本實(shí)用新型涉及測(cè)井儀器輸送工具技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種大牽引力爬行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

井下?tīng)恳魇亲钚碌木聜魉头绞街唬赏七M(jìn)橋塞準(zhǔn)確的送入目的層段，通過(guò)自身攜帶的電纜提供電力為橋塞進(jìn)行電纜座封。操作簡(jiǎn)單，提高作業(yè)時(shí)效，減小作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，減小作業(yè)成本。

井下?tīng)恳髯鳛橐环N新型的測(cè)井儀器輸送工具，與常規(guī)的送進(jìn)技術(shù)相比較，它克服了井眼彎曲使測(cè)井儀器難以下放的困難，并且極大地提高了測(cè)井的質(zhì)量和測(cè)井的可靠性，因此測(cè)井爬行器的研究與開(kāi)發(fā)有廣泛的應(yīng)用前景。早在20世紀(jì)90年代后期，國(guó)外許多公司就相繼開(kāi)發(fā)了能在井下獨(dú)立作業(yè)的電纜牽引器。其中以SmarTract公司研制的伸縮式電纜牽引器和Sondex有限公司研制的Son2dex電纜牽引器最為突出。但在國(guó)內(nèi)，水平井測(cè)井爬行器的研究還處于起步階段，技術(shù)還不成熟，這嚴(yán)重影響了水平井的開(kāi)發(fā)工作。

要使?fàn)恳髂茉谒骄畠?nèi)順利爬行，就必須滿足以下條件：1)能雙向移動(dòng)，在井下作業(yè)后能自動(dòng)返回；2)爬行遇到阻礙或斷電時(shí)有自鎖能力，并及時(shí)反饋信息；3)能在高溫高壓下正常工作。爬行器在水平井內(nèi)工作的環(huán)境惡劣，且工作空間受到嚴(yán)格的限制，隨著對(duì)爬行器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出的更高要求，普通的驅(qū)動(dòng)方式已無(wú)法滿足其工作需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種大牽引力爬行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)與動(dòng)力總成連接，通過(guò)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)行走輪的前進(jìn)或后退，使用齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)準(zhǔn)確，效率高，推靠總成將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為推桿的直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)行走輪的支撐或回縮動(dòng)作，具有掉電自動(dòng)回縮功能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案：一種大牽引力爬行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，爬行器井下部分包括電控總成、動(dòng)力總成、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述動(dòng)力總成包括主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液壓泵、油缸、電磁換向閥、液壓馬達(dá)、減速器，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)總成、推靠總成，所述驅(qū)動(dòng)總成包括推靠機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)；

所述推靠總成包括推靠電機(jī)、推靠減速器、電磁離合器、滾珠絲杠、彈簧；

所述行走機(jī)構(gòu)包括主傳動(dòng)軸、錐齒輪副、鏈輪傳動(dòng)副和行星輪及行走輪，所述錐齒輪副包括一個(gè)小錐齒輪和一對(duì)大錐齒輪；

所述主傳動(dòng)軸一端與減速器的輸出軸連接，另一端連接小錐齒輪，減速器的輸出軸帶動(dòng)小錐齒輪，小錐齒輪同時(shí)帶動(dòng)一對(duì)裝在同一軸上的大錐齒輪旋轉(zhuǎn)，大錐齒輪帶動(dòng)鏈輪傳動(dòng)副，進(jìn)而帶動(dòng)行星輪，最終帶動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述推靠機(jī)構(gòu)為由推桿、牽引臂、推靠臂組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；

所述推靠電機(jī)逐步地輸出力矩，經(jīng)過(guò)推靠減速器的減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)進(jìn)而推動(dòng)推桿，推桿帶動(dòng)推靠臂和牽引臂同時(shí)旋轉(zhuǎn)，將行走輪推到管壁，與管壁進(jìn)行緊密結(jié)合。

其中，所述鏈輪傳動(dòng)副為3組互相嚙合的中間齒輪。

其中，所述行星輪安裝在行走輪內(nèi)部，每個(gè)行走輪內(nèi)設(shè)3個(gè)行星輪，且每個(gè)行星輪均與中間齒輪嚙合。

其中，所述小錐齒輪與大錐齒輪的齒數(shù)比為1:2。

其中，所述中間齒輪與行星輪的齒數(shù)比為1:3。

其中，所述電磁離合器采用干式電磁離合器。

本實(shí)用新型的有益效果在于：驅(qū)動(dòng)總成將動(dòng)力總成的減速器輸出通過(guò)主傳動(dòng)軸，經(jīng)過(guò)錐齒換向，再經(jīng)過(guò)中間齒輪傳動(dòng)，將動(dòng)力傳送到行走輪，行走輪驅(qū)動(dòng)著爬行器向前或者向后運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速，工作可靠，壽命長(zhǎng)。

推靠總成是將行走輪按照指令推靠到關(guān)閉的機(jī)械裝置，它采用點(diǎn)擊輸出之后經(jīng)過(guò)減速器放大力矩，經(jīng)過(guò)電磁離合器之后推動(dòng)滾珠絲杠產(chǎn)生一個(gè)推力，將行走輪推向了管壁，由于管壁的壓力是牽引力的決定因素，也就是要產(chǎn)生很大的驅(qū)動(dòng)力，也相應(yīng)要產(chǎn)生合適的推靠力，電磁離合器接合時(shí)通過(guò)滾珠絲杠推動(dòng)推桿或者拉回推桿，帶動(dòng)行走輪做支撐或者回縮動(dòng)作，在失電或者斷電狀態(tài)下，壓縮彈簧壓縮推動(dòng)滾珠絲杠返回到原來(lái)的狀態(tài)，保證推靠臂縮回，具有掉電自動(dòng)回縮功能。

選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)模式，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為推桿的直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)行走輪的支撐或回縮動(dòng)作，摩擦損失小、傳動(dòng)效率高、精度高、高速進(jìn)給和微進(jìn)給可能、軸向剛度高。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)-實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為大牽引力爬行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成示意圖；

圖2為大牽引力爬行器動(dòng)力總成與行走機(jī)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為大牽引力爬行器驅(qū)動(dòng)總成示意圖；

圖5為推靠機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

爬行器井下部分為液壓驅(qū)動(dòng)總成，包括三個(gè)部分：電控總成、動(dòng)力總成、執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成；其中動(dòng)力總成負(fù)責(zé)動(dòng)力的產(chǎn)生及其運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成負(fù)責(zé)將徑向的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為行走輪11的爬行動(dòng)力，負(fù)責(zé)爬行器的前進(jìn)和后退；電控總成負(fù)責(zé)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，監(jiān)測(cè)、并檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況；電控總成實(shí)際上就是井下測(cè)控系統(tǒng)的總集成，是井下控制系統(tǒng)的核心，它擔(dān)負(fù)著通信協(xié)調(diào)井上系統(tǒng)和井下系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，是整個(gè)系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，測(cè)控系統(tǒng)的可靠性將決定系統(tǒng)的性能。

如圖2所示，所述動(dòng)力總成是爬行器的主要?jiǎng)恿C(jī)構(gòu)，包括主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液壓泵、油缸、電磁換向閥、液壓馬達(dá)、減速器，它的控制執(zhí)行是由電控總成負(fù)責(zé)；動(dòng)力總成是工具的動(dòng)力源，它主要是通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)爬行器的驅(qū)動(dòng)，液壓油經(jīng)過(guò)液壓泵增壓之后經(jīng)過(guò)電磁換向閥，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)工作，液壓馬達(dá)的輸出經(jīng)過(guò)減速器的減速和力矩放大，驅(qū)動(dòng)行走輪11向前或者向后動(dòng)。

如圖2所示，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成是由驅(qū)動(dòng)總成和推靠總成組成；所述推靠總成包括推靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)、推靠減速器2、電磁離合器3、滾珠絲杠4、拉伸彈簧5。

如圖4所示，大牽引力爬行器的驅(qū)動(dòng)總成包括推靠機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)兩分。如圖5所示推靠機(jī)構(gòu)是由推桿12(滑塊)、牽引臂13(曲柄)和推靠臂14(連桿)組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，推桿12的直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)牽引臂13和推靠臂14打開(kāi)和收攏。當(dāng)推靠機(jī)構(gòu)完成推靠動(dòng)作后推靠電機(jī)1停止工作，牽引段上的滑套將一直停在此刻的位置上，如果井筒直徑發(fā)生少量變化時(shí)，與推桿12相連的復(fù)位彈簧使?fàn)恳?3始終緊貼井壁。

推靠驅(qū)動(dòng)總成的推靠原理是，正常狀態(tài)下，彈簧5處于拉伸狀態(tài)，由于受到彈簧5拉力的作用，推桿12始終出于回縮狀態(tài)，彈簧5給滾珠絲杠4一個(gè)拉力，確保在自然狀態(tài)下，彈簧能使推桿12出于水平回縮狀態(tài)；需要爬行的時(shí)候，首先要給電磁離合器3加電，使電磁離合器3出于結(jié)合狀態(tài)，這時(shí)候才能啟動(dòng)推靠電機(jī)1進(jìn)行推靠動(dòng)作，啟動(dòng)推靠電機(jī)1，推靠電機(jī)1逐步地輸出力矩，經(jīng)過(guò)減速器的適度變換之后，開(kāi)始帶動(dòng)著滾珠絲杠4進(jìn)行推動(dòng)著推桿12，將行走輪11推到管壁，與管壁進(jìn)行緊密結(jié)合，為行走輪11提供足夠大的摩擦力，支持其做前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

電磁離合器3合上時(shí)，推靠電機(jī)1帶動(dòng)滾珠絲杠4正(反)向旋轉(zhuǎn)，螺母帶動(dòng)推桿12推出(收回)并使復(fù)位彈簧壓縮，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)段的滑套作軸向運(yùn)動(dòng)，使?fàn)恳?3打開(kāi)(收回)；推靠電機(jī)1停轉(zhuǎn)時(shí)，螺母和推桿12停止運(yùn)動(dòng)，并保持在這一位置。離合器分開(kāi)時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠絲杠4不會(huì)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠絲杠4也反轉(zhuǎn)，使推桿12收回。當(dāng)推桿12處于推開(kāi)位置時(shí)，如果推靠電機(jī)1和電磁離合器3失電，電磁離合器3脫開(kāi)，在復(fù)位彈簧的作用下，螺母和推桿12將回到原始(收攏)位置。這樣確保在電路故障情況下，牽引臂13自行收回。

牽引臂13打開(kāi)的角度不同，行走輪11對(duì)井筒的壓力不同，要獲得最大的壓力和牽引力，不同尺寸的測(cè)量井筒應(yīng)采用不同尺寸的牽引臂13。

如圖2和圖3所示，所述行走機(jī)構(gòu)包括主傳動(dòng)軸6、錐齒輪副、鏈輪傳動(dòng)副和行星輪10及行走輪11，所述錐齒輪副包括一個(gè)小錐齒輪7和一對(duì)大錐齒輪8。減速器的輸出軸帶動(dòng)一小錐齒輪7，它同時(shí)帶動(dòng)一對(duì)裝在同一軸上的大錐齒輪8作旋向。首先把減速器的輸出軸通過(guò)主傳動(dòng)軸6連接起來(lái)，在末端經(jīng)過(guò)錐齒換向，錐齒的齒數(shù)比為1:2，也就是說(shuō)，主傳動(dòng)軸6輸出的速度在這里降了一半，但是輸出的力矩增加了1倍，同時(shí)錐齒也變換了輸出方向，將徑向傳輸?shù)牧刈儞Q為和爬行方向一致的力矩，這個(gè)時(shí)候經(jīng)過(guò)3組中間齒輪9傳輸?shù)叫行禽?0機(jī)構(gòu)，中間齒輪9與行星輪10的齒數(shù)比為1:3，這個(gè)時(shí)候傳動(dòng)的速度和力矩又發(fā)生了變化，速度又降低了1/3，力矩增加了3倍；實(shí)際上經(jīng)過(guò)錐齒和行星輪10之后整體的齒數(shù)比為6：1，也就是速度降到了1/6，而力矩增大了6倍。

滾珠絲杠4是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。它是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠4被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠4由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是艾克姆螺桿的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。

選擇滾珠絲杠4作為主傳動(dòng)方式的主要依據(jù)如下：

1、摩擦損失小、傳動(dòng)效率高

由于滾珠絲杠4副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滑動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。

2、精度高

滾珠絲杠4副是一般是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。

3、高速進(jìn)給和微進(jìn)給可能

滾珠絲杠4副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。

4、軸向剛度高

滾珠絲杠4副可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠4內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。

電磁離合器靠線圈的通斷電來(lái)控制離合器的接合與分離。電磁離合器可分為：干式單片電磁離合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉(zhuǎn)差式電磁離合器等。電磁離合器工作方式又可分為：通電結(jié)合和斷電結(jié)合。

干式單片電磁離合器：線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁力，在電磁力的作用下，使銜鐵的彈簧片產(chǎn)生變形，動(dòng)盤與“銜鐵”吸合在一起，離合器處于接合狀態(tài)；線圈斷電時(shí)，磁力消失，“銜鐵”在彈簧片彈力的作用下彈回，離合器處于分離狀態(tài)。

干式多片，濕式多片電磁離合器：原理同上，另外增加幾個(gè)摩擦副，同等體積轉(zhuǎn)矩比干式單片電磁離合器大，濕式多片電磁離合器工作時(shí)必須有油液冷卻和潤(rùn)滑。

磁粉離合器：在主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子之間放置適度磁粉，不通電時(shí)磁粉處于松散狀態(tài)，離合器處于分離狀態(tài)；線圈通電時(shí)，磁粉在電磁力的作用下，將主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子連接在一起，主動(dòng)端與從動(dòng)端同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，離合器處于合的狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：可通過(guò)調(diào)節(jié)電流來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，允許較大滑差，是恒漲力控制的首選元件。缺點(diǎn)：較大滑差時(shí)溫升較大，相對(duì)價(jià)格高。

轉(zhuǎn)差式電磁離合器：離合器工作時(shí)，主、從部分必須存在某一轉(zhuǎn)速差才有轉(zhuǎn)矩傳遞。轉(zhuǎn)矩大小取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速差。勵(lì)磁電流保持不變，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩增加而劇烈下降；轉(zhuǎn)矩保持不變，勵(lì)磁電流減少，轉(zhuǎn)速減少得更加嚴(yán)重。

轉(zhuǎn)差式電磁離合器由于主、從動(dòng)部件間無(wú)任何機(jī)械連接，無(wú)磨損消耗，無(wú)磁粉泄漏，無(wú)沖擊，調(diào)整勵(lì)磁電流可以改變轉(zhuǎn)速，作無(wú)級(jí)變速器使用，這是它的優(yōu)點(diǎn)。該離合器的主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子中的渦流會(huì)產(chǎn)生熱量，該熱量與轉(zhuǎn)速差成正比。低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的效率很低，效率值為主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速比，即η＝n2/n1

適用于高頻動(dòng)作的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，可在主動(dòng)部分運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，使從動(dòng)部分與主動(dòng)部分結(jié)合或分離。

主動(dòng)件與從動(dòng)件之間處于分離狀態(tài)時(shí)，主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件靜止；主動(dòng)件與從動(dòng)件之間處于接合狀態(tài)，主動(dòng)間帶去從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)。

普通的電磁離合器的工作溫度不高于80度，為了適應(yīng)50°-150°的環(huán)境溫度，我們必須對(duì)電磁離合器進(jìn)行定制，使其達(dá)到高溫性能，其線圈電壓波動(dòng)不超過(guò)額定電壓的±5％。

從工作原理和機(jī)制上將，我們選擇干式電磁離合器就可以達(dá)到我們的要求。所以電磁離合器我們選擇干式電磁離合器。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。