簧的另一端与所述滑块连接，所述第二立耳的一端与所述滑块连接；解决现有技术中的冲击器只能产生单一方向的冲击作用，无法同时解决钻柱黏滑与钻头卡钻双重问题的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井冲击器技术领域，具体涉及一种复合冲击作用的双向冲击器。
背景技术
随着科学技术的不断进步和发展，钻井技术也渐渐取得一定的进展，钻井工程逐渐向深、超深环境等条件恶劣的钻井领域发展，但在向深环境井的开发过程中遇到了很多问题，主要表现在钻柱黏滑和钻头卡钻等方面；虽然现在已有能产生轴向冲击或周向冲击的冲击器，但这些冲击器只能产生单一方向的冲击作用，无法同时解决钻柱黏滑与钻头卡钻双重问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种复合冲击作用的双向冲击器，解决现有技术中的冲击器只能产生单一方向的冲击作用，无法同时解决钻柱黏滑与钻头卡钻双重问题的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种复合冲击作用的双向冲击器，包括外壳、周向冲击组件、轴向冲击组件、驱动组件和传动组件；所述周向冲击组件包括定心传动轴和周向冲击件，所述定心传动轴同轴设置于所述外壳内，所述定心传动轴上设置有第一立耳，所述周向冲击件包括滑块、弧形压缩弹簧和第二立耳，所述外壳的内壁上设置有弧形槽，所述滑块与所述弧形槽滑动连接，所述外壳的内壁上开设有与所述弧形槽相连通的楔形槽，所述弧形压缩弹簧的一端固定于所述楔形槽上，所述弧形压缩弹簧的另一端与所述滑块连接，所述第二立耳的一端与所述滑块连接，所述第二立耳与所述第一立耳抵接、并通过所述第一立耳带动所述滑块从所述弧形槽运动至所述楔形槽中；所述轴向冲击组件包括上碟簧组、上冲击锤体、下冲击锤体、下碟簧组和下接头，所述上碟簧组、所述上冲击锤体、所述下冲击锤体和所述下碟簧组沿远离轴向冲击件的方向依次同轴套设于所述定心传动轴上，所述上碟簧组的一端与所述外壳轴肩配合，所述上碟簧组的另一端与所述上冲击锤体抵接，所述上冲击锤体与所述外壳的内壁轴向滑动连接，所述下冲击锤体的内壁与所述定心传动轴的外壁轴向滑动连接，所述上冲击锤体靠近所述下冲击锤体的一端由两个弧形面组成，两个所述弧形面关于所述定心传动轴的轴线中心对称布置，所述弧形面到所述上冲击锤体另一端的垂直距离沿周向方向逐渐变大，所述下冲击锤体靠近所述上冲击锤体一端设置有两个顶块，两个所述顶块关于所述定心传动轴的轴线方向对称布置，两个所述顶块分别与两个所述弧形面抵接，所述下冲击锤体远离所述上冲击锤体一端与所述下接头连接，所述下碟簧组的一端与所述下冲击锤体抵接，所述下碟簧组的另一端与所述外壳轴肩配合；所述驱动组件内置于所述外壳中；所述传动组件内置于所述外壳中，所述传动组件的一端与所述驱动组件的输出端连接，所述传动组件的另一端与所述定心传动轴远离所述轴向冲击组件的一端连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过设置第一立耳随着定心传动轴转动，带动与第二立耳连接的滑块从弧形槽运动至楔形槽中，运动过程中，弧形压缩弹簧压缩，定心传动轴转速减慢，当第一立耳和第二立耳分离时，定心传动轴的不受阻力，转速突增，从而实现一周向的冲击力，同时，通过设置弧形面和顶块，当顶块从其中一弧形面运动至另一弧形面上是，由于高度差，下冲击锤体朝着上冲击锤体方向快速运动，从而实现轴向的冲击，而上述轴向以及周向的冲击力均是通过定心传动轴的转动来实现的，故而该冲击器可同时实现轴向以及周向的冲击力，从而同时解决钻柱黏滑与钻头卡钻的双重问题。
附图说明
图1是本发明实施例中整体的结构示意图；
图2是本发明实施例中周向冲击件的结构示意图；
图3是本发明实施例中轴向冲击件的结构示意图；
图4是本发明实施例中轴向冲击件的剖视图；
图5是本发明实施例中上冲击锤体的结构示意图；
图6是本发明实施例中下冲击锤体的结构示意图；
图7是本发明图1中A部的放大示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种复合冲击作用的双向冲击器，包括外壳100、周向冲击组件400、轴向冲击组件500、驱动组件200和传动组件300，具体的，周向冲击组件400、轴向冲击组件500、驱动组件200以及传动组件300均内置于外壳100中，传动组件300通过驱动组件200带动周向冲击组件400和轴向冲击组件500同轴转动，在转动的过程中，周向冲击组件400施加给转动端一个周向的冲击力，轴向冲击组件500施加给转动端一个周向的冲击力，从而实现周向和轴向的双向复合冲击力，从而有效的解决钻柱黏滑与钻头卡钻的双重问题，为了便于理解，下面对周向冲击组件400和轴向冲击组件500的结构以及工作原理分别进行详细的说明。
本实施例中的周向冲击组件400包括定心传动轴410和周向冲击件420，定心传动轴410同轴设置于外壳100内，定心传动轴410上设置有第一立耳411，定心传动轴410的转动带动第一立耳411转动，第一立耳411在转动的过程中，与周向冲击件420之间的配合，从而产生周向的冲击力。
具体的，如图2所示，本实施例中的周向冲击件420包括滑块421、弧形压缩弹簧422和第二立耳423，外壳100的内壁上设置有弧形槽131，滑块421与弧形槽131滑动连接，外壳100的内壁上开设有与弧形槽131相连通的楔形槽132，弧形压缩弹簧422的一端固定于楔形槽132上，弧形压缩弹簧422的另一端与滑块421连接，第二立耳423的一端与滑块421连接，第二立耳423与第一立耳411抵接、并通过第一立耳411带动滑块421从弧形槽131运动至楔形槽132中。
工作时，第一立耳411绕着定心传动轴410周向转动，在转动的过程中，第一立耳411与第二立耳423抵接，施加给第二立耳423一个周向力，带动第二立耳423绕着定心传动轴410周向转动，对应的，与第二立耳423相连接的滑块421在弧形槽131中滑动，此时，弧形压缩弹簧422挤压变形，第一立耳411收到阻力，定心传动轴410转动速度变慢，直至滑块421从弧形槽131运动至楔形槽132中，滑块421朝上的第二立耳423朝远离第一立耳411的方向运动，直至与第一立耳411分离，此时，弧形压缩弹簧422的形变程度最大，在弧形压缩弹簧422的作用下，滑块421复位，同时第一立耳411由于没有收到阻力，定心传动轴410的转动突增，从而实现周向的冲击力。
为了便于第一立耳411与第二立耳423之间的分离，本实施例中的弧形槽131的宽度小于楔形槽132的宽度，滑块421为弧形板。
为了便于使定心传动轴410的受力均匀，本实施例中的周向冲击件420的数量为两个，两个周向冲击件420关于定心传动轴410的轴线呈中心对称布置。
其中，需要说明的是，第一立耳411和第二立耳423的结构不受限制，只要满足第一立耳411在转动的过程中与第二立耳423抵接，且便于滑块421滑入楔形槽132中时，第一立耳411和第二立耳423的分离，即第一立耳411的运动轨迹为环形，第二立耳423的运动轨迹为环形，两个环形的运动轨迹部分重叠。
需要说明的是，弧形槽131指向楔形槽132方向与定心传动轴410的转动方向相同。
如图3所示，轴向冲击组件500包括上碟簧组510、上冲击锤体520、下冲击锤体530、下碟簧组540和下接头550，之间的连接关系如图4所示，上碟簧组510、上冲击锤体520、下冲击锤体530和下碟簧组540沿远离轴向冲击件的方向依次同轴套设于定心传动轴410上，上碟簧组510的一端与外壳100轴肩配合，上碟簧组510的另一端与上冲击锤体520抵接，上冲击锤体520与外壳100的内壁轴向滑动连接，下冲击锤体530的内壁与定心传动轴410的外壁轴向滑动连接，如图4-6所示，上冲击锤体520靠近下冲击锤体530的一端由两个弧形面521组成，两个弧形面521关于定心传动轴410的轴线中心对称布置，弧形面521到上冲击锤体520另一端的垂直距离沿周向方向逐渐变大，下冲击锤体530靠近上冲击锤体520一端设置有两个顶块531，两个顶块531关于定心传动轴410的轴线方向对称布置，两个顶块531分别与两个弧形面521抵接，下冲击锤体530远离上冲击锤体520一端与下接头550连接，下碟簧组540的一端与下冲击锤体530抵接，下碟簧组540的另一端与外壳100轴肩配合。
工作时，定心传动轴410带动下冲击锤体530转动，下冲击锤体530上的顶块531从其中一弧形面521的最低点运动至最高点，然后落入到另一弧形面521的最低点，并从该弧形面521的最低点运动至最高点，最后落入到之前的弧形面521的最低点上,(需要说明的是，此处的最低点指的是弧形面521到上冲击锤体520另一端的最小垂直距离对应的位置，此处的最高点指的是弧形面521到上冲击锤体520另一端的最大垂直距离对应的位置)，顶块531在两个弧形面521上的循环运动，可实现下冲击锤体530相对于上冲击锤体520的轴向往复运动。
需要重点说明的是，在顶块531从其中一弧形面521的最高点运动至另一弧形面521的最低点时，由于轴向的高度落差，会带动定心传动轴410产生一个轴向的冲击力。
为了使定心传动轴410转动的更加稳定，如图7所示，本实施例中的周向冲击组件400还包括限位件430，限位件430包括推力轴承组431、外轴套433、内轴套432、径向轴承434和压紧螺母435，推力轴承组431、外轴套433、内轴套432、径向轴承434和压紧螺母435沿靠近周向冲击件420方向依次同轴套设于定心传动轴410上，推力轴承组431的内壁与定心传动轴410连接，推力轴承组431的外壁与外壳100连接，推力轴承组431的一端与定心传动轴410轴肩配合，推力轴承组431的另一端与外轴套433和内轴套432抵接，外轴套433的外壁与外壳100的内壁连接，内轴套432的内壁与定心传动轴410连接，径向轴承434的内壁与定心传动轴410连接，径向轴承434的外壁与外壳100连接，径向轴承434的一端与外轴套433和内轴套432抵接，径向轴承434的另一端与压紧螺母435抵接，压紧螺母435与定心传动轴410螺纹连接。
为了使上冲击锤体520与外壳100之间的轴线滑动更加稳定，本实施例中的上冲击锤体520的外壁设置多个卡条522，多个卡条522的长度方向均与定心传动轴410的长度方向相互，多个卡条522沿上冲击锤体520周向均匀布置，每个卡条522的一侧与上冲击锤体520连接，每个卡条522的另一侧与外壳100内壁上开设的弧形槽131滑动连接。
为了使下冲击锤体530与定心传动轴410之间的周向滑动连接更加稳定，本实施例中的下冲击锤体530的内部开设有限位孔532，定心传动轴410的一端卡嵌于限位孔532中、限定下冲击锤体530相对于定心传动轴410周向转动，具体的，限位孔532位正六边形孔，定心传动轴410一端的外壁与正六边形孔相契合，从而防止两者之前的相对转动。
本实施例中的外壳100包括定子金属壳体110、万向轴壳体120、周向冲击壳体130、轴向冲击壳体140和下端帽150，定子金属壳体110、万向轴壳体120、周向冲击壳体130、轴向冲击壳体140和下端帽150依次首尾相接，驱动组件200内置于定子金属壳体110中，传动组件300内置于万向轴壳体120中，周向冲击组件400内置于周向冲击壳体130中，且滑弧形槽131和楔形槽132形成于周向冲击壳体130靠近轴向冲击壳体140一端，轴向冲击组件500内置于轴向冲击壳体140中，且下接头550远离下冲击锤体530一端穿过下端帽150。
其中，驱动组件200内置于外壳100中，驱动组件200包括定子衬套210和马达转子220，定子衬套210的外壁与定子金属壳体110之间固定连接，马达转子220的外壁与定子衬套210之间转动连接，可以理解的是，本实施例中的驱动组件200为冲击器中常见的结构，在此不做过多的阐述。
本实施例中的传动组件300内置于外壳100中，传动组件300的一端与驱动组件200的输出端连接，传动组件300的另一端与定心传动轴410远离轴向冲击组件500的一端连接。
具体的，传动组件300包括万向轴上接头310、万向轴中间体320和万向轴下接头330，万向轴上接头310的一端与马达转子220连接，万向轴上接头310的另一端与万向轴中间体320的一端连接，万向轴中间体320的另一端与万向轴下接头330的一端连接，万向轴下接头330的另一端与定心传动轴410连接。
与现有技术相比，通过设置第一立耳411随着定心传动轴410转动，带动与第二立耳423连接的滑块421从弧形槽131运动至楔形槽132中，运动过程中，弧形压缩弹簧422压缩，定心传动轴410转速减慢，当第一立耳411和第二立耳423分离时，定心传动轴410的不受阻力，转速突增，从而实现一周向的冲击力，同时，通过设置弧形面521和顶块531，当顶块531从其中一弧形面521运动至另一弧形面521上是，由于高度差，下冲击锤体530朝着上冲击锤体520方向快速运动，从而实现轴向的冲击，而上述轴向以及周向的冲击力均是通过定心传动轴410的转动来实现的，故而该冲击器可同时实现轴向以及周向的冲击力，从而同时解决钻柱黏滑与钻头卡钻的双重问题。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，包括：
外壳；
周向冲击组件，所述周向冲击组件包括定心传动轴和周向冲击件，所述定心传动轴同轴设置于所述外壳内，所述定心传动轴上设置有第一立耳，所述周向冲击件包括滑块、弧形压缩弹簧和第二立耳，所述外壳的内壁上设置有弧形槽，所述滑块与所述弧形槽滑动连接，所述外壳的内壁上开设有与所述弧形槽相连通的楔形槽，所述弧形压缩弹簧的一端固定于所述楔形槽上，所述弧形压缩弹簧的另一端与所述滑块连接，所述第二立耳的一端与所述滑块连接，所述第二立耳与所述第一立耳抵接、并通过所述第一立耳带动所述滑块从所述弧形槽运动至所述楔形槽中；
轴向冲击组件，所述轴向冲击组件包括上碟簧组、上冲击锤体、下冲击锤体、下碟簧组和下接头，所述上碟簧组、所述上冲击锤体、所述下冲击锤体和所述下碟簧组沿远离周向冲击件的方向依次同轴套设于所述定心传动轴上，所述上碟簧组的一端与所述外壳轴肩配合，所述上碟簧组的另一端与所述上冲击锤体抵接，所述上冲击锤体与所述外壳的内壁轴向滑动连接，所述下冲击锤体的内壁与所述定心传动轴的外壁轴向滑动连接，所述上冲击锤体靠近所述下冲击锤体的一端由两个弧形面组成，两个所述弧形面关于所述定心传动轴的轴线中心对称布置，所述弧形面到所述上冲击锤体另一端的垂直距离沿周向方向逐渐变大，所述下冲击锤体靠近所述上冲击锤体一端设置有两个顶块，两个所述顶块关于所述定心传动轴的轴线方向对称布置，两个所述顶块分别与两个所述弧形面抵接，所述下冲击锤体远离所述上冲击锤体一端与所述下接头连接，所述下碟簧组的一端与所述下冲击锤体抵接，所述下碟簧组的另一端与所述外壳轴肩配合；
驱动组件，所述驱动组件内置于所述外壳中；
传动组件，所述传动组件内置于所述外壳中，所述传动组件的一端与所述驱动组件的输出端连接，所述传动组件的另一端与所述定心传动轴远离所述轴向冲击组件的一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，所述弧形槽的宽度小于所述楔形槽的宽度，所述滑块为弧形板。
3.根据权利要求1所述的一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，所述周向冲击件的数量为两个，两个所述周向冲击件关于所述定心传动轴的轴线呈中心对称布置。
4.根据权利要求1所述的一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，所述第一立耳的运动轨迹为环形，所述第二立耳的运动轨迹为环形，两个环形的运动轨迹部分重叠。
5.根据权利要求1所述的一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，所述弧形槽指向所述楔形槽方向与所述定心传动轴的转动方向相同。
6.根据权利要求1所述的一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，所述周向冲击组件还包括限位件，所述限位件包括推力轴承组、外轴套、内轴套、径向轴承和压紧螺母，所述推力轴承组、所述外轴套、所述内轴套、所述径向轴承和所述压紧螺母沿靠近所述周向冲击件方向依次同轴套设于所述定心传动轴上，所述推力轴承组的内壁与所述定心传动轴连接，所述推力轴承组的外壁与所述外壳连接，所述推力轴承组的一端与所述定心传动轴轴肩配合，所述推力轴承组的另一端与所述外轴套和所述内轴套抵接，所述外轴套的外壁与所述外壳的内壁连接，所述内轴套的内壁与所述定心传动轴连接，所述径向轴承的内壁与所述定心传动轴连接，所述径向轴承的外壁与所述外壳连接，所述径向轴承的一端与所述外轴套和所述内轴套抵接，所述径向轴承的另一端与所述压紧螺母抵接，所述压紧螺母与所述定心传动轴螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，所述上冲击锤体的外壁设置多个卡条，多个所述卡条的长度方向均与所述定心传动轴的长度方向相互，多个所述卡条沿所述上冲击锤体周向均匀布置，每个所述卡条的一侧与所述上冲击锤体连接，每个所述卡条的另一侧与所述外壳内壁上开设的弧形槽滑动连接。
8.根据权利要求1所述的一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，所述下冲击锤体的内部开设有限位孔，所述定心传动轴的一端卡嵌于所述限位孔中、限定所述下冲击锤体相对于所述定心传动轴周向转动。
9.根据权利要求1所述的一种复合冲击作用的双向冲击器，其特征在于，所述外壳包括定子金属壳体、万向轴壳体、周向冲击壳体、轴向冲击壳体和下端帽，所述定子金属壳体、所述万向轴壳体、所述周向冲击壳体、所述轴向冲击壳体和所述下端帽依次首尾相接，所述驱动组件内置于所述定子金属壳体中，所述传动组件内置于所述万向轴壳体中，所述周向冲击组件内置于所述周向冲击壳体中，且所述弧形槽和所述楔形槽形成于所述周向冲击壳体靠近所述轴向冲击壳体一端，所述轴向冲击组件内置于所述轴向冲击壳体中，且所述下接头远离所述下冲击锤体一端穿过所述下端帽。
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