CN202023516U

CN202023516U - 一种齿轮齿条钻机相似模型样机

Info

Publication number: CN202023516U
Application number: CN2011201079351U
Authority: CN
Inventors: 任福深; 姜开勋; 张连煜; 马若虚; 王妍
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2021-04-13

Abstract

一种齿轮齿条钻机相似模型样机。主要解决现有技术中的模型样机稳定性不高以及齿轮齿条啮合性能不好的问题。其特征在于：相似模型样机内还包括一个三向导轮机构，三向导轮机构由四个三向导轮构成，在机身左右两侧各有一对；每个三向导轮均由主轮机构和侧轮机构组成，主轮机构由前轮和后轮构成，前轮压在槽钢的内部，后轮压在槽钢的外部，三个前轮整体固定于中间板上，两块压板将中间板通过四个主轮紧固螺栓固定；在所述压板上开有椭圆形的长沟槽，主轮微调螺栓穿过所述长沟槽后连接中间板；侧轮机构内的侧轮固定在侧轮固定座上，侧轮调节螺栓穿过主体面板后侧上的长沟槽连接侧轮固定座。该种样机具有稳定性高、齿轮齿条啮合性能好的特点。

Description

一种齿轮齿条钻机相似模型样机

技术领域

本实用新型涉及一种用于齿轮齿条钻机研发过程中的实验模型样机，具体的说，是涉及一种利用相似理论制造用于齿轮齿条钻机性能试验中使用的齿轮齿条钻机相似模型样机。

背景技术

齿轮齿条钻机依靠齿轮与齿条的啮合来驱动顶驱的向上和向下运动，既能拉动又能推动，所以除了能够完成传统钻机的作业外，其推动和拉动能力更适用于控制压力钻井、套管钻井、长水平井段钻井以及不压井作业等任务，通用性很强。美国、挪威和德国等国家一直在研发齿轮齿条钻机，但没有达到产品可以成熟应用阶段，因此目前市面上可以见到的大多为相似模型样机，可以使用该种样机进行钻机试验，以尽量减少研发过程中的资金浪费。但现有这些样机，在结构设计上还有一些不足之处，导致其存在着稳定性不好以及齿轮齿条难以准确啮合等缺点。

发明内容

为了解决背景技术中提出的现有技术问题，本实用新型提供一种齿轮齿条钻机相似模型样机，该种模型样机具有稳定性好、齿轮与齿条啮合准确的特点。

本实用新型的技术方案是：该种齿轮齿条钻机相似模型样机，包括三个三相异步电动机、机身、摆线针轮减速器、主体面板、导轨、齿条以及工字钢底座等常规结构，其独特之处在于：所述相似模型样机内还包括一个三向导轮机构，所述三向导轮机构由四个三向导轮构成，在所述机身左右两侧各有一对；每个三向导轮均由主轮机构和侧轮机构组成，所述主轮机构由三个前轮和两个后轮构成，所述前轮压在槽钢的内部，后轮压在槽钢的外部，三个前轮整体固定于中间板上，两块压板将中间板通过四个主轮紧固螺栓固定；在所述压板上开有椭圆形的长沟槽，主轮微调螺栓穿过所述长沟槽后连接中间板；侧轮机构内的侧轮固定在侧轮固定座上，侧轮调节螺栓穿过主体面板后侧上的长沟槽连接侧轮固定座。

此外，为进一步优化方案，在所述相似模型样机内位于机身后部的左右两端各固定有一个由斜支撑、横梁加强板以及支撑铰耳组成的三角型固定支架；所述斜支撑的上方与横梁加强板铰接，其下方与支撑铰耳通过螺栓固定，所述斜支撑与地面成60度夹角。

本实用新型具有如下有益效果：本种样机由于在机身两侧增加了三角型固定支架，因此，提高了机身的稳定性。此外，样机中采用两道限位，一个接近开关的限位，一个是在机身顶端安有上挡板起到机械限位的作用，由此保证了试验运行的安全性。另外，比照现有技术所增加的三向导轮机构可以有效防止由于两个电机的不同步而造成的卡死现象，确保了齿轮齿条啮合的平稳性。在这个三向导轮中，可以直接选用的是带螺栓轴型的滚轮滚针轴承，而侧轮可以选用的是橡胶轮，因此有一定的压缩量，便于调节。综和来说，本样机模型能够保证机器的运转可靠，并具有性能先进、动作连续性强、可满足多种钻井工艺要求等特点。本样机在不影响研究效果的前提下，按照相似理论简化了钻机的内部结构，凝练了钻机模型，降低了对钻机模型的加工制造成本和设计要求，自重减轻，占地面积小，可以放置室内，利用380V电压使其工作，而且不用考虑外界客观因素对样机的损害和影响，节能效果十分显著。

附图说明：

图1是本实用新型的整体模型等轴测图。

图2 是本实用新型的整体结构主视图。

图3 是本实用新型的整体结构左视图。

图4是本实用新型的整体结构后视图。

图5是本实用新型的三向导轮之主轮结构示意图。

图6是本实用新型的三向导轮之侧轮结构示意图。

图中1-三相异步电动机, 2-摆线针轮减速器, 3-主体面板, 4-电机,5-槽钢,6-齿条,7-角钢,8-上挡板,9-角钢桁架,10-横梁加强板,11-工字钢底座, 12-斜支撑,13-侧轮机构,14-主轮机构, 15-支撑铰耳,16-底座装配体,17-齿轮,18-前轮,19-主轮微调螺栓,20-外挡板, 21-中间板,22-压板,23-后轮,24-主轮底座,25-主轮紧固螺栓,26-侧轮紧固螺栓, 27-主体面板后侧,28-侧轮固定座, 29-侧轮,30-侧轮挡板,31-侧轮锁紧螺母,32-侧轮调节螺栓。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1所示，该种齿轮齿条钻机相似模型样机，包括三个三相异步电动机1、机身、摆线针轮减速器2、主体面板3、导轨、齿条6以及工字钢底座11等齿轮齿条模型样机的常规结构，除此之外，其独特之处在于：所述相似模型样机内还包括一个三向导轮机构，所述三向导轮机构由四个三向导轮构成，在所述机身左右两侧各有一对；每个三向导轮均由主轮机构14和侧轮机构13组成，所述主轮机构14由三个前轮18和两个后轮23构成，所述前轮18压在槽钢的内部，后轮23压在槽钢的外部，三个前轮18整体固定于中间板21上，两块压板22将中间板21通过四个主轮紧固螺栓25固定；在所述压板22上开有椭圆形的长沟槽，主轮微调螺栓19穿过所述长沟槽后连接中间板21；侧轮机构13内的侧轮29固定在侧轮固定座28上，侧轮调节螺栓32穿过主体面板后侧27上的长沟槽连接侧轮固定座28。

在上述方案的基础上，改进如下：

方案1，所述相似模型样机内位于机身后部的左右两端各固定有一个由斜支撑12、横梁加强板10以及支撑铰耳15组成的三角型固定支架；所述斜支撑12的上方与横梁加强板10铰接，其下方与支撑铰耳15通过螺栓固定，所述斜支撑12与地面成60度夹角。

方案2，所述相似模型样机内在机身顶端安装有用于限位的接近开关和上挡板8。

具体实现时，如图1、2所示，为钻机的整体模型图。安装过程中，可先将两根工字钢底座11和两根槽钢5通过角钢焊接构成一个框架结构，作为安装的基准面，须保证两根工字钢之间的平行度及等距性。将齿条6通过螺栓连接固定在角钢7上，将角钢7和齿条6直接焊接在工字钢底座11上，同样需要保证两根齿条导轨之间的间距一定，由此齿轮的运动导轨完成。接下来将齿轮17和摆线针轮减速器2以及三相异步电机1一起安装固定到主体面板3上，同时三向导轮也安装到主体面板3上，将主体面板3安装到由工字钢构成的机架上，并将三向导轮的前轮18、后轮23及侧轮29和槽钢5压紧，此时机架装配完成。接下来安装底座装配体16，将斜支撑12一端和支撑铰耳15连接，缓慢的将装配的机架支起来，将斜支撑12和横梁加强板10上的另一个支撑铰耳15铰接，由此模型样机安装完成。模型两端的两个槽钢5是三向导轮的运行导轨，起到了克服顶驱装置的倾覆力矩以及顶驱电机旋转时反扭矩的作用。两个采用变频控制的三相异步电动机通过摆线针轮减速器2直接输出给齿轮17，通过齿轮17和齿条6的啮合，将电机的旋转运动转化为钻机主体面板的上、下直线运动。

由于钢板和三相异步电动机以及各部件的自重，最初状态时，三相异步电动机和齿轮处于最低位置，即最稳定的状态。当380V交流电加于三相异步电动机时，经减速器减速之后，驱动齿轮沿着与齿条啮合的方向，相对平稳地向上或者向下运动。由于三向导轮与齿轮被固定在主体面板上，且相对位置不发生改变，故三向导轮也将随着齿轮上下运动。在模型样机的工作过程中，控制系统有可控按钮，可将其随时调停或复位，也可调节其正转或反转，以保证样机工作安全、顺利地完成。因为工作时候的不稳定因素，机身左右各有一个斜支撑12，上方与横梁加强板10铰接，下方与底座的支撑铰耳15通过螺栓固定，并与地面大致成60°夹角，有效地保证了模型样机的稳固，确保了实验的顺利进行。

对相似模型样机的研究首先可以验证两侧齿轮运动的同步性，即验证会不会因为两个齿轮有一定的转速差而发生卡死现象。试验证明该运行稳定良好，由于侧轮的压紧作用，即使两个电极的转速差达到最大，即有一个变频电机不转，该装置也可由一个电机驱动带动主体面板平稳的上下运动。三向导轮的主轮和侧都具有一定的微调量。通过调节各个三向导轮之间的松紧度进而模拟钻井钻进过程中的一些工作状况，如侧偏，观察齿轮齿条的主控面板的运动是否会受到的影响，该模型能否正常工作，进而加以分析为齿轮齿条钻机以后的研发提供理论依据以及试验数据。

由于该主体面板及其上的物体的重量较大，需要考虑出现断电现象时，主体面板是否停在原位，还是因为重力作用而发生下滑现象，造成事故危险，需要对该装置的制动性能加以考虑。由于该装置在正常运行时，变频器是多频段运行。经研究证明，当变频器处于低频时仍能保证一定的输出扭矩，这个扭矩足以保证主体面板停在原位。与此同时，研究还发现一套完整机械刹车制动系统加在齿轮齿条钻机上的是很有必要，用以保证更安全地工作。该模型试验台还可以进行钻机的恒压恒速钻井控制，这需要在模拟顶驱旋转的电动机输出端加上一根输出轴，并对其输出的扭矩加以检测，采集到控制系统之中，再通过变频器对电机的输出加以控制，模拟钻机的恒压恒速钻井控制。

总之齿轮齿条钻机在钻井领域具有很大的开发前景，国内对此技术尚不完备，为减少盲目地制造该型钻机所花费的人力、财力、物力，通过建造此模型样机对此类钻机进行研究，以期为研发齿轮齿条钻机提供较为精确的理论基础和实验数据。

Claims

1.一种齿轮齿条钻机相似模型样机，包括三个三相异步电动机（1）、机身、摆线针轮减速器（2）、主体面板（3）、导轨、齿条（6）以及工字钢底座(11)，其特征在于：所述相似模型样机内还包括一个三向导轮机构，所述三向导轮机构由四个三向导轮构成，在所述机身左右两侧各有一对；每个三向导轮均由主轮机构（14）和侧轮机构（13）组成，所述主轮机构（14）由三个前轮（18）和两个后轮（23）构成，所述前轮（18）压在槽钢的内部，后轮（23）压在槽钢的外部，三个前轮（18）整体固定于中间板（21）上，两块压板（22）将中间板（21）通过四个主轮紧固螺栓（25）固定；在所述压板（22）上开有椭圆形的长沟槽，主轮微调螺栓（19）穿过所述长沟槽后连接中间板（21）；侧轮机构（13）内的侧轮（29）固定在侧轮固定座（28）上，侧轮调节螺栓（32）穿过主体面板后侧（27）上的长沟槽连接侧轮固定座（28）。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮齿条钻机相似模型样机，其特征在于：所述相似模型样机内位于机身后部的左右两端各固定有一个由斜支撑（12）、横梁加强板（10）以及支撑铰耳（15）组成的三角型固定支架；所述斜支撑（12）的上方与横梁加强板（10）铰接，其下方与支撑铰耳（15）通过螺栓固定，所述斜支撑（12）与地面成60度夹角。

3.根据权利要求1或2所述的一种齿轮齿条钻机相似模型样机，其特征在于：所述相似模型样机内在机身顶端安装有用于限位的接近开关和上挡板（8）。