Гибкий вал
FLEXIBLE SHAFT

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования, преимущественно, в устройствах для перфорации обсаженных скважин для передачи вращательного и поступательного движения режущему инструменту. Изобретение также может быть использовано в механизмах и машинах для передачи крутящих моментов от привода до исполнительного органа, расположенного на значительном удалении с большими углами несоосности.
Известен гибкий вал по патенту на изобретение №2297558 (опубликовано: 20.04.2007, бюл. №11), содержащий оболочку в виде отдельных звеньев с центральным отверстием, контактирующих концевыми частями друг с другом посредством соединительного элемента, выполненного на одной из концевых частей звена, и гнезда, выполненного на другой его концевой части, с возможностью ограниченного пространственного перемещения при этом звеньев друг относительно друга, и размещенный в отверстиях звеньев сердечник, причем каждое звено оболочки выполнено в виде цилиндрической втулки, на одной из концевых частей которой в качестве соединительного элемента выполнено два выступа таврового профиля, расположенных в диаметральной плоскости оппозитно друг другу, внешние поверхности стенок которых выполнены заодно с внешней кольцевой поверхностью цилиндрической втулки, и с расстоянием между внутренними поверхностями стенок, приблизительно равным диаметру центрального отверстия звена, при этом на другой концевой части втулки перпендикулярно диаметральной плоскости расположения упомянутых выступов в качестве гнезда выполнен поперечный сквозной паз таврового профиля, ориентированный вырезом полки таврового профиля внутрь цилиндрической втулки, а вырезом стенки таврового профиля - к торцу указанной втулки, причем размерные параметры и профиль упомянутого паза выполнены из условия размещения в нем указанных выступов для обеспечения шарнирного соединения звеньев с возможностью их ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга, при этом поверх оболочки вала дополнительно размещена навивка в виде спирали.
Недостатком указанного известного гибкого вала является сложность конструкции, неудобство сборки, а значит и недостаточная надежность в работе, ввиду того, что гибкий вал патенту на изобретение №2297558 не позволяет обеспечить повышенную осевую жесткость и значительный крутящий момент особенно при перфорации скважин, пробуренных в твердых породах.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению и совокупности признаков является гибкий вал перфоратора, описанный в заявке на изобретение RU 2006121052 (опубликовано: 27.12.2007), включающий концевые элементы, соединенные гибкой частью, выполненной в виде последовательно расположенных промежуточных наружных цилиндрических втулок, в которых выполнены сквозные отверстия, и вкладышей, вставленных в сквозные отверстия наружных втулок с зазором, каждый из которых также выполнен со сквозным отверстием и вставлен одновременно в две соседние наружные втулки, причем в сквозных отверстиях наружных втулок и вкладышей размещен трос, а наружные втулки и вкладыши соединены друг с другом с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, посредством шлицевого соединения с использованием шлицев - выступов и впадин, при этом шлицы в отверстии наружной втулки выполнены прямозубыми, а сопрягаемые с ними шлицы вкладышей выполнены со скругленными поверхностями, причем в сквозные отверстия наружных втулок и вкладышей дополнительно пропущен гибкий рукав.
Недостатком указанного известного гибкого вала является наличие гибкого троса, который устанавливается внутрь гибкого вала в полую трубку - напорный рукав, посредством которого на режущий инструмент подается рабочая жидкость и тем самым наличие троса в напорном рукаве уменьшает напор и количество жидкости, которое подается на режущий инструмент, что приводит к недостатку промывочной жидкости для выноса породы из канала и уменьшению скорости проходки, также к недостаткам относится конструктивная сложность гибкого вала и недолговечность конструкции ввиду наличия навивки в виде спирали.
Предлагаемым изобретением решается задача увеличения подачи рабочей жидкости направленной на режущий инструмент, упрощении сборки гибкого вала, удобство в эксплуатации и долговечности гибкого вала, а также получения минимального радиуса изгиба вала.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в расширении эксплуатационных возможностей за счет увеличения количества и качества подачи жидкости на рабочий инструмент, повышения надежности работы за счет обеспечения надежного соединения звеньев друг с другом, обеспечения различного, в том числе и малого радиуса изгиба, с созданием при перфорации прямолинейных перфорационных каналов.
Для достижения указанного технического результата в гибком вале содержащем оболочку в виде отдельных звеньев контактирующих друг с другом концевыми частями с возможностью ограниченного пространственного перемещения, звенья выполнены с центральным отверстием, в котором размещен в сердечник, причем звенья выполнены двух видов: в виде цилиндрической втулки и вкладыша, которые соединены друг с другом посредством штифта крепежного с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, при этом на обеих концевых частях цилиндрической втулки выполнено четыре прорези, образующие при этом четыре зубца, размещенные под углом 90° друг к другу, причем в центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия, и в центральной части соседних зубцов, но с другого конца цилиндрической втулки также выполнены сквозные отверстия, а звенья, выполненные в виде вкладыша представляют собой втулку с четырьмя выступами, выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга, образовывая при этом на вкладыше две концевые части, на которых попарно с одного конца между двумя противоположно расположенными выступами с одной стороны и с другого конца между двумя соседними выступами выполнены сквозные пазы овальной формы, а внутренний диаметр цилиндрической втулки выполнен с обоих концов втулки ступенчатым, образуя, при этом посадочное место для концевой части вкладыша.
Отличительными признаками предлагаемого гибкого вала, от наиболее близкого, указанного выше является то, что звенья выполнены двух видов: в виде цилиндрической втулки и вкладыша, которые соединены друг с другом посредством штифта крепежного с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, при этом на обеих концевых частях цилиндрической втулки выполнено четыре прорези, образующие при этом четыре зубца, размещенные под углом 90° друг к другу, причем в центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия, и в центральной части соседних зубцов, но с другого конца цилиндрической втулки также выполнены сквозные отверстия, при этом звенья, выполненные в виде вкладыша представляют собой втулку с четырьмя выступами выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга, образовывая при этом на вкладыше две концевые части, на которых попарно с одного конца между двумя противоположно расположенными выступами с одной стороны и с другого конца между двумя соседними выступами выполнены сквозные пазы овальной формы, а внутренний диаметр цилиндрической втулки выполнен с обоих концов втулки ступенчатым, образуя, при этом посадочное место для концевой части вкладыша.
Благодаря выполнению цепи звеньев в виде чередующихся цилиндрической втулки и вкладыша, соединенных друг с другом посредством штифта крепежного с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, отпадает необходимость установки внутри цепи звеньев гибкого троса, что приводит к качественной и количественной подаче жидкости на рабочий инструмент, что позволяет расширить эксплуатационные возможности заявляемого гибкого вала и использовать его при различных условиях эксплуатации, в том числе при перфорации пород различной твердости.
Кроме того, гибкий вал, составленный из звеньев, заявляемой конструкции, позволяет также получать малый радиус изгиба и обеспечивает при перфорационных работах прямолинейность перфорационных каналов.
Благодаря наличию этих признаков в предлагаемой конструкции повышается долговечность гибкого вала, снижается материалоемкость конструкции, упрощается, ускоряется и удешевляется монтаж конструкции, повышается удобство сборки и эксплуатации гибкого вала.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3
На фиг. 1 показан продольный разрез гибкого вала На фиг.2 показано звено оболочки в виде цилиндрической втулки На фиг. 3 показано звено оболочки в виде вкладыша Заявляемый гибкий вал представляет собой цепь звеньев, соединенных друг с другом концевыми частями (фиг.1). Цепь звеньев выполнена в виде чередующихся цилиндрической втулки 1 и вкладыша 2, На обеих концевых частях цилиндрической втулки 1 (фиг. 1) выполнены четыре прорези, образующие при этом четыре зубца 3 (фиг. 2), размещенные попарно друг напротив друга под углом 90°, причем в центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия 4, и в центральной части соседних зубцов 3, но с другого конца цилиндрической втулки также выполнены сквозные отверстия 4. Внешние поверхности стенок зубцов 3 выполнены с фаской. Внутренний диаметр цилиндрической втулки 1 выполнен ступенчатым (фиг. 2), образуя при этом с обоих концов цилиндрической втулки 1 посадочное место - посадочную часть цилиндрической втулки предназначенную для концевой части вкладыша 2. Звенья, выполненные в виде вкладыша 2 (фиг. 3), представляют собой втулку с четырьмя выступами 5 выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга, образовывая при этом на вкладыше две концевые части. Выступы вкладыша выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя скошенными внешними углами. Поверхность вкладыша между выступами 5 уплощена. На концевых частях вкладышей 2 выполнены сквозные пазы 6 овальной формы. Два паза 6 размещены друг против друга на одной концевой уплощенной части вкладыша 2, а еще два паза размещены с противоположного конца вкладыша 2 друг против друга. Гибкий вал собирается в цепь звеньев, включающую цилиндрические втулки 1 и вкладыши 2, соединенные концевыми частями, причем соединены звенья друг с другом посредством штифта крепежного 7, проходящего через отверстие 4 цилиндрической втулки и сквозной паз 6 вкладыша. Цилиндрические втулки 1 и вкладыши 2 соединенные посредством штифта крепежного 7 выполнены с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости. При этом размерные параметры сквозного паза 6 (длина, ширина) и диаметр отверстия 3, выполнены из условия размещения в упомянутом сквозном пазу 6 штифта крепежного 7 для обеспечения шарнирного соединения одного звена с другим (с возможностью при этом ограниченного частичного пространственного перемещения звеньев относительно друг друга, преимущественно, по оси и по дуге окружности).
Кроме того, в случае необходимости получения гибкого вала с большой степенью свободы изгиба, следует выполнять ниже приведенные соотношения: глубина посадочной части цилиндрической втулки должна быть больше чем длина концевой части вкладыша; внешняя цилиндрическая поверхность зубцов втулки должна быть выполнена с фаской; на концевых частях вкладыша должна быть выполнена фаска; размер ширины пазов цилиндрической втулки должен быть выполнен больше чем ширина выступа вкладыша выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда; боковые стороны трапецеидальных выступов вкладыша должны быть выполнены с фасками.
Собранный гибкий вал одним концом присоединяют к приводному механизму, а другим концом - к режущему инструменту с обеспечением сообщения проточного канала полой трубки с промывочным каналом режущего инструмента. При работе привода производится передача крутящего момента и продольной нагрузки по всей длине гибкого вала от звена к звену посредством взаимодействия поверхностей гнезда и выступов, причем указанный эффект будет происходить при различных изгибах гибкого вала, в том числе при малом радиусе изгиба.
Благодаря указанным качествам предлагаемый гибкий вал обеспечивает надежную работу перфорационного устройства в целом и расширяет его эксплуатационные возможности.