Мобильная каротажная лебедка

 

Изобретение относится к подъемным устройствам, в частности к мобильным измерительным лебедкам. Мобильная каротажная лебедка, установленная на шасси автомобиля, имеющего двигатель внутреннего сгорания, бортовые аккумулятор и генератор с реле-регулятором его тока возбуждения, содержит тяговый барабан кабель-троса, взаимодействующего с механизмом его укладки, снабженным отсчетным устройством и измерительным колесом, которое установлено с возможностью вращения и осевого перемещения посредством двухходового винта зубчатой передачи ведомой оси тягового барабана, соединенной через бортовой редуктор с приводным электродвигателем, укрепленным на монтажном основании и подключенным к бортовой сети автомобиля через коммутирующий блок управления и связи с блоком информации. Тяговый барабан выполнен съемным и установлен с возможностью вращения на трубчатом валу, консольно закрепленном на монтажном основании и через который проходит являющаяся осью тягового барабана ведомая ось планетарного редуктора, снабженная на незакрепленном конце шлицевым соединением с шайбой и резьбовым соединением со штурвалом ручного тормоза. Шайба обеспечивает кинематическое зацепление тягового барабана с упомянутой ведомой осью редуктора, закрепленного с обеспечением электроизоляции на оси приводного электродвигателя постоянного тока, который снабжен электромагнитным тормозом. Изобретение обеспечивает повышение производительности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к подъемным устройствам, а именно к мобильным измерительным лебедкам для опускания в буровую скважину каротажных приборов.

Известна измерительная канатная лебедка, у которой внутри полого вала тягового барабана расположены электродвигатель и зубчатая передача. На выходном валу этой передачи посажена комплексная муфта с фрикционным диском и прижимной гайкой. Зубчатый обод одной из реборд тягового барабана находится в зацеплении с зубчатым колесом двухходового винта механизма укладки, получающего прерывистое движение от мальтийского креста и перемещающего измерительное колесо счетно-регистрирующего узла [1].

Однако эта лебедка обладает довольно сложной и нетехнологичной конструкцией, затрудняющей ее обслуживание и практическое применение на автомобиле в комплексе с компьютером и другими современными средствами измерительной техники.

Наиболее близким техническим решением является самоходный каротажный подъемник, включающий планетарную передачу в трансмиссионной механической связи с двигателем внутреннего сгорания автомобиля, коробку перемены передач, тяговый барабан с кабелем, взаимодействующим с механизмом его укладки, дополнительный регулируемый электродвигатель переменного тока, укрепленный на шасси, блок управления, включающий инерционную неуравновешенную передачу, преобразователь частоты тока электродвигателя с ручным регулятором. Ведомый вал инерционной передачи кинематически связан через дифференциал с ведомым валом коробки перемены передач. Кабель тягового барабана снабжен датчиком скорости, который включает измерительное колесо, установленное с возможностью вращения посредством двухходового винта зубчатой передачи ведомой оси барабана. Датчик взаимодействует через блок обработки информации с преобразователем частоты [2].

Недостаток этого устройства заключается в том, что спуск кабеля с прибором в исследуемую скважину осуществляется двигателем внутреннего сгорания, а подъем - электродвигателем переменного тока, который нуждается в постороннем источнике энергии, что затрудняет проведение автономных каротажных работ в полевых условиях и усложняет управление подъемником, у которого работа в аварийно-ручном режиме вообще не предусмотрена.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и условий эксплуатации каротажной лебедки, обеспечение возможности эксплуатации в полевых условиях, т.е. в автономном режиме при одновременном повышении производительности каротажных работ.

Для решения поставленной технической задачи предлагается мобильная каротажная лебедка, установленная на шасси автомобиля, имеющего двигатель внутреннего сгорания, бортовые аккумулятор и генератор с реле-регулятором его тока возбуждения, и содержащая тяговый барабан кабель-троса, взаимодействующего с механизмом его укладки, снабженным отсчетным устройством и измерительным колесом, которое установлено с возможностью вращения и осевого перемещения посредством двухходового винта зубчатой передачи ведомой оси тягового барабана, соединенной через редуктор с приводным электродвигателем, укрепленным на монтажном основании и подключенным к бортовой сети автомобиля через коммутирующий блок управления и связи с блоком обработки информации. В отличие от известной заявляемая лебедка содержит съемный тяговый барабан, который установлен с возможностью вращения на трубчатом валу, консольно закрепленном на монтажном основании, через который проходит ведомая ось планетарного редуктора, являющаяся ведомой осью тягового барабана, снабженная на незакрепленном конце шлицевым соединением с шайбой и резьбовым соединением со штурвалом ручного тормоза, обеспечивающего через шайбу кинематическое сцепление тягового барабана с ведомой осью редуктора, закрепленного с обеспечением электроизоляции на оси приводного электродвигателя постоянного тока, который снабжен электромагнитным тормозом и размыкателем цепи "масса" корпуса автомобиля - первая щетка ротора электродвигателя" (далее - размыкатель "массы"), подключенного второй щеткой через коммутирующий блок управления к положительному выводу бортового генератора, имеющего нормально разомкнутое соединение с аккумулятором и входом реле-регулятора, при этом размыкатель "массы" механически связан с исполнительным рычагом программируемого отсчетного устройства, вал которого закреплен соосно измерительному колесу и снабжен многополюсным постоянным магнитом, взаимодействующим с герконовым датчиком оборотов измерительного колеса, подключенным к дискретному входу блока обработки информации, к аналоговому входу которого подключены щетки токосъемника, расположенные на внутренней реборде барабана и соединенные с проводящими жилами кабель-троса.

Коммутирующий блок управления лебедки, включающий двухгалетный трехпозиционный переключатель режимов, связан с бортсетью автомобиля и блоком обработки информации через соединительный разъем, при этом клеммы ПОДЪЕМ и СПУСК первой галеты переключателя соединены через пусковой резистор со второй щеткой электродвигателя и анодом первого диода, соединенного катодом с катодом второго диода, шунтирующего обмотку электромагнитного тормоза электродвигателя, и с клеммой ПОДЪЕМ второй галеты, клемма СПУСК второй галеты подключена к первой щетке электродвигателя, а ползунок - к его обмотке возбуждения, зашунтированной конденсатором и соединенной с обмоткой электромагнитного тормоза и переменным резистором, ползунок которого соединен с катодом третьего диода, а его анод - с другим выводом переменного резистора, с клеммой ОСТАНОВКА первой галеты, с баластным резистором геркона, с положительным выводом аккумулятора и контрольной лампой накаливания, параллельно которой включен конденсатор, другой вывод лампы подключен к ползунку первой галеты переключателя и к силовому положительному выводу бортового генератора, имеющего нормально разомкнутую связь с аккумулятором и входом реле-регулятора.

Дисковая шайба имеет на одной стороне кольцевую фрикционную накладку, а на другой штифты, входящие в соответствующие отверстия внешней реборды тягового барабана, дополнительно снабженной рукояткой ручного привода.

На внутренней реборде тягового барабана имеются торцевые кольцеобразные токосъемники, которые соединены с проводящими жилами кабель-троса и упираются в неподвижные изолированные щетки, закрепленные на монтажном основании и через соединительный разъем подключенные к блоку обработки информации.

Между ребордами измерительного колеса механизма укладки кабель-троса выполнен слабоконусный участок шириной не менее двух диаметров троса, а механизм укладки дополнительно снабжен, по крайней мере, одним тонким диском, расположенным в непосредственной близости от конусного участка с возможностью свободного вращения в плоскости, параллельной плоскости измерительного колеса, и с возможностью разделения между собой, по крайней мере, двух витков троса.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана функциональная схема лебедки с элементами принципиальной электрической схемы.

Автомобильная каротажная лебедка содержит неподвижное монтажное основание 1, закрепленное на шасси в задней части автомобиля повышенной проходимости. На монтажном основании 1 консольно закреплен трубчатый вал 2, на котором установлены с возможностью вращения реборды тягового барабана 3. Внешняя реборда барабана на незакрепленном конце вала 2 снабжена замками 4 для крепления аварийной рукоятки ручного привода 5. На внутренней реборде расположены торцевые кольцеобразные токосъемники 6, соединенные с проводящими жилами кабель-троса 7. Внутри вала 2 проходит ведомая ось 8 планетарного редуктора 9, снабженная шлицевым соединением с шайбой 10 кинематического сцепления тягового барабана 3. На одной стороне шайбы 10 закреплена кольцевая фрикционная накладка, а на другой - штифты, входящие в соответствующие отверстия внешней реборды барабана 3, к которому она прижимается штурвалом ручного тормоза 11, снабженного резьбовым соединением с концом ведомой оси 8 планетарного редуктора 9. Солнечная шестерня редуктора 9 изготовлена из электроизоляционного материала и закреплена на ведущей оси электродвигателя 12 постоянного тока, корпус которого также прикреплен к монтажному основанию 1 через электроизоляционную прокладку (на чертеже не показана). Ведущая ось электродвигателя 12 снабжена диском электромагнитного тормоза 13, обмотка питания которого подключена к блоку управления.

Также на монтажном основании 1 установлены с возможностью вращения двухходовой винт 14 тросоукладчика и направляющая 15 каретки 16 измерительного колеса 17. Для уменьшения проскальзывания кабель-троса и соответствующей ошибки измерения глубины спуска-подъема между дисковыми ребордами измерительного колеса 17 выполнен слабоконусный участок шириной не менее двух диаметров троса. Механизм укладки снабжен тонким диском 18, который расположен в непосредственной близости от конусного участка с возможностью свободного вращения параллельно плоскости измерительного колеса и который разделяет между собой два витка троса. Диск 18 предотвращает перехлестывание витков кабель-троса 7 и их истирание друг о друга. С увеличением угла охвата измерительного колеса тросом сила трения троса увеличивается более чем в 2π раз и уменьшается вероятность его проскальзывания. Благодаря конусности витки последовательно обкатывают колесо без перехлеста.

На каретке 16 на одном валу установлены колесо 17 и программируемое отсчетное устройство 19. Его исполнительный рычаг управляет положением размыкателя "массы" 20. Дополнительно на валу колеса 17 и отсчетного устройства 19 установлен многополюсный постоянный магнит 21 датчика числа оборотов измерительного колеса 17, выполненного на основе геркона 22. Передача вращения между осью двухходового винта 14 и ведомой осью 8 планетарного редуктора обеспечивается зубчатой передачей 23.

Через нормально замкнутый контакт размыкателя "массы" 20 запитан коммутирующий блок управления, который содержит двухгалетный трехпозиционный переключатель режимов 24. Клеммы ПОДЪЕМ и СПУСК первой галеты переключателя 24 соединены через пусковой резистор 25 со второй щеткой электродвигателя 12 и первым разделительным диодом 26 питания обмотки 27 электромагнитного тормоза, зашунтированной вторым искрогасящим диодом 28 и соединенной с регулировочным переменным резистором 29 и обмоткой возбуждения 30, которая также зашунтирована искрогасящим конденсатором 31 и подключена к ползунку второй галеты переключателя 24. Ползунок резистора 29 соединен с катодом подпитывающего третьего диода 32, а его анод соединен с другим выводом резистора 29, с положительным выводом аккумулятора, клеммой ОСТАНОВКА первой галеты и с общей точкой контрольной лампы 33, конденсатора 34 и баластного резистора 35 геркона 22. Клемма СПУСК второй галеты переключателя 24 соединена с размыкателем "массы" 20 и с первой щеткой электродвигателя 12, а клемма ПОДЪЕМ - с катодами первого и второго диодов 26 и 28 обмотки возбуждения 27 электромагнитного тормоза электродвигателя.

Ползунок первой галеты переключателя 24, соединенный с другим выводом контрольной лампы 33, через соединительный разъем 36 присоединен к положительному выводу генератора 37 двигателя внутреннего сгорания (ДВС) 38 автомобиля в режиме отключения генератора как от положительного вывода аккумулятора 39, так и от входа реле-регулятора 40. (При штатном режиме работы ДВС реле-регулятор запитывается через выключатель зажигания 41). В качестве блока обработки информации используется персональный компьютер 42. К аналоговому входу модема компьютера подключены щетки токосъемника 6, а к дискретному - вывод геркона 22, соединенный с его баластным резистором 35.

Клемма "Ш" обмотки возбуждения генератора 37 соединена, как обычно, с выходом реле-регулятора 40. При этом дублирующая часть разъема 36, подключаемая вместо коммутирующего блока управления, снабжена перемычками, которые в транспортном положении при отключенной лебедке восстанавливают штатную схему бортсети автомобиля, то есть закорачивают положительный вывод генератора 37 с "плюсом" аккумулятора 39 (на чертеже показано пунктирной линией).

Предлагаемая лебедка может работать в автоматическом и ручном режимах, причем оптимальной является следующая последовательность операций.

Первоначальный спуск кабель-троса 7 с прибором в скважину до исследуемого пласта на первоначальный ориентировочный уровень, не превышающий исследуемый уровень, производится в ручном режиме с повышенной скоростью под действием силы тяжести прибора при выключенном двигателе автомобиля 38 (ключ зажигания 41 разомкнут, размыкатель "массы" 20 нормально замкнут). Переключатель режимов 24 находится в положении "остановка", электродвигатель 12 заторможен, а шайба 10 прижата фрикционной накладкой к внешней реборде барабана 3 (на чертеже показано оборотное штифтовое соединение шайбы). Изменяя штурвалом ручного тормоза 11 степень прижатия шайбы 10 к внешней реборде барабана 3, который своей внутренней ребордой упирается во внутренний упорный подшипник трубчатого вала 2, можно изменять скорость вращения барабана 3 и саморазматывания кабель-троса 7, так как шлицевое соединение шайбы с неподвижной выходной осью 8 планетарного редуктора 9 не позволяет ей вращаться вместе с барабаном 3. При этом спускаемый кабель-трос воздействует через измерительное колесо 17, имеющее периметр, равный 1 метру, на программируемое отсчетное устройство 19 и на магнит 21, находящиеся на одной оси с колесом 17, и, соответственно, на герконовый датчик 22, что позволяет отмечать глубину погружения на индикаторе отсчетного устройства 19 и в памяти компьютера 42 на текущий момент. Скорость спуска 90% глубины в несколько раз превышает скорость спуска в автоматическом режиме, что обеспечило значительное увеличение производительности труда при проведении каротажных работ, а также экономию топлива и моторесурса ДВС.

При фиксации отсчетным устройством 19 первоначальной глубины погружения оператор ручным тормозом 11 наглухо прижимает шайбу 10 к тяговому барабану 3, запускает двигатель автомобиля 38, устанавливает на программируемом отсчетном устройстве 19 максимальную глубину опускания прибора, при достижении которой срабатывает исполнительный рычаг размыкателя "массы" 20, и переводит переключатель режимов 24 в положение "Спуск". При этом напряжение бортового генератора 37 подается непосредственно на ротор электродвигателя 12 и последовательно включенные его обмотки возбуждения 30 и электромагнитного тормоза 27, которые через переменный резистор 29 и контрольную лампу 33 обеспечивают некоторую подзарядку бортового аккумулятора 39, так как напряжение на положительном выводе генератора 37 значительно превосходит напряжение аккумулятора 39 и входное напряжение реле-регулятора 40, который отключен от положительного вывода генератора и поэтому подает через его клемму "Ш" максимальный ток обмотки возбуждения генератора 37. Расторможенный ротор электродвигателя 12 через понижающий планетарный редуктор 9 будет медленно вращать барабан 3 вместе с шайбой 10 и штурвалом ручного тормоза 11. При этом проволочный пусковой резистор 25 в момент пуска разогревается настолько, что его сопротивление возрастает в несколько раз и обеспечивает необходимое напряжение пуска на обмотке возбуждения 30. Когда кабель-трос 7 размотается на заданную глубину, программируемое отсчетное устройство 19 выключит размыкатель "массы" 20. Ведомая ось планетарного редуктора электроизолирована от электродвигателя для обеспечения возможности разрыва цепи "масса" корпуса автомобиля" - первая щетка ротора электродвигателя (которая соединена с корпусом электродвигателя 12).

Обесточенный ротор электродвигателя 12 автоматически остановится вместе с самотормозящимся редуктором 9 и тяговым барабаном 3, что позволяет оператору перевести переключатель режимов 24 в положение "Остановка", при котором силовой положительный выход генератора 37 соединяется непосредственно с аккумулятором 39, то есть восстанавливается штатная схема бортсети автомобиля с обесточенными обмотками тормоза 27 и возбуждения 30 электродвигателя 12. Одновременно прекращается срабатывание геркона 22 и синхронная запись в памяти компьютера 42 сигналов каротажного прибора, поступающих от токосъемника 6.

Подъем прибора производится в обратной последовательности, то есть производится установка программируемого отсчетного устройства, замыкается размыкатель "массы" 20, переключатель режимов 24 ставится в положение "Подъем", при котором обмотка возбуждения 30 электродвигателя 12 включается параллельно его обмотке тормоза 27, что приводит к реверсу тока в обмотке возбуждения и соответствующему изменению направления вращения тягового барабана 3. При этом подзарядка аккумулятора 39 происходит суммарным током обеих обмоток, а точный энергобаланс борт-сети автомобиля обеспечивается подбором величины резистора 29 и контрольной лампы 33. Численный контроль подъема производится при помощи отсчетного устройства 19 или компьютера 42, принимающего мерительные импульсы герконового датчика 22. Если каротажный прибор остановится в скважине, то протяжка кабель-троса 7 автоматически прекратится, так как генератор 37 имеет ограниченную токоотдачу и поэтому приводной электродвигатель, более мощный, чем генератор, перейдет в режим полного торможения с безопасной величиной силы тяги кабель-троса 7, которую при необходимости можно увеличить за счет приоткрытия дроссельной заслонки двигателя автомобиля 38 и соответствующего увеличения его оборотов. Тем самым упрощаются условия эксплуатации лебедки, так как управление скоростью протяжки кабель-троса с прибором осуществляется путем изменения числа оборотов ДВС автомобиля.

По окончании подъема переключатель режимов 24 переводится в положение "Остановка".

Каротажный прибор и тяговый барабан могут быть легко сняты с автомобиля благодаря консольной установке барабана и резьбовому закреплению штурвала 11 и уложены в багажном отсеке автомобиля, который может ехать дальше со штатной схемой бортсети. При выключенном двигателе автомобиля 38 подмотку или размотку кабель-троса 7 можно производить вручную рукояткой 5, установленной в резьбовой замок 4 внешней реборды барабана 3.

При работе лебедки только в автоматическом режиме шайба 10 переворачивается так, что ее штифты входят в соответствующие отверстия внешней реборды барабана 3, обеспечивая его жесткую трансмиссионную связь с выходной осью 8 планетарного редуктора 9.

В случае снятия лебедки или ее блока управления с автомобиля его штатная схема электропитания восстанавливается дублирующей частью разъема 36, в которой имеется перемычка, соединяющая положительные выводы генератора 37 и аккумулятора 39.

Опытный образец предлагаемой лебедки изготовлен казанским предприятием ГеоРесурс. По своим технико-экономическим показателям лебедка выгодно отличается от известных образцов, например каротажной лебедки BW-2000 производства канадской фирмы AGT-Аэрогеотех за исключением некоторого увеличения веса, обусловленного отсутствием в конструкции основания лебедки алюминиевых деталей и применением отечественных комплектующих, в частности электродвигателя ДВ-1100 мощностью 1,1 кВт на 60 В, программируемого счетчика оборотов СОП-1, переключателя режимов на 220 В, оригинального планетарного редуктора по патенту РФ 2122668 с повышенной редукцией и к.п.д. относительно червячного редуктора вышеупомянутой лебедки BW-2000.

Предлагаемая лебедка легко монтируется в грузовом отсеке автомобиля повышенной проходимости УАЗ 3309 "Фермер" и подключается к его борт-сети. В отличии от прототипа [2] лебедка не нуждается в дополнительной электросети, что обеспечивает полную автономность и высокую производительность каротажных исследований большого количества скважин, необходимого для составления математической модели нефтяных месторождений, оптимизации нефтедобычи и реанимации законсервированных объектов.

Источники информации 1. Патент СССР 1322977, В 66 D 1/60. Измерительная канатная лебедка.

2. А.с. СССР 1505886, В 66 D 1/22. Самоходный каротажный подъемник.

Формула изобретения

1. Мобильная каротажная лебедка, установленная на шасси автомобиля, имеющего двигатель внутреннего сгорания, бортовые аккумулятор и генератор с реле-регулятором его тока возбуждения, и содержащая тяговый барабан кабель-троса, взаимодействующего с механизмом его укладки, снабженным отсчетным устройством и измерительным колесом, которое установлено с возможностью вращения и осевого перемещения посредством двухходового винта зубчатой передачи ведомой оси тягового барабана, соединенной через бортовой редуктор с приводным электродвигателем, укрепленным на монтажном основании и подключенным к бортовой сети автомобиля через коммутирующий блок управления и связи с блоком обработки информации, отличающаяся тем, что тяговый барабан, выполненный съемным, установлен с возможностью вращения на трубчатом валу, консольно закрепленном на монтажном основании, и через который проходит являющаяся упомянутой осью тягового барабана ведомая ось выполненного планетарным редуктора, снабженная на незакрепленном конце шлицевым соединением с шайбой и резьбовым соединением со штурвалом ручного тормоза, обеспечивающим через шайбу кинематическое зацепление тягового барабана с упомянутой ведомой осью редуктора, закрепленного с обеспечением электроизоляции на оси приводного электродвигателя, являющегося электродвигателем постоянного тока, который снабжен электромагнитным тормозом и размыкателем цепи "масса" корпуса автомобиля - первая щетка ротора электродвигателя, подключенного второй щеткой через коммутирующий блок управления к положительному выводу бортового генератора, имеющего нормально разомкнутую связь с аккумулятором и входом упомянутого реле-регулятора, при этом упомянутый размыкатель механически связан с исполнительным рычагом программируемого отсчетного устройства, на валу которого установлены измерительное колесо и многополюсный постоянный магнит, взаимодействующий с герконовым датчиком оборотов измерительного колеса, подключенным к дискретному входу блока обработки информации, к аналоговому входу которого подключены щетки токосъемника, расположенные на внутренней реборде барабана и соединенные с проводящими жилами кабель-троса.

2. Лебедка по п.1, отличающаяся тем, что ее коммутирующий блок управления, включающий двухгалетный трехпозиционный переключатель режимов, связан с бортсетью автомобиля и блоком обработки информации через соединительный разъем, при этом клеммы ПОДЪЕМ и СПУСК первой галеты переключателя соединены через пусковой резистор со второй щеткой электродвигателя и анодом первого диода, соединенного с катодом второго диода, шунтирующего обмотку электромагнитного тормоза электродвигателя, и с клеммой ПОДЪЕМ второй галеты, клемма СПУСК второй галеты подключена к первой щетке электродвигателя, а ползунок - к его обмотке возбуждения, зашунтированной конденсатором, и соединенной с обмоткой электромагнитного тормоза и переменным резистором, ползунок которого соединен с катодом третьего диода, а его анод - с другим выводом переменного резистора, с клеммой ОСТАНОВКА первой галеты, с балластным резистором геркона, с положительным выводом аккумулятора и контрольной лампой накаливания, параллельно которой включен конденсатор, другой вывод лампы подключен к ползунку первой галеты переключателя и к положительному выводу бортового генератора, имеющего нормально разомкнутое соединение с аккумулятором и входом упомянутого реле-регулятора.

3. Лебедка по п.1, отличающаяся тем, что шайба, выполненная дисковой, имеет на одной стороне кольцевую фрикционную накладку, а на второй - штифты, входящие в соответствующие отверстия внешней реборды тягового барабана, дополнительно снабженной рукояткой ручного привода.

4. Лебедка по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя реборда тягового барабана снабжена торцевыми кольцеобразными токосъемниками, которые соединены с проводящими жилами кабель-троса и упираются в неподвижные изолированные щетки, закрепленные на монтажном основании и через соединительный разъем подключенные к блоку обработки информации.

5. Лебедка по п.1, отличающаяся тем, что между ребордами измерительного колеса механизма укладки кабель-троса выполнен конусный участок шириной не менее двух диаметров кабель-троса, а механизм укладки дополнительно снабжен по крайней мере одним диском, установленным с возможностью свободного вращения в плоскости, параллельной плоскости вращения измерительного колеса, и с возможностью разделения между собой по крайней мере двух витков кабель-троса.

РИСУНКИ

Рисунок 1