一种具有双重制动和配重防坠落功能的长冲程直驱抽油机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油田采油设备领域，具体是一种具有双重制动和配重防坠落功能的长冲程直驱抽油机。
【背景技术】
[0002]随着油田开发时间的增长，地层压力逐渐降低，以游梁式抽油机为主的人工举升占据主导地位。电机通过二级硬齿面减速器减速，驱动曲柄连杆机构完成上下冲程工作。限于传动路径长、曲柄连杆机构效率低等原因，游梁式抽油机的耗能多，体积较大。
[0003]近几年，工程技术人员开发了不同类型的塔式抽油机。《外转子永磁电机丛式井抽油机》(公开号CN202707001U)、《塔式抽油机用电机及其塔式抽油机》(公开号CN101719702)《超低速大扭矩异形电机拖动塔架式高效低耗智能抽油机》(公开号CN1840904B)均需要采用特制的电机，存在标准配件少、成本高、更换维修困难等不足；《一种塔式数字抽油机》(公开号CN2511789Y)采用普通异步电动机经硬齿面减速器减速后带动卷筒的形式，顶部结构尺寸和重量大。同时，上述抽油机没有辅助制动机构和配重防坠落机构，安全性较差。
【发明内容】
[0004]针对现有塔式抽油机的不足，本发明提出了一种新型的具有双重制动和配重防坠落功能的长冲程直驱抽油机。
[0005]本发明的工作原理:本发明长冲程直驱抽油机采用塔式结构，顶端的电动机正反转驱动大卷筒。固定缠绕在大卷筒上的井口皮带连接光杆，反方向固定缠绕在大卷筒上的配重皮带连接配重，光杆载荷和配重之间为天平式平衡。机架顶端和底端的行程开关测试配重的运行位置信号，控制系统根据位置信号控制电机的正反转，实现上下冲程的转换。采取电机内置制动和电液制动的双重制动方式，提高了制动的有效性。同时，配重箱具有防坠落机构，防止皮带断脱引起配重自由落体。
[0006]本发明的技术方案如下:
包括底座以及其上竖向设置的支架，所述支架的顶端安装动力装置，所述支架的内部安装可沿其上下往复移动的配重箱，所述动力装置包括驱动机构以及由其驱动旋转的卷筒，所述卷筒上正方向固定缠绕井口皮带、反方向固定缠绕配重皮带，所述配重皮带的下端连接配重箱；所述动力装置上设有制动装置；
所述配重箱为防坠落配重箱，其包括箱体以及自上而下贯穿箱体的承重拉杆，所述承重拉杆的上端与配重皮带连接、下端的左右两侧对称安装齿条或者加工为齿条结构；所述箱体内固定弹簧筒，所述承重拉杆中间段加工一凸台，所述弹簧筒内设有压紧弹簧且压紧弹簧套装在承重拉杆中部，所述压紧弹簧的下端与所述凸台抵靠、上端与弹簧筒抵靠；所述箱体的底部对称安装两个平行四边形机构，每个平行四边形机构的包括传动轮、摆杆、拉杆以及耳座；其中所述耳座包括并列固定在箱体底部的内、外耳座，二者构成平行四边形机构的上水平边；所述传动轮包括带有中心转动孔的齿轮部分以及位于其外周边缘的摆动孔，所述传动轮通过中心转动孔与所述内耳座铰接而构成平行四边形机构的一个斜边，所述摆杆的上端与外耳座铰接而构成行四边形机构的另一个斜边；所述拉杆的两端分别与摆杆的下端、传动轮的摆动孔连接而构成平行四边形机构的下水平边；
所述箱体的两侧对称安装制动件，所述制动件包括带有中心孔和外周边缘外孔的制动块，所述中心孔与箱体的侧面铰接，所述外孔与所述拉杆的外端部铰接；所述制动块上设有与所述机架的内表面对应的制动摩擦面，且所述制动摩擦面与机架内表面接触时，二者能够形成摩擦配合；
所述承重拉杆下端通过两侧的齿条分别与两个平行四边形内侧的传动轮实现啮合配合；即将齿条竖直移动转换为连杆的横向移动。
[0007]所述驱动机构包括电机以及与其传动连接的减速器，所述制动装置包括电机的内置制动器以及用于卷筒轴制动的电液制动器。比如电机选择带有内制动器的变频调速电动机，其为工业通用产品，如起重变频电机等；当电源断电时，内置制动器及时制动。电动机基本技术要求符合GB755标准的要求，为工业通用的产品。所述的电液制动器以及与其配合的制动盘、制动轮均为通用的工业产品，电液制动器为一种能够将电能直接转换为单方向的推力的部件，可以在《机械设计手册》中选择相关的型号。
[0008]上述方案进一步优选为:
优选的，所述减速器为设置于卷筒内部的内置式减速器，所述内置式减速器的输入端和输出端同轴，其中所述电机的输入轴与内置式减速器的输入端连接，所述内置式减速器的输出端与卷筒连接。
[0009]优选的，所述卷筒内部沿轴向依次固定内法兰盘、支撑板，所述内置式减速器包括相对静止的输入端壳体以及相对转动的输出端壳体，所述输入端壳体内安装输入轴，且所述输入轴一端传动连接电机输出轴、另一端传动连接所述输出端壳体；所述输入端壳体外依次固定有电机连接法兰、支架连接法兰，且所述输入端壳体通过电机连接法兰与电机壳体法兰配合连接、通过支架连接法兰与固定在机架顶部的支架法兰配合连接；所述输出端壳体外固定输出端连接法兰，且所述输出端壳体通过输出端连接法兰与所述卷筒内部的内法兰盘法兰配合连接；所述支撑板上固定卷筒轴，所述卷筒轴的另一端向外侧延伸并通过轴承安装在机架顶部的轴承座上。
[0010]优选的，所述制动件为异形制动件，其外形为以中心孔为圆心的部分圆形和部分偏心圆组成的渐开线形式；所述异形制动件的制动摩擦面上加工有连续的凹槽。
[0011]优选的，所述机架内侧中心对称布置导向管，用于机架内配重箱上下运行过程中的导向，所述配重箱箱体的侧面安装有多个导向轮。为减少配重箱导向轮对导向架的水平压力，导向卷筒缠绕皮带后的圆周切线与导向管的中心线对齐。
[0012]优选的，所述动力装置均固定在动力装置底板上，所述动力装置底板通过螺栓与机架的顶板连接；所述动力装置底板为“ U ”形，所述机架的顶板为“ 口 ”形，为安装操作留出空间。即“U”形动力装置底板安装到“口”形机架顶板时，操作人员可以站在机座底板对应的位置进行操作。
[0013]优选的，所述卷筒包括前后并列布置的导向卷筒与大卷筒；所述井口皮带的一端固定缠绕在大卷筒上，然后绕过导向卷筒后连接井口悬绳器。即因为上冲程过程中，井口皮带缠绕的层数逐渐增多，皮带外缘的圆周直径逐渐变大，沿外圆垂直方向的切线逐渐偏离井口光杆位置。为使得井口皮带始终对准井口，在大卷筒外侧并列安装导向卷筒。
[0014]优选的，内置式减速器输出端与筒状壳体合为一体，比如可以选择为行星齿轮减速器、摆线针轮减速器等；进一步优选，所述减速器为行星齿轮减速器，且所述行星齿轮减速器的太阳轮套装在所述输入轴上，所述输出端壳体内部设有内齿圈且通过行星轮与所述太阳轮传动连接。
[0015]优选的，所述内法兰盘和支撑板上分别加工散热孔，所述支撑板外侧设有多个沿轴向呈斜向布置的筋板。
[0016]优选的，所述防坠落配重箱下部连接普通配重箱，所述防坠落配重箱和普通配重箱均盛放有配重块。
[0017]优选的，所述底座由铰链连接的前底座与后底座组成，所述机架固定在前底座上，所述机架侧面上分别设有梯子和用于机架内的配重块移入和移出的可开关的门，梯子作为动力装置安装维护的上下通道；由于动力装置的重心较为靠前，因此在机架和后底座之间安装长度可调的斜撑，用于拉紧机架，增强机架的刚度及防止抽油过程中出现倾覆。
[0018]本发明的制动过程如下:
抽油机正常工作时，电机内的制动器和卷筒轴的电液制动器的制动块张开，与制动盘或者制动轮保持间隙，不产生制动作用。
[0019]人为停机。当进行抽油机调试维护、修井作业等，需要安全停机，并保证在停机期间光杆、配重静止不动。调试状态下，当关掉动力电源，电机内的制动器自动闭合，压紧电机尾轴制动盘。同时，滚筒轴处的电液制动器闭合，抽油机顶部的两个制动器同时制动，以提高制动的时效性。
[0020]断电停机。当供电网出现故障断电时，运行中的抽油机会突然停止，工作人员无法及时操作制动开关。此时，电机内的制动器会及时产生制动作用。同时，卷筒轴上的电液制动器自动闭合，对尾端的制动盘或者制动轮产生作用。在电机内制动器和卷筒轴上的电液制动器双重制动作用下，光杆和配重块停止运动。
[0021]本发明的防坠落过程如下:
抽油机正常工作时，配重箱通过承重拉杆与配重皮带相连接，弹簧处于压缩状态，制动块与机架间保持一定间隙。
[0022]配重皮带断开。当配重皮带断裂、销轴脱落或者紧固处松脱，在弹簧弹力作用下，承重拉杆下移。下移的齿条推动传动轮转动，带动连杆沿水平方向外移。外移的连杆推动异形制动件绕旋转中心转动，异形制动件压紧在机架上，开始产生摩擦制动力，配重箱的下滑速度开始减慢。配重箱下滑过程中，由于异形制动件偏心外缘与机架摩擦，异形制动件继续绕旋转中心转动，制动块边缘沿水平外移，制动力逐渐增大，配重箱下滑速度逐渐减慢，直到配重箱停止下滑。避免配重箱产生自由落体运动，砸伤机架的前底座和水泥基础。
[0023]