自动无级变速钻修井顶驱 【技术领域】
本发明属于一种油田采油井的钻修井顶驱，特别是一种自动无级变速钻修井顶驱。
背景技术
目前，油田采油井利用钻柱钻修井时，一般均采用现有的动力水龙头作为动力传动装置，在钻修井工作中时有发生钻柱憋钻或卡钻现象，此时钻柱负荷扭矩突然加大，甚至输出扭矩无限增大而毁坏机件和装备系统。同时，在钻柱上提过程中也易发生相关工具或被打捞落物遇到套管变形区或接箍环空时造成卡阻现象，从而影响钻修井的工作效率。
发明目的
本发明的目的是提供一种自动无级变速钻修井顶驱，在钻修井工作中发生钻柱憋钻或卡钻，钻柱负荷扭矩突然加大时，转速能迅速降低至零或负转速，不待钻柱储存的变形扭转力消失，钻柱能迅速解除憋钻或卡钻并很快恢复正常转速，保护系统安全。同时在钻柱上提过程中发生相关工具或被打捞落物遇到套管变形区或接箍环空时造成卡阻时，能以迅速降速形式解除卡阻，从而提高钻修井的工作效率。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：它包括带进水鹅颈管的上箱体、下箱体、带通水孔的中心轴、变扣接头、马达齿轮和马达，其特征是：在中心轴上转动连接输入齿轮，输入齿轮与马达齿轮啮合，在中心轴上转动连接调扭中心齿轮和中心非圆齿轮，输入齿轮与调扭中心齿轮、中心非圆齿轮固连一体，实现同步转动；在中心轴上通过键连接输出圆柱齿轮；在中心轴上转动连接行星架，在行星架上组装转动的非圆行星齿轮，非圆行星齿轮啮合中心非圆齿轮；在非圆行星齿轮的延伸空心轴内通过花键连接具有螺旋槽的螺旋轴；在非圆行星齿轮的延伸空心轴外套装能转动的双连行星齿轮；双连行星齿轮的一个齿轮啮合中心轴上的输出圆柱齿轮，另一个齿轮啮合中心轴上的功率分流齿轮；在双连行星齿轮延伸空心轴内键连接与螺旋轴配合的螺母，在双连行星齿轮的空心轴端部固接透盖，在螺母与透盖之间组装聚氨脂弹簧；在非圆行星齿轮内螺纹连接扭矩设定齿轮，扭矩设定齿轮啮合调扭中心齿轮；在非圆行星齿轮的延伸空心轴内固装隔板，在隔板与扭矩设定齿轮之间组装凸轮，凸轮通过花键连接在非圆行星齿轮内，凸轮设置内孔，内孔中组装聚氨脂弹簧，在凸轮的外端螺纹连接调整丝圈，调整丝圈内端接触聚氨脂弹簧；在隔板与螺旋轴之间设置聚氨脂弹簧；在中心轴上转动连接功率分流齿轮；在功率分流齿轮和下箱体的箱壁之间组装逆止器。
上述的凸轮在配合端面上沿周向设置两个斜坡凸台；扭矩设定齿轮设置两个与凸轮相配合的两个斜坡凸台，两个零件的斜坡凸台的斜坡接触，并能沿斜坡滑动。
本发明的积极效果是：在钻修井工作中发生钻柱憋钻或卡钻，钻柱负荷扭矩突然加大时，转速能迅速降低至零或负转速，不待钻柱储存的变形扭转力消失，钻柱能迅速解除憋钻或卡钻并很快恢复正常转速，确保整体装备系统不受破坏，使用安全，保证高效工作。同时在钻柱上提过程中发生相关工具或被打捞落物遇到套管变形区或接箍环空时造成卡阻时，能以迅速降速形式解除卡阻，从而提高钻修井的工作效率。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的内部结构放大示意图。
图3是扭矩设定齿轮部分和输入齿轮部分放大示意图。
图4是非圆齿轮和输出齿轮部分放大示意图。
图5是扭矩设定齿轮与凸轮组装结构分解立体示意图。
图6与图7分别是扭矩设定齿轮、凸轮配合面上的斜坡凸台圆周展开示意图。
图8是变速传动状态示意图。
图9是自锁状态下传动示意图。
图10是功率分流齿轮上组装棘爪示意图。
图11是图10的左视图。
【具体实施方式】
见图1-4，本发明具体结构如下：带进水鹅颈管19的上箱体18上固定组装马达24，马达24的轴伸17组装马达齿轮15。上箱体18与下箱体3通过连接件固接为一个箱体。在箱体内转动组装中心轴2，中心轴2的端部螺纹连接变扣接头1。中心轴2设置通水孔，并与进水鹅颈管19相通。在中心轴2上通过轴承转动连接输入齿轮16，输入齿轮16与马达齿轮15啮合。在中心轴2上转动连接调扭中心齿轮16-1和中心非圆齿轮26，输入齿轮16与调扭中心齿轮16-1、中心非圆齿轮26通过端面键将三者固连一体，实现同步转动。在中心轴2上通过键连接输出圆柱齿轮7，以及通过轴承转动连接功率分流齿轮6。在中心轴2上通过轴承转动连接行星架11，在行星架11上组装转动的非圆行星齿轮12，非圆行星齿轮12啮合中心非圆齿轮26。在非圆行星齿轮12的延伸空心轴8内通过花键连接具有螺旋槽的螺旋轴5。在非圆行星齿轮12的延伸空心轴8外套装能转动的双连行星齿轮9，两者是通过在内外壁上开设内外圆周沟道，在圆周沟道内装满钢球29(实现轴承功能)实现转动，并在外壁上开有钢球装入孔，孔上组装丝堵。双连行星齿轮9设置两个齿轮，一个齿轮9-2啮合中心轴2上的输出圆柱齿轮7，另一个齿轮9-1啮合中心轴2上的功率分流齿轮6。在双连行星齿轮9延伸空心轴内键连接与螺旋轴5配合的螺母28，在双连行星齿轮9的空心轴端部固接透盖20，在螺母28与透盖20之间组装聚氨脂弹簧27(聚氨脂弹簧即具有弹性的聚氨脂材料的柱状零件)，在非圆行星齿轮12内螺纹连接扭矩设定齿轮14，扭矩设定齿轮14啮合调扭中心齿轮16-1。在非圆行星齿轮12的延伸空心轴内固装隔板22，在隔板22与扭矩设定齿轮14之间组装凸轮25，见图5、6、7，凸轮25通过花键25-1连接在非圆行星齿轮12内，凸轮25的配合端面沿周向设置两个斜坡凸台25-2，(图5中的另一个斜坡凸台在相对位置，图中未示出)。扭矩设定齿轮14设置两个斜坡凸台14-1，两个斜坡凸台25-2通过斜坡接触两个斜坡凸台14-1，并能沿斜坡向上滑动，反向则两端面卡住。凸轮25设置内孔，内孔中组装聚氨脂弹簧13，在凸轮25的外端螺纹连接调整丝圈23，调整丝圈23内端接触聚氨脂弹簧13。在隔板22与螺旋轴5之间设置聚氨脂弹簧10；在中心轴2上通过轴承转动连接功率分流齿轮6。在下箱体3的箱壁上固定零输出止动座4，零输出止动座4的端面上设置沿圆周分布的棘齿4-1，见图10、11，在功率分流齿轮6的端面上设置与棘齿4-1配合的棘爪6-1，棘爪6-1一侧设置弹簧6-2构成逆止器。
工作原理：
1、无级变速：
见图8，行星架11上装有圆柱形齿轮9-2、非圆行星齿轮12，中心轴2上设有输出圆柱齿轮7，中心非圆齿轮26。两非圆齿轮12和26为全等齿轮，两圆柱齿轮7和9-2的传动比为1∶1.5-1∶2，非圆齿轮的长半径与输出圆柱齿轮7的节元半径相等，短半径与圆柱形齿轮9-2半径相等。见图9，当中心非圆齿轮26转到长半径时两齿轮付传动比相等时，传动发生自锁，中心非圆齿轮26与输出圆柱齿轮7同步旋转，传动比为1。当输出圆柱齿轮7地负载增大时，聚氨脂弹簧10被促动，中心非圆齿轮26离开自锁区进入变速传动状态，这样的自锁、离开，交替循环变化促成的变速传动状态随着负载变化，负载减小时转速上升，行星架10上的行星轴相当于两级标准减速器的II轴，差别在于能周转成自动无级变速，行星轴的挠性联接可以促动自动无级变速，还可以维持转速均匀变速灵敏。
2、输出轴零转速的控制，即输出轴的零转速和扭矩值无限增大的控制等：
功率分流齿轮6与双连行星齿轮9的一个齿轮9-1传动比大于输出齿轮付7、9-2传动比，比输出齿轮付转速低并且是空转，当输出圆柱齿轮7转速降低到设定的转速时，功率分流齿轮6的转速降至零，当输出圆柱齿轮7转速继续降到零或设定的负转速时，功率分流齿轮6在逆止器作用下迫使行星架加速负转动，这样设计的目的为使尖峰值功率分流，实现了零输出，防止了扭矩无限增大，保护了装备系统不受损坏，尖峰值功率很短暂。在零输出时原动机不过载。
3、输入扭矩的调整：
设定输入转速和扭矩后，非圆齿轮付12、26，扭矩设定齿轮付12、16-1，两付的中心齿轮26、16-1固联成为双连齿轮，两付的行星齿轮12、14为可调的挠性联接，两付的传动比相同均为1∶1。非圆行星齿轮12的轴内装有带花键的凸轮25，凸轮25的斜坡凸台25-2与扭矩设定齿轮14上的斜坡凸台14-1对置成凸轮付。用外螺纹的丝圈23旋压聚氨脂弹簧13，调整到非圆行星齿轮12能带动行星架11同步转动。行星轮均无自转，启动后测定中心轴2转速与设定转速相同、扭矩与设定的扭矩相同。行星轮均为随行星架11周转而无自转为止，调整后可以保证不能因行星架11静止状态的惯性扭矩造成启动困难，保证启动后，中心轴2在规定扭矩范围内无滞后现象。