一种钻孔应力计安装和自由回收定位器

技术领域

本发明涉及深井地应力检测技术领域，具体而言，涉及一种钻孔应力计安装和自由回收定位器。

背景技术

目前，在深井的预定位置放置、固定应力计是这样实现的：在应力计的外套筒内设置弹簧和卡齿，在外套筒的侧壁开设喇叭口。当应力计缓慢下放至预定位置后，利用工具推动弹簧和卡齿至喇叭口处，最后由弹簧自身的弹力将卡齿从喇叭口横向推出，当卡齿插入深井的井壁后，应力计得以固定在深井中。

然而上述设备和技术方案的弊端在于：卡齿无法顺利地从井壁退出，只能通过毁坏上述定位结构后才能将应力计回收。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻孔应力计安装和自由回收定位器，有助于解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种钻孔应力计安装和自由回收定位器，其包括基座、导向柱、套筒、卡齿、支撑杆、弹性件和限位机构；所述导向柱固定设置在所述基座上，所述套筒绕设在所述导向柱的外侧并能够沿所述导向柱的长度方向移动；所述卡齿的两端分别为铰接端和插接端，所述铰接端与所述基座铰接，所述插接端用于插入井壁；所述支撑杆的两端分别铰接所述卡齿的中部和所述套筒；当所述套筒向所述基座方向移动时，所述支撑杆能够推动所述插接端向背离所述导向柱的方向摆动；所述弹性件和所述限位机构均设置在所述导向柱上，所述弹性件用于推动所述套筒向所述基座方向移动；所述限位机构用于限制所述套筒向所述基座方向移动。

上述钻孔应力计安装和自由回收定位器在使用时主要包括三个过程：

(1)应力计下放过程

先对弹性件加载并将限位机构固定在起限位作用的位置，使得套筒与基座保持最远的距离。此时，卡齿与基座的交接点距离支撑杆与套筒的铰接点最远，也即卡齿与支撑杆均接近贴合导向柱，卡齿起不到插入井壁定位固定的作用，能够顺利放入深井中。

(2)应力计定位过程

当应力计设备缓慢下放至深井的预定位置后，利用工具驱动限位机构，使得限位机构离开起限位作用的位置，然后套筒在弹性件的弹力作用下沿导向柱的长度方向靠近基座，带动支撑杆撑起卡齿的插接端，卡齿的插接端朝背离导向柱的轴线的方向摆动并插入井壁深处实现定位。

(3)应力计回收过程

在应力计出现故障或者进行例行检修而需要从深井中取出时，直接利用地面钢缆提取基座，则卡齿被井壁的压迫向下摆动(即插接端逐渐靠近导向柱)，通过支撑杆推动套筒远离基座。由于限制套筒移动的结构只有弹性件，而卡齿能够在弹性件承受作用力下靠近导向柱，所以，卡齿能够无损回收，整个应力计的设备也能无损回收。

进一步地，所述限位机构包括摆杆；所述导向柱为空心筒体，所述导向柱的侧壁设置有通孔；所述摆杆铰接于所述导向柱的内壁；当所述摆杆位于初始位置时，所述摆杆的一端穿出所述通孔，当所述摆杆摆动了设定的角度后，所述摆杆退回至所述导向柱中。其技术效果在于：摆杆的一端穿出通孔后能够限制套筒向基座的移动，而摆杆铰接的形式能够便捷快速地变换位置，保证卡齿顺利插入井壁。

进一步地，所述限位机构还包括驱动装置；所述驱动装置设置在所述导向柱的内腔，用于驱动所述摆杆退回至所述导向柱中。其技术效果在于：在导向柱内部设置驱动装置，能够根据需要驱动摆杆在适当的位置和适当的时间实现限位功能。

进一步地，所述驱动装置包括动力筒、电机和偏心轮；所述动力筒设置于所述基座上，所述动力筒与所述导向柱的内腔连通；所述电机设置在所述动力筒内，所述电机通过所述偏心轮驱动所述摆杆摆动。其技术效果在于：电机和偏心轮将转动的机械能转换成摆杆的摆动动能，避免推动或者撞击摆杆，保证了应力计的正常稳定运行。

进一步地，所述驱动装置还包括齿轮组和转杆；所述转杆沿所述动力筒的轴线方向设置在所述动力筒内，所述电机与所述转杆之间通过所述齿轮组连接，所述偏心轮设置在所述转杆上；所述电机通过齿轮组带动所述转杆旋转，所述转杆通过所述偏心轮推动所述摆杆摆动。其技术效果在于：由于转杆沿动力筒的轴线方向设置，设置了轴承后，齿轮组和偏心轮受到的载荷能够较为均匀地分散到动力筒中，应力计的工作环境更加平稳。

进一步地，所述限位机构还包括复位弹簧；所述复位弹簧设置在所述导向柱的内腔，用于驱动所述摆杆的一端穿出所述通孔。其技术效果在于：复位弹簧能够将摆杆的一端推动穿出通孔，避免摆杆在重力作用下从通孔中脱离从而无法实现限位作用。

进一步地，所述弹性件为螺旋弹簧；所述螺旋弹簧绕设在所述导向柱上，位于所述套筒背离所述基座的一侧。其技术效果在于：与弹簧片或者拉伸弹簧相比，螺旋弹簧绕设在导向柱上，对套筒的顶推作用力更为均匀，卡齿的扩张后具有更加平衡的效果。

进一步地，所述导向柱上还设置有弹簧挡；所述螺旋弹簧的一端接触所述套筒，所述螺旋弹簧的另一端接触所述弹簧挡。其技术效果在于：与螺旋弹簧的一端焊接在导向柱相比，在导向柱的一端设置弹簧挡，利于螺旋弹簧的拆装，也能保证螺旋弹簧的准确定位。

进一步地，所述卡齿的数量为多个；多个所述卡齿绕所述导向柱的周向均匀分布。其技术效果在于：单个卡齿只能朝井壁的一个方面插入实现定位，而多个卡齿均匀分布则能够分散卡齿的插接固定效果，防止应力计设备在深井内倾斜。

进一步地，所述卡齿的长度方向与所述导向柱的长度方向之间的最大夹角小于90度。其技术效果在于：在套筒靠近基座的过程中，卡齿与导向柱之间的夹角逐渐增大，当该夹角在40度～60度之间的时候，卡齿的插接固定效果最佳。而当该夹角等于或者大于90度后，卡齿的插接作用力将分解一部分抵消自身的重力，所以定位效果将大打折扣。故卡齿与导向柱之间的夹角优选设置在90度以内，特别地应当设置在40度～60度之间。

本发明的有益效果是：

1、本发明的钻孔应力计安装和自由回收定位器，利用弹性件推动套筒来扩张卡齿，以实现应力计在深井内的固定，回收应力计时，卡齿只需克服弹簧力即可从井壁退出，实现应力计的无损回收。

2、本发明的钻孔应力计安装和自由回收定位器，无需根据卡齿的位置和结构设计对应的喇叭口，减低了精度要求、简化了生产制作工艺。

3、本发明的钻孔应力计安装和自由回收定位器，不存在弹簧力通过卡齿直接作用在喇叭口上的情况，避免了喇叭口损坏、伤及压磁探头等安全隐患。

4、本发明的钻孔应力计安装和自由回收定位器，由于卡齿可以无损收缩，无需考虑卡齿和喇叭口的对应设计和工作需要问题，所以能够将应力计及其配套装置定位在任意深度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的钻孔应力计安装和自由回收定位器的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的第一种钻孔应力计安装和自由回收定位器的局部结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的第二种钻孔应力计安装和自由回收定位器的局部结构示意图；

图4为本发明第三实施例提供的钻孔应力计安装和自由回收定位器的局部结构示意图。

图标：100-基座；200-导向柱；210-通孔；300-套筒；400-卡齿；410-铰接端；420-插接端；500-支撑杆；600-弹性件；700-限位机构；710-摆杆；720-挡块；730-动力筒；740-电机；750-偏心轮；760-齿轮组；770-转杆；780-复位弹簧；800-弹簧挡。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和标注的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例：

图1为本发明第一实施例提供的钻孔应力计安装和自由回收定位器的结构示意图。请参照图1，本实施例提供一种钻孔应力计安装和自由回收定位器，其包括基座100、导向柱200、套筒300、卡齿400、支撑杆500、弹性件600和限位机构700。

其中，导向柱200固定设置在基座100上，套筒300绕设在导向柱200的外侧并能够沿导向柱200的长度方向移动；卡齿400的两端分别为铰接端410和插接端420，铰接端410与基座100铰接，插接端420用于插入井壁；支撑杆500的两端分别铰接卡齿400的中部和套筒300；当套筒300向基座100方向移动时，支撑杆500能够推动插接端420向背离导向柱200的方向摆动；弹性件600和限位机构700均设置在导向柱200上，弹性件600用于推动套筒300向基座100方向移动；限位机构700用于限制套筒300向基座100方向移动。

本实施例的钻孔应力计安装和自由回收定位器的工作原理和工作流程如下：

(1)应力计下放过程

先对弹性件600加载并将限位机构700固定在起限位作用的位置，使得套筒300与基座100保持最远的距离。此时，卡齿400与基座100的交接点距离支撑杆500与套筒300的铰接点最远，也即卡齿400与支撑杆500均接近贴合导向柱200，卡齿400起不到插入井壁定位固定的作用，能够顺利放入深井中。

(2)应力计定位过程

当应力计设备缓慢下放至深井的预定位置后，利用工具驱动限位机构700，使得限位机构700离开起限位作用的位置，然后套筒300在弹性件600的推力作用下沿导向柱200的长度方向靠近基座100，带动支撑杆500撑起卡齿400的插接端420，卡齿400的插接端420朝背离导向柱200的轴线的方向摆动并插入井壁深处实现定位。

(3)应力计回收过程

在应力计出现故障或者进行例行检修而需要从深井中取出时，直接利用地面钢缆提取基座100，则卡齿400被井壁的压迫向下摆动(即插接端420逐渐靠近导向柱200)，通过支撑杆500推动套筒300远离基座100。由于限制套筒300移动的结构只有弹性件600，而卡齿400能够在弹性件600承受外作用力下靠近导向柱200，所以，卡齿400能够无损回收，整个应力计的设备也能无损回收。

第二实施例：

图2为本发明第二实施例提供的第一种钻孔应力计安装和自由回收定位器的局部结构示意图；图3为本发明第二实施例提供的第二种钻孔应力计安装和自由回收定位器的局部结构示意图。请参照图2、图3，本实施例提供一种钻孔应力计安装和自由回收定位器，其与第一实施例的钻孔应力计安装和自由回收定位器大致相同，二者的区别在于本实施例的钻孔应力计安装和自由回收定位器中的限位机构700包括摆杆710；导向柱200为空心筒体，导向柱200的侧壁设置有通孔210；摆杆710铰接于导向柱200的内壁；当摆杆710位于初始位置时，摆杆710的一端穿出通孔210，当摆杆710摆动了设定的角度后，摆杆710退回至导向柱200中。

可选地，如图2、图3所示，限位机构700还包括驱动装置；驱动装置设置在导向柱200的内腔，用于驱动摆杆710退回至导向柱200中。

可选地，如图3所示，驱动装置包括动力筒730、电机740和偏心轮750；动力筒730设置于基座100上，动力筒730与导向柱200的内腔连通；电机740设置在动力筒730内，电机740通过偏心轮750驱动摆杆710摆动。

需要说明的是，如图2和图3所示，摆杆710需要伸出通孔210，而摆杆710摆动时将稍微向下转动，为了便于摆杆710的摆动又不受套筒300的压力影响，可增加设置一个挡块720，挡块720用于锁止套筒300，而在摆杆710稍微转动后即可脱离挡块720以便释放套筒300。

第三实施例：

图4为本发明第三实施例提供的钻孔应力计安装和自由回收定位器的局部结构示意图。请参照图4，本实施例提供一种钻孔应力计安装和自由回收定位器，其与第二实施例的钻孔应力计安装和自由回收定位器大致相同，二者的区别在于本实施例的钻孔应力计安装和自由回收定位器中的驱动装置还包括齿轮组760和转杆770；转杆770沿动力筒730的轴线方向设置在动力筒730内，电机740与转杆770之间通过齿轮组760连接，偏心轮750设置在转杆770上；电机740通过齿轮组760带动转杆770旋转，转杆770通过偏心轮750推动摆杆710摆动。

在上述第二实施例、第三实施例的基础上，可选地，如图4所示，限位机构700还包括复位弹簧780；复位弹簧780设置在导向柱200的内腔，用于驱动摆杆710的一端穿出通孔210。

在上述任一实施例的基础上，进一步地，如图1所示，弹性件600为螺旋弹簧；螺旋弹簧绕设在导向柱200上，位于套筒300背离基座100的一侧。

进一步地，如图1所示，导向柱200上还设置有弹簧挡800；螺旋弹簧的一端接触套筒300，螺旋弹簧的另一端接触弹簧挡800。

在上述任一实施例的基础上，进一步地，如图1～图4所示，卡齿400的数量为多个；多个卡齿400绕导向柱200的周向均匀分布。

在上述任一实施例的基础上，进一步地，如图1～图4所示，卡齿400的长度方向与导向柱200的长度方向之间的最大夹角小于90度。其中，为了将上述最大夹角限定在小于90度，即卡齿400向上翻转角度逐渐增大且不能增大至垂直于导向柱200。具体地，可以在基座100上设置限位挡板以防止卡齿400过度翻转。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。