ГИБКИЙ ВАЛ
FLEXIBLE SHAFT

Изобретение относится к общему машиностроению, точнее к конструкциям гибких валов, используемых в механизмах для передачи крутящего момента и осевого усилия от ведущего звена механизма ведомому при несоосности указанных звеньев.
Известны гибкие валы (Политехнический словарь. - М.: Советская Энциклопедия, 1980, с.113; SU 1028912 А, 15.07.1983; RU 2181448 C2, 20.04.2002; RU 2239733 C2, 2004.11.10; SU 1811733 A3, 2005.04.10; RU 2297558 C1, 2007.04.20), содержащие гибкую часть с концевыми элементами, предназначенными для соединения с ведущим и ведомым звеньями механизма. Гибкие валы, известные из указанных выше источников информации, отличаются друг от друга, в основном, конструкцией гибкой части: гибкая часть гибкого вала, описанного в Политехническом словаре, свита из нескольких слоев проволоки; гибкая часть гибкого вала по SU 1028912 А и RU 2181448 C2 выполнена из винтовых пружин; гибкая часть гибкого вала по RU 2239733 C2 выполнена в виде цепи звеньев, шарнирно соединенных друг с другом посредством соединительных элементов; гибкая часть гибкого вала по RU 2297558 C1 выполнена в виде цепи коротких цилиндрических втулок с центральным отверстием, соединенных друг с другом своими концевыми частями.
Общим недостатком известных гибких валов является то, что они не обладают большой осевой жесткостью при передаче осевого усилия в механизмах, ведомое звено которых воспринимает значительную осевую нагрузку. Такими механизмами являются, например, устройства для перфорации скважин, ведомым звеном которых является режущая головка, смонтированная на конце гибкого вала. Низкая осевая жесткость известных гибких валов объясняется тем, что эти гибкие валы передают и крутящий момент и осевое усилие через гибкую часть, которая не может обладать большой осевой жесткостью именно потому, что должна быть гибкой.
Задачей настоящего изобретения является создание гибкого вала, имеющего повышенную осевую жесткость.
Поставленная задача решается тем, что гибкий вал, содержащий гибкую часть с концевыми элементами, предназначенными для соединения с ведущим и ведомым звеньями того или иного механизма, например устройства для перфорации обсаженных скважин, снабжен установленными на гибкой части между концевыми элементами цилиндрическими кольцами, крайние из которых имеют опорные поверхности для взаимодействия с соответствующими опорными поверхностями, выполненными на концевых элементах, при этом размеры цилиндрических колец и их количество определены из условия сохранения контакта смежных цилиндрических колец при изгибах гибкой части.
Крайние кольца могут быть выполнены из антифрикционного материала или покрыты им.
Снабжение гибкого вала установленными на гибкой части между концевыми элементами цилиндрическими кольцами, крайние из которых имеют опорные поверхности для взаимодействия с соответствующими опорными поверхностями, выполненными на концевых элементах, и выполнение условия сохранения контакта смежных цилиндрических колец при изгибах гибкой части (путем соответствующего подбора размеров цилиндрических колец и их количества) позволяют осуществлять передачу крутящего момента через гибкую часть, а передачу осевого усилия - через набор цилиндрических колец, что позволяет повысить осевую жесткость гибкого вала.
Покрытие опорных поверхностей крайних колец антифрикционным материалом или выполнение крайних колец из такого материала улучшает условия работы гибкого вала.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид гибкого вала; на фиг.2 - гибкий вал, используемый в устройстве для перфорации обсаженной скважины.
Гибкий вал содержит гибкую часть 1 (фиг.1), концевой элемент 2, концевой элемент 3 и цилиндрические кольца 4, 5, 6. В варианте исполнения гибкого вала, разработанного для использования в устройствах перфорации скважин, гибкая часть 1 выполнена из цепи одинаковых коротких цилиндрических втулок 7, шарнирно соединенных друг с другом посредством ступенчатых полуосей 8 (в других вариантах исполнения гибкого вала конструкция гибкой части может быть выполнена идентичной конструкциям гибких частей, описанным в источниках информации, приведенных выше, при описании уровня техники) Один конец каждой цилиндрической втулки 7 выполнен в виде вилки, а другой конец - в виде хвостовика. Контактные поверхности вилки и хвостовика каждой втулки 7 взаимно перпендикулярны. Центральные отверстия цилиндрических втулок 7 образуют канал, в котором установлены защитная спираль 9 и полая гибкая труба 10 для подачи жидкости, необходимой для промывания режущей головки и удаления стружки и частиц грунта из зоны перфорации. Крайнее кольцо 4 имеет опорную поверхность 11, а крайнее кольцо 6 - опорную поверхность 12, предназначенные для взаимодействия с соответствующими опорными поверхностями 13 и 14, выполненными на концевых элементах 2 и 3. Размеры крайних колец 4, 6, а также размеры и количество колец 5 подобраны из условия сохранения контакта всех смежных цилиндрических колец 5 при изгибах гибкой части. Подгонка размеров осуществляется с использованием технологического стенда, обеспечивающего заданный изгиб гибкой части. Опорные поверхности 11 и 12 крайних колец 4, 6 покрыты антифрикционным материалом.
Концевой элемент 2 гибкого вала, используемого в устройстве для перфорации скважины, соединен с ведущим звеном - приводом 15 (фиг.2) вращения и осевого перемещения (в качестве привода использован гидравлический забойный двигатель), а концевой элемент 3 соединен с ведомым звеном - режущей головкой 16.
Поз. 17 на фиг.2 обозначен корпус устройства для перфорации обсаженной скважины; поз.18 - труба обсаженной скважины, поз. 19 - перфорационный канал. S-величина зазора между опорными поверхностями 11 и 13, необходимая и достаточная с одной стороны - для изгиба гибкого вала на заданный угол, а с другой стороны - для передачи осевого усилия от ведущего звена ведомому, минуя гибкую часть 1.
Для перфорации обсаженной скважины корпус 17 устройства для перфорации опускают в скважину на расчетную глубину, на которой необходимо произвести перфорацию скважины, и закрепляют в ней. Затем опускают гибкий вал с режущей головкой 16 в криволинейный канал корпуса 17 и осуществляют его перемещение до стенки трубы 18. При входе колец 5 на криволинейный участок они расходятся веером, полностью выбирая зазор S, при этом разрыва контакта между смежными кольцами 5 не происходит (из такого условия подобраны размеры и количество цилиндрических колец 4, 5, 6). После включения привода 15 крутящий момент от этого привода передается на режущую головку 16 через гибкую часть 1. Благодаря тому что поверхности 11 и 12 крайних колец 4 и 6 покрыты антифрикционным материалом, передачи крутящего момента на кольца 5 не происходит, и при вращении гибкой части 1 кольца 5 не вращаются. Передача осевого усилия на режущую головку 16 от привода 15 происходит через контактирующие опорные поверхности 13 и 11, контактирующие кольца 4, 5, 6, контактирующие опорные поверхности 12, 14. Гибкая часть 1 в передаче осевого усилия от привода 15 на режущую головку 16 не участвует. При вращении и осевом перемещении гибкого вала режущая головка 16 сначала высверливает отверстие в трубе 18 скважины, а затем образует в грунте перфорационный канал 19. Кольца 5 в перфорационном канале 19 образуют трубу, передающую осевое усилие режущей головке 16, и не позволяют ей отклоняться от прямолинейного перемещения при бурении перфорационного канала.
Таким образом, за счет того, что осевое усилие от ведущего звена ведомому передается не через гибкую часть, а через жесткую - набор цилиндрических колец, заявляемый гибкий вал в сравнении с известными гибкими валами имеет повышенную осевую жесткость, что в устройствах для перфорации скважин позволяет обеспечить необходимую прямолинейность перфорационных каналов.