專利名稱：自動(dòng)無級(jí)變速鉆修井頂驅(qū)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種油田采油井的鉆修井頂驅(qū)，特別是一種自動(dòng)無級(jí)變速鉆修井
頂驅(qū)。
背景技術(shù)：
目前，油田采油井利用鉆柱鉆修井時(shí)，一般均采用現(xiàn)有的動(dòng)力水龍頭作為動(dòng)力傳 動(dòng)裝置，在鉆修井工作中時(shí)有發(fā)生鉆柱憋鉆或卡鉆現(xiàn)象，此時(shí)鉆柱負(fù)荷扭矩突然加大，甚至 輸出扭矩?zé)o限增大而毀壞機(jī)件和裝備系統(tǒng)。同時(shí)，在鉆柱上提過程中也易發(fā)生相關(guān)工具或 被打撈落物遇到套管變形區(qū)或接箍環(huán)空時(shí)造成卡阻現(xiàn)象，從而影響鉆修井的工作效率。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種自動(dòng)無級(jí)變速鉆修井頂驅(qū)，在鉆修井工作中發(fā)生鉆 柱憋鉆或卡鉆，鉆柱負(fù)荷扭矩突然加大時(shí)，轉(zhuǎn)速能迅速降低至零或負(fù)轉(zhuǎn)速，不待鉆柱儲(chǔ)存的 變形扭轉(zhuǎn)力消失，鉆柱能迅速解除憋鉆或卡鉆并很快恢復(fù)正常轉(zhuǎn)速，保護(hù)系統(tǒng)安全。同時(shí)在 鉆柱上提過程中發(fā)生相關(guān)工具或被打撈落物遇到套管變形區(qū)或接箍環(huán)空時(shí)造成卡阻時(shí)，能 以迅速降速形式解除卡阻，從而提高鉆修井的工作效率。 本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的它包括帶進(jìn)水鵝頸管的上箱體、 下箱體、帶通水孔的中心軸、變扣接頭、馬達(dá)齒輪和馬達(dá)，其特征是在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接輸 入齒輪，輸入齒輪與馬達(dá)齒輪嚙合，在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接調(diào)扭中心齒輪和中心非圓齒輪，輸 入齒輪與調(diào)扭中心齒輪、中心非圓齒輪固連一體，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；在中心軸上通過鍵連接輸 出圓柱齒輪；在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接行星架，在行星架上組裝轉(zhuǎn)動(dòng)的非圓行星齒輪，非圓行星 齒輪嚙合中心非圓齒輪；在非圓行星齒輪的延伸空心軸內(nèi)通過花鍵連接具有螺旋槽的螺旋 軸；在非圓行星齒輪的延伸空心軸外套裝能轉(zhuǎn)動(dòng)的雙連行星齒輪；雙連行星齒輪的一個(gè)齒 輪嚙合中心軸上的輸出圓柱齒輪，另一個(gè)齒輪嚙合中心軸上的功率分流齒輪；在雙連行星 齒輪延伸空心軸內(nèi)鍵連接與螺旋軸配合的螺母，在雙連行星齒輪的空心軸端部固接透蓋， 在螺母與透蓋之間組裝聚氨酯彈簧；在非圓行星齒輪內(nèi)螺紋連接扭矩設(shè)定齒輪，扭矩設(shè)定 齒輪嚙合調(diào)扭中心齒輪；在非圓行星齒輪的延伸空心軸內(nèi)固裝隔板，在隔板與扭矩設(shè)定齒 輪之間組裝凸輪，凸輪通過花鍵連接在非圓行星齒輪內(nèi)，凸輪設(shè)置內(nèi)孔，內(nèi)孔中組裝聚氨酯 彈簧，在凸輪的外端螺紋連接調(diào)整絲圈，調(diào)整絲圈內(nèi)端接觸聚氨酯彈簧；在隔板與螺旋軸之 間設(shè)置聚氨酯彈簧；在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接功率分流齒輪；在功率分流齒輪和下箱體的箱壁 之間組裝逆止器。 上述的凸輪在配合端面上沿周向設(shè)置兩個(gè)斜坡凸臺(tái)；扭矩設(shè)定齒輪設(shè)置兩個(gè)與凸
輪相配合的兩個(gè)斜坡凸臺(tái)，兩個(gè)零件的斜坡凸臺(tái)的斜坡接觸，并能沿斜坡滑動(dòng)。 本實(shí)用新型的積極效果是在鉆修井工作中發(fā)生鉆柱憋鉆或卡鉆，鉆柱負(fù)荷扭矩
突然加大時(shí)，轉(zhuǎn)速能迅速降低至零或負(fù)轉(zhuǎn)速，不待鉆柱儲(chǔ)存的變形扭轉(zhuǎn)力消失，鉆柱能迅速
解除憋鉆或卡鉆并很快恢復(fù)正常轉(zhuǎn)速，確保整體裝備系統(tǒng)不受破壞，使用安全，保證高效工
作。同時(shí)在鉆柱上提過程中發(fā)生相關(guān)工具或被打撈落物遇到套管變形區(qū)或接箍環(huán)空時(shí)造成卡阻時(shí)，能以迅速降速形式解除卡阻，從而提高鉆修井的工作效率。

圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖3是扭矩設(shè)定齒輪部分和輸入齒輪部分放大示意圖。圖4是非圓齒輪和輸出齒輪部分放大示意圖。圖5是扭矩設(shè)定齒輪與凸輪組裝結(jié)構(gòu)分解立體示意圖。圖6與圖7分別是扭矩設(shè)定齒輪、凸輪配合面上的斜坡凸臺(tái)圓周展開示意圖。圖8是變速傳動(dòng)狀態(tài)示意圖。圖9是自鎖狀態(tài)下傳動(dòng)示意圖。圖10是功率分流齒輪上組裝棘爪示意圖。圖11是圖10的左視圖。
具體實(shí)施方式見圖l-4，本實(shí)用新型具體結(jié)構(gòu)如下帶進(jìn)水鵝頸管19的上箱體18上固定組裝馬 達(dá)24，馬達(dá)24的軸伸17組裝馬達(dá)齒輪15。上箱體18與下箱體3通過連接件固接為一個(gè)箱 體。在箱體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)組裝中心軸2，中心軸2的端部螺紋連接變扣接頭1。中心軸2設(shè)置通水 孔，并與進(jìn)水鵝頸管19相通。在中心軸2上通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接輸入齒輪16，輸入齒輪16與 馬達(dá)齒輪15嚙合。在中心軸2上轉(zhuǎn)動(dòng)連接調(diào)扭中心齒輪16-1和中心非圓齒輪26，輸入齒 輪16與調(diào)扭中心齒輪16-1、中心非圓齒輪26通過端面鍵將三者固連一體，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。 在中心軸2上通過鍵連接輸出圓柱齒輪7，以及通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接功率分流齒輪6。在中心 軸2上通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接行星架ll，在行星架11上組裝轉(zhuǎn)動(dòng)的非圓行星齒輪12，非圓行星 齒輪12嚙合中心非圓齒輪26。在非圓行星齒輪12的延伸空心軸8內(nèi)通過花鍵連接具有螺 旋槽的螺旋軸5。在非圓行星齒輪12的延伸空心軸8外套裝能轉(zhuǎn)動(dòng)的雙連行星齒輪9，兩 者是通過在內(nèi)外壁上開設(shè)內(nèi)外圓周溝道，在圓周溝道內(nèi)裝滿鋼球29(實(shí)現(xiàn)軸承功能)實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)動(dòng)，并在外壁上開有鋼球裝入孔，孔上組裝絲堵。雙連行星齒輪9設(shè)置兩個(gè)齒輪，一個(gè)齒 輪9-2嚙合中心軸2上的輸出圓柱齒輪7，另一個(gè)齒輪9-1嚙合中心軸2上的功率分流齒 輪6。在雙連行星齒輪9延伸空心軸內(nèi)鍵連接與螺旋軸5配合的螺母28，在雙連行星齒輪 9的空心軸端部固接透蓋20，在螺母28與透蓋20之間組裝聚氨酯彈簧27(聚氨酯彈簧即 具有彈性的聚氨酯材料的柱狀零件)，在非圓行星齒輪12內(nèi)螺紋連接扭矩設(shè)定齒輪14，扭 矩設(shè)定齒輪14嚙合調(diào)扭中心齒輪16-1。在非圓行星齒輪12的延伸空心軸內(nèi)固裝隔板22， 在隔板22與扭矩設(shè)定齒輪14之間組裝凸輪25，見圖5、6、7，凸輪25通過花鍵25_1連接在 非圓行星齒輪12內(nèi)，凸輪25的配合端面沿周向設(shè)置兩個(gè)斜坡凸臺(tái)25-2，(圖5中的另一個(gè) 斜坡凸臺(tái)在相對(duì)位置，圖中未示出)。扭矩設(shè)定齒輪14設(shè)置兩個(gè)斜坡凸臺(tái)14-1，兩個(gè)斜坡 凸臺(tái)25-2通過斜坡接觸兩個(gè)斜坡凸臺(tái)14-1，并能沿斜坡向上滑動(dòng)，反向則兩端面卡住。凸 輪25設(shè)置內(nèi)孔，內(nèi)孔中組裝聚氨酯彈簧13，在凸輪25的外端螺紋連接調(diào)整絲圈23，調(diào)整絲 圈23內(nèi)端接觸聚氨酯彈簧13。在隔板22與螺旋軸5之間設(shè)置聚氨酯彈簧10 ;在中心軸2 上通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接功率分流齒輪6。在下箱體3的箱壁上固定零輸出止動(dòng)座4，零輸出止動(dòng)座4的端面上設(shè)置沿圓周分布的棘齒4-l，見圖10、11，在功率分流齒輪6的端面上設(shè)置 與棘齒4-1配合的棘爪6-l，棘爪6-1 —側(cè)設(shè)置彈簧6-2構(gòu)成逆止器。 工作原理 1、無級(jí)變速 見圖8，行星架11上裝有圓柱形齒輪9-2、非圓行星齒輪12，中心軸2上設(shè)有輸出 圓柱齒輪7，中心非圓齒輪26。兩非圓齒輪12和26為全等齒輪，兩圓柱齒輪7和9_2的傳 動(dòng)比為l : 1.5-1 : 2，非圓齒輪的長(zhǎng)半徑與輸出圓柱齒輪7的節(jié)元半徑相等，短半徑與圓 柱形齒輪9-2半徑相等。見圖9，當(dāng)中心非圓齒輪26轉(zhuǎn)到長(zhǎng)半徑時(shí)兩齒輪付傳動(dòng)比相等時(shí)， 傳動(dòng)發(fā)生自鎖，中心非圓齒輪26與輸出圓柱齒輪7同步旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)比為1。當(dāng)輸出圓柱齒輪 7的負(fù)載增大時(shí)，聚氨酯彈簧10被促動(dòng)，中心非圓齒輪26離開自鎖區(qū)進(jìn)入變速傳動(dòng)狀態(tài)，這 樣的自鎖、離開，交替循環(huán)變化促成的變速傳動(dòng)狀態(tài)隨著負(fù)載變化，負(fù)載減小時(shí)轉(zhuǎn)速上升， 行星架10上的行星軸相當(dāng)于兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)減速器的II軸，差別在于能周轉(zhuǎn)成自動(dòng)無級(jí)變速，行 星軸的撓性聯(lián)接可以促動(dòng)自動(dòng)無級(jí)變速，還可以維持轉(zhuǎn)速均勻變速靈敏。 2、輸出軸零轉(zhuǎn)速的控制，即輸出軸的零轉(zhuǎn)速和扭矩值無限增大的控制等 功率分流齒輪6與雙連行星齒輪9的一個(gè)齒輪9-1傳動(dòng)比大于輸出齒輪付7、9_2 傳動(dòng)比，比輸出齒輪付轉(zhuǎn)速低并且是空轉(zhuǎn)，當(dāng)輸出圓柱齒輪7轉(zhuǎn)速降低到設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，功 率分流齒輪6的轉(zhuǎn)速降至零，當(dāng)輸出圓柱齒輪7轉(zhuǎn)速繼續(xù)降到零或設(shè)定的負(fù)轉(zhuǎn)速時(shí)，功率分 流齒輪6在逆止器作用下迫使行星架加速負(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)的目的為使尖峰值功率分流， 實(shí)現(xiàn)了零輸出，防止了扭矩?zé)o限增大，保護(hù)了裝備系統(tǒng)不受損壞，尖峰值功率很短暫。在零 輸出時(shí)原動(dòng)機(jī)不過載。 3、輸入扭矩的調(diào)整 設(shè)定輸入轉(zhuǎn)速和扭矩后，非圓齒輪付12、26，扭矩設(shè)定齒輪付12、16-1，兩付的中 心齒輪26U6-1固聯(lián)成為雙連齒輪，兩付的行星齒輪12、14為可調(diào)的撓性聯(lián)接，兩付的傳 動(dòng)比相同均為l : 1。非圓行星齒輪12的軸內(nèi)裝有帶花鍵的凸輪25，凸輪25的斜坡凸臺(tái) 25-2與扭矩設(shè)定齒輪14上的斜坡凸臺(tái)14-1對(duì)置成凸輪付。用外螺紋的絲圈23旋壓聚氨 酯彈簧13，調(diào)整到非圓行星齒輪12能帶動(dòng)行星架11同步轉(zhuǎn)動(dòng)。行星輪均無自轉(zhuǎn)，啟動(dòng)后測(cè) 定中心軸2轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速相同、扭矩與設(shè)定的扭矩相同。行星輪均為隨行星架ll周轉(zhuǎn)而 無自轉(zhuǎn)為止，調(diào)整后可以保證不能因行星架11靜止?fàn)顟B(tài)的慣性扭矩造成啟動(dòng)困難，保證啟 動(dòng)后，中心軸2在規(guī)定扭矩范圍內(nèi)無滯后現(xiàn)象。
權(quán)利要求一種自動(dòng)無級(jí)變速鉆修井頂驅(qū)，它包括帶進(jìn)水鵝頸管的上箱體、下箱體、帶通水孔的中心軸、變扣接頭、馬達(dá)齒輪和馬達(dá)，其特征是在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接輸入齒輪，輸入齒輪與馬達(dá)齒輪嚙合，在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接調(diào)扭中心齒輪和中心非圓齒輪，輸入齒輪與調(diào)扭中心齒輪、中心非圓齒輪固連一體，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；在中心軸上通過鍵連接輸出圓柱齒輪；在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接行星架，在行星架上組裝轉(zhuǎn)動(dòng)的非圓行星齒輪，非圓行星齒輪嚙合中心非圓齒輪；在非圓行星齒輪的延伸空心軸內(nèi)通過花鍵連接具有螺旋槽的螺旋軸；在非圓行星齒輪的延伸空心軸外套裝能轉(zhuǎn)動(dòng)的雙連行星齒輪；雙連行星齒輪的一個(gè)齒輪嚙合中心軸上的輸出圓柱齒輪，另一個(gè)齒輪嚙合中心軸上的功率分流齒輪；在雙連行星齒輪延伸空心軸內(nèi)鍵連接與螺旋軸配合的螺母，在雙連行星齒輪的空心軸端部固接透蓋，在螺母與透蓋之間組裝聚氨酯彈簧；在非圓行星齒輪內(nèi)螺紋連接扭矩設(shè)定齒輪，扭矩設(shè)定齒輪嚙合調(diào)扭中心齒輪；在非圓行星齒輪的延伸空心軸內(nèi)固裝隔板，在隔板與扭矩設(shè)定齒輪之間組裝凸輪，凸輪通過花鍵連接在非圓行星齒輪內(nèi)，凸輪設(shè)置內(nèi)孔，內(nèi)孔中組裝聚氨酯彈簧，在凸輪的外端螺紋連接調(diào)整絲圈；在隔板與螺旋軸之間設(shè)置聚氨酯彈簧；在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接功率分流齒輪；在功率分流齒輪和下箱體的箱壁之間組裝逆止器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)無級(jí)變速鉆修井頂驅(qū)，其特征是凸輪在配合端面上沿 周向設(shè)置兩個(gè)斜坡凸臺(tái)；扭矩設(shè)定齒輪設(shè)置兩個(gè)與凸輪相配合的兩個(gè)斜坡凸臺(tái)，兩個(gè)零件 的斜坡凸臺(tái)的斜坡滑動(dòng)接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)無級(jí)變速鉆修井頂驅(qū)，其特征是中心非圓齒輪和非 圓行星齒輪為全等齒輪，行星架上的圓柱形齒輪和輸出軸上的輸出圓柱齒輪傳動(dòng)比為 1 : 1.5-1 : 2，非圓齒輪的長(zhǎng)半徑與輸出圓柱齒輪的節(jié)元半徑相等，短半徑與圓柱形齒輪 半徑相等。
專利摘要一種自動(dòng)無級(jí)變速鉆修井頂驅(qū)，包括上箱體、下箱體、中心軸、變扣接頭、馬達(dá)齒輪和馬達(dá)，其特征是輸入齒輪與馬達(dá)齒輪嚙合，輸入齒輪與調(diào)扭中心齒輪、中心非圓齒輪固連一體；在中心軸上鍵連接輸出圓柱齒輪；在中心軸上通過行星架組裝轉(zhuǎn)動(dòng)的非圓行星齒輪，非圓行星齒輪嚙合中心非圓齒輪；在非圓行星齒輪內(nèi)通過花鍵連接螺旋軸；在非圓行星齒輪的空心軸外套裝雙連行星齒輪；雙連行星齒輪的分別嚙合輸出圓柱齒輪、功率分流齒輪；在非圓行星齒輪內(nèi)螺紋連接扭矩設(shè)定齒輪；在隔板與扭矩設(shè)定齒輪間組裝凸輪，凸輪內(nèi)孔中組裝聚氨酯彈簧；在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接功率分流齒輪。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是在鉆修井中發(fā)生鉆柱憋鉆或卡鉆能確保整體裝備系統(tǒng)不受破壞，使用安全，保證高效工作。同時(shí)在鉆柱上提過程中發(fā)生工具或被打撈落物造成卡阻時(shí)，能解除卡阻。
文檔編號(hào)E21B3/02GK201535135SQ20092024768
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者嚴(yán)玉中, 劉寶, 周德育, 周政家, 張景利, 曹希朋, 賈偉志 申請(qǐng)人:沈陽龍德石油技術(shù)開發(fā)有限公司